А. Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012


Скачать 71.33 Kb.
НазваниеА. Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Дата публикации06.09.2013
Размер71.33 Kb.
ТипДокументы
referatdb.ru > Физика > Документы
А.Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012

Ж.ТАЛАПБАЙУЛЫ

магистрант КазАТК им. М.Тынышпаева
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ НА ОСНОВЕ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Мақалада талшықты-оптикалық күшейткіштердің жұмыс істеу принципі көрсетілген. Үшвалентті ион эрбияның деңгейлік өту диаграммасына талдау жүргізіліп, белсенді талшықтың ұзындығынан тербеліс қуаты мен кіріс сигналдың күшейту сипаттамасы тұрғызылған. Эрбиялық күшейткішті оптикалық ретрансляторға талдау жүргізілген.
The article describes the principle of optical fiber amplifiers. The analysis of tiered transition diagram of trivalent erbium ion, built gain characteristic of the length of the active fiber, the pump power and input signal. The analysis of the optical repeater with erbium amplifiers.
Современный уровень развития волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) требует увеличения скоростей передачи информации (в диапазоне выше 1 Гбит/сек) и увеличения длины ретрансляционных участков (в диапазоне выше 100 км). Это вызывает необходимость поиска и разработки новых методов и устройств передачи информации в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС). Одним из наиболее перспективных методов является когерентный прием оптических сигналов, а одним из наиболее многообещающих элементов новых ВОЛС является волоконный оптический усилитель на основе волокон, легированных ионами редкоземельных элементов. Рассмотрим принцип работы волоконно-оптических усилителей (ВОУ). Функциональная схема ВОУ приведена на рисунке 1 [1].

Рисунок 1. Функциональная схема ВОУ

А.Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Талапбайулы Ж. Волоконно-оптические усилители на основе редкоземельных элементов

Основу конструкции ВОУ составляет оптическое волокно с примесью редкоземельного материала. Например, для длин волн усиления 1,53 ¸ 1,55 мкм это эрбий Er. Длина волокна с примесью - от 20 до 50 м.

Для того, чтобы волокно стало усиливающей средой, оно накачивается излучением Н от отдельного лазера. При этом возможна и двусторонняя накачка от двух лазеров. Система контроля усиления управляет током накачки лазера благодаря обратной связи, устанавливаемой через делитель мощности. Усиливаемый сигнал С и волны накачки Н объединяются в мультиплексоре и направляются в оптическое волокно с примесью, где происходит увеличение мощности сигнала. Большая часть (95%) мощности усиленного сигнала проходит через фильтр на выход. Фильтр отсекает волны накачки Н и шумы вне полосы частот сигнала. Оптический изолятор исключает проникновение отраженных в усилителе сигналов во входящую оптическую линию [2].

Принцип действия ВОУ основан на эффекте возбуждения посредством внешней накачки атомов редкоземельного материала, помещенных в сердцевину обычного одномодового стекловолокна. Редкоземельные материалы выбраны с таким расчетом, чтобы имелись зоны поглощения внешней энергии и создавалась инверсная населенность, которая приводит в конечном результате к спонтанной и вынужденной люминесценции. При этом вынужденное свечение будет обусловлено входным сигналом и совпадает с ним по длине волны. Наиболее подходящими для ВОУ считаются редкоземельные празеодим Pr, неодим Nd, эрбий Er, тулий Tm, в связке с эрбием применяется иттрий Y.

ВОУ применяются, как правило, на протяженных линиях, где передача происходит на длине волны 1,55 мкм. Для увеличения длины участка передачи применяются эрбиевые ВОУ. Рассмотрим их работу и характеристики.

В сердцевине стекловолокна помещены ионы эрбия (Er 3+). Для накачки ионов могут применяться излучения с длинами волн 1480 нм, 980 нм, 800 нм, 670 нм и 521 нм. Реально используются 1480 нм и 980 нм. Это обусловлено рядом причин: эффективностью полупроводниковых лазеров большой мощности, малым затуханием оптического волокна, низкими требованиями к точности длины волны накачки.

На длине волны 980 нм наблюдаются наименьшие шумы усиления, а на длине волны 1480 нм нет жестких требований к точности настройки. Оптический усилитель с накачкой на длине волны 1480 нм называют двухуровневым, а усилитель с накачкой на длине волны 980 нм - трехуровневым (рисунок 2) [3].

^ А.Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Талапбайулы Ж. Волоконно-оптические усилители на основе редкоземельных элементов



Рисунок 2. Уровневая диаграмма переходов трехвалентного иона эрбия
Ионы эрбия возбуждаются за счет поглощения энергии волн генератора накачки (Н). Они переходят с основного уровня на более высокие энергетические уровни, а затем безизлучательно снижаются (релаксируют) до метастабильного уровня. Одновременно на возбужденные атомы воздействует излучение сигнала С, вызывающее стимулированное излучение на всей длине активного волокна.

Однако не все атомы взаимодействуют с излучением сигнала и спонтанно переходят на основной уровень за время примерно 10 мс. Спонтанная эмиссия фотонов порождает шум излучения, который тоже может усиливаться. При достаточно интенсивном входном сигнале с длиной волны С спонтанное излучение в эрбиевом усилителе может быть подавлено. Характеристики поглощения и излучения атомами эрбия изображены на рисунке 3.

Рисунок 3. Характеристики поглощения и излучения атомов эрбия Er 3+, помещенных в сердцевину стекловолокна
А.Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Талапбайулы Ж. Волоконно-оптические усилители на основе редкоземельных элементов

Важнейшие характеристики волоконных усилителей приведены в таблице 1.
Таблица 1. Характеристики волоконных усилителей


Более полные сведения о характеристиках ВОУ и их измерении можно найти в литературе [4, 5, 6, 8].

Некоторые характеристики изображены на рисунках 4, 5 и 6. Это зависимости усиления от длины активного волокна, мощности накачки и входного сигнала.


Рисунок 3. Усиление эрбиевого усилителя в зависимости от длины волокна и мощности накачки

А.Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Талапбайулы Ж. Волоконно-оптические усилители на основе редкоземельных элементов



Рисунок 4. Усиление эрбиевого усилителя в зависимости от длины волокна и мощности накачки



Рисунок 5. Усиление эрбиевого усилителя в зависимости от выходного сигнала
На рисунке 6 представлена схема оптического ретранслятора, основанного на эрбиевых усилителях.


Рисунок 6. Структурная схема оптического ретранслятора с эрбиевыми усилителями

^ А.Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Талапбайулы Ж. Волоконно-оптические усилители на основе редкоземельных элементов

В схеме оптического ретранслятора выделяется канал управления, организуемый на отдельной несущей волне У. Предусилитель обеспечивает максимальное соотношение сигнал/шум. Усилитель мощности имеет двустороннюю накачку на длине волны 1480 нм, что создает максимальную линейность характеристики усиления. Оптический корректор компенсирует искажение оптических импульсов, возникшее из-за хроматической дисперсии в одномодовом стекловолокне. Однако корректор не устраняет влияние поляризационной модовой дисперсии (ПМД), для компенсации которой необходимо применение динамического управляемого компенсатора [7].

Примеры построения усилителя со сглаживанием АЧХ и расширением полосы усиливаемых частот приведены на рисунках 7 и 8.


Рисунок 7. Структурная схема гибридного оптического усилителя с расширением полосы усиливаемых частот


Рисунок 8. Характеристика усиления гибридного усилителя (рамановское и эрбиевое с корректором)

 

^ А.Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Талапбайулы Ж. Волоконно-оптические усилители на основе редкоземельных элементов

Выводы: ВОУ могут иметь большую неравномерность амплитудно-частотной характеристики, что неприемлемо для многоволновых систем передачи (систем с WDM). Для сглаживания АЧХ эрбиевых усилителей и расширению их полосы частот усиления можно применять автоматически перестраиваемые аттенюаторы по каждой волне передачи.
ЛИТЕРАТУРА


  1. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1998. – 267 с.

  2. Иванов А.Б. Волоконная оптика. Компоненты, системы передачи, измерения. – М.: SYRUS SYSTEMS, 1999. – 671 с.

  3. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи (АТМ, PDH, SDH, SONET и WDM). – М.: Радио и связь, 2000. – 468 с.

  4. Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы. Сб. статей под ред. Слепова Н.Н., Дмитриева С.А. – М.: Connect. 2000, - 376 с.

  5. Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи. Аппаратура и элементы. – М.: Солон-Р, 2001. – 237 с.

  6. Дураев В.П., Русаков В.И. Полупроводниковые лазерные усилители // Лазерная техника и оптоэлектроника, 1994, №1-2, с. 62-66.

  7. Оптоэлектронные модули фирмы Ericsson. – М.: Додэка. 2000. -32 с.

  8. Эрбиевые волоконные усилители // Зарубежная радиоэлектроника, 1997, №12, - с. 34-48.

Похожие рефераты:

А. Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Совершенствование механизмов регулирования иностранной рабочей силы в республике казахстан
А. Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Расчет толщины пленки, диаметра струй и капель в аппаратах с регулярной подвижной насадкой
А. Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Бұл мақалада ҚР орта және шағын бизнестің даму жағдайы мен мәселелері қарастырылған
А. Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Ассоциация между показателями функции внешнего дыхания и проявлениями нейропатии у больных метаболическим синдромом
А. Ясауи университетінің хабаршысы, №2, 2012
Целью настоящей работы является исследование возможности и механизма локализации протяженных разрушений газопроводов предварительно...
А. Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Осы мақалада аса күрделі әрі едәуір көп қызмет атқаруға қабілетті адам психикасы әлеуетінің математикалық моделін құруға алғаш рет...
А. Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Бұл мақалада Сырдария Қаратауының қырқасы солтүстік етегіндегі көбелектердің көлденең орналасу ерекшеліктері қарастырылады. Жоғарғы...
А. Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Мақалада экономиканың бәсекелестік қабілетін арттыруда логистикалық отралықтар мен негізгі факторлар қарастырылған. Қазақстанда логистикалық...
А. Ясауи университетінің хабаршысы, №3, 2012
Бұл мақалада хроматикалық дисперсияның әсерінен оптикалық сигналдардың амплитудасының өзгерісі және хроматикалық дисперсияның әсерінен...
Ахмет ясауи университетінің хабаршысы, №2, 2013
Разработаны подходы к интеграции системы менеджмента риска с системами менеджмента качества, экологии и безопасности труда. Указанные...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза