1. Klasifikasi dariFiberApenguat
Terdapat tiga jenis utama penguat optik:
(1) Penguat Optik Semikonduktor (SOA, Penguat Optik Semikonduktor);
(2) Penguat serat optik yang didoping dengan unsur tanah jarang (erbium Er, thulium Tm, praseodymium Pr, rubidium Nd, dll.), terutama penguat serat yang didoping erbium (EDFA), serta penguat serat optik yang didoping thulium (TDFA) dan penguat serat optik yang didoping praseodymium (PDFA), dll.
(3) Penguat serat nonlinier, terutama penguat Raman serat (FRA, Fiber Raman Amplifier). Perbandingan kinerja utama penguat optik ini ditunjukkan pada tabel
EDFA (Penguat Serat Doping Erbium)
Sistem laser multi-level dapat dibentuk dengan mendoping serat kuarsa dengan unsur tanah jarang (seperti Nd, Er, Pr, Tm, dll.), dan cahaya sinyal masukan langsung diperkuat di bawah pengaruh cahaya pompa. Setelah memberikan umpan balik yang sesuai, laser serat terbentuk. Panjang gelombang kerja penguat serat yang didoping Nd adalah 1060nm dan 1330nm, dan pengembangan serta aplikasinya terbatas karena penyimpangan dari port sink terbaik komunikasi serat optik dan alasan lainnya. Panjang gelombang operasi EDFA dan PDFA masing-masing berada dalam jendela kerugian terendah (1550nm) dan panjang gelombang dispersi nol (1300nm) komunikasi serat optik, dan TDFA beroperasi di pita S, yang sangat cocok untuk aplikasi sistem komunikasi serat optik. Terutama EDFA, yang perkembangannya paling pesat, telah terbukti praktis.
ItuPprinsip EDFA
Struktur dasar EDFA ditunjukkan pada Gambar 1(a), yang terutama terdiri dari medium aktif (serat silika yang didoping erbium dengan panjang sekitar puluhan meter, dengan diameter inti 3-5 mikron dan konsentrasi doping (25-1000)x10-6), sumber cahaya pompa (LD 990 atau 1480nm), coupler optik, dan isolator optik. Cahaya sinyal dan cahaya pompa dapat merambat searah (pemompaan kodireksional), berlawanan arah (pemompaan reversibel), atau kedua arah (pemompaan dua arah) dalam serat erbium. Ketika cahaya sinyal dan cahaya pompa disuntikkan ke dalam serat erbium secara bersamaan, ion erbium tereksitasi ke tingkat energi tinggi di bawah pengaruh cahaya pompa (Gambar 1 (b), sistem tiga tingkat), dan dengan cepat meluruh ke tingkat energi metastabil. Ketika kembali ke keadaan dasar di bawah pengaruh cahaya sinyal yang datang, ia memancarkan foton yang sesuai dengan cahaya sinyal, sehingga sinyal diperkuat. Gambar 1 (c) adalah spektrum emisi spontan yang diperkuat (ASE) dengan lebar pita yang besar (hingga 20-40nm) dan dua puncak yang masing-masing sesuai dengan 1530nm dan 1550nm.
Keunggulan utama EDFA adalah penguatan tinggi, bandwidth besar, daya keluaran tinggi, efisiensi pompa tinggi, rugi penyisipan rendah, dan tidak sensitif terhadap keadaan polarisasi.
2. Masalah pada Penguat Serat Optik
Meskipun penguat optik (khususnya EDFA) memiliki banyak keunggulan luar biasa, ia bukanlah penguat yang ideal. Selain noise tambahan yang mengurangi SNR sinyal, ada beberapa kekurangan lain, seperti:
- Ketidakmerataan spektrum penguatan dalam bandwidth penguat memengaruhi kinerja penguatan multi-saluran;
- Ketika penguat optik dihubungkan secara berurutan, efek dari derau ASE, dispersi serat, dan efek nonlinier akan terakumulasi.
Masalah-masalah ini harus dipertimbangkan dalam desain aplikasi dan sistem.
3. Penerapan Penguat Optik dalam Sistem Komunikasi Serat Optik
Dalam sistem komunikasi serat optik,Penguat Serat OptikDapat digunakan tidak hanya sebagai penguat daya pemancar untuk meningkatkan daya transmisi, tetapi juga sebagai pra-penguat penerima untuk meningkatkan sensitivitas penerimaan, dan juga dapat menggantikan repeater optik-elektrik-optik tradisional, untuk memperpanjang jarak transmisi dan mewujudkan komunikasi optik sepenuhnya.
Dalam sistem komunikasi serat optik, faktor utama yang membatasi jarak transmisi adalah kehilangan dan dispersi serat optik. Dengan menggunakan sumber cahaya spektrum sempit, atau bekerja di dekat panjang gelombang dispersi nol, pengaruh dispersi serat menjadi kecil. Sistem ini tidak perlu melakukan regenerasi pewaktuan sinyal lengkap (relai 3R) di setiap stasiun relai. Cukup dengan langsung memperkuat sinyal optik dengan penguat optik (relai 1R). Penguat optik dapat digunakan tidak hanya dalam sistem trunk jarak jauh tetapi juga dalam jaringan distribusi serat optik, terutama dalam sistem WDM, untuk memperkuat beberapa saluran secara bersamaan.
1) Penerapan Penguat Optik dalam Sistem Komunikasi Serat Optik Utama
Gambar 2 adalah diagram skematik penerapan penguat optik dalam sistem komunikasi serat optik utama. (a) Gambar menunjukkan bahwa penguat optik digunakan sebagai penguat daya pemancar dan pra-penguat penerima sehingga jarak non-relay menjadi dua kali lipat. Misalnya, dengan mengadopsi EDFA, transmisi sistem Jarak 1,8 Gb/s meningkat dari 120 km menjadi 250 km atau bahkan mencapai 400 km. Gambar 2 (b)-(d) adalah aplikasi penguat optik dalam sistem multi-relay; Gambar (b) adalah mode relay 3R tradisional; Gambar (c) adalah mode relay campuran repeater 3R dan penguat optik; Gambar 2 (d) adalah mode relay optik sepenuhnya; dalam sistem komunikasi optik sepenuhnya, tidak termasuk sirkuit pewaktu dan regenerasi, sehingga transparan bit, dan tidak ada batasan "kumis botol elektronik". Selama peralatan pengirim dan penerima di kedua ujungnya diganti, mudah untuk meningkatkan kecepatan dari rendah ke tinggi, dan penguat optik tidak perlu diganti.
2) Penerapan Penguat Optik dalam Jaringan Distribusi Serat Optik
Keunggulan daya keluaran tinggi dari penguat optik (terutama EDFA) sangat berguna dalam jaringan distribusi pita lebar (sepertiCATVJaringan CATV tradisional menggunakan kabel koaksial, yang perlu diperkuat setiap beberapa ratus meter, dan radius layanan jaringan sekitar 7 km. Jaringan CATV serat optik yang menggunakan penguat optik tidak hanya dapat meningkatkan jumlah pengguna yang tersebar secara signifikan, tetapi juga memperluas jalur jaringan secara signifikan. Perkembangan terkini menunjukkan bahwa distribusi serat optik/hibrida (HFC) menggabungkan kekuatan keduanya dan memiliki daya saing yang kuat.
Gambar 4 adalah contoh jaringan distribusi serat optik untuk modulasi AM-VSB pada 35 saluran TV. Sumber cahaya pemancar adalah DFB-LD dengan panjang gelombang 1550nm dan daya keluaran 3,3dBm. Dengan menggunakan EDFA 4 tingkat sebagai penguat distribusi daya, daya masukannya sekitar -6dBm, dan daya keluarannya sekitar 13dBm. Sensitivitas penerima optik -9,2dBm. Setelah 4 tingkat distribusi, jumlah total pengguna telah mencapai 4,2 juta, dan jalur jaringan lebih dari puluhan kilometer. Rasio sinyal terhadap derau terbobot dari pengujian lebih besar dari 45dB, dan EDFA tidak menyebabkan penurunan CSO.
Waktu posting: 23 April 2023