Pengantar

Penguat serat optik digunakan untuk memperkuat sinyal optik tanpa mengubah sinyal menjadi sinyal listrik bolak-balik. Pada artikel ini, kita akan membahas penguat serat optik, cara kerjanya dan harga pasarnya.

Apa itu Penguat Serat Optik?

Jaringan serat optik menggunakan untaian serat transparan yang dirancang khusus untuk mengirimkan sinyal sebagai pulsa cahaya. Seringkali, sinyal-sinyal ini termasuk dalam spektrum inframerah (850, 1300 dan 1550 nanometer) yang memberikan karakteristik pelemahan terendah dalam serat. Ini jatuh dalam kisaran kurang dari 0.2dB per kilometer untuk band 1550 nanometer, yang jauh lebih rendah daripada rekan listriknya. 

Namun, tidak ada sinyal yang benar-benar kebal terhadap pelemahan. Oleh karena itu, ketika sebuah sinyal berjalan melalui kabel serat optik, ia cenderung melemah dalam jarak jauh. Misalnya, ketika panjang kabel serat melebihi 10 km, kehilangan transmisi bertambah hingga jumlah yang signifikan. Ketika panjangnya menjadi jauh lebih tinggi, sinyal menjadi lebih lemah secara eksponensial.

Penguat serat optik membantu mengurangi masalah ini dengan meningkatkan sinyal saat menjadi lemah.

Penguat serat optik (juga dikenal sebagai Penguat Serat Optik) memperkuat sinyal optik tanpa mengubahnya menjadi sinyal listrik. Ini sangat penting karena jika sinyal akan diubah menjadi sinyal listrik terlebih dahulu untuk memperkuat, penundaan propagasi antara konversi optik -> listrik -> optik akan jauh lebih tinggi. Penguat serat optik melewatkan konversi perantara dan memperkuat sinyal optik secara langsung.

Ada tiga jenis utama penguat serat optik:

• EDFA (Penguat Serat Optik Doping Erbium)
• FRA (Penguat Serat Raman)
• SOA (Penguat Optik Semikonduktor)

Mari kita lihat bagaimana jenis penguat ini bekerja untuk memperkuat sinyal serat optik yang lemah.

Bagaimana Cara Kerja Penguat Serat Optik?

Mari kita mulai dengan EDFA, salah satu desain penguat serat paling awal namun lebih kuat yang digunakan hingga saat ini.

EDFA – Penguat Serat Doping Erbium

Penguat Serat Optik Erbium Doped adalah penguat serat optik yang paling umum digunakan saat ini. Mereka dapat digunakan dalam beberapa tahap jaringan serat optik sebagai

1. Penguat
2. Penguat sebaris
3. Pra-amplifier.

Saat digunakan sebagai penguat awal, EDFA ditempatkan tepat sebelum penerima. Ketika ditempatkan di tengah saluran transmisi untuk memperkuat sinyal, itu digunakan 'inline' dengan optik. EDFA yang ditempatkan tepat setelah pemancar disebut 'booter' yang meningkatkan sinyal untuk dimasukkan ke dalam tautan optik.

Amplifier EDFA bekerja dengan terlebih dahulu 'memompa' sinar laser 980nm atau 1480nm ke Erbium yang diolah ke dalam serat. Ini menggairahkan ion ke keadaan tereksitasi masing-masing 2 atau 1, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Keadaan tereksitasi 1 adalah pita yang lebih stabil oleh karena itu elektron yang tereksitasi oleh laser 980mm jatuh kembali ke keadaan tereksitasi 1 dengan memancarkan panas (tanpa foton) dan menstabilkan.

Ketika sinyal yang masuk digabungkan dengan elektron tereksitasi ini, sinyal tersebut merangsang elektron untuk masuk ke keadaan dasar dengan melepaskan energi yang tersimpan di dalamnya sebagai foton. Foton yang dipancarkan dan sinyal optik ini memiliki panjang gelombang 1550nm sehingga sinyal yang masuk diperkuat berkali-kali. Sinyal-sinyal ini disebut sinyal 'koheren' (panjang gelombang, frekuensi dan fase yang sama) yang memungkinkan amplifikasi.

Penguat Serat Raman

Amplifier Raman juga merupakan jenis penguat serat optik populer lainnya. Amplifier ini menggunakan fenomena yang disebut 'Merangsang Hamburan Raman' untuk memperkuat sinyal optik.

Media serat optik terbuat dari kisi kristal / kaca. Ketika sinyal cahaya merambat melalui media kisi seperti itu, kecepatan perjalanannya tidak linier dan dapat diamati sebagai tidak seketika. Hal ini disebabkan oleh getaran yang terjadi pada struktur kisi saat sinyal merambat.

Dengan mengeksploitasi fenomena ini, pancaran panjang gelombang yang lebih panjang (disebut gelombang Stokes), yang merupakan sinyal aktual yang akan diperkuat, dapat diperkuat dengan mengorbankan pancaran panjang gelombang yang lebih pendek. Agar sinyal dengan panjang gelombang yang lebih panjang diperkuat, sinyal lain harus memiliki polarisasi yang sama, arah yang sama, dan melewati media aktif Raman. Ini bisa berupa kristal curah, pandu gelombang atau sirkuit terpadu fotonik atau sel dengan media gas atau cair.

Gambar di bawah ini menunjukkan prinsip operasi penguat Raman.

Pompa dan berkas sinyal pada frekuensi ωp dan ωs disuntikkan ke dalam untai serat melalui penggandeng serat. Selama proses amplifikasi, foton yang dipompa melepaskan energinya untuk membuat foton lain yang energinya berkurang. Kelebihan energi diserap oleh bahan serat dalam bentuk getaran molekul. Energi getaran ini kemudian ditransfer ke sinyal asli, merambat bersama dengan pancaran pompa.

Tidak seperti amplifier yang didoping Erbium, amplifier Raman umumnya tidak memerlukan bahan yang didoping ion tanah jarang. Namun, ada serat khusus yang meningkat Keuntungan Raman yang memiliki kinerja lebih tinggi daripada serat mode tunggal biasa.

Penguat Optik Semikonduktor

Penguat optik semikonduktor menggunakan semikonduktor sebagai media penguatan untuk memperkuat sinyal optik. Pada dasarnya, SOA adalah dioda laser berpasangan serat yang cermin ujungnya diganti dengan pelapis antireflektif.

Dalam SOA, sinyal cahaya diperkuat dalam satu lintasan saat berjalan di antara dua bahan semikonduktor. Ini adalah wilayah aktif dan bertindak mirip dengan laser tetapi tanpa umpan balik dan beberapa jalur yang diperlukan di EDFA. 

SOA memiliki dua wilayah utama, aktif dan pasif. Ketika sinyal melewati daerah aktif, elektron di daerah aktif kehilangan energi (sebagai foton) dan mencapai keadaan dasar. Foton yang tereksitasi ini memiliki panjang gelombang yang sama dengan sinyal itu sendiri dan fase yang sama. Oleh karena itu, fenomena ini memperkuat sinyal asal saat meninggalkan wilayah aktif.

Penguat SOA adalah jenis penguat serat optik yang paling ekonomis karena lebih sedikit kerumitan yang terlibat dalam pembuatan.

Harga Penguat Serat Optik

Mengenai harga, biaya penguat serat optik bervariasi tergantung pada jumlah saluran dan teknologi yang digunakan. Biasanya, amplifier EDFA harganya mulai dari $400 hingga $3000. Jenis termurah, amplifier SOA harganya mulai dari $150 dan seterusnya.

Kesimpulan

Mirip dengan jaringan yang menggunakan sinyal listrik, jaringan optik juga mengalami degradasi sinyal melalui sambungan jarak jauh. Dengan penggunaan penguat optik yang tepat pada jarak yang tepat, degradasi sinyal dapat diminimalkan dan bandwidth dapat ditingkatkan pada jarak jauh.