Ενισχυτής λέιζερ διανομής

Ορισμός: Ενισχυτής ινών σε σύνδεση δεδομένων οπτικών ινών, η διαδικασία ενίσχυσης που λαμβάνει χώρα σε μια πολύ μεγάλη ίνα μετάδοσης.

Για ζεύξεις μεγάλων ινών που χρησιμοποιούνται στη μετάδοση δεδομένων μεγάλων αποστάσεων, χρειάζονται ένας ή περισσότεροι ενισχυτές οπτικών ινών για να διασφαλιστεί επαρκής ισχύς σήματος στον δέκτη και να διατηρηθεί επαρκής λόγος σήματος προς θόρυβο, διασφαλίζοντας παράλληλα ένα ποσοστό σφάλματος bit. Σε πολλές περιπτώσεις, αυτοί οι ενισχυτές είναι διακριτοί, υλοποιούνται με λίγα μέτρα ίνας σπάνιων γαιών, που αντλούνται από λέιζερ διόδου συζευγμένης με ίνες, μερικές φορές ως μέρος του πομπού ή ακριβώς μπροστά από τον δέκτη ή στη μέση της μετάδοσης ίνα που χρησιμοποιείται κάπου. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ένας κατανεμημένος ενισχυτής στην ίδια την ίνα μετάδοσης. Το φως της αντλίας εγχέεται συνήθως στη θύρα του δέκτη ή του πομπού ή και οι δύο θύρες εγχέονται ταυτόχρονα. Αυτός ο κατανεμημένος ενισχυτής μπορεί να επιτύχει παρόμοιο συνολικό κέρδος, αλλά το κέρδος ανά μονάδα μήκους είναι πολύ χαμηλότερο. Αυτό σημαίνει ότι αυτό μπορεί να διατηρήσει ένα λογικό επίπεδο ισχύος σήματος παρουσία απωλειών μετάδοσης, αντί να αυξήσει την ισχύ κατά μερικά ντεσιμπέλ.

Υπέρ και κατά:

Ένα πλεονέκτημα της χρήσης κατανεμημένων ενισχυτών είναι η μικρότερη συσσώρευση θορύβου ενισχυτή στη σύνδεση. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι η ισχύς του σήματος διατηρείται συνεχώς και όχι σε πολύ χαμηλό βαθμό, όπως συμβαίνει με τους διακριτούς ενισχυτές. Η μέγιστη ισχύς σήματος μπορεί στη συνέχεια να μειωθεί χωρίς να προστεθεί θόρυβος ενισχυτή. Αυτό στην πραγματικότητα μειώνει τα δυνητικά επιζήμια μη γραμμικά αποτελέσματα των ινών.

Ένα πολύ μεγάλο μειονέκτημα των κατανεμημένων ενισχυτών είναι η ανάγκη για μεγαλύτερη ισχύ αντλίας. Αυτό ισχύει για ενισχυτές Raman και ενισχυτές σπανίων γαιών, που αναλύονται παρακάτω.

Τα πλεονεκτήματα των διαφορετικών τύπων ενισχυτών εξαρτώνται από το σύστημα μετάδοσης και τα χαρακτηριστικά του. Για παράδειγμα, για συστήματα που βασίζονται αποκλειστικά σε σολιτόνια, σημαντικοί παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη είναι το εύρος του μήκους κύματος και το εύρος ζώνης σήματος.

Κατανεμημένος ενισχυτής λέιζερ

Οι ενισχυτές διανομής μπορούν να υλοποιηθούν σε δύο διαφορετικές μορφές. Η πρώτη μέθοδος είναι η χρήση μιας ίνας μετάδοσης που περιέχει μερικά ιόντα με πρόσμιξη σπανίων γαιών, όπως ιόντα ερβίου, αλλά η συγκέντρωση ντόπινγκ πρέπει να είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή των συνηθισμένων ινών ενισχυτών. Αν και οι ίνες πυριτίου χρησιμοποιούνται συνήθως για επικοινωνίες, η διαλυτότητά τους σε ιόντα σπάνιων γαιών είναι πολύ χαμηλή και το χαμηλό ντόπινγκ μπορεί να αποφύγει τα αποτελέσματα απόσβεσης. Ωστόσο, δεδομένου ότι η οπτική ίνα μετάδοσης έχει επίσης κάποιους άλλους περιορισμούς, είναι δύσκολο να βελτιστοποιηθεί η οπτική ίνα ώστε να έχει μεγάλο εύρος ζώνης κέρδους. Ειδικότερα, οποιοδήποτε ντόπινγκ θα αυξήσει τις απώλειες μετάδοσης, κάτι που δεν αποτελεί σοβαρό πρόβλημα σε βραχυπρόθεσμους διακριτούς ενισχυτές.

Δεδομένου ότι το φως της αντλίας του κατανεμημένου ενισχυτή πρέπει επίσης να μεταδίδεται σε μεγάλη απόσταση, θα έχει απώλεια μετάδοσης. Εάν το μήκος κύματος της αντλίας είναι πολύ μικρότερο από το μήκος κύματος του σήματος, η απώλεια είναι ακόμη μεγαλύτερη από το φως σήματος. Επομένως, οι ενισχυτές μακράς διανομής με πρόσμιξη ερβίου πρέπει να χρησιμοποιούν φως αντλίας 1,45 micron αντί για το συνήθως χρησιμοποιούμενο φως 980nm. Αυτό με τη σειρά του θα θέσει περισσότερους περιορισμούς στο φασματικό σχήμα του κέρδους του ενισχυτή. Ακόμη και με μεγάλα μήκη κύματος αντλίας, η απαίτηση ισχύος της αντλίας είναι υψηλότερη λόγω των απωλειών της αντλίας σε σύγκριση με τους ενισχυτές διακριτών ινών.

Κατανεμημένος ενισχυτής Raman

Ένας άλλος τύπος κατανεμημένου ενισχυτή είναι ο ενισχυτής Raman, ο οποίος δεν απαιτεί ντόπινγκ σπάνιων γαιών. Αντίθετα, χρησιμοποιεί διεγερμένη σκέδαση Raman για να επιτύχει τη διαδικασία ενίσχυσης. Ομοίως, οι ίνες μετάδοσης είναι δύσκολο να βελτιστοποιηθούν για τις διαδικασίες ενίσχυσης Raman, επειδή οι απώλειες μετάδοσης πρέπει να είναι χαμηλές και το φως της αντλίας έχει επίσης απώλειες μετάδοσης. Επομένως, απαιτείται πολύ υψηλή ισχύς αντλίας.

Το φάσμα απολαβής μιας πηγής αντλίας εξαρτάται από τη χημική σύνθεση του πυρήνα της ίνας. Ένα συντονισμένο ευρύτερο φάσμα απολαβής μπορεί να επιτευχθεί συνδυάζοντας διαφορετικά μήκη κύματος αντλίας.