Passive optiske forsterkere: EDFA, SOA og RFA
Når optiske signaler beveger seg gjennom en optisk fiber, blir de dempet. I langdistanseanvendelser blir signalet dempet til det punktet hvor det er nødvendig med omforsterkning. Tradisjonelt oppnådde en enhet som ofte ble referert til som en repeater denne omforsterkningen.
En repeater er i utgangspunktet en mottaker og sender kombinert i en pakke. Mottakeren konverterer den innkommende optiske energien til elektrisk energi. Mottakerens elektriske utgang driver den elektriske inngangen til senderen. Den optiske utgangen fra senderen representerer en forsterket versjon av det optiske inngangssignalet pluss støy.
Teknologien som er tilgjengelig i dag eliminerer behovet for repeatere. Passive optiske forsterkere brukes nå i stedet for repeatere. En passiv optisk forsterker forsterker signalet direkte uten behov for optisk til elektrisk og elektrisk til optisk konvertering. Det er flere forskjellige optiske forsterkere som passivt kan forsterke et optisk signal: Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA), Semiconductor Optical Amplifier (SOA), og Raman Fiber Amplifier (RFA), som alle bruker en teknikk som kalles laserpumping.
EDFA
EDFA-forsterker brukes vanligvis til veldig lange fiberkoblinger som kabler under vann. EDFA bruker en fiber som er behandlet eller "dopet" med erbium, og denne brukes som forsterkningsmedium. Pumpelaserne fungerer på bølgelengder under bølgelengdene som skal forsterkes. Den dopede fiberen får strøm med laserpumpen. Når det optiske signalet føres gjennom denne dopede fiberen, overfører erbiumatomer energien deres til signalet, og øker dermed energien eller styrken til signalet når det passerer. Med denne teknikken er det vanlig at signalet er opptil 50 ganger eller 17dB sterkere og etterlater EDFA enn det var da det kom inn.
Her er et eksempel på en EDFA. EDFAer kan også brukes i serie for å øke signalets forsterkning ytterligere. To EDFAer som brukes i serier, kan øke inngangssignalet så mye som 34dB.
SOA
SOA-forsterker bruker en teknikk som ligner på EDFA, men uten å dopere den optiske fiberen. I motsetning til EDFA, som er strømforsynt med en laserpumpe, strømmer SOA med elektrisk strøm. SOA-ene bruker en optisk bølgeleder og en direkte båndgap-halvleder som i utgangspunktet er en Fabry-Pérot-laser for å injisere lysenergi i signalet, som vist på figuren nedenfor. Denne teknikken tilbyr imidlertid ikke den høye forsterkningen som EDFA-ene gjør. SOAer brukes vanligvis i kortere fiberkoblinger som Metropolitan Area Networks (MANs).
Et problem med SOA er at gevinsten er veldig vanskelig å kontrollere. Ved å bruke halvlederteknikk og en bølgeleder kan signalet tømme forsterkningen til et signal på en annen bølgelengde. Dette kan introdusere krysstale mellom kanaler ved å la signalet i en bølgelengde modulere en annen.
RFA
RFA-forsterker bruker en teknikk som kalles Raman-forsterkning, som er en metode som bruker pumpelaser for å donere energi til signalet for forsterkning. I motsetning til EDFA-er bruker denne teknikken imidlertid ikke dopet fiber, bare en høytdrevet pumpelaser, som vist på figuren nedenfor. Laseren betjenes i bølgelengder 60 nm til 100 nm under den ønskede bølgelengden til signalet. Lasersignalenergien og fotonene til det sendte signalet kobles, og øker dermed signalstyrken. RFA-er forsterker ikke så mye som EDFA-ene, men de har en fordel ved at de genererer mye mindre støy. Se produktdetaljene her: Raman Amplifier
Disse optiske forsterkere kan kombineres for å dra fordel av deres forsterkningsegenskaper. I noen tilfeller er RFAs og EDFAs kombinert i langdistanse fiberkoblinger for å sikre høy forsterkning og redusert støynivå.
Oppsummert har hver forsterkningsteknikk fordeler og ulemper. Husk å huske på forsterkningen som forsterkeren brukes i. Hvis for eksempel et signal trengte forsterkning, men støy var et problem, vil en RFA-forsterker sannsynligvis være det beste valget. Hvis signalet måtte forsterkes med bare en liten mengde, kan SOA-forsterkeren være best.
Alle disse forsterkningsmetodene har en stor fordel: optiske forsterkere vil forsterke alle signaler på en fiber samtidig. Dermed er det mulig å forsterke flere bølgelengder samtidig (f.eks. DWDM EDFA er en type WDM-forsterker som brukes til å forsterke flere bølgelengder i DWDM-systemer). Men det er viktig å huske på at effektnivåene må overvåkes nøye fordi forsterkerne kan bli mettede og dermed forårsake feil drift.
