分布式放大器 Distributed amplifiers

2022-12-09 10:31:21 浏览:263

定义

光纤数据链路中的光纤放大器,放大发生在大长度的传输光纤内。

对于用于长距离数据传输的较长光纤链路,通常需要一个或多个光纤放大器,以便在接收器处获得足够高的信号功率,并保持足够高的信噪比以达到所需的误码率。 在许多情况下,这种放大器是分立放大器,用几米长的稀土掺杂光纤实现,该光纤用光纤耦合二极管激光器泵浦并用作发射器的一部分,或就在接收器之前,或传输光纤各部分之间的某个地方。 然而,也可以在长长度的传输光纤本身中采用所谓的分布式放大,其中泵浦功率通常在接收器或发射器端注入,或从两个方向注入。 这种分布式放大器可能具有类似的总增益,但单位长度的增益要低得多。 它的目的是在存在传播损耗的情况下大致保持合理的信号功率电平,而不是将功率电平提高数十分贝。

一般优点和缺点

使用分布式放大器的一个优点是,这种方法通常会导致链路内放大器噪声的累积较低。 这主要是因为信号功率电平不会下降到非常低的水平,因为它可能发生在分立(集总)放大器之间。 然后,实际上可以降低最大信号功率电平,而不会获得过多的放大器噪声。 这也减少了光纤非线性的潜在不利影响。

一个重要的缺点是分布式放大器通常需要更高的泵浦功率。 这适用于拉曼放大器和稀土掺杂放大器,下文将对此进行讨论。

不同类型放大器的详细优势取决于传输系统的类型及其特性。 例如,有些特定方面仅与基于孤子的系统相关,波长区域和信号带宽也是需要考虑的重要因素。

分布式激光放大器

分布式放大器基本上可以以两种不同的形式实现。 第一种是使用含有一些稀土掺杂剂(如铒Er3+),但掺杂浓度比普通放大器光纤低得多。 尽管通常用于传输的二氧化硅纤维材料对稀土离子的溶解度较低,但可以在没有淬火效应的情况下掺入低浓度。 然而,由于传输光纤受到进一步的限制,因此很难针对大增益带宽优化光纤。 特别是,需要避免使用任何掺杂剂,这会大大增加传播损耗,而在短分立放大器中,这些通常不是一个严重的问题。

另请注意,分布式放大器的泵浦光需要传输很长的长度,因此也会受到传播损耗的影响——如果泵浦波长明显短于信号波长,则甚至比信号光还要大。 因此,长分布的铒放大器应泵浦约1.45μm,而不是通常使用的980nm波长。 这进一步限制了放大器增益的频谱形状。 即使泵浦波长较长,与分立光纤放大器相比,泵浦损耗也会导致对更高泵浦输入功率的要求。

分布式拉曼放大器

另一种类型的分布式放大器是拉曼放大器,不需要稀土掺杂剂,并使用受激拉曼散射进行放大。 同样,传输光纤很难针对拉曼放大进行优化,因为传播损耗需要很低,并且泵浦光也会受到传播损耗的影响。 因此,需要大量的泵功率。

使用单个泵浦源实现的增益频谱基本上由光纤芯的化学成分决定。 通过使用不同泵浦波长的某种组合,可以实现更宽的增益光谱,可能具有定制的形状。

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