Общая характеристика оптических усилителей в ВОЛС

Через каждые 50-100 км волоконно-оптического тракта происходит ослабление оптического сигнала на 10-20 дБ, что требует его восстановления. До начала 90-х г. в действующих линиях связи единственным способом компенсации потерь в линии было применение регенераторов.

Регенератор – это сложное устройство, включающее в себя как электронные, так и оптические компоненты. Регенератор принимает модулированный оптический сигнал, преобразует его в электрический с той же степенью сжатия, усиливает его, и затем переводит усиленный электрический сигнал обратно в оптический с той же модуляцией и степенью сжатия. Регенератор состоит из трех важнейших компонентов: оптический приемник, электронный усилитель и оптический передатчик (рисунок 2). Регенераторы работают на одной длине волны и экономически не выгодны.

Рисунок 2. Оптический регенератор и его основные компоненты: оптический приемник, электронный усилитель, оптический передатчик

О-Е – переход от оптики к электронике; Е-О – переход от электроники к оптике

Пропускная способность сети или линии дальней связи с регенераторами ограничена и составляет порядка 40 Гбит/с, а в 1986 г. она не превышала 1 Гбит/с.

В 1985-1990 годах, появились промышленные оптические усилители.

Лазеры имели относительно низкую мощность, и сигнал необходимо было восстанавливать электронными методами при прохождении расстояний много меньших, чем 80 км.

Самыми распространенными в настоящее время являются эрбиевые волоконные оптические усилители (Erbium-Doped Fiber Amplifier – EDFA).

Топология оптической сети с оптическим усилителем на основе эрбиевого волокна показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Топология оптической сети (пример) со спектральным мультиплексированием и ее основные компоненты: оптический мультиплексор/демультиплексор, оптическое волокно, оптический усилитель

Ключевыми элементами такой схемы являются:

1) мультиплексор – это оптическое устройство, которое объединяет несколько спектральных каналов (до 40) с длинами волн λ₁, λ₂, λ₃,…, λ_n в один оптический канал. WDM стоит на входе оптической линиисвязи. Если WDM стоит на выходе оптической линии связи, то егоназывают демультиплек-сором, который выполняет обратную задачу – выбирает определенные длины волн λ₁, λ₂, λ₃,…, λ_n и разводит их по отдельным спектральным каналам.

2) оптическое волокно.

3) оптический усилитель.

Усилители EDFA обеспечивают непосредственное усиление оптичес-

ких сигналов, без их преобразования в электрические сигналы и обратно, обладают низким уровнем шумов, а их рабочий диапазон длин волн практи-чески точно соответствует окну прозрачности кварцевого оптического во-локна (могут работать на нескольких длинах волн одновременно-рисунок 4). Благодаря появлению усилителей линии связи и сети на основе систем

DWDM стали экономически привлекательными.

Рисунок 4. Зависимость коэффициента усиления EDFA от длины волны

Усилитель EDFA состоит из отрезка волокна, легированного эрбием. В таком волокне сигналы определенных длин волн могут усиливаться за счет энергии внешнего излучения накачки. В простейших конструкциях EDFA усиление происходит в достаточно узком диапазоне длин волн – примерно от 1525 нм до 1565 нм. В эти 40 нм умещается несколько десятков каналов DWDM.

Если лазерный передатчик выдает в волокно с типичным затуханием 0,2 дБ/км в области длины волны 1550 нм сигнал мощностью +16 дБм, то после прохождения 80 км мощность этого сигнала упадет до уровня 0 дБм. Если же лазер выдает сигнал мощностью 0 дБм, то при прохождении тех же 80 км он понизится до уровня -16 дБм.

Оптические усилители успешно используются в сетях кабельного телевидения CATV, когда один общий сигнал передается большому числу абонентов. Сейчас еще достаточно редко прокладывают оптическое волокно непосредственно до квартиры FTTH (Fiber to the Home). Сигнал CATV обычно доставляется по оптическому волокну только до локальной точки распределения внутри дома FTTB (Fiber to the Building) или поблизости от группы домов FTTC (Fiber to the Curb), а конечная разводка осуществляется с помощью коаксиального кабеля.