Optiline võimendi

Optiline võimendi on seade, mis võimendab optilist signaali otse, ilma seda vahepeal elektrisignaaliks muundamata. Võimendus põhineb stimuleeritud kiirgusel, mille võimendatav signaal käivitab. Optiline võimendi on laser oma kõige elementaarsemal kujul ilma optilise resonaatorita.
Suur ribalaius on teinud selle võimendi eriti oluliseks lainepikkusjaotusega multipleksimisel. Suure töökindluse tõttu kasutatakse optilisi võimendeid kõigis kiudoptilistes kaugühendusvõrkudes (näiteks transatlantilised kaablid).
Enamik optilisi võimendeid kiirgab ka spontaanselt footoneid, mis seejärel samuti võimenduvad. Selle soovimatu nähtusega tekitatud ebaühtlane ja polariseerimata kiirgus on üks teguritest, mis piirab võimendusastmete arvu suurendamist.
Signaali koguvõimsuse ja müra võimsuse suhet signaali sagedusel väikese ribalaiuse korral (tavaliselt 0,1 nm) nimetatakse optiliseks signaali-müra suhteks (OSNR) ja seda väljendatakse detsibellides ribalaiuse suhtes (nt dB/0,1 nm).
Optiliste võimendite tüüpidest on kõige laiemalt kasutusel erbiumiga dopeeritud võimendi.
Erbiumdopeeritud kiudvõimendi (EDFA).
Erbiumiga dopeeritud kiudvõimendites (ingl "erbium-doped fiber amplifier") dopeeritakse optiline kiud tavaline ühe kuni umbes 100 meetri meetri pikkuses erbiumiga ja seejärel seda kiuosa pumbatakse optiliselt pooljuhtlaserit kasutades.
Kommertslike EDFAde tüüpilised parameetrid:
Erbiumiga dopeeritud kiudoptilise võimendi töötas esmakordselt välja 1987. aastal Southamptoni Ülikooli töörühm, mida juhtis David N. Payne. ja mida demonstreeriti Belli Laboratoriumides (Emmanuel Desurvire jt). EDFAde abil saavutati läbimurre optilise signaali edastamisel väga pikkade vahemaade taha.
Pooljuhtlaservõimendi.
Pooljuhtlaservõimendi on ülesehituselt samasugune kui pooljuhtlaser, kuid selle otspinnal, kust valgus väljub, on peegeldusvastane kate, mis hoia ära soovimatuid resonantse. Tavaliselt toimivad nad monomoodkiududena.
Pooljuhtlaservõimendid jäävad EDFAdele alla võimenduse, müra ja polarisatsioonisõltuvuse poolest, kuid neil on hea integreeritavuse tõttu hinnaeelis. Häälestatavates laserites ITLA ("Integrated Tunable Laser Assembly") on pooljuhtvõimendid integreeritud ühisesse korpusesse, et saavutada suurem väljundvõimsus.
Erinevalt kiudvõimenditest muutub pooljuhtvõimendites ergastus väga kiiresti, nii et mitme signaali samaaegsel võimendamisel ilmneb vastastikune mõju. Mitme signaali korraga võimendamisel võib see põhjustada soovimatut ülekostvust, kuid seda saab ka kiireks optiliseks ümberlülitamiseks või optiliseks sagedusmuundamiseks ära kasutada.
Tüüpilised parameetrid:
Teadusuuringute valdkondades, nagu laserjahutus, Bose-Einsteini kondensaat ja laserspektroskoopia, kus vajatakse suurt optilist jõudlust, on kasutusel trapetsstruktuuriga pooljuhtlaservõimendi. Trapetsikujuline sektsioon on vajalik võimsustiheduse vähendamiseks väljundpoolel.
Tüüpilised parameetrid:
Ramani võimendi.
Ramani võimendid kasutavad nn Ramani hajumist. Kui optilise pumba suure intensiivsusega laine kiiratakse kvartsklaaskiusse, hakkavad footonid ränidioksiidi molekulidel hajuma. Osa nende energiast muundub foononiteks ja ülejäänu hajub madalama energiaga footonitena. See protsess toimub esialgu spontaanselt, kuid seda saab stimuleerida võimendatava signaalilaine kaudu. Seda nähtust nimetatakse siis stimuleeritud Ramani hajumiseks.
Eelised EDFA ees on järgmised:
Seda tööpõhimõtet demonstreerisid Erich P. Ippen ja Rogers H. Stolen juba 1973. aastal. Signaali edastamise eelist pikkadel vahemaadel püüti rakendada 1980. aastatel, kuid EDFA viivitas esialgu selle laiemat kasutuselevõttu; läbimurre toimus alles 1990. aastatel.