Los amplificadores ópticos han revolucionado las comunicaciones de fibra óptica de larga distancia

- Mar 14, 2019-

Los amplificadores ópticos han revolucionado las comunicaciones de fibra óptica de larga distancia


En situaciones en las que el problema principal es la pérdida, los amplificadores ópticos pueden usarse para amplificar las señales sin conversión en el dominio eléctrico. Tales amplificadores ópticos han revolucionado verdaderamente las comunicaciones de fibra óptica a larga distancia.

El propósito de un amplificador óptico es restaurar el nivel de potencia de la señal, reducido debido a pérdidas durante la propagación, sin ninguna conversión óptica a eléctrica. La mayoría de los amplificadores ópticos amplifican la luz incidente a través de la emisión estimulada, el mismo mecanismo que se utiliza en los láseres, pero sin el mecanismo de retroalimentación. El ingrediente principal es la ganancia óptica realizada a través del bombeo del amplificador (eléctrico u óptico) para lograr la inversión de la población. La ganancia óptica, en general, no es solo una función de la frecuencia, sino también una función de la intensidad del haz local. La siguiente figura muestra el principio del amplificador óptico.

Principio del amplificador óptico

En comparación con los regeneradores electrónicos, los amplificadores ópticos no necesitan ningún circuito electrónico de alta velocidad, son transparentes a la velocidad de bits y al formato y, lo más importante, pueden amplificar múltiples señales ópticas a diferentes longitudes de onda simultáneamente. Por lo tanto, su desarrollo ha dado paso al tremendo crecimiento de la capacidad de comunicación utilizando la Multiplexación por división de longitud de onda (WDM) en la que múltiples longitudes de onda que transportan señales independientes se propagan a través de la misma fibra monomodo, multiplicando así la capacidad del enlace. A diferencia de los regeneradores electrónicos, el amplificador WDM no compensa la dispersión acumulada en el enlace y también agrega ruido a la señal óptica.

Los amplificadores ópticos tienen un gran impacto en los sistemas de transmisión de fibra óptica. Pueden compensar la pérdida de líneas de transmisión de fibra óptica, reduciendo así el número de repetidores eléctricos. Una ventaja económica importante es la capacidad de amplificar simultáneamente varias señales WDM. En una línea de transmisión de larga distancia (que se muestra en la figura a continuación), los amplificadores ópticos, indicados por triángulos sólidos, se usan como amplificadores de refuerzo en el transmisor, amplificadores en línea y preamplificadores en el receptor. El amplificador en línea se llama repetidor 1R. Por lo general, se inserta un repetidor 1R cada 80-100 km en sistemas de transmisión de largo recorrido. Un EDFA se usa más comúnmente para el amplificador en la banda convencional (banda C) de la región espectral 1530-1565 nm. Esto se debe a que la transición del estado metaestable al estado fundamental de un EDFA cae en la banda C. Haga clic para ver los detalles del producto de la EDFA de banda C. Cada vez que la señal pasa a través del amplificador óptico, el ruido del amplificador se acumula, lo que resulta en la degradación de la relación de ruido de señal (SNR). Por lo tanto, después de algunos pases de los repetidores 1R, la señal óptica es regenerada por un repetidor eléctrico 3R que tiene las tres funciones de remodelación, reajuste y regeneración.

Hasta ahora se han introducido varios tipos de amplificadores ópticos: amplificador óptico de semiconductores (SOA), amplificador de fibra Raman (RFA), amplificador de fibra dopada de tierras raras (EDFA dopado con erbio que funciona a 1500 nm y FDFA dopado con praseodimio que funciona a 1300 nm ) y amplificador óptico paramétrico (OPA). Las principales bandas amplificadoras de EDFA son la banda C (1535-1565 nm) y la banda L (1570-1610 nm); sin embargo, ha habido informes de extender el rango operativo de EDFA a la banda S (1460-1530 nm). Por otro lado, los RFA se pueden hacer funcionar en cualquier banda. Están disponibles SOA capaces de operar en diferentes bandas. Las OPA usan la no linealidad para amplificar una señal y pueden hacerse funcionar en cualquier banda.

Hoy en día, la mayoría de los sistemas de comunicación de fibra óptica utilizan EDFA debido a sus ventajas en términos de ancho de banda, salida de alta potencia y características de ruido. Las RFA y SOA también se están volviendo importantes en muchas aplicaciones. El trabajo sobre OPA ha demostrado que es posible lograr la amplificación de banda ancha con cifras de muy bajo nivel de ruido.


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