<h2></h2>
<p>
Každý EDFA zosilňovaÄ pridáva šum k optickému vláknu, pokiaľ
zosilňovacia úroveň dosahuje veľkých hodnôt, prispieva ku vzniku
nelineárnych efektov. Preto sú pre 40 Gbit/s technológiu vyžadované
EDFA s nízkou hodnotou šumu. Alternatívnym riešením je spojenie
Ramanových a EDFA zosilňovaÄov. Ale práve vysoké vybudenie jadra
optického vlákna spôsobuje „vysilenie“ optického vlákna a to potom už
nie je schopné dosahovať väÄšie prenosové rýchlosti. EDFA s nízkym
výkonom v spojení s Ramanovými zosilňovaÄmi dávajú lepší pomer OSNR
(Optical Signal to Noise Ration).<br />
Existencia Äisto optických zosilňovaÄov prináša aj jednu významnú
prednosť oproti optoelektrickej regenerácií. Ide o prípad, keÄ musí byť
celé zariadenie prispôsobené používanému priebehu signálu, aby ho mohlo
regenerovať. Potom je pri zmene priebehu prenášaného signálu
regenerátory vhodne upraviť. Naproti tomu pri regenerácií v Äiste
optickej oblasti, je jeho priebeh irelevantný.<br />
Ďalším veľmi významným rozdielom je použitie technológie WDM. Pri
prenášaní viac „farieb“ svetla súÄasne, by si všeobecne každá z nich
vyžadovala samostatnú regeneráciu, ale takto môžu byť zosilnené
spoloÄne.</p>
<h3>
EDFA (Erbiom dopovaní optický zosilňovaÄ - Erbium Doped Fiber Amplifier)</h3>
<p>
Existuje niekoľko pásiem (vlnových dĺžok), ktoré sú vhodné pre
nasadenie optických zosilňovaÄov. OznaÄujú sa S, C, L pásma (Short,
Conventional, Long band). Toto nám znázorňuje nasledujúci obrázok.</p>
<p align="center">
<img src="graf_tab/image1.jpg" border="0" alt="Vyu�iteln� zosilnovacie p�smo" title="Vyu�iteln� zosilnovacie p�smo" /></p>
<p>
Koncom osemdesiatych rokov sa zaÄali používať prvé optické riešenia v
podobe EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier). EDFA pracuje iba v C pásme
(1530 – 1565 nm). V novom L pásme (1570 – 1610 nm) dokážeme lepšie
využiť EDFA, ale technologicky toto pásmo ešte nie je dostatoÄne
zvládnuté. Laboratórne pokusy sa zatiaľ vykonali len v Bell Labs.</p>
<h4>
Princíp EDFA zosilňovaÄov</h4>
<p>
KeÄ ožiarime Erbium intenzívnym svetlom, prejdú niektoré elektróny do
metastabilnej pozície s vyššími energetickými hladinami („nabitie“). Ak
na takto nadopované Erbium dopadne fotón, dôjde k reťazovej reakcií
elektrónov na nestabilných hladinách, priÄom sa po vypnutí zdroja
vrátia do stabilnej hladiny. Pritom vyžiaria naakumulovanú energiu vo
forme emitovaných fotónov s rovnakou vlnovou dĺžkou a fázou akú mal
pôvodný fotón. Tento princíp nám ozrejmuje Obrázok 4.21. Vstupný signál
na vlnovej dĺžke 1550 nm je „vylepšený“ nasledovne. Po vybudení prvou
pumpou na vlnovej dĺžke ï€ <span style="font-size: 12pt; line-height: 150%; font-family: Symbol;">l</span><sub><span style="font-size: 12pt; line-height: 150%; font-family: Century Schoolbook CE;">1</span></sub>
= 980 nm a následne (po 1 <span style="font-size: 12pt; line-height: 150%; font-family: Symbol;">m</span>s
) druhou na vlnovej dĺžke
<span style="font-size: 12pt; line-height: 150%; font-family: Symbol;">l</span><sub><span style="font-size: 12pt; line-height: 150%; font-family: Century Schoolbook CE;">2</span></sub>
= 1480 nm dostaneme energiu na vlnovej dĺžke 1530 – 1560 nm po dobu
10ms.</p>
<p align="center">
<img src="images/image2.jpg" border="0" alt="Trojstavov� energetick� model optick�ho zosilnenia pre EDFA" title="Trojstavov� energetick� model optick�ho zosilnenia pre EDFA" /></p>
<p>
Celkový princíp EDFA zosilňovaÄa nám ozrejmuje Obrázok 4.22. Signál
vstupujúci do zosilňovaÄa je oddelený pomocou ISO (Optický izolátor -
Optical Isolator) na vstupe aj na výstupe. Celý efekt zosilnenia sa
deje na špeciálne dopovanom optickom vlákne EDF (Erbium Doped Fiber).
Dĺžka tohto vlákna nie je zatiaľ stanovená matematicky. Momentálne sa
na urÄenie dĺžky používajú laboratórne testy.</p>
<p align="center">
<img src="schemy/image3.jpg" border="0" alt="Princ�p EDFA" title="Princ�p EDFA" /></p>
<h3>
Ramanove zosilňovaÄe</h3>
<p>
Pracujú podobne ako EDFA v C pásme, aj keÄ sú schopné pracovať vo
všetkých. Využiteľná šírka pásma v tomto okne je RAMAN je 1520 – 1620
nm pri viac ako 0,5dB zosilnení. Hlavne výhodou RAMANOVÃCH zosilňovaÄov
je, že na efekt zosilnenia nepotrebujú používať špeciálne upravené
vlákno ako zosilňovací element ako EDFA.</p>
<p>
Ramanové zosilňovaÄe majú niekoľko výhod:</p>
<ul>
<li>Nie je potreba vkladania nejakého zosilňovaÄa uprostred vlákna,
Äo má za následok zníženie celkového šumu,</li>
<li>Pri implementácií spätnej pumpy, sú síce dosiahnuteľné nižšie
výkonové zisky, Äo redukuje silu nelineárnych efektov a umožňuje
dosiahnuť maximálne zosilnenie. Pri použití doprednej pumpy, prípadnej
kombinácií s EDFA sa silne prejavuje zosilnenie nelineárnych efektov a
slabé zosilnenie Ramanovým zosilňovaÄom,</li>
<li>Ramanové zosilňovaÄe môžu byť použite aj pre S pásmo, no EDFA
nie, kvôli ich zosilňovacím charakteristikám.</li>
</ul>
<h4>
Princíp Ramanových zosilňovaÄov</h4>
<p>
Využíva SRS efektu (Stimulated Raman Scattering), ktorý bol v roku 1928
objavený Sir Chandrasekhara Ramanom. V kryštáloch, amorfných keramikách
a oxide kremiÄitom, ktorých štruktúra pozostáva z viac ako jedného
atómu, môžu byť vibrácie v kvantovej mriežke rozdelené do dvoch
kategórií.<br />
1) atómy kremíka a kyslíka kmitajú vo fáze,<br />
2) atómy kremíka a kyslíka kmitajú vo fáze posunutej o <span style="font-size: 12pt; line-height: 150%; font-family: Symbol;">p</span>
- oproti sebe.</p>
<p>
Kvantizované vibrácie sa oznaÄujú fonóny – sú dva druhy akustické a
optické. V materiále, ktorý má iónové väzby (ako kremík), je optický
fonón asociovaný s elektrickým poľom, ktorého vlnová dĺžka je Äasto vo
viditeľnej Äasti spektra, odtiaľ vyplýva aj názov. Interakcia fotónu a
akustického fonónu sa oznaÄuje „Bril-louin scattering“. V oboch
prípadoch ale fotón uvolní energiu, ktorá vytvorí jeden alebo viac
fonónov z rozdielnou energiou a rýchlosťou pohybu. Energia fonónu je
veľmi veľká v porovnaní s obrovským rozsahom možných vlnových posunutí
fotónu. Tento proces je veľmi rýchly, rádovo femto sekundy. Na Obrázok
je zaznaÄený princíp práce Ramanovho zosilňovaÄa.</p>
<p align="center">
<img src="images/image4.jpg" border="0" alt="Princ�p pr�ce Ramanovho zosilnovaca" title="Princ�p pr�ce Ramanovho zosilnovaca" /></p>
<p>
Pumpovanie svetla do vlákien je realizované ako zosilňovaÄe na
jednotlivých koncoch prenosu. Terajšie merania ukazujú, že je možné
dosiahnuť zlepšenia od 600km <span style="font-size: 12pt; line-height: 150%; font-family: Symbol;">Þ</span>
3000 km. Táto dĺžka závisí od technológií (ktoré sú v pozadí), na
ktorých je použitý RAMANOV zosilňovaÄ. Čo znamená asi 2.5 násobné
predĺženie vzdialenosti, pri 13dB RAMANOVOM zosilňovaÄi. Na plné
využitie vlastností tohto zosilňovaÄa je potrebné zohľadniť ešte dve
veci. A to sklon nábehovej (resp. dobežnej) hrany signálu tzv. slope –
disperziu a manažment zosilnenia. Pri dodržaný týchto základných
predpokladov je možné dosiahnuť na existujúcich vedenia, pri použití
DWDM až 40Gbit/s prenosovú rýchlosť. Bez týchto zosilňovaÄov, nie je
možné efektívne a ekonomicky využívať vlákna na väÄšie vzdialenosti ako
100km.</p>
<h4>
PolovodiÄové optické zosilňovaÄe (SOA)</h4>
<p>
Fungujú na podobnom princípe ako obyÄajné lasery – optický signál je
zosilnený stimulovaným vyžarovaním svetla. Majú viac-menej podobnú
štruktúru – skladajú sa z dvoch špeciálne tvarovaných dosiek, na
ktorých povrchu je vrstva polovodiÄa a medzi týmito doskami je
materiál, tvoriaci tzv. aktívnu vrstvu. Týmto zariadením preteká
elektrický prúd tak, aby vybudil elektróny na vyššiu valenÄnú vrstvu a
tieto potom pri návrate do nevybudeného stavu vyžiaria fotón. <br />
Oproti bežným laserom majú však SOA dva významné rozdiely. Pri
lase-roch chceme mať konce Äo najviac reflexné, aby sa svetlo odrážalo
dozadu a dopredu v rámci dutiny. Pri SOA však potrebujeme dostať svetlo
priamo do dutiny a hneÄ potom von - nechceme aby sa svetlo odrážalo
späť do dutiny. To znamená, že na koncoch nesmú byť reflexné plochy.
Druhý rozdiel je v tom, že pri laseroch chceme, aby sa von dostalo len
svetlo jednej vlnovej dĺžky, zatiaľ Äo pri SOA sa snažíme zosilniť
svetlo pre Äo najviacej vlnových dĺžok – signály v optických sieťach
môžu mať veľa vlnových dĺžok a všetky potrebujeme zosilniť v rovnakom
Äase.<br />
Vybudené elektróny v polovodiÄi sú stimulované prichádzajúcim optickým
signálom tak, že sa vracajú do nevybudeného stavu. Vyžiaria pritom
fotón ktorého vlnová dĺžka je rovnaká ako fotónu, ktorý elektrón
stimuloval k návratu. Takto sa vlastne signál zosilnil, pretože na
zaÄiatku bol jeden fotón, po stimulácii sú už dva. Tieto môžu, poÄas
cesty zosilňovacím zariadením, spôsobiť Äalšie stimulácie, až napokon
opustia zariadenie ako zosilnený signál.<br />
PolovodiÄové zosilňovaÄe v súÄasnosti nemajú až také zosilnenie v
oblasti 1550 nm ako erbiom dopované zosilňovaÄe (EDFA). Ich využitie je
v systémoch pracujúcich v oblasti 1300 nm. V skutoÄnosti, s rastom
dopytu po systémoch pracujúcich s viac vlnovými dĺžkami, novšie systémy
môžu používať obe 1300 aj 1550 nm oblasti a tu môžu hrať polovodiÄové
zosilňovaÄe hrať kľúÄovú úlohu.</p>
<p align="center">
<img src="images/image5.jpg" border="0" alt="Princ�p optick�ho polovodicov�ho zosilnovaca" title="Princ�p optick�ho polovodicov�ho zosilnovaca" /> </p>