Passieve optische versterkers: EDFA, SOA en RFA
Terwijl optische signalen door een optische vezel reizen, worden ze verzwakt. In langeafstandstoepassingen wordt het signaal verzwakt tot het punt waar opnieuw versterken nodig is. Traditioneel volbracht een apparaat dat gewoonlijk een repeater wordt genoemd, deze herversterking.
Een repeater is in feite een ontvanger en zender gecombineerd in één pakket. De ontvanger zet de binnenkomende optische energie om in elektrische energie. De elektrische uitgang van de ontvanger stuurt de elektrische ingang van de zender aan. De optische uitgang van de zender vertegenwoordigt een versterkte versie van het optische ingangssignaal plus ruis.
De vandaag beschikbare technologie elimineert de noodzaak voor repeaters. Passieve optische versterkers worden nu gebruikt in plaats van repeaters. Een passieve optische versterker versterkt het signaal rechtstreeks zonder de noodzaak van optisch-naar-elektrisch en elektrisch-naar-optisch conversie. Er zijn verschillende optische versterkers om passief een optisch signaal te versterken: Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA), Semiconductor Optical Amplifier (SOA) en Raman Fiber Amplifier (RFA), die allemaal een techniek gebruiken die laserpompen wordt genoemd.
EDFA
EDFA-versterker wordt over het algemeen gebruikt voor zeer lange vezelverbindingen zoals onderzeese bekabeling. De EDFA's gebruiken een vezel die is behandeld of "gedoteerd" met erbium, en dit wordt gebruikt als het versterkingsmedium. De pomplasers werken op golflengten onder de golflengten die moeten worden versterkt. De gedoteerde vezel wordt bekrachtigd met de laserpomp. Terwijl het optische signaal door deze gedoteerde vezel wordt geleid, dragen de erbiumatomen hun energie over op het signaal, waardoor de energie of de sterkte van het signaal tijdens het passeren wordt verhoogd. Bij deze techniek is het gebruikelijk dat het signaal tot 50 keer of 17 dB sterker is bij het verlaten van de EDFA dan het was toen het binnenkwam.
Hier is een voorbeeld van een EDFA. EDFA's kunnen ook in serie worden gebruikt om de versterking van het signaal verder te vergroten. Twee EDFA's die in serie worden gebruikt, kunnen het ingangssignaal tot 34 dB verhogen.
SOA
SOA-versterker maakt gebruik van een techniek die vergelijkbaar is met die van EDFA maar zonder de optische vezel te doteren. In tegenstelling tot de EDFA, die wordt bekrachtigd met een laserpomp, wordt de SOA bekrachtigd met elektrische stroom. De SOA's gebruiken een optische golfgeleider en een directe bandgap halfgeleider die in feite een Fabry-Pérot-laser is om lichtenergie in het signaal te injecteren, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding. Deze techniek biedt echter niet de hoge versterking die de EDFA's doen. SOA's worden meestal gebruikt in kortere glasvezelverbindingen zoals Metropolitan Area Networks (MAN's).
Een probleem met SOA's is dat de versterking zeer moeilijk te controleren is. Door de halfgeleidertechniek en een golfgeleider te gebruiken, kan het signaal de versterking van een signaal op een andere golflengte uitputten. Dit kan overspraak tussen kanalen introduceren door het signaal op de ene golflengte een andere te laten moduleren.
RFA
RFA-versterker maakt gebruik van een techniek die Raman-versterking wordt genoemd. Dit is een methode die pomplasers gebruikt om energie te doneren aan het signaal voor versterking. In tegenstelling tot EDFA's maakt deze techniek echter geen gebruik van gedoteerde vezels, maar van een krachtige pomplaser, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding. De laser werkt op golflengten 60 nm tot 100 nm onder de gewenste golflengte van het signaal. De lasersignaalenergie en de fotonen van het verzonden signaal zijn gekoppeld, waardoor de signaalsterkte wordt verhoogd. RFA's versterken niet zoveel als de EDFA's, maar ze hebben het voordeel dat ze veel minder ruis genereren. Bekijk hier de productdetails: Raman versterker
Deze optische versterkers kunnen worden gecombineerd om te profiteren van hun versterkingskenmerken. In sommige gevallen worden RFA's en EDFA's gecombineerd in lange-afstandsvezelverbindingen om hoge versterking en verminderde geluidsniveaus te garanderen.
Samenvattend heeft elke versterkingstechniek voor- en nadelen. Vergeet niet om rekening te houden met de versterking waarin de versterker wordt gebruikt. Als bijvoorbeeld een signaal versterking nodig had maar ruis een probleem was, zou een RFA-versterker waarschijnlijk de beste keuze zijn. Als het signaal slechts met een kleine hoeveelheid moest worden versterkt, is de SOA-versterker misschien het beste.
Al deze versterkingsmethoden hebben één groot voordeel: optische versterkers zullen alle signalen op een vezel tegelijkertijd versterken. Het is dus mogelijk om meerdere golflengtes gelijktijdig te versterken (bijv. De DWDM EDFA is een type WDM-versterker die wordt gebruikt om meerdere golflengten in DWDM-systemen te versterken). Maar het is belangrijk om te onthouden dat de vermogensniveaus zorgvuldig moeten worden bewaakt omdat de versterkers verzadigd kunnen raken, waardoor een onjuiste werking wordt veroorzaakt.
