Конспект лекций по дисциплине восп для студентов специальности 210404 Многоканальные телекоммуникационные системы
 Скачать 4.71 Mb.
|
Преимущества ОУ по сравнению с повторителями:
 3.9.1 Классификация оптических усилителей по принципу действия  Рисунок 3.40 – Классификация оптических усилителей по принципу действия УФП – усилители на резонаторе Фабри – Перо УБВ - усилители бегущей волны EDFA – эрбиевые волоконно-оптические усилители УР – усилители Рамана УБ – усилители Бриллюэна 3.9.2 Классификация оптических усилителей по способам применения  Рисунок 3.41 – Возможные применения ОУ в ВОСП а) Линейные усилители устанавливаются на линии для компенсации затухания предшествующего участка линии, работают с сигналом среднего уровня на входе и критичны к уровню шумов, который ограничивает участок номинальной длины; б) Усилители мощности - (бустеры), устанавливаются непосредственно за передатчиком; их особенность в том, что они работают с большим сигналом на входе, обеспечивают максимально допустимое усиление и высокий уровень сигнала на выходе и не критичны к уровню шумов; применение усилителей мощности позволяет увеличить участок номинальной длины до 140 км, в зависимости от усиления и потерь в волокне; в) Предварительные усилители (предусилители) - устанавливаются непосредственно перед приемником; их особенность в том, что они работают с сигналами очень низкого уровня (-45 до -35 дБм) и потому очень критичны к уровню шума усилителя; позволяют улучшить чувствительность приемника; г) Усилители, как компенсаторы потерь - устанавливаются внутри или на выходе таких устройств, которые вносят потери, подлежащие компенсации (например, оптические коммутаторы и маршрутизаторы, оптические мультиплексоры и демультиплексоры); их особенность в том, что они должны быть небольшого размера, от них не требуется очень большого усиления и низкого уровня шумов; для этих целей больше всего подходят полупроводниковые ОУ; отметим также, что ОУ применяются в оптических фильтрах (выделение сигнала с определенной длиной волны), в преобразователях длин волн и др.
Принцип работы полупроводниковых ОУ основан на явлении стимулированного излучения. Оптическое усиление возможно при условии создания инверсной населенности (избытка электронов в зоне проводимости) за счет накачки, роль которой играет инжекция тока в полупроводник. Входной сигнал - источник первичных фотонов переводит электроны возбуждённых атомов с верхнего уровня на нижний, где электрон и дырка рекомбинируют, вызывая появление вторичных фотонов. Если один первичный фотон вызывает эмиссию K вторичных фотонов, возникает K-кратное оптическое усиление. Полупроводниковые усилители ППЛУ строятся в основном по двум схемам:
Второй тип ОУ отличается наличием обратной связи (ОС), обеспечивающей многократную процедуру усиления. Если усиление осуществляется за один проход (ОС отсутствует), то ОУ называется усилителем бегущей волны (УБВ). На входном и выходном торцах такого усилителя (полупроводникового блока длиной L) формируются грани с антиотражающим покрытием (см. рисунок 3.42), чтобы минимизировать отраженный луч.  Рисунок 3.42 – Усилитель бегущей волны   Рисунок 3.43 – Амплитудно-волновая характеристика УБВ Усилители бегущей волны УБВ могут быть реализованы с достаточно большим коэффициентом усилением (около 30 дБ) при широкой полосе усиливаемых частот (около 5-10 ТГц). Для этого необходимо подавление возможных отражений фотонов от торцов (отражение менее 0.1%). Это достигается нанесением на торцы специального покрытия толщиной l/4 с согласованным показателем преломления. Ток накачки в УБВ выбирается выше порогового.  Рисунок 3.44 – Усилитель Фабри-Перо  Рисунок 3.45 – Амплитудно-волновая характеристика УФП В резонансных усилителях, (рисунок 3.44) наоборот, применяется оптическая обратная связь ООС, для создания которой используется оптический резонатор. Им может быть, например, резонатор Фабри-Перо - пара параллельных полупрозрачных зеркал, закрепляемых на входе и выходе усилителя, между которыми в процессе многократного отражения оптической волны и происходит усиление интенсивности оптического сигнала (за счет преобразования энергии накачки в энергию сигнала) до величины, достаточной для выхода оптического луча за пределы резонатора. Такой ОУ называется усилителем (с резонатором) Фабри-Перо - УФП (FPA). В резонансных усилителях эффект усиления и отсутствие лазерной генерации обеспечивается за счёт того, что величина тока накачки в рабочем режиме выбирается близкой, но всё-таки ниже порогового тока. Резонансный усилитель Фабри–Перо имеет слишком узкую полосу усиления (менее 10 ГГц) и мало пригоден для ВОСП (рисунок 3.45). Светоизлучающий активный слой ППЛУ имеет поперечный размер несколько микрон, но толщину в пределах одного микрона, что много меньше, чем диаметр светонесущей части (сердцевины) оптического волокна (примерно 9 мкм - для одномодового ОВ).  Рисунок 3.46 – Полупроводниковый оптический усилитель Рисунок 3.46 поясняет снижение к.п.д. усилителя из-за того, что большая часть светового потока из входящего волокна не попадает в активную область и безвозвратно теряется. Одна из возможностей устранения этого недостатка – производство совмещённого светоизлучающего ППЛ непосредственно на выходе, которого устанавливается ППЛУ. Пример конструкции полупроводникового усилителя, совмещённого с лазером передатчика, приведён на рисунке 3.47.  |