Verteilungslaserverstärker

Definition: Faserverstärker in einer Glasfaser-Datenverbindung, der Verstärkungsprozess, der über eine sehr lange Übertragungsfaser erfolgt.

Für lange Glasfaserverbindungen zur Datenübertragung über große Entfernungen sind ein oder mehrere Glasfaserverstärker erforderlich, um eine ausreichende Signalleistung am Empfänger sicherzustellen und ein ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis bei gleichzeitiger Gewährleistung einer Bitfehlerrate aufrechtzuerhalten. In vielen Fällen sind diese Verstärker diskret, mit einigen Metern seltenerddotierter Faser implementiert und von einem fasergekoppelten Diodenlaser gepumpt, manchmal als Teil des Senders oder direkt vor dem Empfänger oder in der Mitte der Übertragung Faser irgendwo verwendet. Es kann auch ein verteilter Verstärker in der Übertragungsfaser selbst verwendet werden. Das Pumplicht wird normalerweise am Empfänger- oder Senderanschluss eingespeist, oder es werden beide Anschlüsse gleichzeitig eingespeist. Dieser verteilte Verstärker kann eine ähnliche Gesamtverstärkung erzielen, die Verstärkung pro Längeneinheit ist jedoch viel geringer. Dies bedeutet, dass bei Übertragungsverlusten ein angemessener Signalleistungspegel aufrechterhalten werden kann, anstatt die Leistung um einige Dezibel zu erhöhen.

Vor-und Nachteile:

Ein Vorteil der Verwendung verteilter Verstärker ist die geringere Entstehung von Verstärkerrauschen auf der Verbindung. Dies liegt vor allem daran, dass die Signalleistung ständig aufrechterhalten wird und nicht nur auf einem sehr niedrigen Niveau, wie es bei diskreten Verstärkern der Fall ist. Die Spitzensignalleistung kann dann reduziert werden, ohne dass Verstärkerrauschen entsteht. Dies reduziert tatsächlich potenziell schädliche nichtlineare Fasereffekte.

Ein sehr großer Nachteil verteilter Verstärker ist die Notwendigkeit einer höheren Pumpleistung. Dies gilt für Raman-Verstärker und mit seltenen Erden dotierte Verstärker, wie unten erläutert.

Die Vorteile verschiedener Verstärkertypen hängen vom Übertragungssystem und seinen Eigenschaften ab. Bei Systemen, die ausschließlich auf Solitonen basieren, sind beispielsweise der Wellenlängenbereich und die Signalbandbreite wichtige zu berücksichtigende Faktoren.

Verteilter Laserverstärker

Verteilverstärker können in zwei unterschiedlichen Formen realisiert werden. Die erste Methode besteht darin, eine Übertragungsfaser zu verwenden, die einige mit seltenen Erden dotierte Ionen, wie z. B. Erbiumionen, enthält, aber die Dotierungskonzentration muss viel niedriger sein als die von gewöhnlichen Verstärkerfasern. Obwohl Quarzfasern üblicherweise für die Kommunikation verwendet werden, ist ihre Löslichkeit in Seltenerdionen sehr gering, und durch eine geringe Dotierung können Löscheffekte vermieden werden. Da optische Übertragungsfasern jedoch auch einige andere Einschränkungen aufweisen, ist es schwierig, die optische Faser so zu optimieren, dass sie eine große Verstärkungsbandbreite aufweist. Insbesondere erhöht jede Dotierung die Übertragungsverluste, was bei kurzen diskreten Verstärkern kein ernstes Problem darstellt.

Da das Pumplicht des verteilten Verstärkers auch über eine große Entfernung übertragen werden muss, kommt es zu Übertragungsverlusten. Wenn die Pumpwellenlänge viel kleiner ist als die Signalwellenlänge, ist der Verlust sogar größer als der des Signallichts. Daher müssen mit Erbium dotierte Verstärker mit langer Verteilung 1,45-Mikron-Pumplicht anstelle des üblicherweise verwendeten 980-nm-Lichts verwenden. Dies führt wiederum zu stärkeren Einschränkungen der spektralen Form der Verstärkerverstärkung. Selbst bei langen Pumpwellenlängen ist der Pumpleistungsbedarf aufgrund von Pumpverlusten im Vergleich zu diskreten Faserverstärkern höher.

Verteilter Raman-Verstärker

Eine andere Art von verteilten Verstärkern ist der Raman-Verstärker, der keine Dotierung mit seltenen Erden erfordert. Stattdessen nutzt es stimulierte Raman-Streuung, um den Verstärkungsprozess zu erreichen. Ebenso lassen sich Übertragungsfasern nur schwer für Raman-Verstärkungsprozesse optimieren, da die Übertragungsverluste gering sein müssen und das Pumplicht ebenfalls Übertragungsverluste erfährt. Daher ist eine sehr hohe Pumpleistung erforderlich.

Das Verstärkungsspektrum einer Pumpquelle hängt von der chemischen Zusammensetzung des Faserkerns ab. Durch die Kombination verschiedener Pumpwellenlängen kann ein abgestimmtes breiteres Verstärkungsspektrum erreicht werden.