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Optische Verstärker eroberten mit ihrer Einführung in den 1990er Jahren die Regeneratortechnologie und öffneten die Türen zur WDM-Technologie. Sie dienen hauptsächlich der direkten Verstärkung optischer Signale, ohne diese zuvor in ein elektrisches Signal umwandeln zu müssen. Es gibt viele Arten optischer Verstärker, darunter Raman-Verstärker, Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFAs) und Halbleiter-Optikverstärker (SOA). Dieser Artikel bietet eine klarere Einführung in SOA-Verstärker und analysiert ihre Vor- und Nachteile.
Die Grundlagen des optischen Halbleiterverstärkers (SOA)
SOA-Optikverstärker nutzen Halbleiter als Verstärkungsmedium. Sie sind für allgemeine Anwendungen konzipiert, um die optische Einkoppelleistung zu erhöhen und so Verluste anderer optischer Geräte auszugleichen. Halbleiter-Optikverstärker werden häufig in Telekommunikationssystemen als faserverstärkte Komponenten eingesetzt. Sie arbeiten bei Signalwellenlängen zwischen 0,85 µm und 1,6 µm und erzeugen Verstärkungen von bis zu 30 dB. Halbleiter-Optikverstärker sind in den Wellenlängen 1310 nm, 1400 nm, 1500 nm und 1600 nm erhältlich und können mit Singlemode- oder polarisationserhaltenden Glasfaserein-/-ausgängen verwendet werden.
Wichtige Punkte des SOA-Verstärkers
1310 nm, 1400 nm, 1550 nm und 1610 nm Wellenlänge wählbar
Hoher Faser-zu-Faser-Gewinn von 20 dB
Bis zu 16 dBm Ausgangsleistung
1 MHz mit 10 ns Pulsbreite (optional)
PM Panda Glasfaser-Eingang/Ausgang (optional)
Ähnlich wie Laser, jedoch mit nicht reflektierenden Enden und breiter Wellenlängenemission
Eingehendes optisches Signal stimuliert die Emission von Licht seiner eigenen Wellenlänge
Der Prozess wird durch den Hohlraum fortgesetzt, um das Signal zu verstärken
Funktionsprinzip des SOA-Verstärkers
Das grundlegende Funktionsprinzip eines SOA ist dasselbe wie bei einem Halbleiterlaser, jedoch ohne Rückkopplung. SOAs verstärken einfallendes Licht durch simulierte Emission. Wenn das Licht den aktiven Bereich durchläuft, verlieren die Elektronen Energie in Form von Photonen und kehren in den Grundzustand zurück. Diese stimulierten Photonen haben die gleiche Wellenlänge wie das optische Signal und verstärken es somit.
SOA über EFDA in DWDM-Netzwerken
Die folgende Lösung ermöglicht 120 km lange Metronetze mithilfe eines SOA-Verstärkers. Sie fragen sich vielleicht, warum EDFA in den oben genannten Netzwerken nicht zum Einsatz kommt.
Theoretisch sind SOA-Optikverstärker hinsichtlich ihrer Leistung nicht mit EDFA vergleichbar. Die Rauschzahl von SOA-Optikverstärkern ist typischerweise höher, die Verstärkungsbandbreite kann ähnlich sein, und SOAs weisen deutlich stärkere nichtlineare Verzerrungen in Form von Selbstphasenmodulation und Vierwellenmischung auf. Halbleiter-Optikverstärker sind jedoch klein und elektrisch gepumpt, was oft günstiger ist als EDFA. Darüber hinaus können SOA mit einem Laser geringer Leistung betrieben werden.
Wie wählt man einen optischen SOA-Verstärker aus?
Bei der Auswahl eines SOA-Verstärkers müssen Sie alle Parameter im Produktdatenblatt prüfen. Aber im Ernst: Verstehen Sie es? Nein, bitte lesen Sie den folgenden Abschnitt.
Die wichtigsten Parameter zur Charakterisierung eines SOA-Verstärkers sind Verstärkung, Verstärkungsbandbreite, Sättigungsausgangsleistung und Rauschen.
Die Verstärkung ist der Faktor, um den das Eingangssignal verstärkt wird. Sie wird als Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung (in dB) gemessen. Eine höhere Verstärkung führt zu einem höheren optischen Ausgangssignal.
Die Verstärkungsbandbreite definiert den Bandbreitenbereich, in dem die Verstärkung funktioniert. Eine große Verstärkungsbandbreite ist wünschenswert, um einen breiten Bereich von Signalwellenlängen zu verstärken.
Die Sättigungsausgangsleistung ist die maximal erreichbare Ausgangsleistung nach der Verstärkung, jenseits derer keine Verstärkung mehr erreicht wird. Es ist wichtig, dass der SOA einen hohen Leistungssättigungspegel aufweist, um im linearen Arbeitsbereich zu bleiben und einen höheren Dynamikbereich zu erreichen.
Rauschen bezeichnet das unerwünschte Signal innerhalb der Signalbandbreite, das durch die physikalische Verarbeitung im Verstärker entsteht. Der Rauschwert misst die Auswirkung des Rauschens und liegt typischerweise bei etwa 5 dB.
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