다른 유형의 광 증폭기 비교
광 증폭기는 광 통신 네트워크에서 중요한 기술입니다. 먼저 전기 신호로 변환 할 필요없이 중계기 대신 광 증폭기가 사용됩니다. 우리가 알다시피 여러 유형의 광 증폭기가 있습니다. 그 중에서도 주 증폭기 기술은 도핑 된 광섬유 증폭기 (예 : EDFA), 반도체 광 증폭기 (SOA) 및 광섬유 라만 증폭기입니다. 오늘, 우리는이 논문에서 다양한 유형의 광 증폭기를 연구하고 비교하려고합니다.
다양한 유형의 광 증폭기를 비교하기 전에 광섬유 증폭기를 자세히 살펴 보겠습니다. 일반적으로, 중계기는 하나의 패키지에 결합 된 수신기 및 송신기를 포함한다. 수신기는 들어오는 광 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 수신기의 전기 출력은 송신기의 전기 입력을 구동합니다. 송신기의 광 출력은 광 입력 신호와 노이즈의 증폭 된 버전을 나타냅니다. 리피터는 광섬유 네트워크에서 작동하지 않습니다. 광섬유 네트워크에서는 많은 전송기가 서로 다른 비트율 및 형식으로 신호를 많은 수신기에 전송합니다. 그러나 중계기와 달리 광 증폭기는 전기 및 전기 광학 변환없이 직접 광 신호를 증폭합니다. 또한 이상적인 광 증폭기는 가능한 한 넓은 파장 대역에서 다중 채널 작동을 지원하고 큰 동적 이득 범위에서 평탄한 이득을 제공하며 높은 포화 출력, 낮은 잡음 및 효과적인 과도 억제를 가질 수 있습니다. 광 증폭기의 몇 가지 장점은 다음과 같습니다.
모든 비트 전송률 및 신호 형식 지원
파장의 전체 영역 지원
WDM을 사용하여 광섬유 링크 용량 확장
포인트 - 투 - 포인트 링크뿐만 아니라 모든 광 네트워크의 기능 제공
OK, 광 증폭기에 대해 간략하게 소개 한 후, 오늘의 주요 주제를 공식적으로 시작합니다. 앞서 말했듯이 오늘날 앰프 기술에는 3 가지 주요 유형이 있습니다. 그들 각각은 그들 자신의 작동 원리, 특징 및 응용을 가지고있다. 다음 단락에서 하나씩 설명 할 것입니다.
도핑 된 광섬유 증폭기 (대표적 대표 : EDFA)
EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier)는 주로 EDFA (Erbium-Doped Fiber), 펌프 광원, 광 커플러, 광 절연체, 광학 필터 및 기타 구성 요소로 주로 사용되는 광섬유 증폭기입니다. 그 중에서도, 3가 에르븀 이온 형태의 미량의 불순물이 광섬유의 실리카 코어에 삽입되어 광학 특성을 변경하고 신호 증폭을 허용합니다.
작동 원리
EDFA의 작동 원리는 가장 자주 파장이 약 980 nm이고 때로는 약 1450 nm 인 펌프 광원을 사용하여 에르븀 이온 (Er3 +)을 4I13 / 2 상태 (980 nm 4I11 / 2를 통해 펌핑 함)에서 1.5-μm 파장 영역의 빛을 유도 방출을 통해 바닥 상태 매니 폴드 4I15 / 2로 다시 증폭 할 수 있습니다.
EDFA의 장점 및 단점
장점
EDFA의 펌프 전력 사용률이 높습니다 (> 50 %).
비교적 평탄한 이득을 가진 1550nm 영역에서 넓은 파장 대역 (> 80nm)을 직접적으로 동시에 증폭
광학 필터를 이득 평탄화하여 평탄도를 향상시킬 수 있습니다.
50 dB를 초과하는 이득
장거리 애플리케이션에 적합한 저노이즈
단점
EDFA의 크기가 작지 않다.
다른 반도체 소자와 통합 될 수 없다.
반도체 광 증폭기 (SOA)
반도체 광 증폭기는 이득 매질을 제공하기 위해 반도체를 사용하는 광 증폭기의 한 유형이다. 그들은 Fabry-Perot 레이저 다이오드와 비슷한 구조를 가지고 있지만 끝면에 반사 방지 설계 요소가 있습니다. 다른 광 증폭기와 달리 SOA는 전자적으로 (즉,인가 된 전류를 통해 직접) 펌핑되며 별도의 펌프 레이저는 필요하지 않습니다.
작동 원리
1. 광 신호를 증폭하기위한 유도 방출.
2. 반도체의 활성 영역.
전도대에서 전자를 펌핑하기위한 주입 전류.
4. 입력 신호는 전자를 가전 자대로 전이시켜 증폭을 획득합니다.
SOA의 장단점
장점
반도체 광 증폭기는 소형이며 전기적으로 펌핑된다.
잠재적으로 EDFA보다 저렴할 수 있으며 반도체 레이저, 변조기 등과 통합 될 수 있습니다.
네 가지 유형의 비선형 동작 (교차 이득 변조, 교차 위상 변조, 파장 변환 및 4 파장 혼합)이 모두 가능합니다.
SOA는 저전력 레이저로 실행될 수 있습니다. 이것은 짧은 나노 세컨드 또는 그 이하의 상부 수명에 기인하며, 따라서 이득은 펌프 또는 신호 전력의 변화에 빠르게 반응하고 이득 변화는 또한 신호를 왜곡시킬 수있는 위상 변화를 유발합니다.
단점
SOA의 성능은 여전히 EDFA와 비교할 수 없습니다. SOA는 빠른 과도 시간으로 높은 잡음, 낮은 이득, 중간 정도의 편광 의존성 및 높은 비선형 성을 제공합니다.
섬유 라만 증폭기 (FRA)
Fiber Raman Amplifier (FRA)는 비교적 성숙한 광 증폭기이기도합니다. FRA에서 광 신호는 유도 된 라만 산란 (SRS)으로 인해 증폭됩니다. 일반적으로 FRA는 LRA라고하는 집중 형과 DRA라고하는 분산 형으로 나눌 수 있습니다. 섬유 이득 매체는 일반적으로 10km 이내입니다. 또한, 일반적으로 40dB 또는 그 이상의 이득을 낼 수있는 수십 와트의 높은 펌프 전력이 필요합니다. 주로 EDFA가 만족시킬 수없는 광 신호 대역을 증폭하는데 사용됩니다. DRA의 섬유 이득 매체는 일반적으로 LRA보다 일반적으로 수십 킬로미터 더 길고 펌프 소스 전력은 수백 메가 와트까지 낮습니다. 주로 DWDM 통신 시스템에 사용되며, 시스템의 성능을 향상시키고, 비선형 효과를 억제하며, 신호 전력의 발생을 줄이고, 신호 대 잡음비를 개선하고, 온라인으로 증폭하는 EDFA를 보조합니다.
작동 원리
FRA의 원리는 SRS (Stimulated Raman Scattering) 효과를 기반으로합니다. 이득 매체는 도핑되지 않은 광섬유이다. 전력은 라만 효과로 알려진 비선형 광학 과정에 의해 광 신호로 전송됩니다. 입사 광자는 전자를 가상 상태로 여기시키고 자극 된 방출은 전자가 유리 분자의 진동 상태로 떨어질 때 발생합니다. 포논의 고유 에너지에 해당하는 스톡스 시프트는 모든 광섬유에서 약 13.2THz입니다.
FRA의 장단점
장점
가변 파장 증폭 가능
설치된 SM 섬유와 호환 가능
EDFA를 확장하는 데 사용할 수 있습니다.
스팬에서 평균 전력이 낮아져 누화가 낮을 수 있습니다.
매우 광대역 운용이 가능할 수있다.
단점
높은 펌프 전력 요구 사항, 높은 펌프 전력 레이저는 최근에야 도착했습니다
정교한 게인 컨트롤 필요
소음도 문제입니다.
개요
이 세 가지 유형의 광 증폭기에 대해 이야기 한 후 다음 표와 같이 비교합니다.
