Distributionslaserförstärkare

Definition: Fiberförstärkare i en fiberoptisk datalänk, den förstärkningsprocess som sker över en mycket lång transmissionsfiber.

För långa fiberlänkar som används vid långdistansdataöverföring behövs en eller flera fiberförstärkare för att säkerställa tillräcklig signaleffekt vid mottagaren och för att bibehålla ett tillräckligt signal-brusförhållande samtidigt som en bitfelsfrekvens säkerställs. I många fall är dessa förstärkare diskreta, implementerade med några meter sällsynt jordartsmetalldopad fiber, pumpade av en fiberkopplad diodlaser, ibland som en del av sändaren eller precis framför mottagaren, eller i mitten av sändningen fiber som används någonstans. En distribuerad förstärkare i själva transmissionsfibern kan också användas. Pumpljuset injiceras vanligtvis vid mottagaren eller sändarporten, eller båda portarna injiceras samtidigt. Denna distribuerade förstärkare kan uppnå liknande totalförstärkning, men förstärkningen per längdenhet är mycket lägre. Detta innebär att detta kan upprätthålla en rimlig signaleffektnivå i närvaro av överföringsförluster, snarare än att öka effekten med några decibel.

För-och nackdelar:

En fördel med att använda distribuerade förstärkare är lägre förstärkarbrusuppbyggnad på länken. Detta beror främst på att signaleffekten bibehålls hela tiden snarare än i mycket låg grad, som är fallet med diskreta förstärkare. Toppsignaleffekt kan sedan reduceras utan att förstärkarbrus tillförs. Detta minskar faktiskt potentiellt skadliga fiber icke-linjära effekter.

En mycket stor nackdel med distribuerade förstärkare är behovet av högre pumpeffekt. Detta gäller Raman-förstärkare och sällsynta jordartsmetalldopade förstärkare, som diskuteras nedan.

Fördelarna med olika typer av förstärkare beror på transmissionssystemet och dess egenskaper. Till exempel, för system baserade enbart på solitoner, är viktiga faktorer att ta hänsyn till våglängdsområde och signalbandbredd.

Distribuerad laserförstärkare

Distributionsförstärkare kan implementeras i två olika former. Den första metoden är att använda en transmissionsfiber som innehåller några sällsynta jordartsmetalldopade joner, såsom erbiumjoner, men dopningskoncentrationen måste vara mycket lägre än för vanliga förstärkarfibrer. Även om kiseldioxidfiber ofta används för kommunikation, är dess löslighet i joner av sällsynta jordartsmetaller mycket låg, och låg dopning kan undvika släckningseffekter. Eftersom transmissionsoptisk fiber också har vissa andra begränsningar, är det svårt att optimera den optiska fibern för att ha en stor förstärkningsbandbredd. I synnerhet kommer all dopning att öka transmissionsförlusterna, vilket inte är ett allvarligt problem i korta diskreta förstärkare.

Eftersom pumpljuset från den distribuerade förstärkaren också behöver sändas över en lång sträcka kommer det att uppleva överföringsförlust. Om pumpens våglängd är mycket mindre än signalvåglängden är förlusten ännu större än signalljuset. Därför måste erbiumdopade förstärkare med lång distribution använda 1,45 mikron pumpljus istället för det vanliga 980nm ljuset. Detta kommer i sin tur att lägga fler begränsningar på den spektrala formen på förstärkarens förstärkning. Även med långa pumpvåglängder är pumpeffektbehovet högre på grund av pumpförluster jämfört med diskreta fiberförstärkare.

Distribuerad Raman-förstärkare

En annan typ av distribuerad förstärkare är Raman-förstärkaren, som inte kräver dopning av sällsynta jordartsmetaller. Istället använder den stimulerad Raman-spridning för att uppnå förstärkningsprocessen. Likaså är transmissionsfibrer svåra att optimera för Raman-förstärkningsprocesser eftersom transmissionsförlusterna måste vara låga och pumpljuset också upplever transmissionsförluster. Därför krävs mycket hög pumpeffekt.

Förstärkningsspektrumet för en pumpkälla beror på den kemiska sammansättningen av fiberkärnan. Ett avstämt bredare förstärkningsspektrum kan uppnås genom att kombinera olika pumpvåglängder.