Amplificador óptico

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En fibra óptica, un amplificador óptico es un dispositivo que amplifica una señal óptica directamente, sin la necesidad de convertir la señal al dominio eléctrico, amplificar en eléctrico y volver a pasar a óptico.

Amplificadores de fibra dopada[editar]

Amplificadores en fibra son amplificadores ópticos que usan fibra dopada, normalmente con tierras raras. Estos amplificadores necesitan de un bombeo externo con un láser de onda continua a una frecuencia óptica ligeramente superior a la que amplifican. Típicamente, las longitudes de onda de bombeo son 980 nm o 1480 nm y para obtener los mejores resultados en cuanto a ruido se refiere, debe realizarse en la misma dirección que la señal.[1]

Un amplificador óptico es capaz de amplificar un conjunto de longitudes de onda (WDM, wavelength division multiplexing).

Amplificador de fibra dopada con Erbio (EDFA)[editar]

Diagrama esquemático de un amplificador de fibra dopada.

El amplificador de fibra dopada más común es el EDFA (del inglés, Erbium Doped Fiber Amplifier) que se basa en el dopaje con Erbio de una fibra óptica.

Algunas características típicas de los EDFAs comerciales son:

  • Frecuencia de operación: bandas C y L (aproximadamente de 1530 a 1625 nm).
    • Para el funcionamiento en banda S (por debajo de 1480 nm) son necesarios otros dopantes.
  • Bajo factor de ruido (típicamente entre 3-6 dB).
  • Ganancia entre (15-40 dB).
  • Baja sensibilidad al estado de polarización de la luz de entrada.
  • Máxima potencia de salida: 14-25 dBm.
  • Ganancia interna: 25-50 dB.
  • Variación de la ganancia: +/- 0,5 dB.
  • Longitud de fibra dopada: 10-60 m para EDFAs de banda C y 50-300 m para los de banda L.
  • Número de láseres de bombeo: 1-6.
  • Longitud de onda de bombeo: 980 nm o 1480 nm.
  • Ruido predominante: ASE (Amplified Spontaneous Emission).

El ruido ASE generado a la salida de un amplificador de este tipo se puede calcular como:

P_{ASE} = 2n_{sp}(G-1)hf\cdot B_0

donde, n_{sp} es el factor de emisión espontánea, G es la ganancia del amplificador y B_0 es el ancho de banda óptico del amplificador.

Amplificador óptico de semiconductor (Semiconductor optical amplifier, SOA)[editar]

Los amplificadores ópticos de semiconductor tienen una estructura similar a un láser Fabry-Perot salvo por la presencia de un antireflectante en los extremos. El antireflectante incluye un recubrimiento antirreflejos y una guía de onda cortada en ángulo para evitar que la estructura se comporte como un láser.

El amplificador óptico de semiconductor suele ser de pequeño tamaño y el bombeo se implementa de forma eléctrica. Podría ser menos caro que un EDFA y puede ser integrado con otros dispositivos (láseres, moduladores...).

Sin embargo, en la actualidad, las prestaciones no son tan buenas como las que presentan los EDFAs. Los SOAs presentan mayor factor de ruido, menos ganancia, sensibilidad a la polarización, son muy alineales cuando se operan a elevadas velocidades...

Su elevada no linealidad hacen atractivos los SOAs para aplicaciones de procesado como la conmutación todo óptica o la conversión de longitud de onda. También se está estudiando su uso para implementar puertas lógicas.

Para alta potencia de salida , se utilizan amplificadores ópticos con estructura cónica . El rango de longitud de onda es de 633 nm a 1480 nm[2] .

Amplificadores Raman[editar]

Estos dispositivos se basan en amplificar la señal óptica mediante el efecto Raman. A diferencia de los EDFAs y de los SOAs, los amplificadores Raman se basan en un una interacción no lineal entre la señal óptica y la señal de bombeo de alta potencia. De esta forma, la fibra convencional ya instalada puede ser usada como medio con ganancia para la amplificación Raman. Sin embargo, es mejor emplear fibras especialmente diseñadas (fibra altamente no lineal) en las que se introducen dopantes y se reduce el núcleo de la fibra para incrementar su no linealidad.

La señal de bombeo se puede acoplar a la fibra tanto en la misma dirección en la que se transmite la señal (bombeo codireccional) o en el sentido contrario (bombeo contradireccional). Es más habitual el bombeo contradireccional para evitar la amplificación de las componentes no lineales.

El máximo de ganancia se consigue 13 THz (unos 100 nm) por debajo de la longitud de onda de bombeo.

Para obtener una buena amplificación es necesario usar potencias de bombeo elevadas (de hasta 1 W y hasta 1,2 W para amplificación en banda L en fibra monomodo estándar). Normalmente se emplean más de dos diodos de bombeo. El nivel de ruido que se obtiene es bajo especialmente cuando se usa junto con EDFAs.

Referencias[editar]

  1. P. Martín-Ramos, J. Martín-Gil, P. Chamorro-Posada, Amplificadores de fibra óptica dopada con Erbio e Iterbio (EDFAs y YEDFAs). Dpto. de Teoría de la Señal e Ingeniería Telemática, y Dpto. de Ingeniería Agrícola y Forestal, Universidad de Valladolid, junio de 2010. Disponible en versión digital en la página web: http://www.scribd.com/doc/33388581/Amplificadores-de-fibra-optica-dopada-con-Erbio-e-Iterbio-EDFAs-y-YEDFAs
  2. «Amplificador Semiconductor». Hanel Photonics. Consultado el Sep 26, 2014.