ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 789
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Кривые усиления сигнала проходят в блок EDFA. Блок EDFA вычисляет среднюю входную оптическую мощность и определяет усиление волн различной длины в WDM-канале. Затем, исходя из вычисленных данных, блок EDFA производит усиление соответствующей входной мощности для различных каналов.В этой модели, как и в предыдущей усиление применяется к спектрам самопроизвольного шума соответственно длине волны.Модели самопроизвольного шума.Uniform и Gaussian.Шумовые модели 'uniform' и 'gaussian' определяются параметром NoiseShape и характеризуют шум. Усиление плотности мощности самопроизвольного шума моделируется следующим выражением: , (3.10)где - фактор инверсии населенности, Fn - фактор шума усилителя, hv - энергия фотона. Шумовой спектр определяется, исходя из параметров Fn иnoiseShape, определяющих форму шумового спектра, параметра BW, определяющего ширину шумового диапазона, параметра noiseCenter, определяющего среднюю длину волны шумового спектра, и параметра noiseResolution, определяющего спектральное разрешение сгенерированных шумовых спектров. Это разрешение должно быть приблизительно на порядок меньшее ширины самого узкого оптического диапазона в линии связи.Custom.Модель шума 'custom' использует длину волны и мощность самопроизвольного шума из файла, формат которого аналогичен формату файла из модели усиления 'custom'. Шумовые спектры определены в единицах дБм на различных средних уровнях входных мощностей и длинах волн. Имя файла шума задаётся в параметре noiseFilename. Параметр NoiseResolution используется для установки разрешения сгенерированных шумовых спектров. Разрешение должно быть приблизительно на порядок меньшее ширины самого узкого оптического диапазона в линии связи.Параметры оптического усилителя EDFA, определяемые пользователем. Туре: тип модели усилителя.SpectraFilename: имя файла спектра усилителя (только для 'custom').NoiseFilename: имя файла спектра шума усилителя (только для 'custom')Gain: усиление оптического сигнала по амплитуде (только для 'defined').Psat: оптическая мощность насыщения усилителя (только для 'defined').Fn: фактор шума усилителя.BW: ширина диапазона самопроизвольного шума оптического усилителя (только для 'defined').NoiseCenter. средняя длина волны шумового спектра оптического усилителя (только для 'defined').
NoiseShape: форма шума оптического усилителя.NoiseResolution: разрешение ASE шума оптического усилителя.
Принцип действия оптического усилителяЕсли существует некая активная среда, имеющая только два энергетических состояния E1 и Е2 (см. рис. 3.3-1,а), примем Е2 > E1, т.е. Е2 является возбужденным по отношению к Е1 состоянием, то в равновесных условиях число рабочих частиц (электронов, ионов или молекул - потенциальных усилительных агентов среды) распределено по статистике Больцмана так, что N2 < N1. В результате, если на вход такой среды попадает фотон, то он с большей вероятностью будет поглощен этой средой, что может сопровождаться переходом частицы с уровня Е1 на уровень Е2, если энергия фотона hω > (Е2 – Е1). Усиление; в такой среде невозможно, хотя и существует малая вероятность эмиссии (испускания) фотона, если электрон спонтанно перейдет с верхнего возбужденного уровня на нижний релаксационный уровень.Усиление станет возможным, если удастся создать инверсию населенностей уровней, когда N2 > N1. Для этого используется система энергетической накачки. В качестве накачки можно использовать инжекцию электронов или излучение лазера соответствующей длины волны для создания фотонов нужной энергии.Рис. 3.3-1. Схемы двухуровневой (а) и трехуровневой (б) моделей функционирования активной среды.В результате накачки и создания определенной инверсии населенности активная среда становится способной генерировать вторичные фотоны (той же частоты и направления распространения) с коэффициентом размножения k при попадании на ее вход возбуждающего фотона из светового потока усиливаемого сигнала. В результате осуществляется его усиление за счет возбуждаемой эмиссии.Важным для понимания моментом; является то, что усиление носит распределенный характер (хотя в зависимости от типа усилителя может носить и циклически распределенный характер, например при наличии резонаторов в цепи обратной связи усилителей). Распределенный характер - следствие генерации вторичных фотонов в течение всего времени прохождения усиливаемого оптического сигнала через активную среду, имеющую конечную длину L, что и обуславливает появления этого параметра в формулах для коэффициента усиления ОУ.Нужно помнить также, что усиление неизбежно сопровождается двумя друг-ими процессами: поглощением энергии светового сигнала, которое обычно носит экспоненциальный характер, возрастая с ростом L, и спонтанной эмиссией вторичных фотонов, которая может быть усилена, приводя к
появлению так называемого усиленного спонтанного излучения. Некоторые типы ОУ, использующие для накачки лазеры, требуют рассмотрения более сложной трехуровневой схемы взаимодействия, где третий, так называемый метастабильный уровень Е3 лежит между первым и вторым уровнями (см. рис. 3.3-1,б). Схема создания инверсии населенностей такова: с первого уровня частицы накачкой переводятся на второй, с которого они в результате релаксации переходят на третий (метастабильный) уровень, время жизни которого (среднее время до спонтанного испускания фотона) достаточно велико. На этом третьем уровне частицы накапливаются, и создается достаточный уровень (не менее двукратного) инверсии населенностей по отношению к первому уровню (N3 > N1).Оптические усилители на ОВ, легированном РЗЭОптические усилители, использующие в качестве активного,материала редкоземельные элементы РЗЭ (или лантаниды - элементы с 57 по 71 в Периодической табл. Менделеева), были известны достаточно давно, однако активное исследование этого типа усилителей началось только с конца 80-х (1987) и активизировалость с появлением высококачественного ОВ и систем WDM.Принцип работыОбъяснение принципа работы таких усилителей базируется на следующем. В процессе изготовления основной материал (в нашем случае стекло ОВ) легируется (т.е. к нему добавляются примеси) редкоземельными металлами. Их ионы создают активную среду для усиления в определенных полосах длин волн, соответствующих полосам поглощения легирующего материала. Примесные ионы могут быть легко возбуждены излучением лазерной накачки соответствующих длин волн, а затем относительно легко могут (под действием принятого информационного светового сигнала) сбросить возбужденные электроны на нижний уровень в процессе релаксации. Этот процесс может не укладываться в двухуровневую модель взаимодействия, принятую ранее в качестве основной, так как он может проходить как без излучения, так и с излучением фотонов. В первом случае создаются фотоны (энергия перехода вызывает акустические колебания окружающего материала среды). Во втором, происходит возбуждение фотонов. Причем переход с возбужденного уровня ионов на уровень релаксации происходит через промежуточный метастабильный уровень, обусловленный верхним уровнем лазерной накачки. Таким образом, модель взаимодействия становится трехуровневой. В любом случае для нормального взаимодействия энергия падающего фотона в потоке сигнала должна быть равна разности энергий возбужденного уровня и уровня релаксации.
Для легирования с целью последующего усиления до недавнего времени использовали, как правило, только три РЗЭ:
NoiseShape: форма шума оптического усилителя.NoiseResolution: разрешение ASE шума оптического усилителя.
Принцип действия оптического усилителяЕсли существует некая активная среда, имеющая только два энергетических состояния E1 и Е2 (см. рис. 3.3-1,а), примем Е2 > E1, т.е. Е2 является возбужденным по отношению к Е1 состоянием, то в равновесных условиях число рабочих частиц (электронов, ионов или молекул - потенциальных усилительных агентов среды) распределено по статистике Больцмана так, что N2 < N1. В результате, если на вход такой среды попадает фотон, то он с большей вероятностью будет поглощен этой средой, что может сопровождаться переходом частицы с уровня Е1 на уровень Е2, если энергия фотона hω > (Е2 – Е1). Усиление; в такой среде невозможно, хотя и существует малая вероятность эмиссии (испускания) фотона, если электрон спонтанно перейдет с верхнего возбужденного уровня на нижний релаксационный уровень.Усиление станет возможным, если удастся создать инверсию населенностей уровней, когда N2 > N1. Для этого используется система энергетической накачки. В качестве накачки можно использовать инжекцию электронов или излучение лазера соответствующей длины волны для создания фотонов нужной энергии.Рис. 3.3-1. Схемы двухуровневой (а) и трехуровневой (б) моделей функционирования активной среды.В результате накачки и создания определенной инверсии населенности активная среда становится способной генерировать вторичные фотоны (той же частоты и направления распространения) с коэффициентом размножения k при попадании на ее вход возбуждающего фотона из светового потока усиливаемого сигнала. В результате осуществляется его усиление за счет возбуждаемой эмиссии.Важным для понимания моментом; является то, что усиление носит распределенный характер (хотя в зависимости от типа усилителя может носить и циклически распределенный характер, например при наличии резонаторов в цепи обратной связи усилителей). Распределенный характер - следствие генерации вторичных фотонов в течение всего времени прохождения усиливаемого оптического сигнала через активную среду, имеющую конечную длину L, что и обуславливает появления этого параметра в формулах для коэффициента усиления ОУ.Нужно помнить также, что усиление неизбежно сопровождается двумя друг-ими процессами: поглощением энергии светового сигнала, которое обычно носит экспоненциальный характер, возрастая с ростом L, и спонтанной эмиссией вторичных фотонов, которая может быть усилена, приводя к
появлению так называемого усиленного спонтанного излучения. Некоторые типы ОУ, использующие для накачки лазеры, требуют рассмотрения более сложной трехуровневой схемы взаимодействия, где третий, так называемый метастабильный уровень Е3 лежит между первым и вторым уровнями (см. рис. 3.3-1,б). Схема создания инверсии населенностей такова: с первого уровня частицы накачкой переводятся на второй, с которого они в результате релаксации переходят на третий (метастабильный) уровень, время жизни которого (среднее время до спонтанного испускания фотона) достаточно велико. На этом третьем уровне частицы накапливаются, и создается достаточный уровень (не менее двукратного) инверсии населенностей по отношению к первому уровню (N3 > N1).Оптические усилители на ОВ, легированном РЗЭОптические усилители, использующие в качестве активного,материала редкоземельные элементы РЗЭ (или лантаниды - элементы с 57 по 71 в Периодической табл. Менделеева), были известны достаточно давно, однако активное исследование этого типа усилителей началось только с конца 80-х (1987) и активизировалость с появлением высококачественного ОВ и систем WDM.Принцип работыОбъяснение принципа работы таких усилителей базируется на следующем. В процессе изготовления основной материал (в нашем случае стекло ОВ) легируется (т.е. к нему добавляются примеси) редкоземельными металлами. Их ионы создают активную среду для усиления в определенных полосах длин волн, соответствующих полосам поглощения легирующего материала. Примесные ионы могут быть легко возбуждены излучением лазерной накачки соответствующих длин волн, а затем относительно легко могут (под действием принятого информационного светового сигнала) сбросить возбужденные электроны на нижний уровень в процессе релаксации. Этот процесс может не укладываться в двухуровневую модель взаимодействия, принятую ранее в качестве основной, так как он может проходить как без излучения, так и с излучением фотонов. В первом случае создаются фотоны (энергия перехода вызывает акустические колебания окружающего материала среды). Во втором, происходит возбуждение фотонов. Причем переход с возбужденного уровня ионов на уровень релаксации происходит через промежуточный метастабильный уровень, обусловленный верхним уровнем лазерной накачки. Таким образом, модель взаимодействия становится трехуровневой. В любом случае для нормального взаимодействия энергия падающего фотона в потоке сигнала должна быть равна разности энергий возбужденного уровня и уровня релаксации.
Для легирования с целью последующего усиления до недавнего времени использовали, как правило, только три РЗЭ:
-
неодим (Nd) и празеодим (Рг) - для усиления сигналов в окне 1300 нм, -
эрбий (Ег) - для усиления сигналов в окне 1550 нм.
-
нелинейная зависимость мощности излучения от тока (нелинейность ватт-амперной характеристики); структурные методы ее линеаризации на основе управляемых источников оптического излучения - УИОИ рассмотрены в [4], -
метод оказывает динамическое влияние на спектр излучения лазера и амплитуды отдельных мод резонатора, -
метод достаточно прямолинеен и не позволяет в полной мере использовать другие более прогрессивные методы кодирования, основанные на модуляции амплитуды и фазы, используемые в специальных модуляторах, -
метод не удобен для систем WDM, где несколько источников модулирующих сигналов мультиплексируются для передачи по одной несущей.
-
непосредственной модуляцией оптической несущей линейной кодовой последовательностью - ЛКП; -
модуляцией несущей с использованием специального модулятора, сигнал которого и модулируется с помощью ЛКП; -
модуляцией с использованием промежуточной поднесущей, которая затем непосредственно модулирует оптическую несущую; -
модуляцией с: использованием поднесущей и модулятора.