EDFA nima? Erbium{0}}Dopingli tolali kuchaytirgichlar qanday ishlaydi

EDFA nima?

EDFA - buoptik kuchaytirgichto'g'ridan-to'g'ri optik domenda yorug'lik signallarini kuchaytirish uchun erbium{0}}qo'yilgan tolaning bir qismidan foydalanadi. An'anaviy takrorlagichlar har bir bosqichda optik{2}}to-elektrik{4}}dan-optikga (O{6}}E-O) aylantirishni talab qiladi; EDFA bularning barchasini o'tkazib yuboradi. Signal boshidan oxirigacha yorug' bo'lib qoladi - bu tarmoqli kengligini saqlaydi, kechikishni kamaytiradi va tarmoq murakkabligining butun qatlamini yo'q qiladi.

U C-diapazonda (1530-1565 nm) va L{3}}tasosida (1565-1625 nm) ishlaydi, to'g'ridan-to'g'ri silika tolasining eng past-yo'qotish uzatish oynalarida. Spektrlarning bir-biriga mos kelishi tasodif emas -, EDFA uzoq masofali tarmoqlarda standart kuchaytirgichga- aylangani va WDM va DWDM tizimlarining shunday ishlashining sababi shu. Bitta EDFA bir vaqtning o'zida bitta tola orqali o'tadigan o'nlab yoki hatto yuzlab to'lqin uzunligi kanallarini kuchaytirishi mumkin.

EDFA muammosi hal qiladi

Optik signallar tolalar orqali o'tayotganda kuchini yo'qotadi. Zaiflash, qo'shilish yo'qotishlari, konnektor yo'qotishlari - hammasi qo'shiladi. EDFA dan oldin yagona variant - marshrut bo'ylab elektron regeneratorlarni joylashtirish edi. Ushbu qurilmalar yorug'likni elektrga aylantirdi, signalni tozaladi, uni qayta- kuchaytirdi va yana yorug'likka aylantirdi. Har bir regenerator qimmat va o'ziga xos formatga- ega edi: u faqat bitta ma'lumot uzatish tezligi va bitta modulyatsiya sxemasini boshqarishi mumkin edi. Agar siz WDM tizimini kengaytirmoqchi bo'lsangiz, regeneratorlarni kanallar soniga ko'paytirishingiz kerak edi. Narx va murakkablik shafqatsiz o'lchaydi.

Bu yutuq 1987 yilda, tadqiqotchilar buni ko'rsatganlarida yuz berdierbiy{0}}qo'shimchali tolarag'batlantirilgan emissiya orqali 1550 nm yaqinidagi signallarni kuchaytirishi mumkin edi. Ikki yil o'tgach, birinchi diod-nasoslandierbium{0}}qo‘shilgan tolali kuchaytirgichlaboratoriyada tasdiqlangan bo'lib, kontseptsiya haqiqiy tarmoqlarda ishlashi mumkinligini isbotladi. Buni shunchalik muhim qilgan narsa shunchaki kuchaytirishning o'zi emas -, balki bitta EDFA bir vaqtning o'zida WDM tizimidagi barcha to'lqin uzunlikdagi kanallarni kuchaytirishi mumkin edi. Har bir kanal-qayta tiklanmaydi. Aynan shu qobiliyat zich to‘lqin uzunlikdagi-bo‘linish multiplikatsiyasini iqtisodiy jihatdan foydali qildi va terabit{6}}o‘lchovli suv osti kabellarini qo‘li yetadigan joyga qo‘ydi.

EDFA qanday ishlaydi?

Asosiy mexanizm: stimulyatsiya qilingan emissiya

EDFA lazer- rag'batlantirilgan emissiya - bilan bir xil printsip asosida ishlaydi, bundan tashqari u yangi yorug'lik hosil qilish o'rniga mavjud yorug'likni kuchaytiradi.

Yuqori{0}}kuchli nasos lazeri (980 nm yoki 1480 nm da ishlaydi) energiyani erbiumli tolaga- yuboradi. Erbium ionlari (Er³⁺) bu nasos energiyasini o'zlashtiradi va asosiy holatidan hayajonlangan holatga o'tadi. Etarlicha ionlar qo'zg'atilgandan so'ng, siz asosiy holatga qaraganda yuqori energiya holatida - ko'proq populyatsiya inversiyasiga ega bo'lasiz. Bu kuchaytirilishning asosiy shartidir.

Endi 1550 nm yaqinidagi zaif optik signal doplangan tolaga kiradi. Uning fotonlari hayajonlangan erbium ionlariga uriladi va har bir o'zaro ta'sir ionni ishga tushiradi va bu jarayonda yangi fotonni chiqaradi. Bu yangi foton signal foton bilan bir xil - bir xil toʻlqin uzunligi, bir xil faza, bir xil yoʻnalish. Buni tolaning uzunligi bo'ylab milliardlab o'zaro ta'sirlar bo'ylab ko'paytiring va signal boshqa uchi sezilarli darajada kuchliroq chiqadi.

Kuchaytirish tabiatan keng polosali hisoblanadi. Erbiumning kuchayish spektri C- diapazonida taxminan 30-40 nm ni tashkil qiladi. Bu aqlli muhandislik yechimi emas - u erbium ionining energiya darajasi tuzilishi fizikasiga kiritilgan. Shu sababli, bitta EDFA bir vaqtning o'zida 40, 80 yoki hatto 96 ta DWDM kanallarini boshqarishi mumkin.

EDFA ichidagi asosiy komponentlar

Ishlaydigan EDFA moduli faqat doplangan tolaning bir bo'lagidan ko'ra ko'proq ishlaydi. Beshta asosiy komponent birgalikda ishlaydi:

Erbium{0}}qo'shimchali tola (EDF) daromad olish vositasidir. Elyaf uzunligi, erbiy konsentratsiyasi va shisha tarkibi bularning barchasi daromad va shovqin xususiyatlarini shakllantiradi. Nasos lazeri erbiy ionlarini qo'zg'atish uchun energiya beradi - uning kuchi va barqarorligi EDFA ning daromad va shovqin ko'rsatkichini belgilaydi. WDM ulagichi nasos nuri va signal nurini birlashtiradi, shuning uchun ular doplangan tola bo'ylab birga tarqaladi. Kirish va chiqishdagi optik izolyatorlar kuchaytirgichni beqarorlashtirishi yoki parazitar lasingni ishga tushirishi mumkin boʻlgan-akslashlarni bloklaydi. Optik filtr esa chiqishni toza saqlash uchun{8}}bandli shovqin va kuchaytirilgan spontan emissiyani (ASE)-o‘chiradi.

980 nm va 1480 nm Pompalash - Nima uchun ko'p EDFA ikkalasini ham ishlatadi

Nasos to'lqin uzunligi EDFAdagi eng katta dizayn qarorlaridan biri bo'lib, ikkita variant faqat ma'lumotlar varag'idagi turli xil xususiyatlarni emas, balki haqiqiy kelishuvni ham o'z ichiga oladi -.

980 nm nasos erbium ionlarini yuqori energiya darajasiga (E3) qo'zg'atadi, so'ngra radiatsiyaviy bo'lmagan jarayon orqali tezda metastabil darajaga (E2) bo'shashadi. Bu ikki bosqichli yo'l juda toza populyatsiya inversiyasini hosil qiladi va shovqin darajasi - odatda 1480 nm dan 1–2 dB yaxshiroq. Shovqindagi dB ning har bir ulushi muhim boʻlgan-oldin kuchaytirgichlar uchun 980 nm siz xohlagan narsadir.

1480 nm nasos yorliq oladi: u erbium ionlarini to'g'ridan-to'g'ri metastabil darajaga (E2) qo'zg'atadi. Koʻproq energiya-tejamkor, yuqori erishish mumkin boʻlgan chiqish quvvati, lekin shovqinliroq. Bu uni kuchaytirgich kuchaytirgichlar uchun yaxshiroq moslashtiradi, bu erda xom quvvat shovqin ishlashidan ko'ra muhimroqdir.

Koʻpgina yuqori{0}}mahsulotli EDFAlar bir yoki boshqasini tanlamaydi - ular shovqinni past ushlab turish uchun oldinga yoʻnalishdagi ikkala. 980 nm nasosdan, chiqish quvvatini oshirish uchun esa orqaga yoʻnalishda 1480 nm nasosdan foydalanadilar. Ushbu gibrid konfiguratsiya suv osti va uzoq masofali er usti tizimlarida standart bo'lib, yaxshi sababga ko'ra: siz bitta qurilmada 980 nm shovqin va 1480 nm quvvatga ega bo'lasiz.

EDFA ning uchta turi va har biridan qachon foydalanish kerak

EDFA optik aloqada qayerda joylashganligi uni qanday loyihalash kerakligi haqida hamma narsani aniqlaydi. Kuchaytirgich uchun muhim bo'lgan xususiyatlar oldingi kuchaytirgich uchun deyarli ahamiyatsiz va aksincha.

Booster kuchaytirgich

Transmitterdan keyin darhol ketadi. Uning vazifasi yorug'lik tolalar oralig'iga kirgunga qadar signal kuchini iloji boricha yuqoriga surishdir. DWDM tizimlarida multipleksor ishga tushirish quvvatini iste'mol qiladigan kiritish yo'qotilishini keltirib chiqaradi va kuchaytirgich buni qoplaydi. Bu erda eng muhim xususiyat to'yingan chiqish quvvati - odatda 16–23 dBm. Shovqin ko'rsatkichi ikkinchi darajali, chunki kirish signali hali ham kuchli.

-Line kuchaytirgichida

Ular tola yo'nalishi bo'ylab oraliq nuqtalarda o'tirib, odatda har 80-100 km masofani yo'qotishni qoplaydi va signalni shovqin darajasidan yuqori ushlab turadi. Ularga yaxshi shovqin ko'rsatkichi bilan yuqori daromad (20-30 dB) kerak. Chiziqli kuchaytirgichlar haqida-qism: shovqin har bir bosqichda to‘planadi. Suv osti kabelidagi 10, 20 yoki 100 kaskadli EDFA zanjiri uchun shovqin byudjetini loyihalashda, har bir kuchaytirgichning hissasi muhimdir. Buni hatto kichik farq bilan noto'g'ri qabul qilish, ishlaydigan va yopilmaydigan havola o'rtasidagi farqni anglatishi mumkin.

Oldindan-kuchaytirgich

Qabul qiluvchining oldida o'tiradi. Bu vaqtda signal yuzlab yoki minglab kilometrlarni bosib o'tib, juda past quvvatga - ba'zan -30 dBm dan pastroq quvvatga yetgan bo'lishi mumkin. Ushbu darajalarda ASE shovqinining o'sishi eng yomon hisoblanadi. Shovqin ko'rsatkichi pre-amp uchun yagona eng muhim parametrdir. Bu erda NF ning 1 dB yaxshilanishi to'g'ridan-to'g'ri kengaytirilgan kirishga yoki butun havola uchun yaxshi bit xato tezligiga aylanishi mumkin.

Asosiy ishlash parametrlari

Daromad

dB bilan o'lchanadi. 30 dB kuchayishi chiqishning kirishdan 1000 marta kuchli ekanligini anglatadi. Ba'zi EDFA dizaynlari 50 dB dan oshishi mumkin, ammo ko'pchilik tijorat bloklari 15-35 dB oralig'ida ishlaydi. Daromad EDF uzunligiga, nasos kuchiga va kirish signali darajasiga bog'liq. Bu sobit raqam emas -, chunki kirish quvvati oshadi, toʻyinganlik tufayli daromad siqiladi. Bog'lanish byudjeti hisob-kitoblari buni hisobga olish kerak.

Shovqin figurasi (NF)

EDFA qancha qo'shimcha shovqin qo'shishini aniqlaydi. Nazariy minimal 3 dB (yuqori daromadda fazaga sezgir boʻlmagan kuchaytirgich uchun kvant chegarasi-) va tijorat EDFA odatda kichik{5}}signal sharoitida 5–7 dB ga etadi. Oldindan{7}}amperlar va kaskadli uzoq{8}}bog'lanishlar uchun NF ko'pincha siz optimallashtiradigan birinchi parametrdir, chunki u butun tizim uchun OSNR byudjetini bevosita o'rnatadi.

To'yingan chiqish quvvati

EDFA maksimal chiqish quvvati kirish yetarlicha kuchli bo'lganda (odatda 0 dBm dan katta yoki unga teng) uni to'yinganlikka olib kelishi mumkin. Bu kuchaytirgich kuchaytirgichlarining sarlavha raqami. Ko'proq chiqish quvvati siz tolaga ko'proq kirishingiz mumkin degan ma'noni anglatadi, bu odatda kuchaytirgich maydonchalari orasidagi uzoqroq masofani anglatadi.

Yassilikka erishing

Ko'p kanalli DWDM tizimida har bir kanal ideal tarzda bir xil daromad oladi. Erbium olish spektri hamkorlik qilmaydi - ba'zi to'lqin uzunliklari tabiiy ravishda boshqalarga qaraganda ko'proq kuchayadi. Yassilik darajasi bu o'zgarishni o'lchaydi, odatda ish diapazoni bo'ylab cho'qqi -cho'qqisiga-dB sifatida ifodalanadi.

Kuchaytirgichlarni kaskadga qo'yganingizda muammo aniq bo'ladi. Aytaylik, bitta kanal har bir kuchaytirgich uchun 0,5 dB kamroq daromad oladi. O'nta kuchaytirgichdan keyin u 5 dB zaifroq. Yigirmadan keyin u qabul qiluvchining sezgirlik chegarasidan butunlay pastga tushishi mumkin. Suv osti kabel tizimlari va uzoq masofali er usti tarmoqlari buni EDFA moduliga o'rnatilgan kuchaytiruvchi tekislash filtrlari (GFF)-yo'li yoki daromad spektrining o'ziga xos tekisligini yaxshilash uchun EDF oynasidagi alyuminiy kontsentratsiyasini sozlash orqali hal qiladi.

EDFA va boshqa optik kuchaytirgichlar

EDFA va SOA (yarim o'tkazgichli optik kuchaytirgich)

SOA doplangan tola o'rniga yarimo'tkazgichli kuchaytiruvchi vositadan foydalanadi. U kichikroq, arzonroq va fotonik chiplarga integratsiyalangan - metro tarmoqlari, optik kommutatsiya va signallarni qayta ishlash uchun haqiqiy afzalliklarga ega. Ammo uzoq{3}}masofalarga uzatish uchun u o'zgarmaydi. SOA ning daromadi 15–25 dB atrofida (EDFA 50 dB dan oshishi mumkin), uning shovqin darajasi 7–12 dB (EDFA ning 5–7 dB ga nisbatan), qutblanish-sezgir va WDM kanallari oʻrtasida oʻzaro bogʻlanishni keltirib chiqaradi, bu esa EDFA oddiygina emas.

SOA ning o'z o'rni bor. EDFA ning o'z o'rni bor. Magistral DWDM transporti uchun tanlov yaqin emas.

EDFA va Raman kuchaytirgichi

Raman kuchaytirilishi butunlay boshqa mexanizm orqali ishlaydi - Ramanning tarqalishini rag'batlantirish - va u alohida doplangan tolada emas, balki uzatuvchi tolaning o'zida sodir bo'ladi. Signal bir vaqtning o'zida emas, balki oraliq bo'ylab asta-sekin kuchayib borishi sababli, u hech qachon EDFA-faqat kuchaytirilganda bo'lgani kabi pastga tushmaydi. Natijada samarali shovqin ko'rsatkichi past bo'lishi mumkin.

Kamchiliklari haqiqiy bo'lsa-da. Raman kuchaytirgichlari yuqori nasos quvvatini talab qiladi (ko'pincha 500 mVt dan ortiq), oddiy daromad keltiradi (odatda 10-15 dB) va joylashtirishning murakkabligini oshiradi. Boshqa tomondan, ular to'lqin uzunligi-egiluvchan bo'lib, EDFA - ga mos kelmaydi, shunchaki boshqa diapazonni kuchaytirish uchun nasos to'lqin uzunligini siljiting.

Bu ikki texnologiya aslida raqobatchi emas. Koʻpgina ultra{1}}uzoq masofa-va suv osti tizimlari ikkalasini ham qoʻllaydi: Raman taqsimlangan daromadli “pol”ni taʼminlaydi, bu signalni shovqinga haddan tashqari tushib ketishiga yoʻl qoʻymaydi va EDFA har bir takrorlash qurilmasida yuqori-konsentratsiyali kuchaytirgichni taʼminlaydi. Ushbu gibrid yondashuv ikkala quvvatni oshirish va ularning chegaralariga erishishning standart usuliga aylandi.

Bugungi kunda EDFA qayerda ishlatiladi

Uzoq{0}}Yer usti tarmoqlari

Bu erda EDFA o'z mablag'ini oladi. Milliy yoki kontinental masofalarni qamrab oluvchi magistral tarmoqlarda EDFA tolaning zaiflashishiga qarshi kurashish uchun har 80-100 km masofani bosib o'tadi. Bittaoptik tolali kuchaytirgichHar bir kanal uchun 100G yoki 400G da 80+ DWDM kanallarini tashish minglab kilometrlar davomida signal sifatini saqlab qolish uchun ushbu kuchaytirgichlar zanjiriga bogʻliq. EDFAni rasmdan olib tashlang va yuqori -er usti transporti iqtisodiyoti quladi.

Suv osti kabel tizimlari

Suv osti kabellari EDFA duch keladigan eng og'ir muhitdir. Okean tubida o'tirgan 100 dan ortiq EDFA takrorlagichlari bilan transokeanik kabel 10 000 km dan oshiqroqqa cho'zilishi mumkin. Ushbu birliklar 25 yil davomida nol texnik xizmat ko'rsatish imkoniyati bilan uzluksiz ishlashi kerak. Ishonchlilik dengiz tubidagi nosozliklar--faqat yoqimli - emas, balki qimmat kemaga tashrif buyurishni anglatadi. Ushbu EDFA'lar keraksiz nasos lazerlari va konservativ ish chegaralari bilan ishlaydi, eng avvalo ishlash muddatini maksimal darajada oshirish uchun mo'ljallangan.

Data Center Interconnect (DCI)

Giper miqyosdagi maʼlumotlar markazlari yuqori-oʻtkazish qobiliyati, kampuslar oʻrtasida past-kechikish vaqtiga ega boʻlishi kerak va bu havolalar odatda oʻnlab yoki yuzlab kilometrlarni qamrab oladi. EDFA ushbu DCI marshrutlarida izchil 400G va 800G uzatish imkonini beradi. Sun'iy intellektni o'rgatish bir nechta ob'ektlarda tobora ko'proq taqsimlanganligi sababli, ushbu segment tez o'sib bormoqda.

DWDM tizimlari

EDFA shunchaki DWDM - bilan mos kelmadi, bu birinchi navbatda DWDMni amaliy qildi. Bitta qurilmada bir vaqtning o'zida 40, 80 yoki 96 kanalni kuchaytirish tarmoq operatorlariga tolali sig'imni bir xil tezlikda infratuzilmani kengaytirmasdan kengaytirish imkonini beradi. Bugungi kunda ishlayotgan har bir DWDM tizimida EDFA mavjud.

CATV tarqatish tarmoqlari

Kabel televideniesi tarmoqlari optik signalni bosh uchidan kuchaytirish uchun quvvat kuchaytirgichlari sifatida EDFA-lardan foydalanadi va uni kengroq qamrov zonasi bo'ylab kattaroq abonent bazasiga chiqaradi. Booster tipidagi EDFA-yuqori chiqish quvvati ushbu translyatsiyani tarqatish modeliga juda mos keladi.

Boshqa ilovalar

EDFA ham ko'rinaditolali kuchaytirgichtolaga{0}}asoslangan LAN tarmoqlarida joylashtirish (tarqatish yoʻqotishlarini qoplash), harbiy va aerokosmik aloqalar (ishonchlilik va atrof-muhitga bardoshlilik-kelishib boʻlmaydi) va yangi paydo boʻlgan kvant aloqa tarmoqlari (bu erda elektr konversiyasisiz kuchsiz signallarni kuchaytirish alohida ahamiyatga ega).

To'g'ri EDFAni qanday tanlash mumkin

To'g'ri EDFA ni tanlash uning tarmog'ingizdagi rolini tushunishdan boshlanadi. Kuchaytirgich,-liniyali kuchaytirgich va oldingi{2}}asosiy kuchaytirgich butunlay boshqacha ustuvorliklarga ega - kuchaytirgich ilovasi uchun past-shovqin blokini sotib olish sizga yordam bermaydigan texnik vositalarga pul sarflashdir.

Avval rolni aniqlang. Booster to'yingan chiqish quvvati haqida qayg'urishni anglatadi. -Internet degani shovqinga qarshi daromadni muvozanatlashtirayotganingizni bildiradi. Pre-amp shovqin figurasi shoh ekanligini anglatadi.

Operatsion bandingizni tasdiqlang. C-tasmasi (1530–1565 nm), L-band (1565–1625 nm) yoki ikkalasi. C+L EDFA mavjud, ammo mavjudligi va ishlashi sotuvchiga qarab farq qiladi.

Yo'qotish byudjetingizdan daromad va quvvat talablarini hisoblang. Kuchaytirgich uchun to'yingan chiqish quvvatiga e'tibor bering. Chiziqli kuchaytirgich uchun -o‘sish oraliqdagi yo‘qotishlarni chegara bilan qoplashiga ishonch hosil qiling. Oldindan{4}}atarli kuchaytirgich uchun qabul qilinadigan NF ga tegsa ham, u ishlay oladigan minimal kirish quvvatini tekshiring.

Agar siz kaskadli bo'lsangiz, shovqin ko'rsatkichini diqqat bilan baholang. Pastroq NF ko'proq OSNR marjasini bildiradi, ya'ni uzoqroq yoki yaxshiroq BER degan ma'noni anglatadi. Kuchaytirgichlar zanjirida, hatto 1 dB NF takomillashtirish birikmalari har bir oraliqda.

Ayniqsa, kanallar soni yuqori boʻlgan DWDM uchun - daromad tekisligini tekshiring. Sizning zanjiringizdagi EDFA qancha ko'p bo'lsa, bu spetsifikatsiya shunchalik qattiq bo'lishi kerak. 40 ta kanalli tizim 80 ta kanalga qaraganda turli xil tekislik talablariga ega.

Joylashtirish muhitidagi omil. Yopiq raft-o'rnatish, tashqi shkaf va dengiz osti uch xil dunyo. Ishlash harorati oralig'i, namlikka chidamlilik, mexanik zarba darajasi, MTBF - bularning barchasi jihoz qayerga ketayotganiga qarab o'zgaradi. Dengiz ostidagi EDFAlar, asosan, raf-oʻrnatish moslamalaridan farqli mahsulot toifasidir.