10.1.2.3. Характеристики ппоу

Основными характеристиками ППОУ, как и любого усилителя, являются коэффициент усиления, уровень шумов, динамический диапазон и неравномерность АВХ.

Коэффициет усиления

Под коэффициентом усиления ППОУ, реализуемым за один проход, понимается величина

(10-5)

где Ym - коэффициент изоляции оптической моды; g₀ - коэффициент усиления материала в отсут­ствие насыщения; а„ - коэффициент поглощения; L - длина усилителя.

Зависимость (10-5) - экспоненциальная, характерная для систем с насыщением. Коэффи­циент усиления зависит от длины усилителя и коэффициента усиления материала полупроводни­ка. Ширина полосы АВХ для коэффициента усиления материала go, как уже отмечалось выше, оказывается существенно большей, чем для Go. Эта особенность еще больше усиливается для многопроходных усилителей типа УФП. В целом ширина полосы для УБВ оказывается на три по­рядка шире, чем для УФП. Реализуемые коэффициенты усиления составляют: для УБВ - 15 дБ (волна ТМ) или 22 дБ (волна ТЕ); для УФП - 22-25 дБ. Максимум коэффициента усиления зависит от величины тока через полупроводник и лежит в диапазоне 1520 - 1460 нм, смещаясь в сторону меньших длин волн при большей величине тока [190].

Уровень шума и динамический диапазон

Динамический диапазон без учета шума ППОУ может достигать 35-45 дБ. Полупровод­никовый усилитель, как и любой ОУ, добавляет шум за счет УСИ к усиливаему оптическому сигналу. Шум приводит не только к уменьше­нию динамического диапазона, но и к сниже­нию максимально допустимого усиления. В этом можно наглядно убедиться, обратившись к рис. 10-5, на котором показан типичный спектр шума, вызванного УСИ. Этот спектр много шире АВХ усилителя и имеет характер­ную форму пьедестала. Из рисунка видно, что уровень мощности шума составляет около 20 дБ, а уровень усиления сигнала на его фоне - 25 дБ. Это означает, что динамический диапазон, который мог бы в отсутствие шума составить 45 дБ, уменьшается при наличии шума до ве­личины 25 дБ.

Импульсные усилители

Учитывая, что кодовые последовательности, передаваемые по цифровым сетям связи, приводят к необходимости передачи импульсов, усилитель должен быть импульсным. Импульсы, передаваемые по сети, фактически являются импульсами ЛД и имеют, как правило, симметрич­ную гауссовскую форму. Импульсные усилители могут искажать форму этих импульсов, если ши­рина импульса т„ меньше времени жизни носителей заряда в полупроводнике х_н. Это искажение приводит к асимметрии импульсов - передний фронт становится круче, задний положе. Это явле­ние проявляется тем больше, чем ближе коэффициент усиления к величине, соответствующей на­сыщению. Если в этих условиях передается последовательность коротких импульсов, соответст­вующая определенной структуре двоичной последовательности, то эта структура может искажать­ся. Если же т„ соизмеримо с г„, то импульс может уширяться, и тем больше, чем ближе усиление к насыщению. Искажения формы импульсов может быть обусловлено возникновением ФСМ и ФКМ, см. выше.

При многоканальном усилении, имеющем место в системах с WDM, может проявляться еще один вид искажений - комбинационные гармоники, возникающие из-за перекрестной модуля­ции - ПКМ (XGM) и четырехволнового смешения - ЧВС (FWM). ПКМ может проявляться либо в виде амплитудной кросс-модуляции - АКМ, которая приводит к симметричному уширению спек­тра импульса, либо в виде уже упоминавшейся ФКМ, которая приводит к асимметричному уши­рению спектра импульса. Если, например, используются только две частоты/} и/₂, то при ПКМ возникают как минимум гармоники//^, а при ЧВС - гармоники 2fj-f₂ и 2f?-fi. Наличие гармоник приводит не только к нелинейным искажениям, но и к тому, что насыщение происходит при меньшем уровне усиливаемого сигнала, а сам сигнал дополнительно случайно флуктуирует в за­висимости от характера последовательности бит. Причем наибольшее влияние оказывает ЧВС.

Если, например, одновременно усиливаются сигналы с длинами волн 1310 нм и 1550 нм, то ЧВС приводит к появлению составляющих 1134 нм и 1917 нм, которые могут оказать влияние только тогда, когда они лежат в полосе пропускания усилителя, что в данном случае маловероят­но. Если же усиливаются четыре сигнала и больше в полосе 1450-1600 нм с разделением по дли­нам волн порядка 50 нм и меньше, то уже, например, ЧВС сигналов 1500 нм и 1550 нм дают со­ставляющую 1449 нм, лежащую в полосе пропускания усилителя.