Пасивни оптични усилватели: EDFA, SOA и RFA
Докато оптичните сигнали пътуват през оптично влакно, те се затихват. При приложения с дълги разстояния сигналът се затихва до точката, в която се изисква повторно усилване. Традиционно устройство, обикновено наричано повторител, извърши това повторно усилване.
Повторителят е приемник и предавател, комбинирани в един пакет. Приемникът преобразува входящата оптична енергия в електрическа. Електрическият изход на приемника задвижва електрическия вход на предавателя. Оптичният изход на предавателя представлява усилена версия на оптичния входен сигнал плюс шум.
Наличната днес технология елиминира нуждата от повторители. Сега вместо ретранслатори се използват пасивни оптични усилватели. Пасивният оптичен усилвател усилва сигнала директно, без да е необходимо оптично-електрическо и електрическо-оптично преобразуване. Съществуват няколко различни оптични усилвателя, с които да се усилва пасивно оптичен сигнал: усилвател с лепило за добив на ербиум (EDFA), полупроводников оптичен усилвател (SOA) и усилвател на влакно Raman (RFA), всички от които използват техника, наречена лазерно изпомпване.
EDFA
EDFA усилвателят обикновено се използва за много дълги връзки от влакна, като подводни кабели. EDFA използват влакно, което е било обработено или „легирано“ с ербий, и това се използва като усилващо средство. Помпените лазери работят с дължина на вълната под дължината на вълната, която трябва да се усили. Легираното влакно се захранва с лазерната помпа. Докато оптичният сигнал преминава през това легирано влакно, атомите на ербий прехвърлят енергията си към сигнала, като по този начин увеличават енергията или силата на сигнала, докато преминава. При тази техника е обичайно сигналът да е до 50 пъти или 17dB по-силен, като напуска EDFA, отколкото беше при влизането му.
Ето пример за EDFA. EDFA също могат да се използват серийно за допълнително увеличаване на усилването на сигнала. Два EDFA, използвани в серия, могат да увеличат входния сигнал до 34dB.
SOA
SOA усилвателят използва техника, подобна на тази на EDFA, но без допинг на оптичното влакно. За разлика от EDFA, който се захранва с лазерна помпа, SOA се захранва с електрически ток. SOA използват оптичен вълновод и директен полупроводников полупроводник, който в основата си е лазер Фабри-Перо, за да инжектират светлинна енергия в сигнала, както е показано на фигурата по-долу. Тази техника обаче не предлага високото усилване, което правят EDFA. SOA обикновено се използват в по-къси влакнести връзки, като например Metropolitan Area Networks (MANs).
Един проблем при SOA е, че печалбата е много трудна за контрол. Използвайки полупроводниковата техника и вълновод, сигналът може да изтощи усилването на сигнал при друга дължина на вълната. Това може да въведе кръстосана връзка между каналите, като позволи на сигнала с една дължина на вълната да модулира друг.
RFA
RFA усилвателят използва техника, наречена Raman усилване, която е метод, който използва лазерни помпи, за да дарява енергия на сигнала за усилване. Въпреки това, за разлика от EDFAs, тази техника не използва допирани влакна, а само мощен помпа лазер, както е показано на фигурата по-долу. Лазерът работи при дължини на вълната от 60 nm до 100 nm под желаната дължина на вълната на сигнала. Енергията на лазерния сигнал и фотоните на предавания сигнал са свързани, като по този начин се увеличава силата на сигнала. RFA не се усилват толкова много, колкото EDFA, но имат предимство в това, че генерират много по-малко шум. Вижте подробности за продукта тук: Raman усилвател
Тези оптични усилватели могат да бъдат комбинирани, за да се възползват от техните усилващи характеристики. В някои случаи RFA и EDFA се комбинират в връзки с дълги влакна, за да се осигури високо усилване и намалени нива на шум.
В обобщение, всяка техника за усилване има предимства и недостатъци. Не забравяйте да имате предвид усилването, с което усилвателят се използва. Например, ако сигналът се нуждае от усилване, но шумът е проблем, RFA усилвателят най-вероятно ще бъде най-добрият избор. Ако сигналът трябва да бъде усилен само с малко количество, SOA усилвателят може да е най-добрият.
Всички тези методи за усилване имат едно голямо предимство: оптичните усилватели ще усилват всички сигнали на влакно едновременно. По този начин е възможно едновременно да се усилват множеството дължини на вълната (например, DWDM EDFA е вид WDM усилвател, използван за усилване на множество дължини на вълната в DWDM системи). Но е важно да се има предвид, че нивата на мощност трябва да се наблюдават внимателно, защото усилвателите могат да се наситят, като по този начин причиняват неправилна работа.
