Aby bolo možné prenášať signál na veľké vzdialeností (>100 km), je potrebné kompenzovať straty spôsobené tlmením v optickom vlákne (optickom prenosovom kanáli). Toto je úlohou optického zosilňovača.
Typické optické vlákno má na vlnovej dĺžke 1,5 µm stratu približne 0,2 dB/km. Existuje možnosť konvertovať optický signál na elektrický a použiť konvenčné elektronické zosilňovače na kompenzovanie prenosových strát a následne konvertovať tento signál späť na optický signál. Takéto konverzie signálu sú nákladné a vyžadujú veľmi rýchle elektronické prvky.
Optický zosilňovač zosilňuje priamo optický signál bez nutnosti jeho konverzie na elektrický signál.
Hlavné charakteristiky optických zosilňovačov sú: zisk (dB), rozsah prevádzkových frekvencií alebo BW (bandwidth – šírka pásma), saturácia zisku, maximálny výstupný výkon, úroveň šumu na výstupe. Zisk je definovaný nasledujúcou rovnicou:
, kde Po a Pi sú výstupný a vstupný výkon.
Existujú tri hlavné druhy optických zosilňovačov: EDFA (Erbium Doped Fibre Amplifier - erbiom dopované optické vlákno), SOA (semiconductor optical amplifier - polovodičový optický zosilňovač) a Ramanov zosilňovač. V zosilňovači EDFA je zosilňujúcim médiom sklenené optické vlákno dotované iontami erbia, ktorým je dodávaná energia optickým čerpaním, aby sa dosiahol stav populačnej inverzie. Zosilňovače SOA sú napájané elektrickým prúdom a zosilnenie vzniká v nedotovanom polovodiči. Optické zosilňovače sú veľmi užitočné v lokálnych sieťach pre ich pomerne nízke ceny a dostatočný zisk pre krátke vzdialenosti.
V prípad Ramanovho zosilňovača je zisk dosiahnutý pomocou stimulovaného Ramanovho rozptylu - SRS (stimulated Raman scattering). Ramanov rozptyl je jav, pri ktorom sa svetlo rozptyľuje na molekulách z menšej vlnové dĺžky na väčšiu vlnovú dĺžku.
Vybrané druhy optických zosilňovačov |
Charakteristika |
Nevýhody |
SOA (polovodičový) 400 – 2000 nm |
Podobný polovodičovým laserom. Široké prenosové pásmo a veľký výkonový zisk. |
Vysoký šum a presluchy. |
Optovláknové zosilňovače dotované iontami vzácnych zemín erbium – EDFA 1500 nm Praseodymium – PDFA 1300 nm |
Zosilnenie je dosiahnuté procesom stimulovanej emisie Zisk závisí od frekvencie a intenzite lokálneho zväzku. |
Pomerne veľké fyzické rozmery zariadenia. Presluchy a saturácia zisku. Šum spontánnej emisie. |
Ramanove a Brillouinove zosilňovače |
Nevyžaduje dosiahnutie populačnej inverzie. |
Čerpací zdroj a zosilnený signál majú rôzne vlnové dĺžky. Vysoké náklady. |