Comparación de diferentes tipos de amplificadores ópticos
El amplificador óptico es una tecnología importante para las redes de comunicación óptica. Sin la necesidad de convertirlo primero en una señal eléctrica, ahora se utilizan los amplificadores ópticos en lugar de los repetidores. Como sabemos, hay varios tipos de amplificadores ópticos. Entre ellas, las principales tecnologías de amplificación son el amplificador de fibra dopada (por ejemplo, EDFA), el amplificador óptico de semiconductor (SOA) y el amplificador de fibra Raman. Hoy vamos a estudiar y comparar diferentes tipos de amplificadores ópticos en este documento.
Antes de comparar los diferentes tipos de amplificadores ópticos, veamos más de cerca el amplificador de fibra óptica. En general, un repetidor incluye un receptor y un transmisor combinados en un paquete. El receptor convierte la energía óptica entrante en energía eléctrica. La salida eléctrica del receptor acciona la entrada eléctrica del transmisor. La salida óptica del transmisor representa una versión amplificada de la señal de entrada óptica más el ruido. Los repetidores no funcionan para redes de fibra óptica, donde muchos transmisores envían señales a muchos receptores a diferentes velocidades de bits y en diferentes formatos. Sin embargo, a diferencia de un repetidor, un amplificador óptico amplifica la señal óptica directamente sin transformación óptica eléctrica y eléctrica. Además, un amplificador óptico ideal podría admitir el funcionamiento multicanal en una banda de longitud de onda lo más amplia posible, proporcionar una ganancia plana en un gran rango de ganancia dinámica, tener una alta potencia de salida saturada, bajo ruido y una supresión efectiva de transitorios. Varios beneficios de los amplificadores ópticos como los siguientes:
Soporta cualquier velocidad de bits y formato de señal
Soporta toda la región de longitudes de onda
Aumente la capacidad de los enlaces de fibra óptica utilizando WDM
Proporcione la capacidad de todas las redes ópticas, no solo enlaces punto a punto
Bien, después de una breve introducción de los amplificadores ópticos, comenzamos formalmente el tema principal de hoy. Como hablamos anteriormente, hay tres tipos principales de la tecnología de amplificación de hoy. Cada uno de ellos tiene su propio principio de funcionamiento, características y aplicaciones. Los describiremos uno por uno en los siguientes párrafos.
Amplificador de fibra dopada (el representante típico: EDFA)
El amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA) es el amplificador de fibra óptica más utilizado, hecho principalmente de fibra dopada con erbio (EDF), fuente de luz de bomba, acopladores ópticos, aisladores ópticos, filtros ópticos y otros componentes. Entre ellos, se inserta una impureza traza en forma de ión erbio trivalente en el núcleo de sílice de la fibra óptica para alterar sus propiedades ópticas y permitir la amplificación de la señal.
Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento del EDFA es utilizar las fuentes de luz de la bomba, que con mayor frecuencia tiene una longitud de onda de alrededor de 980 nm y, a veces, de alrededor de 1450 nm, excita los iones erbio (Er3 +) en el estado 4I13 / 2 (en el caso de 980 nm bombeo a través de 4I11 / 2), desde donde pueden amplificar la luz en la región de longitud de onda de 1.5 μm a través de la emisión estimulada al colector de estado fundamental 4I15 / 2.
Ventajas y desventajas de EDFA
Ventajas
EDFA tiene una alta utilización de la potencia de la bomba (> 50%)
Amplifica directa y simultáneamente una banda de longitud de onda ancha (> 80nm) en la región de 1550nm, con una ganancia relativamente plana
La planitud se puede mejorar al aplanar los filtros ópticos
Ganancia superior a 50 dB
Figura de bajo ruido adecuada para aplicaciones de larga distancia
Desventajas
El tamaño de EDFA no es pequeño
No se puede integrar con otros deviecs semiconductores.
Amplificador óptico semiconductor (SOA)
El amplificador óptico semiconductor es un tipo de amplificador óptico que utiliza un semiconductor para proporcionar el medio de ganancia. Tienen una estructura similar a la de los diodos láser Fabry-Perot pero con elementos de diseño antirreflectante en las caras finales. A diferencia de otros amplificadores ópticos, los SOA se bombean electrónicamente (es decir, directamente a través de una corriente aplicada), y no se requiere un láser de bomba separado.
Principio de funcionamiento
1. Emisión estimulada para amplificar una señal óptica.
2. Región activa del semiconductor.
3. Corriente de inyección para bombear electrones en la banda de conducción.
4. La señal de entrada estimula la transición de los electrones a la banda de valencia para adquirir una amplificación.
Ventajas y desventajas de SOA
Ventajas
El amplificador óptico semiconductor es de pequeño tamaño y se bombea eléctricamente.
Puede ser potencialmente menos costoso que el EDFA y puede integrarse con láseres semiconductores, moduladores, etc.
Se pueden realizar los cuatro tipos de operaciones no lineales (modulación de ganancia cruzada, modulación de fase cruzada, conversión de longitud de onda y mezcla de cuatro ondas).
SOA se puede ejecutar con un láser de baja potencia. Esto se origina a partir del corto tiempo de vida del nanosegundo o menos superior, de modo que la ganancia reacciona rápidamente a los cambios de la potencia de la bomba o la señal, y los cambios de ganancia también causan cambios de fase que pueden distorsionar las señales.
Desventajas
El rendimiento de SOA todavía no es comparable con el EDFA. La SOA tiene mayor ruido, menor ganancia, dependencia moderada de la polarización y alta no linealidad con un tiempo de transición rápido.
Amplificador de fibra Raman (FRA)
El Fiber Raman Amplifier (FRA) es también un amplificador óptico relativamente maduro. En un FRA, la señal óptica se amplifica debido a la dispersión Raman estimulada (SRS). En general, FRA puede dividirse en un tipo agrupado llamado LRA y un tipo distribuido llamado DRA. El medio de ganancia de fibra del primero generalmente se encuentra a 10 km. Además, requiere una mayor potencia de bombeo, generalmente en unos pocos a una docena de vatios que pueden producir 40 dB o incluso ganancias superiores. Se utiliza principalmente para amplificar la banda de señal óptica que EDFA no puede satisfacer. El medio de ganancia de fibra del DRA suele ser más largo que el LRA, generalmente durante decenas de kilómetros, mientras que la fuente de alimentación de la bomba se reduce a cientos de megavatios. Se utiliza principalmente en el sistema de comunicación DWDM, auxiliar de EDFA para mejorar el rendimiento del sistema, inhibiendo el efecto no lineal, reduciendo la incidencia de la potencia de la señal, mejorando la relación señal a ruido y amplificando en línea.
Principio de funcionamiento
El principio de FRA se basa en el efecto Dispersión Raman Estimulada (SRS). El medio de ganancia es fibra óptica sin dopar. La energía se transfiere a la señal óptica mediante un proceso óptico no lineal conocido como efecto Raman. Un fotón incidente excita un electrón al estado virtual y la emisión estimulada se produce cuando el electrón se desexcita al estado vibracional de la molécula de vidrio. El cambio de Stokes correspondiente a la energía propia de un fonón es de aproximadamente 13.2 THz para todas las fibras ópticas.
Ventajas y desventajas de FRA
Ventajas
Amplificación de longitud de onda variable posible
Compatible con fibra SM instalada
Se puede utilizar para extender EDFAs
Puede resultar en una potencia promedio más baja en un lapso, lo que es bueno para una menor interferencia
Operación de banda ancha puede ser posible
Desventajas
Los requisitos de alta potencia de la bomba, los láseres de alta potencia de la bomba han llegado recientemente
Control de ganancia sofisticado necesario
El ruido también es un problema
Resumen
Después de hablar sobre estos tres tipos de amplificadores ópticos, hacemos una comparación de ellos en la siguiente tabla.
