Optilised võimendid parandavad signaali tugevust
Nov 25, 2025|
Fiber- või vaba{0}}ruumilinkides kaotavad optilised signaalid järk-järgult tugevuse. Kaod tuleneb mitmest allikast-kiudude neeldumine, liidese hajumine ja pistikute halb side. Ühemoodilise -režiimiga kiu lainepikkusel 1550 nm on tavaliselt sumbumine umbes 0,2–0,5 dB/km ja pikkade vahemaade (üle 50 km) korral võib signaal langeda allapoole seda, mida vastuvõtja suudab usaldusväärselt tuvastada. Reaalses{11}}kasutamises näitavad vanemad kiud sageli suuremaid kadusid kui teoorias, tavaliselt halbade ühenduste või mikro{12}}painde tõttu.
Amplifitseerimismeetodid
Optilised võimendidsuurendada signaali tugevust ilma seda elektriliseks muutmata. Põhimõte on lihtne: söödake nõrgenenud valgus võimenduskeskkonda, kus see interakteerub ergastatud osakestega, et tekitada rohkem footoneid. Energia tuleb optilisest pumpamisest või elektrivoolu süstimisest. Pump loob populatsiooni inversiooni, võimaldades signaali footonitel käivitada täiendava footonite emissiooni -peamiselt optilise võimenduse.
Praktikas sõltub pumpamismeetodi valimine võimenduse ribalaiusest ja võimsusvajadusest. Kiudvõimendid kasutavad tavaliselt optilist pumpamist, pooljuhtvõimendid aga elektriliselt.
Kasutuselevõtt sidevõrkudes
Pikamaa{0}}võrgud paigutavad tavaliselt iga 80–100 km järel võimendi, et kompenseerida kiu kadu. Võimendi võimendus jääb tavaliselt vahemikku 20–30 dB, jättes teatud varu vanandamiseks või hooldamiseks.
Suurlinnavõrkudes jagatakse signaalid mitmesse sihtkohta. Iga 1:2 jaotus põhjustab ligikaudu 3 dB kadu. Võimendi paigutamine pärast jaoturit taastab iga haru kasutatavale tasemele. Levinud on ka vastu-vastuvõtjate ees olevad eelvõimendid,-mis võimendavad nõrku signaale, nii et vastuvõtja ei vaja äärmist tundlikkust.
Omandage omadused
Võimendus sõltub pumba võimsusest, signaali lainepikkusest ja sisendvõimsusest. Madala sisendvõimsuse korral töötab võimendi lineaarselt ja võimendus on stabiilne. Suure sisendvõimsuse korral kahaneb salvestatud energia, võimendus langeb-see on küllastus ja piirab maksimaalset väljundit.
Võimenduse ribalaius määrab, milliseid lainepikkusi saab võimendada. Haruldaste-muld-leegeeritud kiudvõimendid katavad 30–40 nm C- või L- sagedusalas; pooljuhtvõimendid katavad laiemaid spektreid, mõnikord üle 100 nm, kuid väiksema tippvõimendusega.
Ka temperatuur on oluline. Kõrge temperatuur suurendab fononite vastasmõju, vähendades veidi võimendust. Välispaigaldised sisaldavad tavaliselt termoregulatsiooni, et püsida stabiilsena vahemikus -5 kraadi kuni +70 kraadi.
Müra lisamine
Võimendid lisavad müra, peamiselt spontaanse emissiooni footonitest signaali ribalaiuses. Müranäitajad on tavaliselt 3–7 dB. Kui mitu võimendit on kaskaaditud, koguneb müra. Pärast 10 etappi võib SNR langeda 30–70 dB võrreldes võimendamata süsteemiga, nii et disainerid peavad pikkade linkide jaoks hoolikalt planeerima.
Nõuded võimsusele
Kiudvõimendid vajavad tavaliselt 100–500 mW pumba võimsust (980 nm või 1480 nm). Suurem pumba võimsus suurendab võimsust, kuid lõpuks saavutab küllastuse koos väheneva tootlusega.
Elektrikulu: pumplaserite ja juhtelektroonikaga fiiberoptilised võimendid võtavad tavaliselt 5–20 W; pooljuhtvõimendid tarbivad 1–5 W. Suure-võimsusega jahutusega seadistused võivad kogutarbimist kahekordistada.
Paigaldamise kaalutlused
Paigaldamisel jälgige, et võnkumiste vältimiseks on kella sisend-/väljundpistiku tagastuskadu-tavaliselt alla -45 dB. Enamikul võimenditel on peegelduste blokeerimiseks isolaatorid.
Keskkonnategurid on olulised: kõrge õhuniiskus võib kondenseeruda optikale, vibratsioon võib komponente valesti paigutada, õhuteed vajavad ilmastikukindlat korpust ning maa-alused võlvid vajavad kaitset vee ja pinnase surve eest.
Toimivuse spetsifikatsioonid
Peamised spetsifikatsioonid hõlmavad järgmist:
Väike{0}}signaali võimendus: võimendus madala sisendvõimsusega
Küllastus väljundvõimsus: maksimaalne tarnitav võimsus
Hankige tasasust: oluline mitme lainepikkusega süsteemide jaoks
Polarisatsioonist{0}}sõltuv võimendus: tundlikkus sisendi polarisatsiooni suhtes
Dünaamilised rakendused peavad arvestama ka taastumisaja suurendamisega. Kiire taastumine (<1 μs) suits packet-switched networks; slower recovery (10–100 μs) is enough for circuit-switched systems.
Lainepikkuse{0}}spetsiifiline toiming
Erinevad lainepikkused vajavad erinevaid võimendeid:
1550 nm: Erbium{1}}leegeeritud kiudvõimendid (EDFA)
1310 nm: pooljuhtvõimendid või Ramani võimendus
1625–1675 nm: tuuliumi- või vismuti-leegeeritud kiudvõimendid
Mitmeribalised süsteemid vajavad iga sagedusala jaoks eraldi võimendikette, mis suurendab kulusid ja keerukust.
Järelevalve ja kontroll
Võimenditel on tavaliselt seiresüsteemid, mis puudutavad võimsuse jälgimiseks väikest osa sisendist/väljundist. Automaatne võimenduse juhtimine hoiab võimenduse stabiilsena. Juhtahelad reguleerivad pumba voolu või optilisi atenuaatoreid, et käsitleda sisendi muutusi või pumba triivi.
Kaughaldus võimaldab vaadata olekut-toidet, pumba voolutugevust, temperatuuri jne ning saadab häireid ebatavaliste tingimuste korral, vähendades sellega põllukülastusi.