광 증폭기는 신호 강도를 향상시킵니다.
Nov 25, 2025|
광섬유 또는 자유{0}}공간 링크에서는 광 신호의 강도가 점차 약해집니다. 손실은 여러 가지 원인-섬유 흡수, 인터페이스 산란 및 불량한 커넥터 결합으로 인해 발생합니다. 1550nm의 단일-모드 광섬유는 일반적으로 약 0.2~0.5dB/km의 감쇠를 가지며 장거리(50km 이상)에서는 신호가 수신기가 안정적으로 감지할 수 있는 수준 이하로 떨어질 수 있습니다. 실제 배포에서 오래된 광케이블은 일반적으로 잘못된 연결이나 마이크로{12}}굽힘으로 인해 이론보다 더 높은 손실을 보이는 경우가 많습니다.
증폭 방법
광 증폭기신호를 전기적 형태로 변환하지 않고 신호 강도를 높입니다. 원리는 간단합니다. 약해진 빛을 이득 매질에 공급하면 여기에서 여기 입자와 상호 작용하여 더 많은 광자를 생성합니다. 에너지는 광학 펌핑이나 전류 주입에서 나옵니다. 펌프는 밀도 반전을 생성하여 신호 광자가 추가 광자 방출-(기본적으로 광학 증폭)을 트리거할 수 있도록 합니다.
실제로 펌핑 방법 선택은 이득 대역폭과 전력 요구 사항에 따라 달라집니다. 광섬유 증폭기는 일반적으로 광학 펌핑을 사용하는 반면, 반도체 증폭기는 전기적으로 구동됩니다.
통신 네트워크 배포
장거리-네트워크는 일반적으로 광섬유 손실을 보상하기 위해 80~100km마다 증폭기를 배치합니다. 증폭기 이득의 범위는 일반적으로 20~30dB이며 노후화 또는 유지 관리를 위한 약간의 여유가 있습니다.
대도시 네트워크에서는 신호가 여러 대상으로 분할됩니다. 각 1:2 분할은 대략 3dB 손실을 발생시킵니다. 분배기 뒤에 앰프를 배치하면 각 분기가 사용 가능한 레벨로 복원됩니다. 수신기 앞에 있는 전치-증폭기도 일반적입니다.-이 증폭기는 약한 신호를 증폭시켜 수신기에 극도의 감도가 필요하지 않습니다.
이득 특성
이득은 펌프 전력, 신호 파장 및 입력 전력에 따라 달라집니다. 낮은 입력 전력에서 증폭기는 선형적으로 작동하고 이득은 안정적입니다. 입력 전력이 높으면 저장된 에너지가 고갈되고 이득이 떨어지게 됩니다.-이는 포화 상태이며 최대 출력을 제한합니다.
이득 대역폭은 증폭할 수 있는 파장을 결정합니다. 희-토류-도핑 광섬유 증폭기는 C- 또는 L- 대역에서 30~40nm를 커버합니다. 반도체 증폭기는 더 넓은 스펙트럼(때로는 100nm 이상)을 포괄하지만 피크 게인은 더 낮습니다.
온도도 중요합니다. 고온은 포논 상호 작용을 증가시켜 이득을 약간 감소시킵니다. 실외 설치에는 일반적으로 -5도에서 +70도까지 안정성을 유지하기 위한 열 제어가 포함됩니다.
노이즈 추가
증폭기는 주로 신호 대역폭 내의 자연 방출 광자로부터 잡음을 추가합니다. 잡음 수치는 일반적으로 3~7dB입니다. 여러 앰프를 캐스케이드 연결하면 노이즈가 축적됩니다. 10단계 이후에는 증폭되지 않은 시스템에 비해 SNR이 30~70dB 떨어질 수 있으므로 설계자는 긴 링크를 신중하게 계획해야 합니다.
전력 요구 사항
광섬유 증폭기에는 일반적으로 100~500mW 펌프 전력(980nm 또는 1480nm)이 필요합니다. 펌프 출력이 높을수록 출력은 높아지지만 결국 수익이 감소하면서 포화 상태에 도달합니다.
전기 소비: 펌프 레이저와 제어 전자 장치를 갖춘 광섬유 증폭기는 일반적으로 5~20W를 소모합니다. 반도체 증폭기는 1~5W를 소비합니다. 냉각 기능을 갖춘 고전력 설정은 총 소비량을 두 배로 늘릴 수 있습니다.
설치 고려 사항
설치 시 발진을 방지하기 위해 입력/출력 커넥터 반사 손실이-일반적으로 -45dB 미만인지 확인하세요. 대부분의 증폭기에는 반사를 차단하는 절연체가 포함되어 있습니다.
환경 요인이 중요합니다. 습도가 높으면 광학 장치에 응결이 생길 수 있고, 진동으로 인해 구성 요소가 잘못 정렬될 수 있으며, 공중 경로에는 비바람에 견디는 하우징이 필요하고, 지하 금고에는 물과 토양의 압력 보호가 필요합니다.
성능 사양
주요 사양은 다음과 같습니다.
작은-신호 이득: 낮은 입력 전력에서 증폭
포화 출력 전력: 최대 전달 가능 전력
평탄도 확보: 다중-파장 시스템에 중요
편파-종속 이득: 입력 편광에 대한 민감도
동적 애플리케이션은 이득 복구 시간도 고려해야 합니다. 빠른 회복 (<1 μs) suits packet-switched networks; slower recovery (10–100 μs) is enough for circuit-switched systems.
파장-특정 작업
다양한 파장 대역에는 다양한 증폭기가 필요합니다.
1550nm: 에르븀- 도핑된 광섬유 증폭기(EDFA)
1310 nm: 반도체 증폭기 또는 라만 증폭
1625~1675 nm: 툴륨- 또는 비스무트- 도핑된 광섬유 증폭기
다중{0}}대역 시스템에는 각 대역마다 별도의 증폭기 체인이 필요하므로 비용과 복잡성이 증가합니다.
모니터링 및 제어
증폭기에는 일반적으로 전력을 추적하기 위해 입력/출력의 작은 부분을 활용하는 모니터링 시스템이 있습니다. 자동 이득 제어는 증폭을 안정적으로 유지합니다. 제어 루프는 펌프 전류 또는 광 감쇠기를 조정하여 입력 변화 또는 펌프 드리프트를 처리합니다.
원격 관리를 통해 상태-전력, 펌프 전류, 온도 등을 확인하고 비정상적인 상황에 대한 경보를 보내 현장 방문을 줄일 수 있습니다.