Distributionslaserforstærker

Definition: Fiberforstærker i et fiberoptisk datalink, den forstærkningsproces, der foregår over en meget lang transmissionsfiber.

For lange fiberforbindelser, der bruges i langdistance-datatransmission, er der behov for en eller flere fiberforstærkere for at sikre tilstrækkelig signaleffekt ved modtageren og for at opretholde et tilstrækkeligt signal-støj-forhold og samtidig sikre en bitfejlrate. I mange tilfælde er disse forstærkere diskrete, implementeret med nogle få meter sjælden jord-doteret fiber, pumpet af en fiberkoblet diodelaser, nogle gange som en del af senderen eller lige foran modtageren, eller midt i transmissionen fiber brugt et sted. En distribueret forstærker i selve transmissionsfiberen kan også bruges. Pumpelyset injiceres normalt ved modtager- eller senderporten, eller begge porte injiceres på samme tid. Denne distribuerede forstærker kan opnå lignende overordnet forstærkning, men forstærkningen pr. længdeenhed er meget lavere. Dette betyder, at dette kan opretholde et rimeligt signaleffektniveau i nærvær af transmissionstab i stedet for at øge effekten med nogle få decibel.

Fordele og ulemper:

En fordel ved at bruge distribuerede forstærkere er lavere forstærker støj opbygning på linket. Det skyldes hovedsageligt, at signaleffekten opretholdes hele tiden frem for i meget lav grad, som det er tilfældet med diskrete forstærkere. Spidssignaleffekt kan derefter reduceres uden at tilføje forstærkerstøj. Dette reducerer faktisk potentielt skadelige fiber ikke-lineære effekter.

En meget stor ulempe ved distribuerede forstærkere er behovet for højere pumpeeffekt. Dette gælder for Raman-forstærkere og sjældne jordarters dopede forstærkere, diskuteret nedenfor.

Fordelene ved forskellige typer forstærkere afhænger af transmissionssystemet og dets egenskaber. For systemer, der udelukkende er baseret på solitoner, er vigtige faktorer at overveje bølgelængdeområde og signalbåndbredde.

Distribueret laserforstærker

Distributionsforstærkere kan implementeres i to forskellige former. Den første metode er at bruge en transmissionsfiber, der indeholder nogle sjældne jordarters doterede ioner, såsom erbiumioner, men dopingkoncentrationen skal være meget lavere end for almindelige forstærkerfibre. Selvom silicafiber almindeligvis bruges til kommunikation, er dens opløselighed i sjældne jordarters ioner meget lav, og lav doping kan undgå quenching-effekter. Men da transmissionsoptisk fiber også har nogle andre begrænsninger, er det vanskeligt at optimere den optiske fiber til at have en stor forstærkningsbåndbredde. Især enhver doping vil øge transmissionstabet, hvilket ikke er et alvorligt problem i korte diskrete forstærkere.

Da pumpelyset i den distribuerede forstærker også skal transmitteres over en lang afstand, vil det opleve transmissionstab. Hvis pumpens bølgelængde er meget mindre end signalbølgelængden, er tabet endnu større end signallyset. Derfor skal langdistribution erbium-doterede forstærkere bruge 1,45 mikron pumpelys i stedet for det almindeligt anvendte 980nm lys. Dette vil igen sætte flere begrænsninger på den spektrale form af forstærkerens forstærkning. Selv med lange pumpebølgelængder er pumpens effektbehov højere på grund af pumpetab sammenlignet med diskrete fiberforstærkere.

Distribueret Raman forstærker

En anden type distribueret forstærker er Raman-forstærkeren, som ikke kræver doping af sjældne jordarter. I stedet bruger den stimuleret Raman-spredning til at opnå forstærkningsprocessen. På samme måde er transmissionsfibre svære at optimere til Raman-forstærkningsprocesser, fordi transmissionstabene skal være lave, og pumpelyset også oplever transmissionstab. Derfor kræves der meget høj pumpeeffekt.

Forstærkningsspektret af en pumpekilde afhænger af den kemiske sammensætning af fiberkernen. Et tunet bredere forstærkningsspektrum kan opnås ved at kombinere forskellige pumpebølgelængder.