Wybierz idealne wzmacniacze optyczne według właściwości
Kupując wzmacniacz optyczny, co powinniśmy wziąć pod uwagę oprócz ceny? Oczywiście to jakość. Ale jak możemy określić jakość dobrą czy nie? Potem chodzi o właściwości. Są przede wszystkim trzy aspekty do rozważenia w zależności od właściwości wzmacniaczy optycznych.
1. Wzmocnienie, moc wejściowa i moc wyjściowa
Najbardziej podstawową właściwością wzmacniacza optycznego jest jego zysk operacyjny, który jest wartością, o jaką wzmacniany jest wejściowy sygnał optyczny. Wzmocnienie jest zwykle mierzone w dB i mieści się w zakresie od 10 do 30 dB. Wzmocnienie 10 dB oznacza, że wejściowy sygnał optyczny jest wzmacniany 10-krotnie, natomiast wzmocnienie 30 dB oznacza, że wejściowy sygnał optyczny jest wzmacniany 1000-krotnie.
Niektóre wzmacniacze są zaprojektowane do działania z jednym wstępnie ustawionym wzmocnieniem, podczas gdy inne mogą obsługiwać zakres wartości wzmocnienia operacyjnego, co pozwala wzmacniaczowi reagować na różne zastosowania i funkcje. Oprócz wzmocnienia wzmacniacz charakteryzuje się także zakresem obsługiwanych mocy optycznych wejściowych i wyjściowych. W szczególności kluczową specyfikacją wzmacniacza jest maksymalna obsługiwana moc wyjściowa, zwana również nasyconą mocą wyjściową. Ten parametr jest często krytyczny przy ustalaniu kosztów wzmacniaczy.
Mówiąc ogólnie, wzmacniacze optyczne można zaklasyfikować jako jednokanałowe lub wielokanałowe (WDM). Jak sama nazwa wskazuje, wzmacniacze jednokanałowe są przeznaczone do wzmacniania tylko jednego kanału optycznego, który może być umieszczony w dowolnym miejscu w określonym paśmie, takim jak pasmo C (1528–1564 nm). Wzmacniacze jednokanałowe, np. Pasmo C EDFA (wzmacniacz światłowodowy z domieszką Erbium), mogą zwykle działać w szerokim zakresie wzmocnień operacyjnych i wymagają stosunkowo niskiego poziomu mocy wyjściowej.
Natomiast wzmacniacz WDM jest zaprojektowany do działania, gdy do wzmacniacza wprowadzana jest dowolna liczba kanałów (w określonym paśmie). Ważną właściwością wzmacniaczy WDM jest płaskość wzmocnienia, która jest odmianą wzmocnienia dla różnych kanałów. Jeśli wzmocnienie nie jest płaskie, różne kanały WDM będą miały różne wzmocnienie, które mogą się kumulować wzdłuż łańcucha wzmacniaczy, co prowadzi do dużego niedopasowania między kanałami na końcu łącza.
W celu utrzymania płaskiego wzmocnienia większość niskich wzmacniaczy WDM obsługuje tylko pojedyncze wzmocnienie operacyjne lub stosunkowo wąski zakres wzmocnienia. Wzmacniacze WDM zapewniające zarówno płaskie wzmocnienie, jak i duży zakres wzmocnienia operacyjnego wymagają bardziej złożonej konstrukcji. Oprócz płaskości wzmocnienia, wzmacniacze WDM muszą zapewniać duży zakres dynamicznej mocy wejściowej, aby obsługiwać różne warunki wejściowe, w których może występować dowolna liczba kanałów od 1 do 80. Dodatkowo, aby obsłużyć maksymalną liczbę kanałów, wzmacniacze WDM wymagają stosunkowo wysokiej nasyconej mocy wyjściowej, zwykle w zakresie od 17 do 23 dBm.
2. Hałas
Wszystkie wzmacniacze, w tym wzmacniacze optyczne, wprowadzają szumy podczas procesu wzmocnienia, dzięki czemu sygnał wyjściowy jest zawsze głośniejszy niż sygnał wejściowy. Wydajność wzmacniacza optycznego charakteryzuje się liczbą szumów (NF), która jest zdefiniowana jako stosunek stosunku sygnału do szumu (SNR) na wyjściu wzmacniacza do idealnego SNR na wejściu. Ponieważ istnieje stosunek jeden do jednego między NF wzmacniacza a wydajnością łącza optycznego, istotne jest, aby NF był możliwie najniższy. NF zależy od technologii zastosowanej we wzmacniaczu, a także od wzmocnienia, przy czym wzmacniacz o wyższym wzmocnieniu ma zwykle niższy NF.
3. Właściwości dynamiczne
Inną ważną właściwością wzmacniaczy optycznych jest ich reakcja na dynamiczne zmiany mocy wejściowej. Idealnie, wzmocnienie wzmacniacza nie powinno w ogóle się zmieniać, gdy zmienia się moc wejściowa, jednak nie jest to możliwe, gdy wzmacniacz pracuje z maksymalną mocą wyjściową lub w jej pobliżu. W tym przypadku istotne jest, aby wzmacniacz zareagował wystarczająco wolno, aby jego wzmocnienie było określone tylko przez średnią moc wejściową i nie podlegało szybkim zmianom (na przykład z powodu modulacji danych).
Wzmacniacze, które reagują zbyt szybko, mogą być głośne i nie radzą sobie dobrze z wieloma kanałami. Wynika to z tego, że gdy istnieje wiele kanałów, wzmocnienie jednego kanału może się zmieniać w zależności od tego, czy inne kanały mają wartość 0 czy 1, efekt znany jako modulacja wzmocnienia krzyżowego. Nawet jeśli w pobliżu nasycenia istnieje jeden kanał wysokiej mocy, wówczas mogą wystąpić zniekształcenia, ponieważ zera uzyskają inne wzmocnienie niż zera.
Z drugiej strony, nawet jeśli wzmacniacz ma powolną odpowiedź, powinien również być w stanie poradzić sobie z nagłymi długoterminowymi zmianami średniej mocy wejściowej. Takie nagłe zmiany mogą wystąpić na przykład z powodu dodawania / upuszczania kanałów (szczególnie w dynamicznie konfigurowalnych sieciach) lub przełączania ochrony i przywracania. W takich przypadkach wzmacniacz może doświadczać dużych tymczasowych zmian wzmocnienia (znanych jako „transjenty”), które muszą być tłumione w największym możliwym stopniu przez mechanizm kontrolny wzmacniacza. W przypadku braku odpowiedniego tłumienia stanów przejściowych, stany przejściowe wzmocnienia mogą kumulować się w łańcuchu wzmacniacza, co prowadzi do dużych skoków mocy i / lub SNR w odbiorniku.
Podsumowując, idealny wzmacniacz optyczny powinien obsługiwać działanie wielokanałowe w jak najszerszym paśmie długości fali, zapewniać płaski zysk w dużym zakresie wzmocnienia dynamicznego, mieć wysoką nasyconą moc wyjściową, niski poziom szumów i skuteczne tłumienie stanów nieustalonych. Właściwości te należy osiągnąć przy zachowaniu niskiego zużycia energii, niewielkich rozmiarów i niskich kosztów. Na szczęście technologia EDFA rozwinęła się do tego stopnia, że wiele z tych funkcji można zapewnić jednocześnie. Teraz wiesz, że idealnym wzmacniaczem optycznym jest wzmacniacz EDFA.
