Laser wzmacnia sygnał

Każdy światłowód wprowadza pewne tłumienie do przenoszonego sygnału, typowo jest to ok. 20-25 dB, co ogranicza długość pojedynczego łącza optycznego do mniej niż 100 km. Sposobem na wzmocnienie sygnału jest konwersja na postać elektryczną i z powrotem do postaci światła, ale jest to bardzo kosztowna metoda, szczególnie w systemach o zwielokrotnieniu DWDM.

O wiele tańsza jest regeneracja sygnału za pomocą wzmacniaczy optycznych EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier). Wzmacniacze te stosunkowo łatwo podnoszą poziom sygnału (nawet o 30 do 40 dB w wybranym kierunku) bez jego konwersji, przy wykorzystaniu akcji laserowej. Konstrukcja takiego wzmacniacza polega na wprowadzeniu w tor światłowodowy odcinka specjalnego światłowodu, którego włókno jest domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich, najczęściej są to sole erbu. Po oświetleniu takiego odcinka za pomocą lasera pompującego o odpowiednio dobranej długości fali (980 lub 1480 nm), atomy erbu przechodzą w stan wzbudzenia i sygnał wchodzący powoduje wyzwolenie akcji laserowej. W wyniku akcji laserowej, odcinek charakteryzuje się ujemnym tłumieniem, czyli wzmacnia sygnał. Wadą wzmacniacza wykorzystującego akcję laserową atomów erbu jest brak kompensacji dyspersji, zaletą - wzmocnienie bez konwersji na postać elektryczną.

Czasami EDFA to za mało

Gdy odcinek magistrali światłowodowej jest już stary i wykazuje się większym tłumieniem (nawet 35 dB), powszechnie stosowane wzmacniacze EDFA nie są wystarczające. Rozwiązaniem, które umożliwia eksploatację takich światłowodów są wzmacniacze wykorzystujące efekt Ramana. Urządzenie to posiada laserowe pompy wzmacniające o stosunkowo dużej mocy, oświetlające włókno w kierunku przychodzącego sygnału. Fala lasera pompującego ma mniejszą długość, rozchodząc się we włóknie razem z sygnałem, oddziałuje z atomami włókna. Fala z wiązki pompującej, po przekazaniu części swojej energii, rozchodzi się z taką samą długością fali, jak wiązka sygnałowa. Dzięki efektowi Ramana sygnał staje się silniejszy i mniej zaszumiony, jednocześnie taki wzmacniacz wpływa na zmniejszenie efektów nieliniowych. Wzmacniacze Ramana mogą współpracować ze standardowymi regeneratorami EDFA, są umieszczane w torze światłowodowym tuż przed nimi. Zaletą wzmacniaczy z efektem Ramana jest istotne zmniejszenie tłumienia produkcyjnego odcinka oraz redukcja zniekształceń nieliniowych, które są bardzo niekorzystne w DWDM.

Operatorzy mogą modernizować sieć bez wymiany światłowodów.

Wykorzystać każdy światłowód

Ważną zaletą nowoczesnych rozwiązań DWDM jest to, że potrafią one pracować także ze światłowodami o gorszej jakości, nawet jeśli odbędzie się to kosztem ograniczenia przepustowości.

Co pewien odcinek (rzędu 80 km) instaluje się urządzenia wzmacniające. Mimo ich działania, zjawiska nieliniowe mogą ograniczyć transmisję nawet przy dostatecznej mocy sygnału na wyjściu. Najważniejsze ograniczenia, które limitują zasięg lub prędkość (co może uniemożliwić transfer z prędkością 100 Gb/s, a nawet 40 Gb/s) wprowadza dyspersja polaryzacyjna.

Istnieją rozwiązania, które wykazują się większą tolerancją m.in. na dyspersję polaryzacyjną i dobrze sprawdzają się w gorszej jakości światłowodach. Po zastosowaniu kodowania DQPSK oraz odpowiednich wzmacniaczy, w przeciętnej jakości światłowodzie można osiągnąć odległości rzędu 600-800 km bez zamiany sygnałów optycznych z powrotem na elektryczne.