EDFA, Raman og SOA er tre forskjellige måter å skape optisk forsterkning på. De skal ikke rangeres etter ett overskriftsnummer. Det riktige valget avhenger av signalbølgelengden, forsterkerens posisjon i nettverket, nødvendig utgangseffekt, det optiske signal-til-støyforholdet, kanalbelastning, ikke-lineære grenser og operasjonell kompleksitet.
For konvensjonelle C-bånd eller L-bånd DWDM er en båndspesifikk erbium-dopet fiberforsterker normalt den første teknologien som vurderes. Distribuert Raman-forsterkning blir relevant når et nøye modellert spenn trenger en annen langsgående kraftprofil eller ekstra effektiv OSNR-margin. En konvensjonell elektrisk pumpet optisk halvlederforsterker er attraktiv når kompakt størrelse, rask forsterkningsdynamikk, bølgelengdefleksibilitet eller fotonisk integrasjon er viktigere enn å duplisere oppførselen til en linjekvalitets fiberforsterker.
Denne veiledningen fokuserer på ingeniørvalg i stedet for å gjenta alle grunnleggende definisjoner. Lesere som trenger en introduksjon kan begynne medgrunnleggende om optisk forsterker.
Sammendrag av hurtigvalg
| Designbehov | Første teknologi å evaluere | Hovedårsaken | Hovedforsiktighet |
|---|---|---|---|
| C-bånd eller L-bånd WDM booster, linjeforsterker eller forforsterker | Båndspesifikk EDFA | Moden flerkanals fiberforsterkning og etablerte kontrollmuligheter | ASE, gain tilt, metning, kanaltransienter og mottakeroverbelastning |
| OSNR-begrenset langdistanse eller sammenhengende spenn | Distribuert Raman, ofte med EDFA | Forsterkning introduseres langs overføringsfiberen og kan omforme spennkraftprofilen | Høyeffektspumper, ikke-lineær optimalisering, overvåking, sikkerhet og kostnader |
| Kompakt O-bånd eller integrert fotonisk delsystem | Bandtilpasset SOA | Elektrisk kontroll, lite fotavtrykk, rask dynamikk og integrasjonspotensial | Enhetsspesifikk støy, polarisasjonsfølsomhet, forsterkningskompresjon og krysstale |
| 1550 nm CATV eller PON overleggsdistribusjon | EDFA eller en applikasjonsspesifikk erbium/ytterbium-arkitektur | Etablert høyytelses fiberforsterkerdesign | Strøm per port, tap av splitter, sikkerhet og mottakergrenser |
Dette er et screeningbord, ikke en produktspesifikasjon. Endelige verdier må komme fra forsterkerens datablad, den fullstendige kanalplanen og verifisering på systemnivå.
Forsterkerteknologi og nettverksrolle er forskjellige avgjørelser
EDFA, Raman og SOA beskriver hvordan optisk forsterkning produseres:
- EDFA:stimulert utslipp i erbium-dopet fiber drevet av en optisk pumpe.
- Raman forsterker:stimulert Raman-spredning i transmisjonsfiber eller en dedikert Raman gain-fiber.
- SOA:stimulert emisjon i en halvlederbølgeleder, normalt aktivert av elektrisk strøm i konvensjonelle kommersielle enheter.
Booster, in-line og pre-forsterker beskriver hvor en forsterker er utplassert:
- A boosterøker strømmen nær senderen eller etter en multiplekser med tap.
- Anin-line forsterkerkompenserer span og node tap mellom endepunkter.
- A forforsterkerhever et svakt signal før mottakeren.
En EDFA kan bygges for alle disse tre rollene. En Raman-pumpe kan gi distribuert linjeforsterkning, mens en SOA kan tjene som en kompakt forsterkningsblokk når bølgelengden og ytelsen passer til undersystemet. FOCCs guide tilbooster, line og forforsterkereforklarer utplasseringsposisjonene mer detaljert.
Den nåværendeITU-T G.661-anbefalinggir generiske parameterdefinisjoner og testmetoder for optisk forsterker. Det er et bedre grunnlag for å sammenligne datablad enn uformelle etiketter som «høy forsterkning» eller «lav støy».
EDFA, Raman og SOA sammenlignet
| Utvalgsfaktor | EDFA | Raman forsterker | SOA |
|---|---|---|---|
| Få middels | Erbium-dopet fiber | Transmisjonsfiber eller dedikert Raman gain fiber | Halvleder aktiv bølgeleder |
| Energikilde | Optisk pumpelaser | En eller flere optiske pumpelasere | Vanligvis elektrisk strøm i konvensjonelle kommersielle enheter |
| Bølgelengdeadferd | Båndspesifikke design hovedsakelig for etablerte erbium-telekombånd | Forsterkningsområde kan konstrueres gjennom valg av pumpebølgelengde | Materiale og enhetsdesign bestemmer driftsbåndet |
| Typisk styrke | Moden WDM-forsterkning, nyttig utgangseffekt, etablert kontroll og overvåking | Distribuert forsterkning og fleksibel forsterkningsforming i optimaliserte spenn | Kompakt integrasjon, rask kontroll og ikke-lineære optiske funksjoner |
| Hovedbegrensning | ASE, forsterkningstilt, kanaltransienter, metning og begrensede naturlige forsterkningsbånd | Pumpens kompleksitet, sikkerhet, overvåking, ikke-lineære interaksjoner og igangsettingsinnsats | Enhetsavhengig støy, metning, polarisasjonsrespons, mønstereffekter og WDM-krysstale |
| Beste sammenligningsmetode | Inndataområde, driftsforsterkning, total effekt, støytall, rippel, kontrollmodus | On-off gain, effektiv støyytelse, pumpeskjema, span fiber, sikkerhetsfunksjoner | Driftsforsterkning, metningsutgang, støy, polarisasjonsavhengighet, båndbredde, dynamisk respons |
Der en EDFA passer best
En EDFA bruker en pumpet erbium-dopet fiber som forsterkningsmedium. Praktiske sammenstillinger inkluderer også pumpekombinere, isolatorer, filtre, overvåkingsfotodioder og kontrollelektronikk. Et forsterkningsutflatningsfilter kan være nødvendig når mange WDM-kanaler må forlate forsterkeren med kontrollert relativ effekt.
En båndspesifikk EDFA er normalt den første teknologien som er evaluert for konvensjonelle C-bånd eller L-bånd applikasjoner som:
- Booster forsterkning etter en tapsløs WDM-multiplekser
- In-line forsterkning i et etablert DWDM-spenn
- Forforsterkning med lav inngangseffekt
- 1550 nm CATV eller PON overleggsdistribusjon
- Laboratorieforsterkning inne i det støttede erbiumforsterkningsbåndet
FOCCs artikkel omEDFA i WDM-systemerbeskriver disse kjente distribusjonsrollene. Den bredere nettverkskonteksten er dekket i nettstedets oppdaterte guide tilDWDM-teknologi.
Hva må verifiseres
Ikke sammenlign EDFA-er med maksimal forsterkning av små signaler alene. Det nyttige driftspunktet avhenger av minimum og maksimum inngang, nødvendig utgang, mettet utgang, kanalantall, kraft per kanal, forsterkningsrippel, støytall og kontrollmodus.
En EDFA forsterker signalet og støyen i båndet som når det, og legger deretter til forsterket spontan emisjon, eller ASE. Den omformer ikke, omformer eller rekonstruerer de overførte dataene. DeITU-T G.663-anbefalingtar opp applikasjonsrelaterte aspekter ved optiske forsterkerenheter og undersystemer i enkanals og flerkanals digitale systemer.
Hvor Raman Amplification tilfører verdi
Raman-forsterkning overfører energi fra en pumpe til signalet gjennom stimulert Raman-spredning. I en distribuert Raman-design blir overføringsfiberen en del av forsterkningsmediet. I en klumpet design gir en dedikert fiberseksjon gevinst inne i en diskret sammenstilling.
Den nåværendeITU-T G.665-anbefalingklassifiserer Raman-forsterkere og Raman-forsterkede delsystemer og definerer relevante egenskaper, ytelsesparametere, testmetoder og optiske sikkerhetshensyn.
Forover, bakover og toveis pumping
| Pumpearrangement | Generell effekt | Engineering bekymring |
|---|---|---|
| Fremover pumping | Pumpen kjører i samme retning som signalet | Overføring av pumpestøy og inngangsadferd nær spenn krever nøye analyse |
| Pumping bakover | Pumpen kjører mot signalretningen | Vanlig i distribuerte design, men pumpeisolasjon, refleksjoner og ekstern sikkerhet er fortsatt viktig |
| Toveis pumping | Pumper lanseres fra begge ender eller retninger | Gir en annen grad av kraftprofilkontroll på bekostning av ekstra maskinvare og kontrollkompleksitet |
Ingen pumperetning er universelt overlegen. Fibertype, spennlengde, kanalbelastning, utskytningskraft, relativ intensitet-støyoverføring, ikke-lineære straffer og operasjonelle begrensninger bestemmer resultatet.
Raman-forsterkning vurderes ofte for OSNR-begrensede koherente lenker, utvidede spenn, brede eller skreddersydde forsterkningsbånd og hybrid Raman/EDFA-arkitekturer. FOCCs oversikt overRaman-forsterkning for langdistansekoblingergir ekstra bakgrunn, menslangdistanse DWDM-overføringplasserer forsterkeren inne i det bredere systemet.
Der en SOA passer best
En konvensjonell optisk halvlederforsterker bruker et elektrisk injisert halvlederaktivt område. Bølgelederen og fasettene er utformet for å gi forsterkning i vanlige bølger i stedet for å fungere som et vanlig laserhulrom.
SOA vurderes når et design trenger et kompakt forsterkningselement, rask elektrisk kontroll, integrasjon med andre fotoniske funksjoner, optisk gating, bølgelengdekonvertering eller forsterkning i et bånd som ikke betjenes av en standard EDFA. Halvledermaterialer og enhetsstrukturer kan velges for ulike bølgelengdeområder.
Den samme raske bærebølgedynamikken som muliggjør svitsjing og bølgelengdekonvertering kan produsere forsterkningskomprimering, kryssforsterkningsmodulasjon, kryssfasemodulasjon, firebølgemiksing, mønstereffekter og kanalovertale. Disse effektene kan være nyttige i et optisk prosesseringseksperiment og uakseptable i en gjennomsiktig WDM-forsterker.
SOA-ytelse spenner over et bredt spekter. Mange kompakte enheter har lavere mettet utgang enn linjekvalitets fiberforsterkere, men det finnes også design med høy effekt og lavt støynivå. For eksempel enIEEE-papir på en to-trinns monolittisk integrert SOArapporterer et design rettet mot høy metningseffekt, bred forsterkningsbåndbredde og lavt støytall. Ett produkt eller papir definerer ikke hele teknologiklassen, så selve dataarket og driftsforholdene forblir avgjørende.
Gain, Saturation og Per-Channel Power
Forsterkning er forskjellen mellom utgangs- og inngangseffekt ved et definert driftspunkt. Den skal alltid leses sammen med maksimal total effekt og antall aktive kanaler.
TilNWDM-kanaler med lik effekt, det omtrentlige forholdet er:
Total optisk effekt i dBm=kraft per kanal i dBm + 10 logg10(N)
Hvis en forsterker når sin totale utgangsgrense, vil ikke å legge til kanaler skape ubegrenset ekstra utgang. Den tilgjengelige effekten deles på de aktive kanalene, og forsterkeren kan gå inn i forsterkningskomprimering. Et datablad som viser høy forsterkning for en svak inngang beviser ikke at samme forsterkning er tilgjengelig med et fullt lastet DWDM-spektrum.
Testing av full belastning og delvis belastning
En WDM-forsterker bør evalueres under minst to kanalbelastningstilstander:
- Full last:alle planlagte kanaler er tilstede, slik at total utgang, kraft per kanal, forsterkningsrippel og metningshøyde kan kontrolleres.
- Dellast:kanaler legges til eller fjernes, slik at automatisk forsterkningskontroll, automatisk effektkontroll, forbigående oppførsel og overlevende kanalstrømutflukter kan kontrolleres.
Tap fra enDWDM MUX/DEMUX, filtre, overvåkingsuttak, kontakter og ROADMer må inkluderes før forsterkerforsterkning tildeles. Pumpe- og signalkobling kan også avhenge av den valgte passive komponenten; nettstedets guide tilvalg av fiberoptisk koblingforklarer de viktigste enhetsparametrene.
Hvorfor utgangseffekt ikke gjenoppretter OSNR
Hver klumpet forsterker legger til ASE. En senere forsterker forsterker både det gjenværende signalet og støyen som allerede er akkumulert i passbåndet, og legger deretter til sitt eget støybidrag. Å øke den totale utgangseffekten kan tilfredsstille et mottakereffektbehov mens OSNR forblir utilstrekkelig.
En forforsterker kan derfor ikke reversere støy akkumulert tidligere i ruten. Støyytelsen er viktig fordi inngangssignalet allerede er svakt. Distribuert Raman kan forbedre den effektive span-støy-oppførselen ved å endre hvor forsterkning oppstår og hvordan signalkraften utvikler seg langs fiberen, men fordelen må modelleres med ikke-lineære straffer og pumpeoppførsel.
Selve overføringsfiberen påvirker også resultatet. Konvensjonelle telekommunikasjonsruter bruker vanligvis OS2 singelmodus-tilkobling, inkludertOS2 single-mode patch-kablerved utstyrsgrensesnitt. Fibertype, demping, effektivt område, spredning, koblingstap og refleksjoner kommer inn i forsterkerdesignet.
Når en hybrid Raman/EDFA-design er berettiget
Raman og EDFA er ikke alltid konkurrerende alternativer. Et distribuert Raman-trinn kan gi forsterkning langs spennet, mens en klumpet EDFA kompenserer nodetap eller etablerer utgangen som trengs for neste spenn.
En Optica-studie som sammenlignerRaman-bare og Raman-pluss-EDFA-forsterkningfant at den kombinerte arkitekturen kunne gi større designfleksibilitet og bedre ytelse i det langdistanse WDM-systemet som ble vurdert. Den konklusjonen er arkitekturspesifikk, ikke en universell garanti.
Bruk et hybriddesign bare når modellering eller måling viser at et EDFA-spenn ikke oppfyller den nødvendige marginen og forbedringen rettferdiggjør:
- Ekstra pumpelasere og kontrollmaskinvare
- Optiske sikkerhetskontroller og automatisk avstenging
- Mer kompleks ikke-lineær og støyanalyse
- Ytterligere igangkjørings- og overvåkingsprosedyrer
- Høyere strømforbruk, vedlikeholdsinnsats og reservekrav
Eksempel på konseptuelt utvalg
Vurder en planlagt flerkanals C-bånds DWDM-kobling. Dette er en designmetode, ikke en påstand om et bestemt produkt.
- Bygg budsjettet for passivt tap.Inkluder fiberdempning, koblinger, skjøter, overvåkingskraner, filtre og MUX/DEMUX-tap.
- Definer forsterkerrollen.Bestem om behovet er en senderforsterker, et in-line forsterkningstrinn eller en mottakerforforsterker.
- Beregn driftsinngangsområdet.Bruk minimum og maksimum forventet spenntap og kanalbelastningsforhold.
- Sjekk kravet til total produksjon.Konverter ønsket utgang per kanal til total WDM-effekt med kanaltellingsforholdet ovenfor.
- Gjennomgå metning og få flathet.Kontroller at full belastning ikke overskrider det angitte driftsområdet.
- Vurder OSNR.Inkluder sender OSNR, kaskadet forsterkerstøy, filtrering, mottakerkrav og ingeniørmargin.
- Start med kun EDFA.Hvis en konvensjonell arkitektur oppfyller krav til output, OSNR, transient og margin, er det ikke rettferdiggjort ekstra Raman-kompleksitet.
- Evaluer hybrid Raman/EDFA bare hvis nødvendig.Sammenlign den forbedrede kraftprofilen og effektive støyytelsen med ikke-lineære, sikkerhets-, drifts- og kostnadsstraff.
- Sjekk mottakerens overbelastning.Legg til demping der det er nødvendig i stedet for å anta mer optisk kraft er alltid fordelaktig.
FOCC-erveiledning for valg av fiberoptisk attenuatorforklarer hvordan dempningsverdi, bølgelengde, koblingstype og applikasjon påvirker valget. Tilgjengelige komponentformater kan gjennomgås ifiberoptisk attenuator-serie.
Mal for anskaffelsesspesifikasjoner
| Spesifikasjonsfelt | Hva skal defineres | Hvorfor det betyr noe |
|---|---|---|
| Teknologi og rolle | EDFA, Raman, SOA eller hybrid; booster, linje, forforsterker eller integrert forsterkningsblokk | Hindrer teknologinavn fra å erstatte selve nettverksoppgaven |
| Driftsbånd | Nøyaktig bølgelengdeområde og fremtidig kanalplan | Bestemmer om forsterkningsmediet er egnet |
| Inndataområde | Minimum og maksimum total input, pluss lasteforhold | Definerer det virkelige forsterkningskontrollområdet |
| Gevinst | Nødvendig driftsforsterkning, justeringsområde og testforhold | Unngår å velge med en isolert maksimal forsterkningsverdi |
| Produksjon | Total mettet utgang og nødvendig utgang per kanal | Beskytter takhøyde ved full last |
| Støy | Støytall eller gjeldende effektiv støymåling med betingelser | Støtter OSNR-planlegging |
| WDM ytelse | Få krusning, tilt, full- og dellast-adferd, forbigående grenser | Beskytter kanalens enhetlighet |
| Polarisering | Polarisasjonsavhengig forsterkning og annen relevant følsomhet | Forhindrer uventede kanalvariasjoner |
| Kontrollmodus | AGC, APC, konstantstrøm eller produktspesifikke moduser | Må samsvare med nettverksrollen og add/slipp-adferd |
| Overvåking | Inn-/utgangstelemetri, alarmer, pumpestatus, temperatur, eksternt grensesnitt | Gjør feltverifisering mulig |
| Beskyttelse og sikkerhet | Dobbel kraft, pumperedundans, automatisk avstengning, forriglinger | Støtter tilgjengelighet og lasersikkerhet |
| Bekreftelse | Nødvendig testrapport, lastetilstand, bølgelengdeplan, temperatur og sporbarhet | Gjør leverandørresultater sammenlignbare |
Vanlige valgfeil
| Feil | Hvorfor det mislykkes | Bedre tilnærming |
|---|---|---|
| Velge etter maksimal gevinst | Den ignorerer inngangsområde, metning, utgang, støy og kanallasting | Sammenlign hele driftspunktet |
| Forvirrer teknologi med plassering | EDFA, Raman og SOA definerer ikke krav til booster, linje eller forforsterker | Definer rollen før du velger teknologi |
| Forutsatt at Raman alltid har bedre støyytelse | Resultatet avhenger av pumpeskjema, spennfiber, lanseringskraft og ikke-lineær optimalisering | Sammenlign modellert ende-til-ende margin |
| Behandle en SOA som en drop-in EDFA | Metning, støy, polarisering og ikke-lineær dynamikk er forskjellige | Bruk enhetsspesifikke målinger og applikasjonstester |
| Tester kun én kanal | Et fullt lastet WDM-spektrum kan endre forsterkning, metning og transienter | Test full og delvis kanallasting |
| Ignorerer overbelastning av mottaker | En vellykket forsterker kan fortsatt levere overdreven mottakerinngang | Design forsterkning og demping sammen |
| Forutsatt at forsterkning regenererer data | En forsterker legger til forsterkning, men utfører ikke full omforming, ny timing eller protokollbevisst regenerering | Bruk OEO- eller 3R-regenerering når signalgjenoppretting krever det |
FAQ
Spørsmål: Kan en konvensjonell EDFA forsterke et 1310 nm-signal?
A: Nei. En konvensjonell erbium-dopet forsterker beregnet for etablerte 1550 nm telekombånd er ikke en vanlig O-båndsforsterker. En båndtilpasset SOA, en annen dopet fiberteknologi eller en annen arkitektur må evalueres.
Spørsmål: Hvilken teknologi har lavest støy?
A: Det finnes ikke noe arkitekturuavhengig svar. EDFA-er med lav støy er mye brukt i konvensjonelle telekomsystemer, mens optimalisert distribuert Raman kan forbedre effektiv span-støyytelse. Sammenlign faktisk forsterkning, inngangsnivå, pumpeskjema, båndbredde og måleforhold.
Spørsmål: Kan en SOA forsterke flere WDM-kanaler?
A: Ja, men forsterkningskomprimering, polarisasjonsrespons, mønstereffekter og ikke-lineær kanalinteraksjon må testes. Flerkanalsdrift gir ikke automatisk EDFA-lignende gjennomsiktig WDM-oppførsel.
Spørsmål: Erstatter en optisk forsterker en OEO-regenerator?
A: Nei. En optisk forsterker øker den optiske effekten uten å dekode dataene. Det gir ikke fullstendig omforming, ny timing og reoverføring.
