5 Optoelektronické prvky a senzory
5.6 Optické zosilňovače

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.

image
Obr. 12. Schéma optického zosilňovača

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:

(016), kde PoPi 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.