1. Classement desFibériqueAamplificateurs
Il existe trois principaux types d'amplificateurs optiques :
(1) Amplificateur optique à semi-conducteur (SOA, amplificateur optique à semi-conducteur) ;
(2) Amplificateurs à fibre optique dopés aux terres rares (erbium Er, thulium Tm, praséodyme Pr, rubidium Nd...), principalement des amplificateurs à fibre dopée à l'erbium (EDFA), ainsi que des amplificateurs à fibre dopée au thulium (TDFA) et des amplificateurs à fibre dopée au praséodyme (PDFA), etc.
(3) Amplificateurs à fibre non linéaire, principalement des amplificateurs Raman à fibre (FRA, Fiber Raman Amplifier).La principale comparaison des performances de ces amplificateurs optiques est présentée dans le tableau
EDFA (amplificateur à fibre dopée à l'erbium)
Un système laser à plusieurs niveaux peut être formé en dopant la fibre de quartz avec des éléments de terres rares (tels que Nd, Er, Pr, Tm, etc.), et le signal lumineux d'entrée est directement amplifié sous l'action de la lumière de pompe.Après avoir fourni une rétroaction appropriée, un laser à fibre est formé.La longueur d'onde de travail de l'amplificateur à fibre dopée au Nd est de 1 060 nm et 1 330 nm, et son développement et son application sont limités en raison de l'écart par rapport au meilleur port récepteur de communication par fibre optique et d'autres raisons.Les longueurs d'onde de fonctionnement de l'EDFA et du PDFA se situent respectivement dans la fenêtre de perte la plus faible (1 550 nm) et de longueur d'onde de dispersion nulle (1 300 nm) de la communication par fibre optique, et TDFA fonctionne dans la bande S, qui convient très bien aux applications de systèmes de communication par fibre optique. .L'EDFA, le développement le plus rapide, a été particulièrement pratique.
LePprincipe de l'EDFA
La structure de base de l'EDFA est représentée sur la figure 1 (a), qui est principalement composée d'un milieu actif (fibre de silice dopée à l'erbium d'environ plusieurs dizaines de mètres de long, avec un diamètre de noyau de 3 à 5 microns et une concentration de dopage de (25 -1000)x10-6), source de lumière de pompe (990 ou 1480nm LD), coupleur optique et isolateur optique.Le signal lumineux et la lumière de pompe peuvent se propager dans la même direction (pompage codirectionnel), dans des directions opposées (pompage inverse) ou dans les deux sens (pompage bidirectionnel) dans la fibre d'erbium.Lorsque le signal lumineux et la lumière de pompe sont injectés simultanément dans la fibre d'erbium, les ions erbium sont excités à un niveau d'énergie élevé sous l'action de la lumière de pompe (Figure 1 (b), un système à trois niveaux), et se désintègre rapidement jusqu'au niveau d'énergie métastable, lorsqu'il revient à l'état fondamental sous l'action du signal lumineux incident, il émet des photons correspondant au signal lumineux, de sorte que le signal soit amplifié.La figure 1 (c) est son spectre d'émission spontanée amplifiée (ASE) avec une large bande passante (jusqu'à 20-40 nm) et deux pics correspondant respectivement à 1530 nm et 1550 nm.
Les principaux avantages de l'EDFA sont un gain élevé, une large bande passante, une puissance de sortie élevée, une efficacité de pompe élevée, une faible perte d'insertion et une insensibilité à l'état de polarisation.
2. Problèmes avec les amplificateurs à fibre optique
Bien que l’amplificateur optique (en particulier EDFA) présente de nombreux avantages remarquables, ce n’est pas un amplificateur idéal.En plus du bruit supplémentaire qui réduit le SNR du signal, il existe d'autres inconvénients, tels que :
- L'inégalité du spectre de gain dans la bande passante de l'amplificateur affecte les performances d'amplification multicanal ;
- Lorsque les amplificateurs optiques sont mis en cascade, les effets du bruit ASE, de la dispersion des fibres et des effets non linéaires s'accumulent.
Ces questions doivent être prises en compte lors de la conception des applications et des systèmes.
3. Application de l'amplificateur optique dans le système de communication par fibre optique
Dans le système de communication par fibre optique, leAmplificateur à fibre optiquepeut être utilisé non seulement comme amplificateur de puissance de l'émetteur pour augmenter la puissance de transmission, mais également comme préamplificateur du récepteur pour améliorer la sensibilité de réception, et peut également remplacer le répéteur optique-électrique-optique traditionnel, pour prolonger la transmission Distance et réaliser une communication entièrement optique.
Dans les systèmes de communication par fibre optique, les principaux facteurs limitant la distance de transmission sont la perte et la dispersion de la fibre optique.En utilisant une source lumineuse à spectre étroit ou en travaillant à proximité de la longueur d'onde de dispersion nulle, l'influence de la dispersion des fibres est faible.Ce système n'a pas besoin d'effectuer une régénération complète de la synchronisation du signal (relais 3R) à chaque station relais.Il suffit d'amplifier directement le signal optique avec un amplificateur optique (relais 1R).Les amplificateurs optiques peuvent être utilisés non seulement dans les systèmes interurbains longue distance, mais également dans les réseaux de distribution à fibre optique, en particulier dans les systèmes WDM, pour amplifier plusieurs canaux simultanément.
1) Application des amplificateurs optiques dans les systèmes de communication à fibre optique principale
La figure 2 est un diagramme schématique de l'application de l'amplificateur optique dans le système de communication à fibre optique principale.(a) l'image montre que l'amplificateur optique est utilisé comme amplificateur de puissance de l'émetteur et comme préamplificateur du récepteur afin que la distance sans relais soit doublée.Par exemple, en adoptant EDFA, le système de transmission la distance de 1,8Gb/s passe de 120km à 250km voire atteint 400km.Les figures 2 (b) à (d) représentent l'application d'amplificateurs optiques dans des systèmes multirelais ;La figure (b) représente le mode relais 3R traditionnel ;La figure (c) représente le mode relais mixte des répéteurs 3R et des amplificateurs optiques ;Figure 2 (d) Il s'agit d'un mode relais entièrement optique ;dans un système de communication entièrement optique, il n'inclut pas de circuits de synchronisation et de régénération, il est donc peu transparent et il n'y a pas de restriction de « moustaches de bouteille électroniques ».Tant que l'équipement d'envoi et de réception aux deux extrémités est remplacé, il est facile de passer d'un débit faible à un débit élevé et l'amplificateur optique n'a pas besoin d'être remplacé.
2) Application de l'amplificateur optique dans le réseau de distribution de fibres optiques
Les avantages de puissance de sortie élevée des amplificateurs optiques (en particulier EDFA) sont très utiles dans les réseaux de distribution à large bande (tels queCATVRéseaux).Le réseau CATV traditionnel adopte un câble coaxial, qui doit être amplifié tous les plusieurs centaines de mètres, et le rayon de service du réseau est d'environ 7 km.Le réseau CATV à fibre optique utilisant des amplificateurs optiques peut non seulement augmenter considérablement le nombre d'utilisateurs distribués, mais également étendre considérablement le chemin du réseau.Les développements récents ont montré que la distribution de fibres optiques/hybrides (HFC) tire les atouts des deux et présente une forte compétitivité.
La figure 4 est un exemple de réseau de distribution par fibre optique pour la modulation AM-VSB de 35 chaînes de télévision.La source lumineuse de l'émetteur est DFB-LD avec une longueur d'onde de 1550 nm et une puissance de sortie de 3,3 dBm.En utilisant l'EDFA à 4 niveaux comme amplificateur de distribution de puissance, sa puissance d'entrée est d'environ -6 dBm et sa puissance de sortie est d'environ 13 dBm.Sensibilité du récepteur optique -9,2d Bm.Après 4 niveaux de distribution, le nombre total d'utilisateurs a atteint 4,2 millions et le trajet du réseau s'étend sur plus de dizaines de kilomètres.Le rapport signal/bruit pondéré du test était supérieur à 45 dB et l'EDFA n'a pas entraîné de réduction du CSO.
Heure de publication : 23 avril 2023