65. Параметры edfa

Толчок к бурному развитию DWDM сетей дало появление недорогих и эффективных волоконных эрбиевых усилителей (EDFA), работающих в промежутке от 1525 до 1565 нм (третье окно прозрачности кварцевого волокна).

Ключевые параметры, характеризующие EDFA:

- мощность насыще­ния :определяет макс вы­ходную мощность усилителя. Большее значение мощности позволяет увеличивать расстояние безретрансляционного участка. Этот параметр варьируется в зависимости от модели оптиче­ского усилителя. У мощных EDFA он может превосходить 36 дБм (4 Вт).

- коэффициент усиления : G определяется из соотношения : G=Р_{S out}/ Р_{S in}, где Р_{S out} и Р_{S in} - мощности (полезных) сигналов на входе и выходе усилителя. Величина коэффициента усиле­ния зависит от входной мощности и стремится к своему максимальному пределу по мере уменьшения мощности входного сигнала.

- мощность усиленного спонтанного излучения: ASE . В отсутствии входного сигнала EDFA является источником спонтанного излучения фотонов. Спектр излучения зависит от формы энергетической зоны атомов эрбия и от статистического распределения заселенностей уровней зоны. Спонтанно образованные фотоны, распростра­няясь по волокну в активной зоне усилителя EDFA, тиражируются, в результате чего создают­ся вторичные фотоны на той же длине волны, с той же фазой, поляризацией и направлением распространения. Результирующий спектр спонтанных фотонов называется усиленным спон­танным излучением. Его мощность нормируется в расчете на 1 Гц и имеет размер­ность Вт/Гц.

Если на вход усилителя подается сигнал от лазера, то определенная доля энер­гетических переходов, ранее работавшая на усиленное спонтанное изучение, начинает про­исходить под действием сигнала от лазера, усиливая входной сигнал. Таким образом, проис­ходит не только усиление полезного входного сигнала, но и ослабление ASE .

При подаче на вход мультиплексного сигнала происходит дальнейший отток мощности от ASE в пользу усиливаемых мультиплексных каналов. Обычно усилители работают в режиме насыще­ния по отношению к сигналу на выходе.).

- шум-фактор : определяется как отношение сигнал/шум на входе к отношению сигнал/шум на выходе : NF= (Р_{S in} / Р_{N in})/ (Р_{S out}/ Р_{S out}). Мощность шума на входе является квантово-ограниченной мини­мальной величиной и определяется нулевыми флуктуациями вакуума

Р_{N in}= hV*ΔV. Мощ­ность шума на выходе состоит из суммы мощности усиленного спонтанного излучения ASEΔv и мощности шума нулевых флуктуации вакуума, которые проходят через усилитель без изменения: . Если учесть, что G=Р_{S out}/ Р_{S in}, то шум-фактор можно выразить через коэффициент усиления и мощность усиленного спонтанного излучения:

Чем ближе к 1 значение шум-фактора, тем меньше дополнительный шум вносит усили­тель. В то же время при использовании каскада из нескольких усилителей полный шум-фактор возрастает.

66.Параметри приймачів волз (Технические характеристики фотоприемников)

Факторы, влияющие на технические характеристики фотоприемников, сложны и сильно взаимосвязаны между собой. На первый взгляд может казаться, что достаточно выбрать только 3 параметра - чувствительность, быстродействие, цену. На практике эти факторы часто оказываются зависящими от других факторов, включая: рабочую длину волны, выбор волокна и передатчика, темновой ток, шумовые характеристики, тип кодировки передаваемо­го сигнала и др. Ниже рассмотрены главные из них:

- токовая чувствительность- (монохроматическая) S_ph(A/Вт) :определяется как S_ph= I_ph/P(λ), где I_ph – фототок, а P(λ) - полная оптическая мощность излучения на длине волны , падающего на фоточувствительную площадку. Характери­зует фотоприемник при низких частотах модуляции;

- квантовая эффективность- η (безразмерная величина): определяется как η = N_c/N_ph, где Nph - количество фотонов, падающих за единицу времени на приемник, a Nс - количе­ство рожденных в результате этого свободных электронов (или электронно-дырочных пар). Квантовая эффективность для p-i-n фотодиодов не может быть больше 1 (100%).

Между токовой чувствительностью и квантовой эффективностью существует простая связь S_ph = e*λ*η/hc, где е - заряд электрона , - длина волны, h- постоянная Планка , с - скорость света . С подстановкой значений констант получаем S_ph = λ*η/1,24);

- темновой ток Id(А) протекает при обратном смещении через нагрузку в отсутствии па­дающего на фотодиод излучения. Его величина зависит от материала полупроводника, тем­пературы окружающей среды, конструкции фотоприемника. Максимальные значения этот ток утечки имеет в фотодиодах, изготовленных из германия, и составляет от долей до единиц миллиампера. Этот ток добавляется к току полезного сигнала, когда на фотодиод поступает свет;

- время нарастания и спада- и - самая важная динамическая характеристика фотоприемника, определяется как время, необходимое выходному сигналу, чтобы воз­расти от уровня 0,1 до 0,9 (упасть от 0,9 до 0,1) от установившегося макс. значения при условии, что на вход подаются строго прямоугольные импульсы света большой длитель­ности. Эти времена зависят от геометрии фотодиода, материала, напряженности электриче­ского поля в слаболегированной области, температуры. Максимальная из двух величин (обычно время нарастания) берется в качестве характеристики времени отклика фотоприемника.

Времена нарастания и спада главным образом определяют полосу пропускания. Раз­личные фотоприемники могут очень сильно отличаться по быстродействию. Наи­более быстрыми - p-i-n фотодиоды. Наиболее медленными - фототранзисторы;

- эквивалентная мощность шума- Pn (Вт) - это одна из наиболее важных характеристик, учитывающих шумовые свойства фотоприемников. Она определяет мин. мощность оптического сигнала на входе фотоприемника, при которой отношение сигнал/шум = 1, и вычисляются по формуле Pn = I_n/S_ph, где I_n - полный шумовой ток. По опреде­лению, эквивалентная мощность шума пропорциональна квадратному корню из полосы про­пускания. Рп можно пронормировать, поделив на

- соотношение сиг­нал/шум и чувствительность аналоговых систем- для аналоговых сис­тем отношение сигнал/шум измеряется количественно. На практике приемлемое соотноше­ние сигнал/шум зависит от приложения. Зная требования к отношению сигнал/шум, можно определить миним. входной сигнал Pn min - чувствительность аналогового ПРОМ, при котором вносимые искажения и шумы будут в пределах нормы. Этот параметр указывается производителями для фотоприемников при поставке сетевого оборудования с вполне опре­деленной областью приложения. Если входной сигнал ниже чувствительности приемника, то соотношение сигнал/шум может быть не достаточно большим, чтобы корректно выполнялось данное приложение. Принятой единицей измерения чувствительности фотоприемников, также как мощности излучения у светоизлучающих диодов, является дБм;

- частота появления ошибок и чувствитель­ность цифровых систем- В цифровых системах, когда инф передается битами, мерой качества принятого сигнала является вероят­ность некорректной передачи 0 или 1, которая называется частотой появления ошибок BER. Она определяется как отношение неправильно принятых битов к полному числу принятых би­тов. В определенном диапазоне умень­шение на 5 дБ амплитуды входного сигнала приводит к увеличению BER с 10^-12 до 10^-3. Удовлетворительное значение BER, также как и соотноше­ние сигнал/ шум, может быть разным для разных приложений. В цифровых системах, применяемых для нужд те­лекоммуникаций, BER должна быть не больше 10^-9. BER зависит от скорости передачи - чем меньше скорость пе­редачи, тем меньше BER. Чувствительностью цифрового ПРОМ (измеряется в дБм) называется мин. мощность входного сигнала, при ко­торой BER не выходит за рамки мак­с. допустимого значения, установленного для данного приложения.

- насыщение ПРОМ - В аналоговых ПРОМ каскад электронных усилителей имеет участок линейного усиления, что означает линейную зависимость амплитуды выходного электрическо­го сигнала от входной оптической мощности. Это справедливо до тех пор, пока входной сиг­нал не превышает определенного значения, которое называется насыщением ПРОМ. В циф­ровых ПРОМ работа каскада усилителей в нелинейной области не столь опасна, однако при больших входных оптических сигналах могут проявляться "хвосты" фототока, остающиеся да­же тогда, когда на фотоприемник уже не подается сигнал. В такой ситуации нулевой сигнал на входе, следующий непосредственно за единицей, может неправильно интерпретироваться, что приводит к росту частоты появления ошибок. Насыщением цифрового ПРОМ называется максимальная входная мощность, выше которого BER начинает превосходить максимально допустимую величину для данного приложения. Диапазон значений мощности от чувствительности до насыщения ПРОМ называется ди­намическим диапазоном ПРОМ;

- максимально допустимое обратное напряжение Ur - это напряжение, превышение ко­торого может привести к пробою фотоприемника и его разрушению. Наряду с этим значе­нием или вместо него изготовители фотоприемников могут указывать просто обратное рабо­чее напряжение.

- рабочий диапазон температур (°С). 2 характеристики, сильно влияющие на изменение рабочей температуры фотоприемника: - квантовая эффективность, которая может вести себя в общем случае довольно сложным образом с изменением температуры.;-рост температуры приводит к экспоненциальному росту термических возбу­жденных электронно-дырочных пар, в результате чего также экспоненциально возрастает темновой ток. Утечка тока удваивается при повышении температуры на 8-10°С;

- наработка на отказ (тыс. часов). При правильной эксплуатации ресурс фотоприемников значительно выше, чем у светоизлучающих диодов.

Главная функция фотоприемника, применяющегося в ВОЛС - это как можно более точное воспроизведение опти­ческого сигнала, получаемого из волокна. Две фундаментальные характеристики влияют на то, как хорошо фотоприемник справляется с этой задачей: амплитуда входного сигнала и уровень шумов.