Усиление сигналов в оптоволоконных системах

Оптико-волоконные сети охватывают весь земной шар. При передаче информации проявляются ограничивающие факторы, дисперсия, затухание. Иногда часть данных теряется из-за нелинейных оптических эффектов. Подходящее решение этих проблем — усиление сигналов. Через определенные промежутки на каналах передачи устанавливают оптические усилители. Это элементы подкачки, которые увеличивают мощность транзитных потоков.

Принцип действия

Яркость света усиливается внешними источниками. Это генераторы постоянного тока, акустические модуляторы, лазеры. Энергию подают непрерывно или в импульсном режиме. При активизации меняются параметры вставок для накачки. Сигналы усиливаются, когда попадают в возбужденную среду.

В процессе усиления возможны побочные эффекты. Например, из-за трансформации спектра смещаются частоты исходящих сигналов. Поэтому выходные фильтры отсекают лишние волны, посторонние шумы теплового, дробового типа.

Основные параметры

К техническим характеристикам оборудования относятся:

• коэффициенты усиления (дБ);
• длины волн (нм);
• диапазоны входной, выходной мощности;
• частоты повторений (кГц).

После обработки потока количество фотонов равно произведению исходной величины на коэффициент усиления. При накачке используют лазерные установки с волнами 980, 1480 нм. Для длины 980 нм характерна меньшая генерация шумов. 1480 нм выбирают из-за низких требований к качеству настройки.

Двухкаскадные установки оснащены лазерами 980 и 1480 нм. Чем больше мощность, тем длиннее может быть участок сети без ретрансляторов. Значения, диапазон частот повторений зависят от параметров окон прозрачности, состава волокна. По мере увеличения мощности коэффициент усиления уменьшается.

Виды носителей

Активные модули изготавливают из:

• полупроводников (SOA);
• стекловолокна с редкоземельными примесями;
• нелинейных носителей.

Для изменения свойств носителей используют неодим, иттербий, празеодим, тулий, эрбий. Полупроводниковые модели Фабри-Перо оснащают зеркальными отражателями, плоскими резонаторами.

SOA ретрансляторы имеют электрическую накачку, миниатюрные габариты, поэтому войдут в любой телекоммуникационный шкаф. Самый распространенный вариант это комплекты с легированным эрбием (EDFA).

Некоторые серии волоконных усилителей поддерживают бриллюэновское/рамановское рассеяние (ROA). Для солитонных, много-волновых каналов подходят нелинейные комплекты.

Типы усилителей

По особенностям размещения оборудование делят на:

• входное;
• линейное;
• предварительное.

Входные бустеры монтируют в телекоммуникационных шкафах, стойках сразу после лазерных установок. Линейные усилители устанавливают на транзитных, промежуточных связках протяженных сетей. Такие установки также компенсируют потери мощности внутри оптических разветвителей, мультиплексоров.

Предварительные усилители размещают на конечных участках линий. Основное назначение предусилителей это накачка сигналов перед передачей пакетов данных потребителям. Усиление может быть одноканальным и многоканальным. Оптическое оборудование оптимизируют под C-диапазон (1525-1565 нм), L-диапазон (1565-1610 нм).

Преимущества

• Эффективная компенсация потерь при трансляциях на большие расстояния.
• Упрощение схем по регенерации сигналов.
• Минимизация расходов на улучшение связи.

Где нужны оптические усилители

Модули подкачки устанавливают в:

• магистральных системах передачи данных (DWDM, SDH);
• сервисных телекоммуникационных стойках кабельного телевидения, КТВ (CATV).

На сетях DWDM широкополосные предусилители монтируют перед оборудованием клиентов. Бустеры размещают в телекоммуникационных шкафах, стойках на участках сложных систем уплотнения, где необходимо значительное усиление мощности. Для SDH сегмента достаточно Single Lambda EDFA (усилителей одного сигнала).

Комплекты для КТВ похожи на установки для SDH, потому что так же усиливают один сигнал. Легированные эрбиевые модули выбирают из-за приемлемой цены, мощной ретрансляции (до 1000-кратного увеличения количества фотонов). Комплекты с лазерной накачкой универсальны, легко монтируются в телекоммуникационных шкафах, стойках, работают на всех частотах, имеют широкие полосы пропускания.