docWzmacniacze optyczne
download 
Reklamacja Transkrypt
Wzmacniacze optyczne
Wzmacniacze optyczne Wzmocnienie sygnału optycznego bez konwersji na sygnał elektryczny. Prezentacja zawiera kopie folii omawianych na wykładzie. Niniejsze opracowanie chronione jest prawem autorskim. Wykorzystanie niekomercyjne dozwolone pod warunkiem podania źródła. © Sergiusz Patela 2005 Funkcje wzmacniaczy optycznych 1. Wzmacniacz liniowy 2. Wzmacniacz mocy 3. Przedwzmacniacz detektora Nadajnik Wzmacniacz mocy Wzmacniacz liniowy Przedwzma cniacz © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Odbiornik Klasyfikacja wzmacniaczy optycznych 1. Wzmacniacze półprzewodnikowe (SOA, 400 - 2000 nm band) 2. Wzmacniacze Ramana 3. Wzmacniacze Brillouin’a 4. Wzmacniacze światłowodowe domieszkowane Erbem, Erbium doped fiber amplifier (EDFA, pasmo 1500-1600 nm, również planarne erbium doped waveguide amplifiers EDWA), także PDFFA(pasmo 1300 nm) © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne SOA Pin R~ 0 R~ 0 Pout = Pin e g L L Wzmacniacz półprzewodnikowy (SOA) wytwarzany jest podobnie jak lasery półprzewodnikowe Fabry-Perota. Funkcja wzmocnienia realizowana jest poprzez wzbudzanie poziomów energetycznych (pompowanie) materiału. Konstrukcja wzmacniacza powinna eliminować pasożytnicze rezonatory, które mogą dawać efekty laserowania. Można to uzyskać poprzez zastosowanie warstw przeciwodblaskowych lub ukośnie łupanie powierzchni we/wy. SOA są pompowane elektrycznie. © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Zalety wzmacniaczy SOA 1. Zwarta budowa 2. Możliwości integracji 3. Duża moc wyjściowa 4. Szerokie pasmo wzmocnienia (400-2000 nm) 5. Mała cena przy produkcji masowej. Disadvantages 1. High coupling loss 2. Polarization dependence 3. High noise figure (as compared with EDFA) © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Zastosowanie wzmacniaczy SOA 1. Wzmacniacz 2. Element przełącznika optycznego 3. Konwerter długości fali © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Example of SOA design Semiconductor Laser Chip Anti-reflection Coating Tapered Fiber no 1 Waveguide Tapered Fiber no 2 © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Światłowodowy wzmacniacz optyczny - EDFA Włókno domieszkowane erbem Wzmocniony sygnał wyjściowy Sygnał wejściowy Pompa laserowa Erbium Doped Fiber Amplifier Wzmacniacz ze światłowodem domieszkowanym erbem © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Budowa wzmacniacza EDFA Wzmacniacz EDFA wykonany jest z krótkiego odcinka (kilka metrów) włókna optycznego domieszkowanego erbem. Pompa laserowa wzbudza jony erbu, które następnie oddają energię sygnałom optycznym przechodzącym przez włókno. Długość wzmacnianej fali: około 1550nm Długość fali pompy: 980 lub 1480. © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Wzbudzanie i emisja jonów erbu Jon erbu Stan wzbudzony 1 Sygnał pompa 1480 mn Wzmocniony sygnał 1550nm Stan podstawowy Fale pompy - 1480 nm lub 980 nm. Jony erbu pozostają w stanie wzbudzonym przez ponad 10 ms (dłużej dla fali 980 nm). © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Wzmacniacz EDFA Wejście optyczne Sprzęgacz Włókno domieszkowane Er3+ Pompa laserowa Wyjście optyczne 25 dB 40 nm Ampl. 1.55 Długość fali [µm] © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Szum ASE Szum wzmocnionej emisji spontanicznej Amplified Spontaneous Emission (ASE): Szum tła wszystkich wzmacniaczy typu EDFA. Jest głównym składnikiem liczby szumowej wzmacniacza – pogarsza stosunek sygnał-szum światłowodowej linii transmisyjnej. Liczba szumowa (NF) = SNRwy / SNRwe © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Schemat blokowy wzmacniacza EDFA o złożonej konstrukcji Światłowód domieszkowany erbem 99% Wejście optyczne 1550 nm Sprzęgacz Izolator 1 WDM 1 WDM 2 Izolator 3 Wyjście optyczne 1550 nm Sprzęgacz 99% 2 1 1% 1% 1% Izolator 2 Detektor 1kontrola mocy We. Detektor 2 Kontrola odbicia 980 nm Pompa Laser 1 980 nm Pompa Laser 2 Mikroprocesor – sterowanie i kontrola © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Detektor 3Kontrola mocy Wy. Two-stage EDFA with Mid-stage Access (e.g. dispersion compensation module) Mid-stage access Erbium Doped Fiber 1 Optical Input 1550 nm Isolator 1 WDM 1 Erbium Doped Fiber 2 Isolator 2 Isolator 3 980 nm Pump Laser 2 980 nm Pump Laser 1 Microcontrollerbased Control and Monitoring Circuitry © Sergiusz Patela 2005 WDM 2 Wzmacniacze optyczne Isolator 4 Optical Output 1550 nm Parametry wzmacniaczy EDFA • Szerokie pasmo - 40 nm (5000 GHz) • Duże wzmocnienie - 30 do 40 dB • Duża moc wyjściowa - do +20dBm (100 mW) • Mały szum - 4 dB (liczba szumowa NF) • Długość fali pompy - 980 or 1480 nm Wada • Brak kompensacji dyspersji © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Rozpraszanie Ramana Sygnał Wy. Fala pompy Rozpraszanie Ramana Sygnał We. Zasada rozpraszania Ramana: fala lasera pompy o mniejszej długości rozchodząc się we włóknie razem z sygnałem, oddziałuje z atomami włókna oddając im część energii i dalej rozchodzi się z taką samą długością fali jak wiązka sygnałowa. Rozpraszanie ma charakter wymuszony – fala wymuszająca to fala sygnałowa. © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Konstrukcja wzmacniacza Ramana Optical fibre Sygnał wejściowy Sygnał Wyjściowy Pompa laserowa (pompowanie współbieżne) Pompa laserowa (pompowanie przeciwbieżne) Wzmacnianie Ramana prowadzone może być prowadzone w standardowym włóknie światłowodowym. Określane jest zazwyczaj jako wzmacnianie “o stałych rozłożonych” — odbywa się na całej długości propagacji, a nie lokalnie jak we wzmacniaczu EDFA. © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Typical Raman Amplifier Configuration Transmission Fiber Transmit Signal Pump Circulator 2 1 3 Pump Raman 1535 nm © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Receive Signal Raman amplification Transmitted Spectrum Received Spectrum © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne Pytania sprawdzające 1. Zdefiniować wzmacniacz optyczny i podać jego najważniejsze cechy (nie parametry). Wymienić rodzaje wzmacniaczy optycznych. 2. Wymienić rodzaje wzmacniaczy światłowodowych. Wymienić i porównać najważniejsze parametry 3. Który z wzmacniaczy optycznych może z zasady wzmacniać sygnał o dowolnej długości fali. Wyjaśnić dlaczego. © Sergiusz Patela 2005 Wzmacniacze optyczne
