光アンプにより信号強度が向上
Nov 25, 2025|
ファイバーまたは自由空間リンクでは、光信号の強度が徐々に失われます。{0}損失は、いくつかの原因によって発生します。-ファイバーの吸収、界面の散乱、コネクタの結合不良などです。 1550 nm のシングルモード ファイバは通常、0.2 ～ 0.5 dB/km 程度の減衰があり、長距離 (50 km 以上) では信号が受信機が確実に検出できるレベルを下回る可能性があります。実際の導入では、古いファイバーは理論よりも高い損失を示すことがよくあります。これは通常、接続不良や微小な曲がりが原因です。-}
増幅方法
光増幅器信号を電気的な形式に変換せずに信号強度を高めます。原理は簡単です。弱まった光を利得媒体に送り込み、そこで励起された粒子と相互作用してより多くの光子を生成します。エネルギーは光ポンピングまたは電流注入から得られます。ポンプは反転分布を生成し、信号光子が追加の光子の放出をトリガーできるようにします。-本質的には光増幅です。
実際には、ポンピング方法の選択は、ゲイン帯域幅と電力のニーズによって決まります。ファイバー増幅器は通常、光ポンピングを使用しますが、半導体増幅器は電気的に駆動されます。
通信ネットワークへの導入
長距離ネットワークでは通常、光ファイバーの損失を補うために 80～100 km ごとに増幅器を配置します。アンプのゲインは通常 20 ～ 30 dB の範囲であり、経年劣化やメンテナンスのためにある程度のマージンが残されています。
大都市ネットワークでは、信号は複数の宛先に分割されます。 1:2 分割ごとに約 3 dB の損失が発生します。スプリッターの後にアンプを配置すると、各ブランチが使用可能なレベルに復元されます。 -受信機の前にプリアンプを設置することも一般的です-。これらは弱い信号を増幅するため、受信機は極端な感度を必要としません。
ゲイン特性
利得は、ポンプパワー、信号波長、入力パワーに依存します。低入力電力では、アンプは線形に動作し、ゲインは安定します。入力電力が高い場合、蓄積されたエネルギーが枯渇し、ゲインが低下します。-これが飽和となり、最大出力が制限されます。
利得帯域幅によって、どの波長を増幅できるかが決まります。希土類-土-をドープしたファイバー増幅器は、C- または L- 帯域の 30～40 nm をカバーします。半導体アンプは、場合によっては 100 nm を超えるより広いスペクトルをカバーしますが、ピークゲインは低くなります。
温度も重要です。高温ではフォノン相互作用が増加し、ゲインがわずかに減少します。屋外設置には通常、-5 度から +70 度まで安定性を保つための熱制御が含まれています。
ノイズの付加
増幅器は、主に信号帯域幅内の自然放出光子からのノイズを追加します。騒音指数は通常 3 ～ 7 dB です。複数のアンプをカスケード接続するとノイズが蓄積します。 10 段を超えると、増幅されていないシステムと比較して SNR が 30 ～ 70 dB 低下する可能性があるため、設計者は長いリンクについて慎重に計画する必要があります。
電力要件
ファイバ増幅器は通常、100 ～ 500 mW のポンプ出力 (980 nm または 1480 nm) を必要とします。ポンプ出力が高くなると出力は増加しますが、最終的には飽和に達し、利益が減少します。
電力消費: ポンプ レーザーと制御電子機器を備えたファイバー アンプは通常 5 ～ 20 W を消費します。半導体アンプは 1 ～ 5 W を消費します。冷却を備えた高出力セットアップでは、総消費量が 2 倍になる可能性があります。-
インストールに関する考慮事項
取り付けるときは、発振を避けるため、入出力コネクタのリターン ロスが{0}通常 -45 dB 未満になるように注意してください。ほとんどのアンプには、反射をブロックするアイソレータが組み込まれています。
環境要因は重要です。高湿度は光学系に結露する可能性があり、振動によりコンポーネントの位置がずれる可能性があり、空中経路には耐候性ハウジングが必要であり、地下保管庫には水と土圧からの保護が必要です。
性能仕様
主な仕様は次のとおりです。
信号利得が小さい-: 低入力電力での増幅
飽和出力電力: 最大出力可能電力
ゲイン平坦性: 多波長システムにとって重要-
偏波-に依存するゲイン: 入力偏波に対する感度
動的アプリケーションでは、回復時間の増加も考慮する必要があります。素早い回復 (<1 μs) suits packet-switched networks; slower recovery (10–100 μs) is enough for circuit-switched systems.
波長-特有の操作
異なる波長帯域には異なるアンプが必要です。
1550 nm: エルビウム-ドープファイバー増幅器（EDFA）
1310 nm: 半導体増幅器またはラマン増幅
1625–1675 nm: ツリウム-またはビスマス-をドープしたファイバー増幅器
マルチバンド システムでは、帯域ごとに個別のアンプ チェーンが必要となるため、コストと複雑さが増加します。
監視と制御
通常、アンプにはモニタリング システムが搭載されており、入出力のごく一部を利用して電力を追跡します。自動ゲイン制御により増幅が安定します。制御ループは、ポンプ電流または光減衰器を調整して、入力変動またはポンプドリフトを処理します。
リモート管理により、電力、ポンプ電流、温度などのステータスを確認でき、異常な状態に対してアラームが送信されるため、現場への訪問が減ります。{0}