Dystrybucyjny wzmacniacz laserowy

Definicja: Wzmacniacz światłowodowy w światłowodowym łączu danych, proces wzmacniania zachodzący w bardzo długim włóknie transmisyjnym.

W przypadku długich łączy światłowodowych stosowanych w transmisji danych na duże odległości potrzebny jest jeden lub więcej wzmacniaczy światłowodowych, aby zapewnić wystarczającą moc sygnału w odbiorniku i utrzymać wystarczający stosunek sygnału do szumu, zapewniając jednocześnie bitową stopę błędu. W wielu przypadkach wzmacniacze te są dyskretne, składają się z kilku metrów światłowodu domieszkowanego ziemami rzadkimi, pompowanego przez laser diodowy ze sprzężeniem światłowodowym, czasami jako część nadajnika lub tuż przed odbiornikiem, lub w środku transmisji gdzieś użyte włókno. Można również zastosować wzmacniacz rozproszony w samym włóknie transmisyjnym. Światło pompy jest zwykle wstrzykiwane do portu odbiornika lub nadajnika lub do obu portów w tym samym czasie. Ten rozproszony wzmacniacz może osiągnąć podobne ogólne wzmocnienie, ale wzmocnienie na jednostkę długości jest znacznie niższe. Oznacza to, że może to utrzymać rozsądny poziom mocy sygnału w przypadku strat w transmisji, zamiast zwiększać moc o kilka decybeli.

Plusy i minusy:

Jedną z zalet stosowania wzmacniaczy rozproszonych jest mniejsze gromadzenie się szumów wzmacniacza na łączu. Dzieje się tak głównie dlatego, że moc sygnału jest utrzymywana przez cały czas, a nie w bardzo niskim stopniu, jak ma to miejsce w przypadku wzmacniaczy dyskretnych. Szczytową moc sygnału można następnie zmniejszyć bez dodawania szumu wzmacniacza. To faktycznie zmniejsza potencjalnie szkodliwe efekty nieliniowe włókien.

Bardzo dużą wadą wzmacniaczy rozproszonych jest konieczność stosowania większej mocy pompy. Dotyczy to wzmacniaczy Ramana i wzmacniaczy domieszkowanych pierwiastkami ziem rzadkich, omówionych poniżej.

Zalety różnych typów wzmacniaczy zależą od systemu przesyłowego i jego charakterystyki. Na przykład w przypadku systemów opartych wyłącznie na solitonach ważnymi czynnikami, które należy wziąć pod uwagę, są zakres długości fal i szerokość pasma sygnału.

Rozproszony wzmacniacz laserowy

Wzmacniacze dystrybucyjne mogą być realizowane w dwóch różnych formach. Pierwsza metoda polega na użyciu światłowodu transmisyjnego zawierającego jony domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich, takimi jak jony erbu, ale stężenie domieszki musi być znacznie niższe niż w przypadku zwykłych włókien wzmacniających. Chociaż włókno krzemionkowe jest powszechnie stosowane w komunikacji, jego rozpuszczalność w jonach metali ziem rzadkich jest bardzo niska, a niskie domieszkowanie pozwala uniknąć efektu gaszenia. Ponieważ jednak światłowód transmisyjny ma również inne ograniczenia, trudno jest zoptymalizować światłowód tak, aby miał dużą szerokość pasma wzmocnienia. W szczególności wszelkie domieszki zwiększają straty w transmisji, co nie stanowi poważnego problemu w przypadku krótkich, dyskretnych wzmacniaczy.

Ponieważ światło pompy rozproszonego wzmacniacza również musi być przesyłane na dużą odległość, wystąpi utrata transmisji. Jeśli długość fali pompy jest znacznie mniejsza niż długość fali sygnału, strata jest jeszcze większa niż długość fali sygnału. Dlatego też wzmacniacze domieszkowane erbem o długiej dystrybucji muszą wykorzystywać światło pompujące o średnicy 1,45 mikrona zamiast powszechnie stosowanego światła o długości fali 980 nm. To z kolei nałoży więcej ograniczeń na kształt widmowy wzmocnienia wzmacniacza. Nawet przy długich falach pompy zapotrzebowanie na moc pompy jest wyższe ze względu na straty w porównaniu do dyskretnych wzmacniaczy światłowodowych.

Rozproszony wzmacniacz Ramana

Innym typem wzmacniacza rozproszonego jest wzmacniacz Ramana, który nie wymaga domieszkowania pierwiastkami ziem rzadkich. Zamiast tego wykorzystuje stymulowane rozpraszanie Ramana, aby osiągnąć proces wzmocnienia. Podobnie włókna transmisyjne są trudne do optymalizacji pod kątem procesów wzmacniania Ramana, ponieważ straty transmisyjne muszą być niskie, a światło pompy również podlega stratom transmisyjnym. Dlatego wymagana jest bardzo duża moc pompy.

Widmo wzmocnienia źródła pompy zależy od składu chemicznego rdzenia światłowodu. Dostrojone szersze spektrum wzmocnienia można uzyskać poprzez połączenie różnych długości fal pompy.