Einführung des optischen Verstärkers
Mit der schnellen Entwicklung der optischen Kommunikationsnetze sind längere Übertragungslängen erforderlich. Optischer Verstärker kann die Anforderungen von optischen Kommunikationsnetzen erfüllen. Ein optischer Verstärker ist ein Gerät, das ein optisches Signal direkt verstärkt, ohne dass es zuvor in ein elektrisches Signal umgewandelt werden muss. Ein optischer Verstärker kann als ein Laser ohne optischen Hohlraum betrachtet werden oder einer, bei dem eine Rückkopplung von dem Hohlraum unterdrückt wird. Dieser Beitrag wird Ihnen helfen, den optischen Verstärker besser zu verstehen.
Eine grundlegende optische Kommunikationsverbindung enthält einen Sender und einen Empfänger, die über ein Glasfaserkabel miteinander verbunden sind. Obwohl Signale, die in Lichtwellenleitern übertragen werden, weitaus weniger gedämpft werden als in anderen Medien wie Kupfer, besteht immer noch eine Beschränkung in Bezug auf die Entfernung von 100 km, über die die Signale übertragen werden können, bevor sie zu verrauscht sind, um erkannt zu werden.
Optische Verstärker werden häufig in Glasfaser-Datenverbindungen verwendet. 1 zeigt drei Möglichkeiten, wie optische Verstärker verwendet werden können, um die Leistung von optischen Datenverbindungen zu verbessern. Ein Booster-Verstärker wird verwendet, um die optische Leistung eines optischen Senders zu erhöhen, kurz bevor das Signal in eine optische Faser eintritt. Das optische Signal wird gedämpft, wenn es sich in der optischen Faser bewegt. Ein Inline-Verstärker wird verwendet, um das optische Signal auf seinen ursprünglichen Leistungspegel wiederherzustellen (zu regenerieren). Ein optischer Vorverstärker wird am Ende der optischen Faserverbindung betrieben, um die Empfindlichkeit eines optischen Empfängers zu erhöhen.
Abbildung 1. Optische Verstärker in Glasfaserkommunikationsverbindungen
Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung
Gewinn als Funktion der Leistungsaufnahme
Wellenlängenbereich, über den der Verstärker wirksam ist
Maximale Ausgangsleistung, ab der keine Verstärkung mehr erreicht wird
unerwünschtes Signal durch physikalische Verarbeitung im Verstärker
Es gibt drei am häufigsten verwendete Typen von optischen Verstärkern, wie von links nach rechts gezeigt: Erbium-dotierte Faserverstärker, optische Halbleiterverstärker und Raman-Faserverstärker.
Das Verstärkungsmedium ist eine mit Erbiumionen dotierte optische Glasfaser. Das Erbium wird mit einem separaten optischen Eingang in einen Zustand der Populationsinversion gepumpt. Das mit Erbium dotierte optische Glasverstärkungsmedium verstärkt Licht bei Wellenlängen in der Nähe von 1550 nm - den optischen Wellenlängen, die in optischen Fasern eine minimale Dämpfung erfahren. Der Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA) ist der am häufigsten eingesetzte Faserverstärker. Erbium-dotierte optische Faserverstärker (EDFAs) sind rauscharm und können viele Wellenlängen gleichzeitig verstärken. Damit ist der EDFA der Verstärker der Wahl für die meisten Anwendungen in der optischen Kommunikation.
Figure 2. Funktionsprinzip eines Erbium-dotierten Faserverstärkers
Das Verstärkungsmedium ist undotiertes InGaAsP. Dieses Material kann so angepasst werden, dass es eine optische Verstärkung bei Wellenlängen nahe 1,3 µm oder nahe 1,5 µm liefert - wichtige Wellenlängen für die optische Kommunikation. Andere Halbleiter können verwendet werden, um optische Signale bei anderen Wellenlängen zu verstärken. Die Eingangs- und Ausgangsflächen des Verstärkers sind entspiegelt, um eine optische Rückkopplung auf das Verstärkungsmedium und das Lasern zu verhindern. Optischer Halbleiterverstärker mit seinen Merkmalen eines kleinen Gehäuses, kostengünstigen Anwendungen und einer möglichen Verwendung für das optische Schalten kann für die meisten Kunden eine gute Wahl sein.
Abbildung 3. Funktionsprinzip des optischen Halbleiterverstärkers
In einem Raman-Verstärker wird das Signal durch Raman-Verstärkung verstärkt. Im Gegensatz zu EDFA und SOA wird der Verstärkungseffekt durch eine nichtlineare Wechselwirkung zwischen dem Signal und einem Pumplaser in einer optischen Faser erzielt. Es gibt zwei Arten von Raman-Verstärkern: verteilt und zusammengefasst. Ein verteilter Raman-Verstärker ist einer, bei dem die Übertragungsfaser als Verstärkungsmedium durch Multiplexen einer Pumpwellenlänge mit der Signalwellenlänge verwendet wird, während ein konzentrierter Raman-Verstärker eine dedizierte kürzere Faserlänge verwendet, um eine Verstärkung bereitzustellen.
Abbildung 4. Funktionsprinzip des Raman-Verstärkers
Optische Verstärker spielen in modernen optischen Netzwerken eine sehr wichtige Rolle und ermöglichen die Übertragung vieler Terabits von Daten über große Entfernungen von bis zu Tausenden von Kilometern. Von FOCC bereitgestellte optische Verstärker sind für alle Netzwerksegmente und -anwendungen ausgelegt. Weitere Informationen erhalten Sie unter www.focc-fiber.com .
