3.4 ОПТИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ

Оптические усилители на волокне легированном эрбием EDFA являются основой для построения экономически оправданных сетей DWDM. Усилители EDFA обеспечивают “прозрачное” усиление всех каналов независимо от протоколов или схемы модулирования сигналов, используемых каждым каналом. Усилители EDFA открывают возможность передачи модулированного оптического сигнала на очень большие расстояния без необходимости восстановления и регенерации передаваемой информации. Однако при проектировании сети необходимо определить и учесть зависимость коэффициента усиления усилителя EDFA от длины волны, особенно в случае передачи отдельных каналов через несколько усилителей. Кроме этого, накопление шумов за счет проявления шум-фактора в нескольких последовательно расположенных в линии связи усилителях EDFA может привести к невосстановимому разрушению оптического сигнала. Точный учет шум-фактора усилителей необходим для определения предельного числа каскадов усиления, а, следовательно, и максимальной длины линии связи.

Коэффициент усиления – одна из самых важных измеряемых характеристик оптического усилителя. Коэффициент усиления зависит от множества параметров, которые по отдельности или вместе, могут влиять на эффективность усилителя. Коэффициент усиления зависит от длины волны сигнала, состояния поляризации на входе и мощности сигнала. Кривая усиления (рис. 3.31), характеризующая спектральное усиление всех каналов, меняется в зависимости от распределения подаваемой в каждый канал мощности. С ее помощью, таким образом, можно оценивать и контролировать временное перераспределение входной мощности, например, при добавлении или удалении канала в различных многоканальных приложениях.

Рис. 3.31 Коэффициент усиления может меняться от одного канала к другому

Коэффициент усиления G (измеряется в дБ) определяется как отношение средней выходной out P и входной in P мощности, за вычетом вклада усиленного спонтанного излучения ASE (Amplified Spontaneous Emission) самого усилителя

где P_out(λ_c) - средняя выходная мощность на длине волны канала λ_c в мВт; P_ASE(λ_c) - мощность усиленного спонтанного усиления в мВт; и P_in(λ_c) - средняя входная мощность в мВт.

Коэффициент усиления оптического усилителя в значительной степени зависит от уровня входного сигнала, рис. 3.32. Обычно усилитель хорошо усиливает слабые входные сигналы (например, типичный коэффициент усиления >30 дБ для предусилителя EDFA достигается при входном сигнале < –20 дБм). Для входных сигналов средней мощности коэффициент усиления начинает отклоняться от прежнего значения. Точка спада на кривой коэффициента усиления является важным параметром усилителя. Она определяется по уровню спада на 3 дБ коэффициента усиления относительно усиления слабых сигналов.

Рис. 3.32 Коэффициент усиления EDFA в рабочей области является равномерным

Для входных сигналов с высоким уровнем мощности (для усилителя EDFA обычно >3 дБм) усилитель выходит на режим глубокого насыщения коэффициента усиления. Выходная мощность усилителя, равная входной, называется выходной мощностью насыщения (при которой коэффициент усиления равен 1).

В общем случае значения этих трех ключевых параметров усилителя – коэффициент усиления слабых сигналов, точка спада усиления (по уровню 3 дБ) и выходная мощность насыщения – меняются с длиной волны входного сигнала. Поэтому для получения всесторонней характеристики усилителя потребуется система, выполняющая измерения при разных входных мощностях и для целого ряда интересующих длин волн.

Для DWDM-приложений может потребоваться характеристика усилителя при насыщении коэффициента усиления одного из каналов. Усилитель вводится в режим насыщения по одному каналу, а далее измеряется усиление на длинах волн остальных каналов. Исследование во всем спектре рабочих длин волн выявляет спектральную зависимость измеряемого параметра. Можно также выполнить двусторонние измерения, чтобы определить так называемый коэффициент усиления слабых обратных сигналов при насыщении.

Коэффициент усиления перекрестного насыщения

Коэффициент усиления перекрестного насыщения определяется как изменение коэффициента усиления отдельного канала при изменении мощности, подаваемой на вход другого (других) канала, на определенную величину.

Равномерность коэффициента усиления

Равномерность коэффициента усиления определяется максимальным разбросом коэффициента усиления различных каналов при одной и той же входной мощности.

Зависимость коэффициента усиления от поляризации

Зависимость коэффициента усиления от поляризации PDG (Polarization Dependent Gain) определяется различием коэффициента усиления для различных входных состояний поляризации. На практике сканируют все возможные входные состояния поляризации, либо ограничиваются случайной выборкой состояний, и определяют наименьший и наибольший коэффициенты усиления.

Коэффициент усиления сигнала

Коэффициент усиления сигнала усилителя EDFA - это коэффициент усиления мощного сигнала, например, сигнала трафика, при котором усилитель обычно начинает переходить в режим насыщения. Это основной фактор, определяющий рабочую точку усилителя. В противоположность этому коэффициент усиления слабых сигналов практически никак не влияет на положение рабочей точки усилителя (см. рис. 3.32).

Профиль

Понятие профиль (кривая, характеристика) часто используют для выражения зависимости некоторого параметра, например, усиления, от длины волны. Например, усиление шума может быть выражено с помощью определенного значения (измеренного в дБ), в то время как профиль усиления шума описывает спектральную зависимость этого параметра.

Коэффициент усиления канала

Под коэффициентом усиления канала понимают усиление одного отдельного сигнала в системе DWDM. В общем случае коэффициент усиления канала будет разным для различных каналов и длин волн. Спектральная равномерность (или равномерность усиления) описывает изменение коэффициента усиления с длиной волны, иными словами наклон профиля коэффициента усиления, измеряемое в дБ/нм. Наклон профиля коэффициента усиления позволяет определить изменение коэффициента усиления при добавлении или удалении канала на заданной длине волны.