光纜的衰減、EBFA和喇曼放大器
光纜的衰減、EBFA和喇曼放大器
衰減是路途中的信號丟失。光脈沖在沿著光纖傳輸的過程中釋放了它們的能量并且逐漸衰減。高幅衰減會導致接收端發生錯誤。對于城域網,衰減并不是什么問題,但它卻限制了遠距離骨干網絡的距離。有三種類型的設備可以用來克服衰減:
電子再生器 這種設備通過首先將光信號轉換成電子信號來再生信號。電信號再生后,被轉換回光信號,然后射回光纖。由于現代高速光纖網絡對電再生的需求,再生器顯示效率太低了。在WDM系統中,每個波長需要一個它自己的光電放大器,如果有許多波長的話,這樣做將會很昂貴。
EDFA(含鉺的光纖放大器) 此設備是一個放大器而不是一個信號再生器。它直接放大光信號而不需要進行光到電的轉換。EDFA包含一小束含鉺的光纖和兩種信號輸入。一種輸入是需要放大的光信號。另外一種是來自激光器的光,它激發鉺原子以便它們能夠放棄光子,這些光子放大進入的光信號光子,如后面所述。對于光的這種神奇“技術”,應感謝艾爾伯特?愛因斯坦。
EDFA/喇曼放大器結合 喇曼放大器是一個附加組件,它增強了EDFA光學放大器的功能在每一個EDFA放大器那里,喇曼泵以與源信號相反的方向將高功率的激光射入光纖。射入的光子在最需要光信號的地方增強它——在另一端,激光信號在那里經歷最大的衰減。喇曼放大可以生成多達1OdB的信號,這樣就允許更長距離的光纜傳輸。它還使得光纖網絡可以獲取高達40Gbit/s的傳輸速率。
EDPA對于WDMA系統來說是很關鍵的,因為單個放大器可以同時放大所有波長。使用舊的電子再生器,每個波長都需要一個再生器,這意味著生每個再生點上需要一整堆再生器。
1550范圍(C波段)通常被稱為“鉺窗口”,因為鉺離子的能量級別與C波段光子的能量級別接近。通過受激發射處理,可以誘使鉺釋放能量中使用該能量放大C波段中的光。其過程如下所術。EDFA放大器將光子置入摻有鉺的光纖中。鉺原子吸收光子,從而導致電子成為暫時激發狀態。當電子衰減時,它釋放一種光子并被信號光子吸收。這樣,通過光纖的光信號就被放大而沒有任何電子轉換。
散射
另外一種特性是散射,當光脈沖在光纖中傳輸時,它使光脈沖變寬。過多的散射會使接收端很難讀取信號。當LED或激光器將光發送到多模光纖時,將出現光的一系列波長。有些波長的傳輸速度與其他波長的速度不同。其結果是扭曲波形,從而導致光纜另一端的信號讀取發生錯誤。漸變折射率光纖旨在使較短波長的延遲最小化。
共有四種類型的散射:
材料散射 光纖折射屬性的不同導致信號散射。
模態散射 發生在多模光纖中。光通過不同的路徑穿過光纖,有些路徑中的光比其他路徑中的光的傳輸時間更長。漸變光纖可平衡這種效應。
色散 媒介中有些波長比其他波長傳輸的快,所以會發生色散。光纖越長,效果越差,讀取信號也越為困難。
波導散射 由于芯線和覆層之間的信號速度的不同,在單模光纖中會發生此種散射。它引起色散。
在大多數商業系統中使用的G.652光纖,利用了13lOnm的窗口,在那里色散被最小化。此窗口經常被稱為零散射點——在那里波導散射抵消了材料散射,因此色散被最小化。
另一方面,遠程運營商有更高的帶寬和距離要求,因此更愿意使用在C波段運作的G.653和G.655“色散偏移”光纖。C波段用于DWDM系統,它支持許多數據速率為lOGbit/s及更高的、空隙緊密的信道。現在又使用了兩種其他帶以提升功能和距離:l460nm到l530nm的S波段和1565到l625nm的L波段。一種較新的方法應用了光孤子技術,可使用此方法來創建一種可環繞半個世界的光纖系統。請參閱“光孤子”。
請注意,許多老的光纖也可以支持DWDM。標準的單模光纖將支持更低數據速率的DWDM。有些舊的色散偏移光纖不能處理DWDM,但是使用1550nm上下窗口的波長也可以使這些光纖像非零散射光纖一樣工作。
Corning和Lucent是遠距離光纜的主要供應商。Lucent的TrueWave和AllWave光纜是由單模非零散射光纖組成的,它支持所有的波長窗口。TrueWave是專門為光學放大的、高功率的遠程DWDM網絡設計的,這種網絡在C波段和L波段中運作。這兩種光纖類型都是使用專利性的凈化過程生產的,從而消除了芯線中的水分子并且允許使用更寬的光譜。
Corning的LEAF是旨在用于DWDM系統的單模NZ-DSF光纖。它結合了低衰減和低散射的優點,比非NZ-DSF光纖的效率高百分之三十二。這樣就使得網絡中更多的信道具有更高的效率,而不會有產生噪音、扭曲信號和降低性能的非線性效應。使用高輸出功率的EDFA,它可以以lOGbit/s或更高的速率運作。
Corning的MetroCor光纖是為短距離城區使用的單模NZ-DSF光纖。它不需要功能強大的激光器 (但遠距離環境卻需要),因此有助于降低配備城區光纖網絡所需的成本。
光纜之所以發展迅速,其主要原因是具有以下幾個特點:
(1)傳輸帶寬非常寬,通信容量很大;
(2)傳輸損耗小,中繼距離長,特別適用于長距離傳輸;
(3)抗雷電和抗電磁干擾能力強;
(4)保密性好,不易被竊聽或截取數據;
(5)體積小,重量輕;
(6)誤碼率低,傳輸可靠性高;
(7)價格正在不斷下降。
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