تعریف:  تقویت کننده نوری  وسیله‌ای است که در یک سیستم ارتباطی نوری به منظور تقویت مستقیم سیگنال داده نوری بدون تغییر آن به شکل الکتریکی استفاده می‌شود .

 علت نیاز به  تقویت کننده نوری چیست ؟

استفاده از تقویت کننده ها در داخل شبکه هنگام انتقال سیگنال برای داشتن عدم از دست دادن سیگنال داده ضروری است.

هنگامی که ما در مورد یک سیستم ارتباطات نوری صحبت می ‌کنیم که در آن داده‌ها به شکل نور از طریق کابل فیبر منتقل می‌شوند، نیاز به یک واحد تقویت کننده داریم. زیرا زمانی که سیگنال از یک طرف به طرف دیگر فرستاده می‌شود، عوامل مختلف کیفیت سیگنال را کاهش می‌ دهند. به همین دلیل اغلب بازیابی اطلاعات اصلی از آن سیگنال خاص غیرممکن می‌شود.

اگر ما از یک واحد تقویت‌ کننده الکترونیکی استفاده کنیم، الزاما ً نیاز به واحدهای اضافی برای تبدیل سیگنال نوری به شکل الکتریکی و بالعکس داریم. این فرآیند تا حدی وقت گیر است و سرعت انتقال داده را کند ترمی‌کند . تقویت‌کننده‌های نوری این مشکل را رفع کرده اند . با بکارگیری تقویت ‌کننده‌های نوری در یک سیستم ارتباطی نوری امکان انتقال سیگنال به فاصله طولانی ‌تر و نرخ سریع ‌تر بدون میرایی را خواهیم داشت.

کار با تقویت کننده اصلی نوری

یک سیستم ارتباطی نوری در اصل شامل فرستنده، گیرنده و کابل فیبر است که اطلاعات را از انتها به دیگری منتقل می کند. با این حال، یک واحد اضافی، تقویت کننده نوری در بین بخش فرستنده و گیرنده قرار داده شده است تا سطح سیگنال را افزایش دهد.درست است که وقتی سیگنال از طریق کابل فیبر منتقل می شود در مقایسه با هر محیط دیگری مانند کابل کواکسیال حداقل میرایی را تجربه می کند. با این حال، در هنگام انتقال از طریق کابل فیبر، تقویت سیگنال نیز لازم است تا انتقال از راه دور داشته باشد.

شکل نشان‌داده‌شده , عملکرد تقویت یک تقویت‌کننده نوری را نشان می‌دهد :

الکترون‌های موجود در محیط فعال انرژی را از منبع پمپ دریافت می‌کنند و به سطح انرژی بالاتر جذب می‌شوند. این الکترون‌ها از طریق سیگنال نوری راه‌ اندازی می‌شوند و باعث می‌شود تا آن‌ها به سطح انرژی پایین‌ تر برگردند.

با انتشاراین برانگیختگی چندین فوتون که انرژی یکسانی دارند توسط الکترون ‌های برانگیخته شده درهنگام ساطع شدن به حالت صفر زمین بر می گردند. از این رو، یک سیگنال نوری تقویت‌ شده به دست می‌آید.

همانطور که می دانیم تقویت کننده نوری با استفاده از برانگیختگی جهت انتشار استفاده می کند که برای وقوع آن باید وارونگی جمعیتی ایجاد شود. این مکانیسم همان مکانیزم مورد استفاده در دیودهای لیزر باشد.

از آنجا که هر دو تقویت کننده نوری و دیودهای لیزر ساختار مشابهی دارند اما به دلیل عدم وجود مکانیسم بازخورد نوری، فقط سیگنال ورودی اعمال شده را می توان تقویت کرد. بنابراین ، تقویت کننده های نوری به تنهایی توانایی تولید خروجی منسجم را ندارند.

کاربرد تقویت کننده نوری چیست ؟

می توان از 3 طریق تقویت کننده های نوری را بین فرستنده و گیرنده جهت رسیدن به تقویت سیگنال مطلوب استفاده کرد.

یک بوستر یا تقویت کننده نیرو بلافاصله بعد از واحد انتقال قرار می گیرد. سطح سیگنال را قبل از اینکه سیگنال به لینک نوری برای انتقال ارایه شود، افزایش می دهد. این کار به منظور انجام انتقال از راه دور انجام می شود.

در برخی فواصل تقویت ‌کننده داخلی داخل حلقه فیبر قرار داده می‌ شود تا سیگنال پیام اصلی را از خطوط کج شده بازیابی کند. برای این کار لازم است تقویت ‌کننده‌های چند خط در مورد انتقال از راه دور ایجاد شوند.

پیش تقویت کننده معمولاً در انتهای گیرنده سیستم قرار می گیرد. سیگنال ارسالی باید به حدی باشد که به راحتی توسط گیرنده قابل تشخیص باشد. سیگنالی که مسافت بسیار زیادی را منتقل کرده است، علی رغم چندین تقویت در طول سفر، بسیار ضعیف می شود. این باعث می شود گیرنده در تشخیص سیگنال مربوطه با مشکل روبرو شود.

بنابراین، یک پیش تقویت کننده که دارای بازدهی بالایی است، قبل از ورود به واحد گیرنده توسط یک تقویت کننده تقویت می شود.

لازم به ذکر است که افزایش آمپلی فایر به شدت و طول‌ موج سیگنال نور انتقالی بستگی دارد.

طبقه بندی تقویت کننده های نوری

تقویت کننده های نوری اساساً در 3 دسته تقسیم می شوند:

تقویت کننده‌نوری نیمه هادی

تقویت کننده فیبر دوپ شده

تقویت کننده رامان

تقویت کننده نوری نیمه هادی: به اختصار SOA است و محیط فعال آن از آلیاژهای نیمه هادی از گروه III و V تشکیل شده است. که توانایی عالی برای کار در هر دو باند O همراه با باند C را دارند. آن ها یک پاسخ سریع افزایش در حدود 1 تا 100 ps دارند. سود آن با تغییر در نرخ بیت سیگنال متفاوت است.

تقویت کننده الیاف دوپ شده: به اختصار DFA گفته می شود و محیط فعال آن توسط هسته سیلیس با دوپینگ کم با عناصر خاکی کمیاب تشکیل می شود. همچنین به عنوان تقویت کننده الیاف دوپ شده زمین (اربیوم) (EDFA) شناخته می شود. عملکرد DFA به میزان ارسال و قالب سیگنال متکی نیست.

تقویت کننده نوری Raman: براساس پراکندگی Raman برانگیخته شده است . برای تقویت سیگنال، به یک کابل فیبر انتقال استاندارد نیاز دارد. نکته قابل توجه در مورد تقویت کننده Raman این است که آنها برای تقویت نیاز به مکانیسم وارون سازی جمعیت ندارند.

می توان نتیجه گرفت که یک تقویت کننده نوری کاربرد خود را برای انتقال سیگنال نوری تا چندین کیلومتر به طور گسترده ای پیدا می کند.