SERWIS ELEKTRONIKI

nego jest zwykle ustawione na 13dBm. Minimalne wejœcie
odbiornika optycznego lub wzmacniacza to -1dBm. Daje to
„bud¿et strat” oko³o 14dBm. Jeœli przewód nie jest podzielony,
sygna³ móg³by byæ wys³any nawet na 40 kilometrów. Ka¿de
³¹czenie powoduje jednak spadek sygna³u o oko³o 0.1dB,
wiêc trzy po³¹czenia powodowa³yby zmniejszenie zasiêgu prawie
o kilometr.
Wzmocnienie
Zanim wprowadzono skuteczne techniki wzmacniania sygna³u
optycznego, operatorzy kablowi byli zmuszeni demodulowaæ
sygna³y optyczne na elektryczne, wzmacniaæ je, a nastêpnie
modulowaæ now¹ wi¹zkê œwiat³a. Niestety modulatory
optyczne s¹ nieliniowe i potrzebuj¹ „sprytnych” uk³adów
sprzê¿enia zwrotnego aby je zlinearyzowaæ – dok³adnie tak,
jak u¿ywa siê ujemnego sprzê¿enia zwrotnego aby zredukowaæ
skutki nieliniowoœci we wzmacniaczach audio. Metody
regeneruj¹ce s¹ nadal u¿ywane tam, gdzie jest to stosowne, ale
zosta³y one w wiêkszoœci zast¹pione now¹ generacj¹ wzmacniaczy
optycznych. Wykorzystuj¹ one dwie ró¿ne techniki: pó³przewodnikowego
wzmacniacza optycznego oraz wzmacniacza
œwiat³owodowego (domieszkowanego erbem).
Optyczny wzmacniacz pó³przewodnikowy
Optyczny wzmacniacz pó³przewodnikowy (ang. SOA – Semiconductor
Optical Amplifier) jest rozwi¹zaniem nowszym,
maj¹cy konkurowaæ pod wzglêdem wydajnoœci z domieszkowanym
erbem wzmacniaczem œwiat³owodowym. Wzmacniacz
pó³przewodnikowy stosowany jest w telekomunikacji. Jest tak-
¿e kluczow¹ technologi¹ otwieraj¹c¹ drogê do czysto optycznej
konwersji d³ugoœci fali, selekcji d³ugoœci fali oraz zastosowañ
prze³¹cznikowych o du¿ej szybkoœci.
Pó³przewodnikowy wzmacniacz optyczny jest laserem pó³przewodnikowym
pozbawionym luster odbijaj¹cych œwiat³o z
powrotem na uk³ad. Œwiat³o przychodz¹ce jest kierowane na
aktywn¹ warstwê, gdzie zachodzi stymulowana emisja i sygna³
jest wzmacniany – dzia³anie to jest zbli¿one do wzmac-
Falowód
bierny
Sto¿ek
Elektroda
Falowód aktywny Protony
Rys.2. Zastosowanie falowodu sto¿kowego poprawiaj¹ce
sprzê¿enie miêdzy œwiat³owodem i uk³adem
SOA.
Wzmacniacze optyczne
niacza fali bie¿¹cej. Niestety warstwa ma gruboœæ oko³o jednego
mikrona. Spowodowa³o to trudnoœci przy skupianiu dziewiêciomikronowej
wi¹zki œwiat³a, gdy¿ wiêkszoœæ œwiat³a wejœciowego
by³a „gubiona”. Dlatego najnowsze rozwi¹zania zawieraj¹
zwê¿ony falowód optyczny zapewniaj¹cy wydajne
sprzê¿enie œwiat³owodu i uk³adu (rys.2).
W pó³przewodnikowym wzmacniaczu optycznym laser jest
pompowany przez iniekcjê pr¹du elektrycznego, w przeciwieñstwie
do domieszkowanego erbem wzmacniacza œwiat³owodowego,
który u¿ywa lasera pompowego. Istnieje kilka rodzajów
wzmacniacza pó³przewodnikowego, jednak specjalne wymagania
telekomunikacji sprawiaj¹, ¿e u¿yteczne s¹ tylko te, na których
dzia³anie nie wp³ywa modulacja skroœna. Uznanie zyskuje
wzmacniacz o wypoziomowanym wzmocnieniu. Ma on strukturê
daj¹c¹ efekt podobny do laserowego rezonatora wnêkowego.
Wzmocnienie takiego wzmacniacza jest ni¿sze, oko³o 15÷18dB,
jednak potencja³ wyjœcia jest o oko³o 12dB wy¿szy ni¿ w urz¹dzeniach
standardowych, a wzmocnienie jest ustabilizowane.
Wzmacniacz œwiat³owodowy domieszkowany
erbem
Wzmacniacz ten nazywany jest czêsto wzmacniaczem
EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) wykonany jest ze œwiat³owodu
domieszkowanego erbem).
Wzmacniacz taki daje dobre wzmocnienie, na poziomie
22÷50dB i jest zoptymalizowany do pracy przy d³ugoœci fali
1550 nanometrów.
Przy d³ugoœci fali 1310 nanometrów i wy¿szych czêstotliwoœci
jako domieszki u¿ywa siê prazeodymu, jednak nie mo¿e
on byæ u¿ywany przy œwiat³owodach krzemowo-szklanych.
Prowadzone s¹ badania, które pozwol¹ na wytworzenie elementów
pozwalaj¹cych na wykorzystanie 3 okien optycznych,
a mianowicie:
• S - 1450÷1530nm,
• C - 1530÷1565nm,
• L - 1565÷1620nm.
Rysunek 3 pokazuje podstawy dzia³ania wzmacniacza œwiat³owodowego
domieszkowanego erbem. Œwiat³o wpada do
„obwodu” wzmacniacza z lewej strony. Pierwszy sprzêgacz
optyczny dostarcza próbkê sygna³u wejœciowego do systemu
monitoruj¹cego. Za sprzêgaczem znajduje siê izolator blokuj¹cy
rozproszone œwiat³o mog¹ce powodowaæ zak³ócenia. Sygna³
jest nastêpnie przekazywany do filtruj¹cego sprzêgacza
optycznego, który usuwa œwiat³o o nieodpowiedniej d³ugoœci
fali. Urz¹dzenie to jest tak¿e u¿ywane do sprzê¿enia œwiat³a z
lasera pompowego, który pracuje z ni¿sz¹ d³ugoœci¹ fali ni¿
sygna³ wejœciowy. Laser pompowy oœwietla pêtlê œwiat³owodu
z domieszk¹ erbu, stymuluj¹c atomy domieszki, które uwalniaj¹
nadmiar energii w postaci fotonów o takiej samej d³ugoœci
fali i fazie jak sygna³ wejœciowy.
Wzmacnianie œwiat³a nastêpuje tylko przy obecnoœci sygna³u
wejœciowego. Kiedy sygna³ wejœciowy zostaje przerwany, znika
tak¿e sygna³ na wyjœciu, za wyj¹tkiem odrobiny zak³óceñ.
Wzmocnione œwiat³o ze œwiat³owodu jest przepuszczane przez
kolejny izolator i za sprzêgaczem doprowadzone do wyjœcia.
Sprzêgacz na wyjœciu przepuszcza wzmocnione pasmo o danej
d³ugoœci fali. Czêœæ sygna³u wyjœciowego jest przekazywana
do monitoruj¹cej fotodiody, z której doprowadzony jest on do
SERWIS ELEKTRONIKI 2/2007 11