5 Optoelektronické prvky a senzory
5.6 Optické zesilovače

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.

image
Obr. 12. Schéma optického zesilovače.

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:

(018) , kde PoPi 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.