Za účelem přenosu signálu na velké vzdálenosti (>100 km) je zapotřebí kompenzovat ztráty způsobené útlumem v optickém vlákně (optickém přenosovém kanálu). Tuto úlohu plní optické zesilovače.
Typické optické vlákno má ztrátu na vlnové délce 1,5 µm kolem 0,2 dB/km. Existuje možnost převést optický signál na elektrický a použít konvenční elektronické zesilovače pro kompenzaci ztrát přenosu a následně převést tento signál zpět na optický signál, nicméně takové konverze signálu vyžadují vysoké finanční náklady a velmi rychlou elektroniku.
Optický zesilovač zesiluje přímo optický signál, bez nutnosti převodu na elektrický signál.
Hlavní charakteristiky optických zesilovačů jsou: zisk – zn. zesílení (dB), pracovní rozsah frekvencí nebo BW (pásmo, angl. bandwidth), saturace zisku: maximální výstupní výkon, úroveň šumu na výstupu. Zisk je definován následující rovnicí:
, kde Po a Pi jsou výstupní a vstupní výkon.
Existují tři hlavní druhy optických zesilovačů: EDFA (erbiem dopované optické vlákno – angl. Erbium Doped Fibre Amplifier), SOA (polovodičový optický zesilovač – angl. semiconductor optical amplifiers) a Raman zesilovač. U EDFA zesilovače je zesilujícím mediem skleněné optické vlákno dotované ionty erbia, kterými je dodána energie optickým čerpáním za účelem dosažení stavu populační inverze. SOA zesilovače jsou pumpovány elektrickým proudem a zesílení vzniká v nedotovaném polovodiči. Optické zesilovače jsou velmi užitečné pro lokální sítě z důvodu jejich poměrně nízké ceny a uspokojivé hodnoty zisku na krátkých vzdálenostech.
V případě Raman zesilovače je zisk dosažen prostřednictvím stimulovaného Ramanova rozptylu - SRS (angl. stimulated Raman scattering). Ramanův rozptyl je jev, ve kterém se světlo rozptyluje na molekulách, jeho výsledkem je konverze vlnové délky – přeladění na delší vlnovou délku.
Vybrané druhy optických zesilovačů |
Charakteristika |
Nevýhody |
SOA (polovodičový) 400 – 2000 nm |
Podobný polovodičovým laserům. Široké přenosové pásmo a velký výkonový zisk. |
Vysoký šum a přeslechy. |
Optovláknové zesilovače dotované ionty vzácných zemin erbium – EDFA 1500 nm Praseodymium – PDFA 1300 nm |
Zesílení je dosaženo stimulovanou emisí záření. Zisk závisí na frekvenci a intenzitě záření svazku. |
Poměrně velké fyzikální rozměry zařízení. Přeslechy a saturace zisku. Šum spontánní emise. |
Raman a Brillouin zesilovače |
Nevyžaduje dosažení populační inverze. |
Čerpací zdroj a zesílený signál jsou na různých vlnových délkách. Vysoké náklady. |