1. 분류F이베르A증폭기
광 증폭기에는 세 가지 주요 유형이 있습니다.
(1) 반도체 광 증폭기(SOA, Semiconductor Optical Amplifier)
(2) 희토류 원소(에르븀 Er, 툴륨 Tm, 프라세오디뮴 Pr, 루비듐 Nd 등)로 도핑된 광섬유 증폭기, 주로 에르븀 도핑 광섬유 증폭기(에드파), 툴륨 도핑 광섬유 증폭기(TDFA) 및 프라세오디뮴 도핑 광섬유 증폭기(PDFA) 등이 있습니다.
(3) 비선형 광섬유 증폭기, 주로 광섬유 라만 증폭기(FRA, Fiber Raman Amplifier)를 사용합니다. 이들 광 증폭기의 주요 성능 비교는 표에 나와 있습니다.
EDFA(에르븀 도핑 광섬유 증폭기)
다단계 레이저 시스템은 석영 광섬유에 희토류 원소(예: Nd, Er, Pr, Tm 등)를 도핑하여 형성할 수 있으며, 입력 신호광은 펌프 광의 작용 하에 직접 증폭됩니다. 적절한 피드백을 제공한 후 광섬유 레이저가 형성됩니다. Nd 도핑 광섬유 증폭기의 작동 파장은 1060nm와 1330nm이며, 광섬유 통신의 최적 싱크 포트와의 편차 및 기타 이유로 개발 및 응용이 제한적입니다. EDFA와 PDFA의 작동 파장은 각각 광섬유 통신의 최저 손실(1550nm)과 영분산 파장(1300nm) 범위에 있으며, TDFA는 광섬유 통신 시스템 응용 분야에 매우 적합한 S 대역에서 작동합니다. 특히 가장 빠르게 개발된 EDFA는 실용화되었습니다.
그만큼PEDFA의 원리
EDFA의 기본 구조는 그림 1(a)에 나타나 있으며, 주로 활성 매질(길이 약 수십 미터, 코어 직경 3~5마이크론, 도핑 농도 (25~1000)x10-6)인 에르븀 도핑 실리카 광섬유), 펌프 광원(990 또는 1480nm LD), 광 커플러, 그리고 광 분리기로 구성됩니다. 신호광과 펌프광은 에르븀 광섬유에서 동일 방향(동방향 펌핑), 반대 방향(역방향 펌핑), 또는 양방향(양방향 펌핑)으로 전파될 수 있습니다. 신호광과 펌프광을 동시에 에르븀 파이버에 입사시키면, 펌프광의 작용으로 에르븀 이온이 고에너지 준위로 여기되고(그림 1(b), 3준위 시스템), 준안정 에너지 준위로 빠르게 붕괴된다. 입사 신호광의 작용으로 기저 상태로 돌아오면서 신호광에 해당하는 광자를 방출하여 신호가 증폭된다. 그림 1(c)는 넓은 대역폭(최대 20~40nm)과 각각 1530nm와 1550nm에 해당하는 두 개의 피크를 갖는 증폭된 자발 방출(ASE) 스펙트럼이다.
EDFA의 주요 장점은 높은 이득, 넓은 대역폭, 높은 출력 전력, 높은 펌프 효율, 낮은 삽입 손실, 편광 상태에 대한 둔감성입니다.
2. 광섬유 증폭기의 문제점
광 증폭기(특히 EDFA)는 뛰어난 장점이 많지만, 이상적인 증폭기는 아닙니다. 신호의 SNR을 감소시키는 추가적인 잡음 외에도 다음과 같은 몇 가지 단점이 있습니다.
- 증폭기 대역폭 내의 이득 스펙트럼의 불균일성은 다중 채널 증폭 성능에 영향을 미칩니다.
- 광 증폭기를 계단식으로 구성하면 ASE 노이즈, 광섬유 분산, 비선형 효과의 영향이 누적됩니다.
이러한 문제는 애플리케이션과 시스템 설계 시 고려되어야 합니다.
3. 광섬유 통신 시스템에서 광 증폭기의 응용
광섬유 통신 시스템에서는광섬유 증폭기송신기의 전력 증폭기로 사용하여 전송 전력을 높일 수 있을 뿐만 아니라 수신기의 전치 증폭기로 사용하여 수신 감도를 향상시킬 수 있으며 기존의 광-전기-광 중계기를 대체하여 전송 거리를 확장하고 전광 통신을 실현할 수도 있습니다.
광섬유 통신 시스템에서 전송 거리를 제한하는 주요 요인은 광섬유의 손실과 분산입니다. 협대역 광원을 사용하거나 영분산 파장 근처에서 동작하는 경우 광섬유 분산의 영향이 적습니다. 이 시스템은 각 중계국에서 완전한 신호 타이밍 재생(3R 릴레이)을 수행할 필요가 없습니다. 광 증폭기(1R 릴레이)를 사용하여 광 신호를 직접 증폭하는 것으로 충분합니다. 광 증폭기는 장거리 트렁크 시스템뿐만 아니라 광섬유 분배망, 특히 WDM 시스템에서도 여러 채널을 동시에 증폭하는 데 사용될 수 있습니다.
1) 트렁크 광섬유 통신 시스템에서 광 증폭기의 응용
그림 2는 간선 광섬유 통신 시스템에서 광 증폭기를 적용한 개략도입니다. (a) 그림은 광 증폭기를 송신기의 전력 증폭 증폭기와 수신기의 전치 증폭기로 사용하여 비릴레이 거리를 두 배로 늘리는 것을 보여줍니다. 예를 들어, EDFA를 채택하면 시스템 전송 1.8Gb/s의 거리는 120km에서 250km로 늘어나거나 심지어 400km에 이릅니다.그림 2(b)-(d)는 다중 릴레이 시스템에서 광 증폭기의 응용입니다.그림(b)는 전통적인 3R 릴레이 모드입니다.그림(c)는 3R 리피터와 광 증폭기의 혼합 릴레이 모드입니다.그림 2(d)는 전광 릴레이 모드입니다.전광 통신 시스템에서는 타이밍 및 재생 회로를 포함하지 않으므로 비트가 투명하고 "전자 병 털" 제한이 없습니다.양쪽 끝의 송수신 장비만 교체하면 저속에서 고속으로 쉽게 업그레이드할 수 있으며 광 증폭기를 교체할 필요가 없습니다.
2) 광섬유 분배망에서의 광 증폭기의 응용
광 증폭기(특히 EDFA)의 고출력 출력 이점은 광대역 분배 네트워크(예:케이블 TV네트워크). 기존 CATV 네트워크는 동축 케이블을 사용하는데, 수백 미터마다 증폭이 필요하며, 네트워크 서비스 반경은 약 7km입니다. 광 증폭기를 사용하는 광섬유 CATV 네트워크는 분산 사용자 수를 크게 늘릴 뿐만 아니라 네트워크 경로도 크게 확장할 수 있습니다. 최근 개발 동향을 보면 광섬유/하이브리드(HFC) 방식이 두 방식의 장점을 모두 활용하고 강력한 경쟁력을 갖추고 있음이 드러납니다.
그림 4는 35개 TV 채널의 AM-VSB 변조를 위한 광섬유 분배망의 예입니다. 송신기의 광원은 파장 1550nm, 출력 전력 3.3dBm의 DFB-LD입니다. 4단계 EDFA를 전력 분배 증폭기로 사용했으며, 입력 전력은 약 -6dBm, 출력 전력은 약 13dBm입니다. 광 수신기 감도는 -9.2d Bm입니다. 4단계 분배 후 총 사용자 수는 420만 명에 달했으며, 네트워크 경로는 수십 킬로미터가 넘습니다. 테스트의 가중 신호대잡음비는 45dB 이상이었고, EDFA는 CSO(Current Frequency, 주파수 주파수) 감소를 유발하지 않았습니다.
게시 시간: 2023년 4월 23일