Pasīvie optiskie pastiprinātāji: EDFA, SOA un RFA
Tā kā optiskie signāli šķērso optisko šķiedru, tie tiek vājināti. Tālajos pārvadājumos signāls tiek vājināts līdz vietai, kur nepieciešama atkārtota pastiprināšana. Parasti šo atkārtoto pastiprināšanu veica ierīce, ko parasti dēvē par atkārtotāju.
Atkārtotājs pamatā ir uztvērējs un raidītājs, kas apvienots vienā paketē. Uztvērējs ienākošo optisko enerģiju pārvērš elektriskajā enerģijā. Uztvērēja elektriskā izeja vada raidītāja elektrisko ieeju. Raidītāja optiskā izeja attēlo optiskā ieejas signāla un trokšņa pastiprinātu versiju.
Mūsdienās pieejamā tehnoloģija novērš atkārtotāju nepieciešamību. Atkārtotāju vietā tagad tiek izmantoti pasīvie optiskie pastiprinātāji. Pasīvs optiskais pastiprinātājs pastiprina signālu tieši, bez nepieciešamības pārveidot optiski-elektriski un elektriski-optiski. Ir vairāki dažādi optiskie pastiprinātāji, ar kuriem pasīvi pastiprināt optisko signālu: Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA), Semiconductor Optic Amplifier (SOA) un Raman Fiber Amplifier (RFA), un tie visi izmanto paņēmienu, ko sauc par lāzera pumpēšanu.
EDFA
EDFA pastiprinātāju parasti izmanto ļoti ilgām šķiedru saitēm, piemēram, zemūdens kabeļiem. EDFA izmanto šķiedru, kas ir apstrādāta vai “leģēta” ar erbiju, un to izmanto kā pastiprināšanas līdzekli. Sūkņu lāzeri darbojas viļņu garumos, kas ir zemāki par pastiprināmajiem viļņu garumiem. Izkliedētā šķiedra tiek barota ar lāzera sūkni. Kad optiskais signāls tiek izvadīts caur šo leģēto šķiedru, erbija atomi nodod savu enerģiju signālam, tādējādi palielinot signāla enerģiju vai stiprumu, kad tas iet. Izmantojot šo paņēmienu, signāls ir līdz 50 reizēm vai 17 dB spēcīgāks, atstājot EDFA, nekā tas bija, kad tas ienāca.
Šeit ir EDFA piemērs. EDFA var izmantot arī virknē, lai vēl vairāk palielinātu signāla pieaugumu. Divas sērijā izmantotās EDFA var palielināt ieejas signālu pat par 34 dB.
SOA
SOA pastiprinātājā tiek izmantota tehnika, kas līdzīga EDFA, bet bez optiskās šķiedras dopinga. Atšķirībā no EDFA, kuru baro ar lāzera sūkni, SOA tiek barota ar elektrisko strāvu. SOA izmanto optisko viļņvadu un tiešu joslu pusvadītāju, kas pamatā ir Fabry-Pérot lāzers, lai signālā ievadītu gaismas enerģiju, kā parādīts attēlā zemāk. Šis paņēmiens tomēr nepiedāvā lielu pastiprinājumu, ko dara EDFA. SOA parasti izmanto īsākās šķiedru saitēs, piemēram, Metropolitan Area Networks (MAN).
Viena no SOA problēmām ir tā, ka ieguvumu ir ļoti grūti kontrolēt. Izmantojot pusvadītāju paņēmienu un viļņa vadu, signāls var samazināt signāla pieaugumu citā viļņa garumā. Tas kanālos var izraisīt šķērssavienojumu, ļaujot signālam viena viļņa garumā modulēt citu.
RFA
RFA pastiprinātājā tiek izmantota tehnika, ko sauc par Ramana pastiprināšanu, kas ir metode, kas izmanto sūkņa lāzerus, lai ziedot enerģiju signālam pastiprināšanai. Tomēr atšķirībā no EDFA šī metode neizmanto leģētu šķiedru, tikai lieljaudas sūknēšanas lāzeru, kā parādīts attēlā zemāk. Lāzeru darbina viļņu garumā no 60 līdz 100 nm zem signāla vēlamā viļņa garuma. Lāzera signāla enerģija un pārraidītā signāla fotoni ir savienoti, tādējādi palielinot signāla stiprumu. RFA nepaaugstina tikpat daudz kā EDFA, bet tām ir priekšrocība, jo tās rada daudz mazāk trokšņa. Skatiet sīkāku informāciju par produktu šeit: Raman Amplifier
Šos optiskos pastiprinātājus var kombinēt, lai izmantotu to pastiprināšanas raksturlielumus. Dažos gadījumos RFA un EDFA tiek apvienoti tālsatiksmes šķiedru savienojumos, lai nodrošinātu augstu pastiprinājumu un samazinātu trokšņa līmeni.
Rezumējot, katrai pastiprināšanas metodei ir priekšrocības un trūkumi. Atcerieties paturēt prātā pastiprinājumu, kurā tiek izmantots pastiprinātājs. Piemēram, ja signālam bija nepieciešama pastiprināšana, bet radās troksnis, visticamāk, labākā izvēle būtu RFA pastiprinātājs. Ja signālu vajadzēja pastiprināt tikai par nelielu daudzumu, labākais varētu būt SOA pastiprinātājs.
Visām šīm pastiprināšanas metodēm ir viena liela priekšrocība: optiskie pastiprinātāji vienlaikus pastiprina visus signālus uz šķiedras. Tādējādi ir iespējams vienlaicīgi pastiprināt vairākus viļņu garumus (piemēram, DWDM EDFA ir WDM pastiprinātāja tips, ko izmanto, lai pastiprinātu vairākus viļņu garumus DWDM sistēmās). Bet ir svarīgi atcerēties, ka jaudas līmeņi ir rūpīgi jāuzrauga, jo pastiprinātāji var kļūt piesātināti, tādējādi izraisot nepareizu darbību.
