Παθητικοί οπτικοί ενισχυτές: EDFA, SOA και RFA
Καθώς τα οπτικά σήματα μετακινούνται μέσω μιας οπτικής ίνας, εξασθενούνται. Σε εφαρμογές μακρινών αποστάσεων, το σήμα εξασθενεί στο σημείο όπου απαιτείται επανα-ενίσχυση. Παραδοσιακά, μια συσκευή κοινώς αναφερόμενη ως ένας επαναλήπτης πραγματοποίησε αυτή την εκ νέου ενίσχυση.
Ένας επαναλήπτης είναι βασικά ένας δέκτης και ένας πομπός σε ένα πακέτο. Ο δέκτης μετατρέπει την εισερχόμενη οπτική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Η ηλεκτρική έξοδος του δέκτη οδηγεί την ηλεκτρική είσοδο του πομπού. Η οπτική έξοδος του πομπού αντιπροσωπεύει μια ενισχυμένη έκδοση του οπτικού σήματος εισόδου συν θόρυβο.
Η διαθέσιμη σήμερα τεχνολογία εξαλείφει την ανάγκη για επαναλήπτες. Παθητικοί οπτικοί ενισχυτές χρησιμοποιούνται τώρα αντί των επαναληπτών. Ένας παθητικός οπτικός ενισχυτής ενισχύει το σήμα απευθείας χωρίς την ανάγκη μετατροπής από οπτικό σε ηλεκτρικό και από ηλεκτρικό σε οπτικό. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί οπτικοί ενισχυτές με τους οποίους μπορείτε να ενισχύσετε παθητικά ένα οπτικό σήμα: ενισχυτή οπτικών ινών Erbium (EDFA), οπτικό ενισχυτή ημιαγωγών (SOA) και ενισχυτή οπτικών ινών Raman (RFA), τα οποία χρησιμοποιούν μια τεχνική που λέγεται αντλία λέιζερ.
EDFA
Ο ενισχυτής EDFA χρησιμοποιείται γενικά για πολύ μεγάλες συνδέσεις με ίνες όπως η υποθαλάσσια καλωδίωση. Οι ΕΔΡΑ χρησιμοποιούν ίνες που έχουν υποστεί επεξεργασία ή "ντοπάρισμα" με έρβιο και αυτό χρησιμοποιείται ως μέσο ενίσχυσης. Τα λέιζερ αντλίας λειτουργούν σε μήκη κύματος κάτω από τα μήκη κύματος που πρόκειται να ενισχυθούν. Η ενισχυμένη ίνα ενεργοποιείται με την αντλία λέιζερ. Καθώς το οπτικό σήμα διέρχεται μέσω αυτής της ίνας με πρόσμιξη, τα άτομα erbium μεταφέρουν την ενέργεια τους στο σήμα, αυξάνοντας έτσι την ενέργεια ή τη δύναμη του σήματος καθώς περνάει. Με αυτή την τεχνική, είναι σύνηθες το σήμα να είναι έως 50 φορές ή 17dB ισχυρότερο αφήνοντας το EDFA από ό, τι όταν εισήλθε.
Εδώ είναι ένα παράδειγμα ενός EDFA. Τα EDFAs μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε σειρά για να αυξήσουν περαιτέρω το κέρδος του σήματος. Δύο EDFA που χρησιμοποιούνται σε σειρά μπορούν να αυξήσουν το σήμα εισόδου έως και 34dB.
ΕΤΣΙ, ΕΝΑ
Ο ενισχυτής SOA χρησιμοποιεί μια τεχνική παρόμοια με εκείνη του EDFA αλλά χωρίς να προσβάλλει την οπτική ίνα. Σε αντίθεση με το EDFA, το οποίο ενεργοποιείται με αντλία λέιζερ, το SOA ενεργοποιείται με ηλεκτρικό ρεύμα. Τα SOA χρησιμοποιούν έναν οπτικό κυματοδηγό και έναν ημιαγωγό άμεσου bandgap που βασικά είναι ένα λέιζερ Fabry-Pérot για την έγχυση φωτεινής ενέργειας στο σήμα, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Αυτή η τεχνική, ωστόσο, δεν προσφέρει την υψηλή ενίσχυση που κάνουν τα EDFA. Τα SOA χρησιμοποιούνται συνήθως σε συντομότερες συνδέσεις με ίνες, όπως είναι τα δίκτυα μητροπολιτικών περιοχών (MAN).
Ένα πρόβλημα με τα SOA είναι ότι το κέρδος είναι πολύ δύσκολο να ελεγχθεί. Με τη χρήση της τεχνικής ημιαγωγών και ενός κυματοδηγού, το σήμα μπορεί να εξαντλεί το κέρδος ενός σήματος σε άλλο μήκος κύματος. Αυτό μπορεί να εισαγάγει παρεμβολές μεταξύ των καναλιών, επιτρέποντας στο σήμα σε ένα μήκος κύματος να διαμορφώνει ένα άλλο.
RFA
Ο ενισχυτής RFA χρησιμοποιεί μια τεχνική που ονομάζεται ενίσχυση Raman, η οποία είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιεί λέιζερ αντλίας για να δώσει ενέργεια στο σήμα για ενίσχυση. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα EDFA, αυτή η τεχνική δεν χρησιμοποιεί ίνες με πρόσμιξη, μόνο ένα λέιζερ άντλησης υψηλής ισχύος, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Το λέιζερ λειτουργεί σε μήκη κύματος από 60 nm έως 100 nm κάτω από το επιθυμητό μήκος κύματος του σήματος. Η ενέργεια του σήματος λέιζερ και τα φωτόνια του μεταδιδόμενου σήματος συνδέονται, αυξάνοντας έτσι την ένταση του σήματος. Τα RFAs δεν ενισχύονται τόσο πολύ όσο τα EDFA, αλλά έχουν ένα πλεονέκτημα επειδή παράγουν πολύ λιγότερο θόρυβο. Δείτε τα στοιχεία του προϊόντος εδώ: Raman Amplifier
Αυτοί οι οπτικοί ενισχυτές μπορούν να συνδυαστούν για να επωφεληθούν από τα χαρακτηριστικά τους ενίσχυσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα RFA και τα EDFA συνδυάζονται σε συνδέσεις ινών μεγάλων αποστάσεων για να εξασφαλίσουν υψηλή ενίσχυση και μειωμένα επίπεδα θορύβου.
Συνοπτικά, κάθε τεχνική ενίσχυσης έχει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Θυμηθείτε να έχετε κατά νου την ενίσχυση που χρησιμοποιείται ο ενισχυτής. Για παράδειγμα, εάν ένα σήμα χρειάζεται ενίσχυση, αλλά ο θόρυβος ήταν ένα ζήτημα, ένας ενισχυτής RFA θα ήταν πιθανότατα η καλύτερη επιλογή. Εάν το σήμα έπρεπε να ενισχυθεί από ένα μικρό ποσό, ο ενισχυτής SOA μπορεί να είναι ο καλύτερος.
Όλες αυτές οι μέθοδοι ενίσχυσης έχουν ένα μεγάλο πλεονέκτημα: οι οπτικοί ενισχυτές θα ενισχύσουν ταυτόχρονα όλα τα σήματα σε μια ίνα. Έτσι, είναι δυνατό να πολλαπλασιάζονται ταυτόχρονα πολλαπλά μήκη κύματος (π.χ. το DWDM EDFA είναι ένας τύπος ενισχυτή WDM που χρησιμοποιείται για την ενίσχυση πολλαπλών μηκών κύματος σε συστήματα DWDM). Αλλά είναι σημαντικό να έχετε κατά νου ότι τα επίπεδα ισχύος πρέπει να παρακολουθούνται προσεκτικά επειδή οι ενισχυτές μπορούν να κορεσθούν, προκαλώντας έτσι λανθασμένη λειτουργία.
