Разпределителен лазерен усилвател

Определение: Усилвател на влакна във връзка за данни от оптични влакна, процесът на усилване, който се извършва върху много дълго предавателно влакно.

За връзки с дълги влакна, използвани при предаване на данни на дълги разстояния, са необходими един или повече усилватели с влакна, за да се осигури достатъчна мощност на сигнала в приемника и да се поддържа достатъчно съотношение сигнал/шум, като същевременно се осигури процент на битова грешка. В много случаи тези усилватели са дискретни, изпълнени с няколко метра редкоземни влакна, изпомпвани от диоден лазер, свързан с влакна, понякога като част от предавателя или точно пред приемника, или в средата на предаването използвано някъде влакно. Може да се използва и разпределен усилвател в самото предавателно влакно. Светлината на помпата обикновено се инжектира в порта на приемника или предавателя или и двата порта се инжектират едновременно. Този разпределен усилвател може да постигне подобно общо усилване, но усилването на единица дължина е много по-ниско. Това означава, че това може да поддържа разумно ниво на мощност на сигнала при наличие на загуби при предаване, вместо да увеличава мощността с няколко децибела.

Предимства и недостатъци:

Едно предимство на използването на разпределени усилватели е по-ниското натрупване на шум от усилвателя по връзката. Това е главно защото мощността на сигнала се поддържа през цялото време, а не в много ниска степен, какъвто е случаят с дискретните усилватели. След това пиковата мощност на сигнала може да бъде намалена без добавяне на шум от усилвателя. Това всъщност намалява потенциално вредните нелинейни ефекти на влакната.

Много голям недостатък на разпределените усилватели е необходимостта от по-висока мощност на помпата. Това се отнася за Раманови усилватели и усилватели с добавка на редкоземни елементи, обсъдени по-долу.

Предимствата на различните видове усилватели зависят от предавателната система и нейните характеристики. Например, за системи, базирани единствено на солитони, важни фактори, които трябва да се вземат предвид, са обхватът на дължината на вълната и честотната лента на сигнала.

Разпределен лазерен усилвател

Разпределителните усилватели могат да бъдат реализирани в две различни форми. Първият метод е да се използва предавателно влакно, което съдържа някои редкоземни йони, като ербиеви йони, но концентрацията на допинг трябва да бъде много по-ниска от тази на обикновените усилвателни влакна. Въпреки че силициевите влакна обикновено се използват за комуникации, тяхната разтворимост в редкоземни йони е много ниска и ниското допиране може да избегне ефектите на охлаждане. Въпреки това, тъй като предавателното оптично влакно също има някои други ограничения, е трудно да се оптимизира оптичното влакно, за да има голяма честотна лента на усилване. По-специално, всяко допинг ще увеличи загубите при предаване, което не е сериозен проблем при късите дискретни усилватели.

Тъй като светлината на помпата на разпределения усилвател също трябва да се предава на голямо разстояние, ще има загуба на предаване. Ако дължината на вълната на помпата е много по-малка от дължината на вълната на сигнала, загубата е дори по-голяма от тази на сигналната светлина. Следователно усилвателите с дълъг разпределителен носител с ербий трябва да използват 1,45 микрона светлина на помпата вместо често използваната 980nm светлина. Това от своя страна ще постави повече ограничения върху спектралната форма на усилването на усилвателя. Дори при дълги дължини на вълните на помпата, изискването за мощност на помпата е по-високо поради загубите на помпата в сравнение с усилвателите с дискретни влакна.

Разпределен раманов усилвател

Друг тип разпределен усилвател е Рамановият усилвател, който не изисква допиране на редкоземни елементи. Вместо това, той използва стимулирано раманово разсейване, за да постигне процеса на усилване. По същия начин предавателните влакна са трудни за оптимизиране за процеси на Raman усилване, тъй като загубите при предаване трябва да са ниски и светлината на помпата също изпитва загуби при предаване. Следователно е необходима много висока мощност на помпата.

Спектърът на усилване на източник на помпа зависи от химичния състав на сърцевината на влакното. Настроен по-широк спектър на усилване може да бъде постигнат чрез комбиниране на различни дължини на вълната на помпата.