Passive optiske forstærkere: EDFA, SOA og RFA
Når optiske signaler kører gennem en optisk fiber, dæmpes de. I langdistanceapplikationer dæmpes signalet til det punkt, hvor genforstærkning er påkrævet. Traditionelt gennemførte en anordning, der ofte benævnes en repeater, denne genforstærkning.
En repeater er dybest set en modtager og sender kombineret i en pakke. Modtageren konverterer den indkommende optiske energi til elektrisk energi. Modtagerens elektriske udgang driver transmitterens elektriske indgang. Senderens optiske udgang repræsenterer en forstærket version af det optiske indgangssignal plus støj.
Den tilgængelige teknologi i dag eliminerer behovet for repeatere. Passive optiske forstærkere bruges nu i stedet for repeatere. En passiv optisk forstærker forstærker signalet direkte uden behov for optisk-elektrisk og elektrisk-optisk konvertering. Der er flere forskellige optiske forstærkere, som man kan passivt forstærke et optisk signal: Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA), Semiconductor Optical Amplifier (SOA) og Raman Fiber Amplifier (RFA), som alle bruger en teknik kaldet laserpumping.
EDFA
EDFA-forstærker bruges generelt til meget lange fiberkæder, såsom undersøisk kabling. EDFA'erne bruger en fiber, der er blevet behandlet eller "doteret" med erbium, og denne bruges som amplificeringsmedium. Pumpelaserne fungerer ved bølgelængder under de bølgelængder, der skal forstærkes. Den doterede fiber tændes med laserpumpen. Når det optiske signal ledes gennem denne dopede fiber, overfører erbiumatomer deres energi til signalet, hvorved energien eller styrken af signalet øges, når det passerer. Med denne teknik er det almindeligt, at signalet er op til 50 gange eller 17dB stærkere forlader EDFA, end det var, da det trådte ind.
Her er et eksempel på en EDFA. EDFA'er kan også bruges i serie for yderligere at øge signalets forstærkning. To EDFA'er, der bruges i serier, kan øge indgangssignalet op til 34dB.
SOA
SOA-forstærker bruger en teknik, der ligner EDFA, men uden doping af den optiske fiber. I modsætning til EDFA, der er aktiveret med en laserpumpe, aktiveres SOA med elektrisk strøm. SOA'erne bruger en optisk bølgeleder og en direkte båndgap-halvleder, der dybest set er en Fabry-Pérot-laser til at indsprøjte lysenergi i signalet, som vist i figuren nedenfor. Denne teknik tilbyder dog ikke den høje forstærkning, som EDFA'erne gør. SOA'er bruges typisk i kortere fiberforbindelser, såsom Metropolitan Area Networks (MANs).
Et problem med SOA'er er, at gevinsten er meget svær at kontrollere. Ved at anvende halvlederteknikken og en bølgeleder kan signalet udtømme forstærkningen af et signal ved en anden bølgelængde. Dette kan introducere krydstale blandt kanaler ved at lade signalet på en bølgelængde modulere en anden.
RFA
RFA-forstærker bruger en teknik kaldet Raman-forstærkning, som er en metode, der bruger pumpelaser til at donere energi til signalet til forstærkning. I modsætning til EDFA'er bruger denne teknik dog ikke dopet fiber, bare en højdrevet pumpelaser, som vist på figuren herunder. Laseren betjenes ved bølgelængder 60 nm til 100 nm under signalets ønskede bølgelængde. Lasersignalenergien og fotonerne på det transmitterede signal kobles, hvorved signalstyrken øges. RFA'er forstærker ikke så meget som EDFA'erne, men de har en fordel i at de genererer langt mindre støj. Se produktdetaljerne her: Raman Forstærker
Disse optiske forstærkere kan kombineres for at drage fordel af deres forstærkningsegenskaber. I nogle tilfælde er RFA'er og EDFA'er kombineret i langtræk fiberforbindelser for at sikre høj forstærkning og nedsat støjniveau.
I resumé har hver amplifikationsteknik fordele og ulemper. Husk at huske den forstærkning, som forstærkeren bruges i. Hvis et signal for eksempel var nødvendigt med forstærkning, men støj var et problem, ville en RFA-forstærker sandsynligvis være det bedste valg. Hvis signalet skulle forstærkes med kun en lille mængde, er SOA-forstærkeren muligvis bedst.
Alle disse amplificeringsmetoder har en stor fordel: optiske forstærkere vil forstærke alle signaler på en fiber på samme tid. Det er således muligt at forstærke flere bølgelængder samtidigt (f.eks. DWDM EDFA er en type WDM-forstærker, der bruges til at forstærke flere bølgelængder i DWDM-systemer). Men det er vigtigt at huske, at effektniveauerne skal overvåges omhyggeligt, fordi forstærkerne kan blive mættede og derved forårsage forkert drift.
