Distribusjonslaserforsterker

Definisjon: Fiberforsterker i en fiberoptisk datalink, forsterkningsprosessen som skjer over en svært lang overføringsfiber.

For lange fiberlenker som brukes i langdistansedataoverføring, trengs en eller flere fiberforsterkere for å sikre tilstrekkelig signaleffekt ved mottakeren og for å opprettholde et tilstrekkelig signal-til-støyforhold samtidig som det sikres en bitfeilrate. I mange tilfeller er disse forsterkerne diskrete, implementert med noen få meter sjeldne jord-dopet fiber, pumpet av en fiberkoblet diodelaser, noen ganger som en del av senderen eller rett foran mottakeren, eller midt i overføringen fiber brukt et sted. En distribuert forsterker i selve overføringsfiberen kan også brukes. Pumpelyset injiseres vanligvis ved mottaker- eller senderporten, eller begge portene injiseres samtidig. Denne distribuerte forsterkeren kan oppnå tilsvarende total forsterkning, men forsterkningen per lengdeenhet er mye lavere. Dette betyr at dette kan opprettholde et rimelig signaleffektnivå i nærvær av overføringstap, i stedet for å øke effekten med noen få desibel.

Fordeler og ulemper:

En fordel med å bruke distribuerte forsterkere er lavere oppbygging av forsterkerstøy på linken. Dette er hovedsakelig fordi signaleffekten opprettholdes hele tiden i stedet for i svært lav grad, slik tilfellet er med diskrete forsterkere. Maksimal signaleffekt kan da reduseres uten å legge til forsterkerstøy. Dette reduserer faktisk potensielt skadelige fiber ikke-lineære effekter.

En veldig stor ulempe med distribuerte forsterkere er behovet for høyere pumpeeffekt. Dette gjelder Raman-forsterkere og dopede forsterkere med sjeldne jordarter, omtalt nedenfor.

Fordelene med forskjellige typer forsterkere avhenger av overføringssystemet og dets egenskaper. For eksempel, for systemer basert utelukkende på solitoner, er viktige faktorer å vurdere bølgelengdeområde og signalbåndbredde.

Distribuert laserforsterker

Distribusjonsforsterkere kan implementeres i to forskjellige former. Den første metoden er å bruke en transmisjonsfiber som inneholder noen sjeldne jordartsdopede ioner, for eksempel erbiumioner, men dopingkonsentrasjonen må være mye lavere enn for vanlige forsterkerfibre. Selv om silikafiber ofte brukes til kommunikasjon, er løseligheten i ioner av sjeldne jordarter svært lav, og lav doping kan unngå slukningseffekter. Men siden overføringsoptisk fiber også har noen andre begrensninger, er det vanskelig å optimalisere den optiske fiberen til å ha en stor forsterkningsbåndbredde. Spesielt vil all doping øke overføringstapene, noe som ikke er et alvorlig problem i korte diskrete forsterkere.

Siden pumpelyset til den distribuerte forsterkeren også må sendes over lang avstand, vil det oppleve overføringstap. Hvis pumpens bølgelengde er mye mindre enn signalbølgelengden, er tapet enda større enn signallyset. Derfor må langdistribuerte erbium-dopete forsterkere bruke 1,45 mikron pumpelys i stedet for det vanlig brukte 980nm lyset. Dette vil igjen legge flere begrensninger på den spektrale formen til forsterkerforsterkningen. Selv med lange pumpebølgelengder er pumpeeffektbehovet høyere på grunn av pumpetap sammenlignet med diskrete fiberforsterkere.

Distribuert Raman-forsterker

En annen type distribuert forsterker er Raman-forsterkeren, som ikke krever doping av sjeldne jordarter. I stedet bruker den stimulert Raman-spredning for å oppnå forsterkningsprosessen. På samme måte er transmisjonsfibre vanskelige å optimalisere for Raman-forsterkningsprosesser fordi transmisjonstapene må være lave og pumpelyset også opplever transmisjonstap. Derfor kreves det svært høy pumpeeffekt.

Forsterkningsspekteret til en pumpekilde avhenger av den kjemiske sammensetningen av fiberkjernen. Et avstemt bredere forsterkningsspektrum kan oppnås ved å kombinere forskjellige pumpebølgelengder.