Um ein Signal über große Entfernungen (>100 km) zu übertragen, müssen die Dämpfungsverluste im Lichtwellenleiter (im optischen Übertragungskanal) ausgeglichen werden. Diese Aufgabe wird von optischen Verstärkern erfüllt.
Ein typischer Lichtwellenleiter hat auf der Wellenlänge von 1,5 µm einen Verlust von etwa 0,2 dB/km. Es besteht die Möglichkeit, das optische Signal in ein elektrisches umzuwandeln, konventionelle elektrische Verstärker für die Kompensation der Übertragungsverluste zu verwenden und nachfolgend dieses Signal zurück in ein optisches Signal umzuwandeln. Diese Umwandlungen des Signals fordern jedoch eine aufwendige und sehr schnelle Elektronik.
Ein optischer Verstärker verstärkt direkt das optische Signal, ohne dass es in ein elektrisches Signal zuerst umgewandelt werden muss.
Die wesentlichen Charakteristiken der optischen Verstärker sind die Verstärkung (dB), Arbeitsfrequenzbereich oder Bandbreite (BW, engl. bandwidth), Verstärkungssättigung: Höchstausgangsleistung und Ausgangsgeräuschpegel. Die Verstärkung ist mit der folgenden Gleichung definiert:
, wobei Po und Pi Aus- und Eingangsleistung sind.
Es gibt drei Haupttypen von optischen Verstärkern: EDFA (Erbium-dotierter Faserverstärker, engl. erbium-doped fibre amplifier), SOA (Halbleiterlaserverstärker, engl. semiconductor optical amplifier) und Raman-Verstärker. Bei EDFA ist das verstärkende Medium ein mit Erbiumionen dotierter Glas-Lichtwellenleiter, die in den Zustand der Besetzungsinversion durch einen gesonderten optischen Eingang optisch gepumpt werden. SOA werden mit dem elektrischen Strom gepumpt und das Verstärkungsmedium schaffen nicht dotierte Halbleiter. Diese optischen Verstärker sind wegen ihrer niedrigen Preise und ihrer befriedigenden Verstärkung über kurze Entfernungen für lokale Netzwerke sehr nützlich.
In Raman-Verstärkern ist die Verstärkung auf Raman-Streuung (SRS, engl. stimulated Raman scattering) basiert. Die Raman-Streuung ist ein Prozess, in dem das Licht in Molekülen von einer niedrigeren Wellenlänge in eine höhere Wellenlänge gestreut wird.
Einige Typen von optischen Verstärkern |
Charakteristik |
Nachteile |
SOA (Halbleiterverstärker) 400 – 2000 nm |
Ähnlich wie Halbleiterlaser. Breites Übertragungsband und hohe Verstärkung. |
Hohes Geräusch und Nebensprechen. |
Mit Seltenen Erden dotierte Faserverstärker Erbium – EDFA 1500 nm Praseodym – PDFA 1300 nm |
Die Verstärkung wird durch eine stimulierte Emission der Strahlung erzielt. Die Verstärkung hängt von der Frequenz und Intensität des Strahls ab. |
Ziemlich große Geräte. Nebensprechen und Verstärkungssättigung. Spontane Geräuschemission. |
Raman- und Brillouin-Verstärker |
Keine Besetzungsinversion erforderlich. |
Das gepumpte und das verstärkte Signal erfolgen in unterschiedlichen Wellenlängen. Hoher Aufwand. |