3.12 Основные технические параметры оптических усилителей

1. Коэффициент усиления

2. амплитудно-волновая характеристика (АВХ) ОУ,

3. мощность насыщения,

4. шум-фактор,

5. диапазон рабочих (усиливаемых) длин волн.

1. Коэффициент усиления G (gain) и его логарифмический эквивалент

g = 10 lg G [дБ] определяются из соотношения G = P_вых/P_вх, или g = p_вых-p_вх

где P_вх и P_вых – мощности (полезных) сигналов на входе и выходе усилителя, маленькие буквы p обозначают уровни сигнала [дБм]. Коэффициент усиления оптического усилителя EDFA зависит от длины волны и мощности входного сигнала. Усиление ОУ может достигать 30 дБ (1мкВт на входе и 1мВт на выходе).

2. Амплитудно-волновая характеристика (АВХ) ОУ представляет зависи­мость G(λ) усиления ВОУ от длины волны входного сигнала при постоянной входной мощности оптического сигнала, рису­нок 3.51. Амплитудно-волновая характеристика (АВХ) неравномерна в диапазоне 1530-1540 нм и зависит от мощности входного сигнала (рисунок 3.52).

Рисунок 3.51 - Амплитудно-волновая характеристика ОУ

Рисунок 3.52 - Зависимость коэффициента усиления EDFA от длины волны входного сигнала при фиксированных значениях мощности оптического сигнала на входе усилителя

3. Мощность насыщения Рнас на выходе усилителя.

Данный параметр легко понять по кривой зависимости выходной мощности усилителя (в данном случае усилителя ЕDFА) от мощности входного сигна­ла, представленной на рисунке 3.53. Из данного графика видно, что выходная мощность возрастает линейно с ростом входной мощности в пределах от -40 до -10 дБм (область А-Б). Дальнейший рост Р_вых. замедляется вследствие насыщения усилителя и на­чиная с 20 дБм Р_еых = Р_вх , при этом G = 1. Это и есть режим насыщения, т.е. Рвых=Рнас.

До определенного (малого) уровня входной мощности усиление практически постоянно, затем оно начинает экспоненциально падать (см. рисунок 3.54) с ростом уровня входной мощности.

Рисунок 3.53 - Зависимость выходной мощности эрбиевого оптического усилителя от входной мощности сигнала.

Рисунок 3.54 - Зависимость усиления от выходной мощности и определение мощности насыщения

Этот "падающий" участок характеристики является областью насыщения усилителя и объясняется уменьшением коэффициента размножения, вызванным возрастающим с ростом входного сигнала дефицитом частиц, которые способны генерировать вторичные фотоны, на том уровне, где создается инверсия населенности. Эта область численно характеризуется мощностью насыщения Рн на выходе усилителя, определяется по выходной характеристике на уровне минус 3 дБм, при котором коэффициент усиления g падает в два раза.

Усиленное спонтанное излучение.

Оптические усилители добавляют шум к усиливаемому оптическому сигналу. Этот шум обусловлен усиленным спонтанным излучением инверсно-заселённых уровней атомов примеси. Он возникает под действием случайных возмущающих факторов различной физической природы, вызывающих спонтанное излучение, например нагрева усилителя (тепловые фотоны), а также за счет наличия рассеянных фотонов.

Рисунок 3.55 - Мощность выходного сигнала и шума в EDFA

4. Шум-фактор NF (noise figure) характеризует ухудшение отношения сигнал/шум после прохождения сигнала через ОУ и определяется как отношение сигнал-шум на входе усилителя к отношению сигнал-шум на выходе усилителя:

(3.10)

Часто при описании оптических усилителей значение шум-фактора указывается в дБ: . Минимальный шум-фактор равен 1 (0 дБ). Чем ближе к 1 значение шум-фактора, тем меньше дополнительный шум вносит усилитель.

Ниже приводятся основные параметры коммерчески доступных эрбиевых волоконных усилителей:

- коэффициент линейного усиления (малосигнального) – 30-40 дБ;

- мощность насыщения - до 0,5 Вт;

- спектральная полоса усиления – 30-40 нм;

- диапазон рабочих (усиливаемых) длин волн - (1530-1570) нм;

- требуется мощной источник оптической накачки (50-100) мВт.

Недостатком эрбиевых усилителей является невозможность интегрального исполнения и необходимость применения легированных волокон большой длины.