Optische Verstärker haben die Glasfaserkommunikation über große Entfernungen revolutioniert
In Situationen, in denen das Hauptproblem der Verlust ist, können in der Tat optische Verstärker verwendet werden, um die Signale ohne Umwandlung in die elektrische Domäne zu verstärken. Solche optischen Verstärker haben die Glasfaserkommunikation über große Entfernungen wirklich revolutioniert.
Der Zweck eines optischen Verstärkers ist die Wiederherstellung des Signalleistungspegels, der aufgrund von Verlusten während der Ausbreitung verringert ist, ohne irgendeine optische in elektrische Umwandlung. Die meisten optischen Verstärker verstärken das einfallende Licht durch die stimulierte Emission, den gleichen Mechanismus wie bei Lasern, jedoch ohne Rückkopplungsmechanismus. Der Hauptbestandteil ist der optische Gewinn, der durch das (elektrische oder optische) Pumpen des Verstärkers erzielt wird, um die Populationsinversion zu erreichen. Die optische Verstärkung ist im Allgemeinen nicht nur eine Funktion der Frequenz, sondern auch eine Funktion der lokalen Strahlintensität. Die folgende Abbildung zeigt das Prinzip des optischen Verstärkers.
Im Vergleich zu elektronischen Regeneratoren benötigen optische Verstärker keine elektronische Hochgeschwindigkeitsschaltung, sind für die Bitrate und das Format transparent und können vor allem mehrere optische Signale bei verschiedenen Wellenlängen gleichzeitig verstärken. Daher hat ihre Entwicklung zu einem enormen Wachstum der Kommunikationskapazität unter Verwendung von Wavelength Division Multiplexing (WDM) geführt, bei dem sich mehrere Wellenlängen, die unabhängige Signale tragen, durch dieselbe Einmodenfaser ausbreiten, wodurch die Kapazität der Verbindung vervielfacht wird. Im Gegensatz zu elektronischen Regeneratoren kompensiert der WDM-Verstärker die in der Verbindung angesammelte Streuung nicht und fügt dem optischen Signal auch Rauschen hinzu.
Optische Verstärker haben einen großen Einfluss auf Glasfaserübertragungssysteme. Sie können den Verlust von Glasfaserübertragungsleitungen kompensieren und so die Anzahl der elektrischen Repeater verringern. Ein großer wirtschaftlicher Vorteil ist die Fähigkeit, eine Anzahl von WDM-Signalen gleichzeitig zu verstärken. In einer Fernübertragungsleitung (in der folgenden Abbildung dargestellt) werden die optischen Verstärker, die durch ausgefüllte Dreiecke gekennzeichnet sind, als Booster-Verstärker am Sender, Inline-Verstärker und Vorverstärker am Empfänger verwendet. Der Inline-Verstärker wird als 1R-Repeater bezeichnet. Typischerweise wird ein 1R-Repeater alle 80-100 km in Fernübertragungssysteme eingebaut. Ein EDFA wird am häufigsten für den Verstärker im konventionellen Band (C-Band) des Spektralbereichs 1530–1565 nm verwendet. Dies liegt daran, dass der Übergang vom metastabilen Zustand zum Grundzustand eines EDFA in das C-Band fällt. Klicken Sie hier für Produktdetails zum C-Band EDFA . Jedes Mal, wenn das Signal den optischen Verstärker durchläuft, wird das Verstärkerrauschen akkumuliert, was zu einer Signal Noise Ratio (SNR) -Degradation führt. Daher wird das optische Signal nach einigen Durchläufen der 1R-Repeater durch einen elektrischen 3R-Repeater regeneriert, der die drei Funktionen Umformen, Retiming und Regeneration hat.
Bisher wurden verschiedene Arten von optischen Verstärkern eingeführt: Optischer Halbleiterverstärker (SOA), Raman-Faserverstärker (RFA), Seltenerd-dotierter Faserverstärker (Erbium-dotierter EDFA bei 1500 nm und Praseodym-dotierter FDFA bei 1300 nm ) und optischer parametrischer Verstärker (OPA). Die primären Verstärkungsbanden von EDFAs sind die C-Bande (1535–1565 nm) und die L-Bande (1570–1610 nm); Es gibt jedoch Berichte über die Erweiterung des Betriebsbereichs von EDFAs auf das S-Band (1460-1530 nm). Andererseits können RFAs dazu gebracht werden, in jedem Band zu arbeiten. SOAs, die in verschiedenen Bändern arbeiten können, sind verfügbar. OPAs verwenden Nichtlinearität, um ein Signal zu verstärken, und können dazu gebracht werden, in einem beliebigen Band zu arbeiten.
Heutzutage verwenden die meisten Glasfaserkommunikationssysteme EDFAs aufgrund ihrer Vorteile in Bezug auf Bandbreite, hohe Ausgangsleistung und Rauschcharakteristik. RFAs und SOAs werden auch in vielen Anwendungen immer wichtiger. Die Arbeit an OPAs hat gezeigt, dass es möglich ist, eine Breitbandverstärkung mit sehr rauscharmen Werten zu erzielen.
