Οι οπτικοί ενισχυτές έχουν αναζωογονήσει τις επικοινωνίες οπτικών ινών μεγάλων αποστάσεων
Σε καταστάσεις όπου το πρωταρχικό ζήτημα είναι απώλεια, οι οπτικοί ενισχυτές μπορούν πραγματικά να χρησιμοποιηθούν για την ενίσχυση των σημάτων χωρίς μετατροπή στον ηλεκτρικό τομέα. Τέτοιοι οπτικοί ενισχυτές έχουν πραγματική επανάσταση στις επικοινωνίες οπτικών ινών σε μεγάλες αποστάσεις.
Ο σκοπός ενός οπτικού ενισχυτή είναι να αποκαταστήσει το επίπεδο ισχύος σήματος, μειωμένο λόγω των απωλειών κατά τη διάδοση, χωρίς καμία οπτική προς ηλεκτρική μετατροπή. Οι περισσότεροι οπτικοί ενισχυτές ενισχύουν το προσπίπτον φως μέσω της διεγερμένης εκπομπής, του ίδιου μηχανισμού που χρησιμοποιείται στα λέιζερ, αλλά χωρίς τον μηχανισμό ανάδρασης. το κύριο συστατικό είναι το οπτικό κέρδος που πραγματοποιείται μέσω της άντλησης του ενισχυτή (ηλεκτρικής ή οπτικής) για την επίτευξη της αντιστροφής του πληθυσμού. το οπτικό κέρδος, γενικά, δεν είναι μόνο συνάρτηση της συχνότητας, αλλά και συνάρτηση της τοπικής έντασης δέσμης. Το παρακάτω σχήμα δείχνει την αρχή του οπτικού ενισχυτή.
Σε σύγκριση με τους ηλεκτρονικούς αναγεννητές, οι οπτικοί ενισχυτές δεν χρειάζονται ηλεκτρονικά κυκλώματα υψηλής ταχύτητας, είναι διαφανή σε ρυθμό bit και μορφή και, το πιο σημαντικό, μπορούν να ενισχύσουν πολλαπλά οπτικά σήματα σε διαφορετικά μήκη κύματος ταυτόχρονα. Έτσι, η ανάπτυξή τους έχει οδηγήσει στην τεράστια αύξηση της επικοινωνιακής χωρητικότητας με χρήση πολυπλεξίας διαίρεσης κύματος (WDM), όπου πολλαπλά μήκη κύματος που φέρουν ανεξάρτητα σήματα διαδίδονται μέσω της ίδιας ίνας ενιαίας λειτουργίας, πολλαπλασιάζοντας έτσι την ικανότητα του συνδέσμου. Σε αντίθεση με τους ηλεκτρονικούς αναγεννητές, ο ενισχυτής WDM δεν αντισταθμίζει τη διασπορά που συσσωρεύεται στη σύνδεση και προσθέτει επίσης θόρυβο στο οπτικό singal.
Οι οπτικοί ενισχυτές έχουν μεγάλη επίδραση στα συστήματα μετάδοσης οπτικών ινών. Μπορούν να αντισταθμίσουν την απώλεια γραμμών μεταφοράς οπτικών ινών, μειώνοντας έτσι τον αριθμό των ηλεκτρικών αναμεταδοτών. Ένα σημαντικό οικονομικό πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα να πολλαπλασιάζονται ταυτόχρονα πολλά σήματα WDM. Σε μια γραμμή μεταφοράς μακράς διαδρομής (που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα), οι οπτικοί ενισχυτές, που υποδεικνύονται από συμπαγή τρίγωνα, χρησιμοποιούνται ως ενισχυτές ενισχυτή στον πομπό, στους εν σειρά ενισχυτές και στους προ-ενισχυτές στον δέκτη. Ο ενισχυτής in-line ονομάζεται επαναλήπτης 1R. Συνήθως, ένας αναμεταδότης 1R εισάγεται κάθε 80-100 χιλιόμετρα σε συστήματα μετάδοσης μεγάλων αποστάσεων. Ένα EDFA χρησιμοποιείται συχνότερα για τον ενισχυτή στην συμβατική ζώνη (ζώνη C) της φασματικής περιοχής 1530-1565 nm. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η μετάβαση από την μετασταθερή κατάσταση στην κατάσταση εδάφους ενός EDFA εμπίπτει στη ζώνη C. Κάντε κλικ για λεπτομέρειες προϊόντος της ζώνης C του EDFA . Κάθε φορά που το σήμα περνά μέσω του οπτικού ενισχυτή, ο θόρυβος του ενισχυτή συσσωρεύεται, με αποτέλεσμα την υποβάθμιση του λόγου θορύβου σήματος (SNR). Επομένως, μετά από λίγα περάσματα των αναμεταδόσεων 1R, το οπτικό σήμα αναδημιουργείται από έναν ηλεκτρικό αναμεταδότη 3R, ο οποίος έχει τις τρεις λειτουργίες ανασχηματισμού, επανάληψης και αναγέννησης.
Έχουν εισαχθεί μέχρι τώρα διάφοροι τύποι οπτικών ενισχυτών: Οπτικός ενισχυτής ημιαγωγών (SOA), ενισχυτής οπτικών ινών Raman (RFA), ενισχυτής ίνας σπανίων γαιών (Erbium-doped EDFA που λειτουργεί στα 1500 nm και FDFA με Doped Praseodymium που λειτουργεί στα 1300 nm ) και οπτικό παραμετρικό ενισχυτή (OPA). Οι κύριες ζώνες ενίσχυσης των EDFA είναι η ζώνη Ο (1535-1565 nm) και η ζώνη L (1570-1610 nm). Ωστόσο, υπήρξαν αναφορές επέκτασης του εύρους λειτουργίας των EDFA στη ζώνη S (1460-1530 nm). Από την άλλη πλευρά, οι RFAs μπορούν να λειτουργούν σε οποιαδήποτε ζώνη. Είναι διαθέσιμα SOA ικανά να λειτουργούν σε διαφορετικές ζώνες. Οι OPA χρησιμοποιούν μη γραμμικότητα για να ενισχύσουν ένα σήμα και μπορούν να λειτουργήσουν σε οποιαδήποτε ζώνη.
Σήμερα, τα περισσότερα συστήματα επικοινωνιών οπτικών ινών χρησιμοποιούν EDFAs λόγω των πλεονεκτημάτων τους όσον αφορά το εύρος ζώνης, την υψηλή ισχύ εξόδου και τα χαρακτηριστικά θορύβου. Τα RFA και τα SOA καθίστανται επίσης σημαντικά σε πολλές εφαρμογές. Οι εργασίες για τους OPA έδειξαν ότι είναι δυνατή η επίτευξη ευρυζωνικής ενίσχυσης με αριθμούς πολύ χαμηλού θορύβου.
