光缆的衰减、EBFA和喇曼放大器

光缆的衰减、EBFA和喇曼放大器

衰减是路途中的信号丢失。光脉冲在沿着光纤传输的过程中释放了它们的能量并且逐渐衰减。高幅衰减会导致接收端发生错误。对于城域网,衰减并不是什么问题,但它却限制了远距离骨干网络的距离。有三种类型的设备可以用来克服衰减:

电子再生器 这种设备通过首先将光信号转换成电子信号来再生信号。电信号再生后,被转换回光信号,然后射回光纤。由于现代高速光纤网络对电再生的需求,再生器显示效率太低了。在WDM系统中,每个波长需要一个它自己的光电放大器,如果有许多波长的话,这样做将会很昂贵。
EDFA(含铒的光纤放大器) 此设备是一个放大器而不是一个信号再生器。它直接放大光信号而不需要进行光到电的转换。EDFA包含一小束含铒的光纤和两种信号输入。一种输入是需要放大的光信号。另外一种是来自激光器的光,它激发铒原子以便它们能够放弃光子,这些光子放大进入的光信号光子,如后面所述。对于光的这种神奇“技术”,应感谢艾尔伯特•爱因斯坦。
EDFA/喇曼放大器结合 喇曼放大器是一个附加组件,它增强了EDFA光学放大器的功能在每一个EDFA放大器那里,喇曼泵以与源信号相反的方向将高功率的激光射入光纤。射入的光子在最需要光信号的地方增强它——在另一端,激光信号在那里经历最大的衰减。喇曼放大可以生成多达1OdB的信号,这样就允许更长距离的光缆传输。它还使得光纤网络可以获取高达40Gbit/s的传输速率。
EDPA对于WDMA系统来说是很关键的,因为单个放大器可以同时放大所有波长。使用旧的电子再生器,每个波长都需要一个再生器,这意味着生每个再生点上需要一整堆再生器。

1550范围(C波段)通常被称为“铒窗口”,因为铒离子的能量级别与C波段光子的能量级别接近。通过受激发射处理,可以诱使铒释放能量中使用该能量放大C波段中的光。其过程如下所术。EDFA放大器将光子置入掺有铒的光纤中。铒原子吸收光子,从而导致电子成为暂时激发状态。当电子衰减时,它释放一种光子并被信号光子吸收。这样,通过光纤的光信号就被放大而没有任何电子转换。

散射
另外一种特性是散射,当光脉冲在光纤中传输时,它使光脉冲变宽。过多的散射会使接收端很难读取信号。当LED或激光器将光发送到多模光纤时,将出现光的一系列波长。有些波长的传输速度与其他波长的速度不同。其结果是扭曲波形,从而导致光缆另一端的信号读取发生错误。渐变折射率光纤旨在使较短波长的延迟最小化。

共有四种类型的散射:

材料散射 光纤折射属性的不同导致信号散射。
模态散射 发生在多模光纤中。光通过不同的路径穿过光纤,有些路径中的光比其他路径中的光的传输时间更长。渐变光纤可平衡这种效应。
色散 媒介中有些波长比其他波长传输的快,所以会发生色散。光纤越长,效果越差,读取信号也越为困难。
波导散射 由于芯线和覆层之间的信号速度的不同,在单模光纤中会发生此种散射。它引起色散。
在大多数商业系统中使用的G.652光纤,利用了13lOnm的窗口,在那里色散被最小化。此窗口经常被称为零散射点——在那里波导散射抵消了材料散射,因此色散被最小化。

另一方面,远程运营商有更高的带宽和距离要求,因此更愿意使用在C波段运作的G.653和G.655“色散偏移”光纤。C波段用于DWDM系统,它支持许多数据速率为lOGbit/s及更高的、空隙紧密的信道。现在又使用了两种其他带以提升功能和距离:l460nm到l530nm的S波段和1565到l625nm的L波段。一种较新的方法应用了光孤子技术,可使用此方法来创建一种可环绕半个世界的光纤系统。请参阅“光孤子”。

请注意,许多老的光纤也可以支持DWDM。标准的单模光纤将支持更低数据速率的DWDM。有些旧的色散偏移光纤不能处理DWDM,但是使用1550nm上下窗口的波长也可以使这些光纤像非零散射光纤一样工作。　

Corning和Lucent是远距离光缆的主要供应商。Lucent的TrueWave和AllWave光缆是由单模非零散射光纤组成的,它支持所有的波长窗口。TrueWave是专门为光学放大的、高功率的远程DWDM网络设计的,这种网络在C波段和L波段中运作。这两种光纤类型都是使用专利性的净化过程生产的,从而消除了芯线中的水分子并且允许使用更宽的光谱。

Corning的LEAF是旨在用于DWDM系统的单模NZ-DSF光纤。它结合了低衰减和低散射的优点,比非NZ-DSF光纤的效率高百分之三十二。这样就使得网络中更多的信道具有更高的效率,而不会有产生噪音、扭曲信号和降低性能的非线性效应。使用高输出功率的EDFA,它可以以lOGbit/s或更高的速率运作。

Corning的MetroCor光纤是为短距离城区使用的单模NZ-DSF光纤。它不需要功能强大的激光器　(但远距离环境却需要),因此有助于降低配备城区光纤网络所需的成本。

光缆之所以发展迅速，其主要原因是具有以下几个特点：

(1)传输带宽非常宽，通信容量很大；

(2)传输损耗小，中继距离长，特别适用于长距离传输；

(3)抗雷电和抗电磁干扰能力强；

(4)保密性好，不易被窃听或截取数据；

(5)体积小，重量轻；

(6)误码率低，传输可靠性高；

(7)价格正在不断下降。