Wzmacniacze optyczne zrewolucjonizowały komunikację światłowodową na duże odległości
W sytuacjach, w których podstawową kwestią jest utrata, wzmacniacze optyczne można rzeczywiście zastosować do wzmocnienia sygnałów bez konwersji na domenę elektryczną. Takie wzmacniacze optyczne zrewolucjonizowały komunikację światłowodową na duże odległości.
Celem wzmacniacza optycznego jest przywrócenie poziomu mocy sygnału zmniejszonego z powodu strat podczas propagacji, bez jakiejkolwiek konwersji optycznej na elektryczną. Większość wzmacniaczy optycznych wzmacnia padające światło poprzez stymulowaną emisję, ten sam mechanizm, który jest stosowany w laserach, ale bez mechanizmu sprzężenia zwrotnego. głównym składnikiem jest zysk optyczny realizowany poprzez pompowanie wzmacniacza (elektryczne lub optyczne) w celu uzyskania inwersji populacji. wzmocnienie optyczne, ogólnie mówiąc, jest nie tylko funkcją częstotliwości, ale także funkcją lokalnego natężenia wiązki. Poniższy rysunek pokazuje zasadę wzmacniacza optycznego.
W porównaniu z regeneratorami elektronicznymi, wzmacniacze optyczne nie potrzebują żadnych szybkich obwodów elektronicznych, są przezroczyste dla przepływności i formatu oraz, co najważniejsze, mogą wzmacniać wiele sygnałów optycznych przy różnych długościach fal jednocześnie. Tak więc ich rozwój zapoczątkował ogromny wzrost zdolności komunikacyjnej za pomocą multipleksowania z podziałem długości fali (WDM), w którym wiele długości fali przenoszących niezależne sygnały są propagowane przez to samo włókno jednomodowe, zwiększając w ten sposób pojemność łącza. W przeciwieństwie do regeneratorów elektronicznych wzmacniacz WDM nie kompensuje dyspersji nagromadzonej w łączu, a także dodaje szum do sygnału optycznego.
Wzmacniacze optyczne mają duży wpływ na systemy transmisji światłowodów. Mogą zrekompensować utratę linii transmisyjnych światłowodu, zmniejszając w ten sposób liczbę repeaterów elektrycznych. Główną korzyścią ekonomiczną jest możliwość jednoczesnego wzmacniania wielu sygnałów WDM. W długodystansowej linii transmisyjnej (pokazanej na poniższym rysunku) wzmacniacze optyczne, oznaczone stałymi trójkątami, są używane jako wzmacniacze wzmacniające w nadajniku, wzmacniacze liniowe i przedwzmacniacze w odbiorniku. Wzmacniacz liniowy nazywa się repeaterem 1R. Zazwyczaj repeater 1R jest wstawiany co 80-100 km w systemach przesyłowych dalekiego zasięgu. EDFA jest najczęściej stosowany we wzmacniaczu w konwencjonalnym paśmie (pasmo C) regionu widmowego 1530-1565 nm. Jest tak, ponieważ przejście ze stanu metastabilnego do stanu podstawowego EDFA mieści się w paśmie C. Kliknij, aby wyświetlić szczegóły produktu EDFA w paśmie C. Za każdym razem, gdy sygnał przechodzi przez wzmacniacz optyczny, szum wzmacniacza jest kumulowany, co powoduje degradację współczynnika szumu sygnału (SNR). Dlatego po kilku przejściach repeaterów 1R sygnał optyczny jest regenerowany przez elektryczny repeater 3R, który ma trzy funkcje przekształcania, retimingu i regeneracji.
Dotychczas wprowadzono kilka rodzajów wzmacniaczy optycznych: półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny (SOA), wzmacniacz światłowodowy Ramana (RFA), wzmacniacz światłowodowy domieszkowany ziemią rzadką (EDFA domieszkowany erbem przy 1500 nm i FDFA domieszkowany Praseodymem przy 1300 nm ) i optyczny wzmacniacz parametryczny (OPA). Pierwotnymi pasmami wzmacniającymi EDFA są pasmo C (1535–1565 nm) i pasmo L (1570–1610 nm); pojawiły się jednak doniesienia o rozszerzeniu zakresu działania EDFA na pasmo S (1460-1530 nm). Z drugiej strony RFA mogą być przystosowane do działania w dowolnym paśmie. Dostępne są SOA zdolne do działania w różnych pasmach. OPA wykorzystują nieliniowość do wzmocnienia sygnału i mogą być przystosowane do pracy w dowolnym paśmie.
Obecnie większość światłowodowych systemów komunikacji wykorzystuje EDFA ze względu na ich zalety pod względem przepustowości, wysokiej mocy wyjściowej i charakterystyki szumu. RFA i SOA stają się również ważne w wielu aplikacjach. Prace nad OPA wykazały, że możliwe jest osiągnięcie wzmocnienia szerokopasmowego przy bardzo niskim poziomie szumów.
