Optischer Verstärker

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Ein optischer Verstärker ist ein Gerät, das ein eingehendes optisches Signal verstärkt weitergibt, ohne es in ein elektrisches Signal umgewandelt zu haben. Die Verstärkung entsteht dabei durch stimulierte Emission, die vom zu verstärkenden Signal ausgelöst wird. Ein optischer Verstärker funktioniert also prinzipiell wie ein Laser, jedoch ohne optischen Resonator. Im Gegensatz zu regenerativen Verstärkern, arbeiten sie unabhängig von der Modulation des optischen Signals und werden daher manchmal auch als "transparent" bezeichnet. Diese Eigenschaft und die große Verstärkerbandbreite ist vor allem beim Einsatz von Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM) wichtig. Optische Verstärker werden, seitdem eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet ist, für alle weiträumigen Glasfaserverbindungen wie zum Beispiel die Transatlantikstrecken eingesetzt.

[Bearbeiten] Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA)

Die Abkürzung EDFA steht für Erbium-doped Fiber Amplifier (Erbium-dotierte Faser-Verstärker). Dabei wird eine herkömmliche Glasfaser auf einer Länge von einem bis in etwa 100 Metern mit Erbium dotiert. Dieser Faserabschnitt wird dann mit Hilfe eines Halbleiterlasers optisch gepumpt.

Typische Werte für kommerzielle EDFAs:

Betriebswellenlänge: C-Band (ca. 1530 bis 1560 nm) und L-Band (ca. 1570 bis 1600 nm).
- S-Band (unter 1480 nm) benötigt andere Dotiersubstanzen.
geringes Rauschen mit einer Rauschzahl von 3 - 6 dB
hohe Verstärkung (20 - 40 dB) und geringe Abhängigkeit von der Polarisation des Lichtsignals.
Max. optische Ausgangsleistung: 14 - 25 dBm
Interne Verstärkung: 25 - 50 dB
Verstärkungsabweichung: +/- 0,5 dB
Länge der aktiven Faser: 10 - 60 m für C-Band-EDFAs und 50 - 300 m für L-Band-EDFAs
Anzahl der Pumplaser: 1 - 6
Pumpwellenlänge: 980 nm oder 1480 nm

[Bearbeiten] Halbleiterverstärker (SOA)

Halbleiterverstärker (engl. semiconductor optical amplifier) sind wie Halbleiterlaser aufgebaut, haben jedoch an den Stirnflächen, an denen das Licht austritt, eine Anitreflexionsbeschichtung damit keine unerwünschten Resonanzeffekte entstehen. Meist werden sie mit Monomodefasern betrieben. Halbleiterverstärker sind in puncto Verstärkung, Rauschen und Polarisationsabhängigkeit den EDFAs unterlegen, jedoch ergibt sich auf Grund der guten Integrierbarkeit ein Preisvorteil.

Typische Werte:

Betriebswellenlänge: vor allem 1300 und 1500 nm (aktives Medium: InGaAsP)
Verstärkung: bis 30 dB Chip alleine und ca. 20 dB inklusive Verluste an den Kontaktflächen
Max. optische Ausgangsleistung: 5 dBm
Bandbreite: 25 nm

[Bearbeiten] Raman-Verstärker

Bei Raman-Verstärkern bedient man sich der so genannten Ramanstreuung. Bei Einstrahlung einer optischen Pumpwelle (hoher Intensität) werden in Quarzglasfasern die Photonen an den Siliciumdioxid-Molekülen gestreut. Dabei geht ein Teil der Energie in Phononen über und der Rest wird als Photonen niedrigerer Energie gestreut. Dieser Prozess findet zunächst spontan statt kann jedoch auch über die zu verstärkende Signalwelle stimuliert werden. Man spricht dann von stimulierter Ramanstreuung.

Vorteile gegenüber EDFA sind:

hohe Bandbreite: C- und L-Band gleichzeitig
Verstärkungsbereich über die Pumpwellenlänge einstellbar
die über die gesamte Faser verteilte Verstärkung führt zu besserem Signal-Rausch-Verhältnis