Perbandingan Berbagai Jenis Amplifier Optik
Penguat optik adalah teknologi penting untuk jaringan komunikasi optik. Tanpa perlu terlebih dahulu mengubahnya menjadi sinyal listrik, amplifier optik sekarang digunakan sebagai ganti repeater. Seperti yang kita ketahui, ada beberapa jenis amplifier optik. Di antara mereka, teknologi penguat utama adalah penguat serat Doped (mis. EDFA), penguat optik Semikonduktor (SOA) dan penguat Fiber Raman. Hari ini, kita akan mempelajari dan membandingkan berbagai jenis amplifier optik dalam makalah ini.
Sebelum membandingkan berbagai jenis amplifier optik, mari kita lihat lebih dekat penguat serat optik. Secara umum, repeater termasuk penerima dan pemancar yang digabungkan dalam satu paket. Penerima mengubah energi optik yang masuk menjadi energi listrik. Output listrik dari penerima mendorong input listrik dari pemancar. Output optik dari pemancar mewakili versi yang diperkuat dari sinyal input optik ditambah noise. Repeater tidak berfungsi untuk jaringan serat optik, di mana banyak pemancar mengirim sinyal ke banyak penerima dengan kecepatan bit yang berbeda dan dalam format yang berbeda. Namun, tidak seperti repeater, penguat optik memperkuat sinyal optik secara langsung tanpa transformasi optik listrik dan listrik. Selain itu, penguat optik yang ideal dapat mendukung operasi multi-saluran selebar mungkin pita gelombang, memberikan penguatan datar pada rentang penguatan dinamis yang besar, memiliki daya output jenuh tinggi, kebisingan rendah, dan penindasan transien yang efektif. Beberapa manfaat amplifier optik sebagai berikut:
Mendukung bit rate dan format sinyal
Mendukung seluruh wilayah panjang gelombang
Tingkatkan kapasitas tautan serat optik dengan menggunakan WDM
Menyediakan kemampuan jaringan semua-optik, bukan hanya tautan titik-ke-titik
OK, setelah pengenalan singkat dari penguat optik, kami secara resmi memulai topik utama hari ini. Seperti yang kita bicarakan di atas, ada tiga jenis utama teknologi penguat saat ini. Masing-masing dari mereka memiliki prinsip kerja, fitur, dan aplikasi mereka sendiri. Kami akan menjelaskannya satu per satu di paragraf berikut.
Doped fiber amplifier (Perwakilan khas: EDFA)
Erbium-doped fiber amplifier (EDFA) adalah amplifier serat optik yang paling banyak digunakan, terutama terbuat dari serat Erbium-doped (EDF), sumber cahaya pompa, skrup optik, isolator optik, filter optik, filter optik dan komponen lainnya. Di antara mereka, jejak pengotor dalam bentuk ion erbium trivalen dimasukkan ke dalam inti silika serat optik untuk mengubah sifat optiknya dan memungkinkan penguatan sinyal.
Prinsip bekerja
Prinsip kerja EDFA adalah menggunakan sumber cahaya pompa, yang paling sering memiliki panjang gelombang sekitar 980 nm dan kadang-kadang sekitar 1450 nm, menggairahkan ion erbium (Er3 +) ke keadaan 4I13 / 2 (dalam kasus 980-nm memompa melalui 4I11 / 2), dari mana mereka dapat memperkuat cahaya di daerah panjang gelombang 1,5 μm melalui emisi terstimulasi kembali ke manifold kondisi dasar 4I15 / 2.
Keuntungan & Kerugian EDFA
Keuntungan
EDFA memiliki pemanfaatan daya pompa yang tinggi (> 50%)
Secara langsung dan simultan memperkuat pita panjang gelombang lebar (> 80nm) di wilayah 1550nm, dengan penguatan yang relatif datar
Kerataan dapat ditingkatkan dengan filter optik gain-rata
Dapatkan lebih dari 50 dB
Angka kebisingan rendah cocok untuk aplikasi jarak jauh
Kekurangan
Ukuran EDFA tidak kecil
Itu tidak dapat diintegrasikan dengan deviec semikonduktor lainnya
Penguat optik semikonduktor (SOA)
Penguat optik semikonduktor adalah salah satu jenis penguat optik yang menggunakan semikonduktor untuk memberikan media penguatan. Mereka memiliki struktur yang mirip dengan dioda laser Fabry-Perot tetapi dengan elemen desain anti-pantulan di permukaan akhir. Tidak seperti amplifier optik lainnya, SOA dipompa secara elektronik (yaitu langsung melalui arus yang diberikan), dan laser pompa yang terpisah tidak diperlukan.
Prinsip bekerja
1.Stimulasi emisi untuk memperkuat sinyal optik.
2. Wilayah aktif semikonduktor.
3. Arus proyeksi untuk memompa elektron pada pita konduksi.
4. Sinyal input merangsang transisi elektron ke pita valensi untuk memperoleh amplifikasi.
Keuntungan & Kerugian dari SOA
Keuntungan
Amplifier optik semikonduktor berukuran kecil dan dipompa secara elektrik.
Ini dapat berpotensi lebih murah daripada EDFA dan dapat diintegrasikan dengan laser semikonduktor, modulator, dll.
Keempat jenis operasi nonlinear (modulasi penguatan silang, modulasi fase silang, konversi panjang gelombang dan empat gelombang pencampuran) dapat dilakukan.
SOA dapat dijalankan dengan laser berdaya rendah. Ini berasal dari nanosecond pendek atau kurang umur atas, sehingga gain bereaksi dengan cepat terhadap perubahan daya pompa atau sinyal dan perubahan gain juga menyebabkan perubahan fase yang dapat mendistorsi sinyal.
Kekurangan
Kinerja SOA masih belum sebanding dengan EDFA. SOA memiliki noise lebih tinggi, gain lebih rendah, ketergantungan polarisasi sedang dan nonlinier tinggi dengan waktu transien cepat.
Penguat Fiber Raman (FRA)
Fiber Raman Amplifier (FRA) juga merupakan penguat optik yang relatif matang. Dalam FRA, sinyal optik diperkuat karena stimulasi hamburan Raman (SRS). Secara umum, FRA dapat dibagi menjadi tipe lumped yang disebut LRA dan tipe didistribusikan disebut DRA. Media penguatan serat dari yang sebelumnya umumnya dalam jarak 10 km. Selain itu, ini membutuhkan daya pompa yang lebih tinggi, umumnya dalam beberapa hingga selusin watt yang dapat menghasilkan 40 dB atau bahkan lebih dari keuntungan. Hal ini terutama digunakan untuk memperkuat pita sinyal optik yang EDFA tidak dapat memuaskan. Media penguatan serat DRA biasanya lebih panjang dari LRA, umumnya untuk puluhan kilometer sementara daya sumber pompa turun hingga ratusan megawatt. Hal ini terutama digunakan dalam sistem komunikasi DWDM, tambahan EDFA untuk meningkatkan kinerja sistem, menghambat efek nonlinier, mengurangi timbulnya kekuatan sinyal, meningkatkan rasio sinyal terhadap kebisingan, dan memperkuat secara online.
Prinsip bekerja
Prinsip FRA didasarkan pada efek Stimulated Raman Scattering (SRS). Media penguatannya adalah serat optik yang tidak tertutup. Daya ditransfer ke sinyal optik oleh proses optik nonlinear yang dikenal sebagai efek Raman. Sebuah foton kejadian mengeluarkan elektron ke keadaan virtual dan emisi terstimulasi terjadi ketika elektron turun ke keadaan getaran molekul kaca. Pergeseran Stokes yang terkait dengan energi eigen phonon adalah sekitar 13,2 THz untuk semua serat optik.
Keuntungan & Kerugian dari FRA
Keuntungan
Amplifikasi panjang gelombang variabel mungkin
Kompatibel dengan serat SM yang terpasang
Dapat digunakan untuk memperpanjang EDFA
Dapat menghasilkan daya rata-rata yang lebih rendah dalam satu rentang, bagus untuk crosstalk yang lebih rendah
Operasi broadband sangat dimungkinkan
Kekurangan
Kebutuhan daya pompa yang tinggi, laser daya pompa yang tinggi baru saja tiba
Diperlukan kontrol gain yang canggih
Kebisingan juga menjadi masalah
Ringkasan
Setelah berbicara tentang ketiga jenis amplifier optik ini, kami membuat perbandingannya sebagai tabel berikut.
