Pasywne wzmacniacze optyczne: EDFA, SOA i RFA
Sygnały optyczne przemieszczane przez światłowód są tłumione. W zastosowaniach długodystansowych sygnał jest tłumiony do punktu, w którym wymagane jest ponowne wzmocnienie. Tradycyjnie, urządzenie powszechnie nazywane repeaterem dokonało tego ponownego wzmocnienia.
Repeater to zasadniczo odbiornik i nadajnik połączone w jednym pakiecie. Odbiornik przekształca przychodzącą energię optyczną w energię elektryczną. Wyjście elektryczne odbiornika napędza wejście elektryczne nadajnika. Wyjście optyczne nadajnika reprezentuje wzmocnioną wersję optycznego sygnału wejściowego plus szum.
Dostępna dziś technologia eliminuje potrzebę stosowania repeaterów. Zamiast repeaterów stosuje się teraz pasywne wzmacniacze optyczne. Pasywny wzmacniacz optyczny wzmacnia sygnał bezpośrednio, bez potrzeby konwersji optyczno-elektrycznej i elektryczno-optycznej. Istnieje kilka różnych wzmacniaczy optycznych do pasywnego wzmacniania sygnału optycznego: wzmacniacz światłowodowy z domieszką erbu (EDFA), półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny (SOA) i wzmacniacz światłowodowy Ramana (RFA), z których wszystkie wykorzystują technikę zwaną pompowaniem laserowym.
EDFA
Wzmacniacz EDFA jest zwykle stosowany do bardzo długich łączy światłowodowych, takich jak okablowanie podmorskie. EDFA wykorzystują włókno, które zostało potraktowane lub „domieszkowane” erbem, i jest ono stosowane jako ośrodek amplifikacji. Lasery pompujące działają przy długościach fali poniżej długości fali, które mają być wzmacniane. Domieszkowane włókno jest zasilane energią za pomocą pompy laserowej. Gdy sygnał optyczny przechodzi przez to domieszkowane włókno, atomy erbu przekazują swoją energię do sygnału, zwiększając w ten sposób energię lub siłę przechodzącego sygnału. Dzięki tej technice często sygnał jest do 50 razy silniejszy lub 17dB silniejszy, pozostawiając EDFA niż w momencie wejścia.
Oto przykład EDFA. EDFA można również stosować szeregowo w celu dalszego zwiększenia wzmocnienia sygnału. Dwa EDFA zastosowane szeregowo mogą zwiększyć sygnał wejściowy aż o 34 dB.
SOA
Wzmacniacz SOA wykorzystuje technikę podobną do techniki EDFA, ale bez domieszkowania światłowodu. W przeciwieństwie do EDFA, który jest zasilany pompą laserową, SOA jest zasilany prądem elektrycznym. SOA wykorzystują falowód optyczny i bezpośredni półprzewodnik pasmowy, który jest w zasadzie laserem Fabry'ego-Pérota do wstrzykiwania energii świetlnej do sygnału, jak pokazano na poniższym rysunku. Ta technika nie zapewnia jednak wysokiego wzmocnienia, jakie mają EDFA. SOA są zwykle stosowane w krótszych łączach światłowodowych, takich jak Metropolitan Area Networks (MANs).
Jednym z problemów związanych z SOA jest to, że wzmocnienie jest bardzo trudne do kontrolowania. Dzięki zastosowaniu techniki półprzewodnikowej i falowodu sygnał może osłabić wzmocnienie sygnału o innej długości fali. Może to wprowadzić przesłuch między kanałami, umożliwiając modulację sygnału przy jednej długości fali.
RFA
Wzmacniacz RFA wykorzystuje technikę zwaną wzmocnieniem Ramana, która jest metodą wykorzystującą lasery pompowe do przekazywania energii na sygnał do wzmocnienia. Jednak w przeciwieństwie do EDFA w tej technice nie stosuje się domieszkowanego włókna, a jedynie laser pompujący o dużej mocy, jak pokazano na poniższym rysunku. Laser działa przy długości fali od 60 nm do 100 nm poniżej pożądanej długości fali sygnału. Energia sygnału laserowego i fotony transmitowanego sygnału są sprzężone, zwiększając w ten sposób siłę sygnału. RFA nie wzmacniają tak bardzo jak EDFA, ale mają tę zaletę, że generują znacznie mniej hałasu. Zobacz szczegóły produktu tutaj: Wzmacniacz Ramana
Te wzmacniacze optyczne można łączyć, aby wykorzystać ich właściwości wzmacniające. W niektórych przypadkach RFA i EDFA są łączone w łączach światłowodowych dalekiego zasięgu, aby zapewnić wysokie wzmocnienie i obniżony poziom hałasu.
Podsumowując, każda technika amplifikacji ma zalety i wady. Pamiętaj, aby pamiętać o wzmacniaczu, w którym wzmacniacz jest używany. Na przykład, jeśli sygnał wymaga wzmocnienia, ale szum jest problemem, wzmacniacz RFA najprawdopodobniej byłby najlepszym wyborem. Jeśli sygnał wymagałby wzmocnienia tylko niewielką ilością, wzmacniacz SOA może być najlepszy.
Wszystkie te metody wzmocnienia mają jedną wielką zaletę: wzmacniacze optyczne wzmacniają jednocześnie wszystkie sygnały na światłowodzie. Zatem możliwe jest jednoczesne wzmocnienie wielu długości fali (np. DWDM EDFA jest rodzajem wzmacniacza WDM stosowanego do wzmocnienia wielu długości fali w systemach DWDM). Należy jednak pamiętać, że poziomy mocy należy dokładnie monitorować, ponieważ wzmacniacze mogą się nasycić, powodując w ten sposób nieprawidłowe działanie.
