Amplificadores ópticos pasivos: EDFA, SOA y RFA
A medida que las señales ópticas viajan a través de una fibra óptica, se atenúan. En aplicaciones de larga distancia, la señal se atenúa hasta el punto donde se requiere una re-amplificación. Tradicionalmente, un dispositivo comúnmente conocido como repetidor logró esta reamplificación.
Un repetidor es básicamente un receptor y un transmisor combinados en un paquete. El receptor convierte la energía óptica entrante en energía eléctrica. La salida eléctrica del receptor impulsa la entrada eléctrica del transmisor. La salida óptica del transmisor representa una versión amplificada de la señal de entrada óptica más el ruido.
La tecnología disponible hoy en día elimina la necesidad de repetidores. Los amplificadores ópticos pasivos ahora se utilizan en lugar de repetidores. Un amplificador óptico pasivo amplifica la señal directamente sin la necesidad de conversión de óptico a eléctrico y de eléctrico a óptico. Existen varios amplificadores ópticos diferentes para amplificar pasivamente una señal óptica: amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA), amplificador óptico de semiconductores (SOA) y amplificador de fibra Raman (RFA), todos los cuales utilizan una técnica llamada bombeo láser.
EDFA
El amplificador EDFA se usa generalmente para enlaces de fibra muy largos, como el cableado submarino. Los EDFA usan una fibra que ha sido tratada o "dopada" con erbio, y esta se usa como medio de amplificación. Los láseres de la bomba funcionan a longitudes de onda por debajo de las longitudes de onda que se van a amplificar. La fibra dopada se energiza con la bomba láser. A medida que la señal óptica pasa a través de esta fibra dopada, los átomos de erbio transfieren su energía a la señal, aumentando así la energía o la fuerza de la señal a medida que pasa. Con esta técnica, es común que la señal sea hasta 50 veces o 17dB más fuerte dejando el EDFA de lo que era cuando entró.
Aquí hay un ejemplo de un EDFA. Los EDFA también se pueden usar en serie para aumentar aún más la ganancia de la señal. Dos EDFA utilizados en serie pueden aumentar la señal de entrada hasta 34dB.
SOA
El amplificador SOA utiliza una técnica similar a la de EDFA pero sin dopar la fibra óptica. A diferencia del EDFA, que se energiza con una bomba láser, el SOA se energiza con corriente eléctrica. Los SOA utilizan una guía de onda óptica y un semiconductor de banda prohibida directa que es básicamente un láser Fabry-Pérot para inyectar energía de luz en la señal, como se muestra en la figura a continuación. Esta técnica, sin embargo, no ofrece la alta amplificación que hacen los EDFA. Las SOA se usan típicamente en enlaces de fibra más cortos, como las redes de área metropolitana (MAN).
Un problema con las SOA es que la ganancia es muy difícil de controlar. Al utilizar la técnica de semiconductores y una guía de onda, la señal puede agotar la ganancia de una señal a otra longitud de onda. Esto puede introducir diafonía entre canales al permitir que la señal a una longitud de onda module a otra.
RFA
El amplificador RFA utiliza una técnica llamada amplificación Raman, que es un método que utiliza láser de bomba para donar energía a la señal para la amplificación. Sin embargo, a diferencia de los EDFA, esta técnica no utiliza fibra dopada, solo un láser de bombeo de alta potencia, como se muestra en la figura a continuación. El láser funciona a longitudes de onda de 60 nm a 100 nm por debajo de la longitud de onda deseada de la señal. La energía de la señal láser y los fotones de la señal transmitida se acoplan, lo que aumenta la intensidad de la señal. Los RFA no se amplifican tanto como los EDFA, pero tienen la ventaja de que generan mucho menos ruido. Ver los detalles del producto aquí: Amplificador Raman
Estos amplificadores ópticos se pueden combinar para aprovechar sus características de amplificación. En algunos casos, los RFA y los EDFA se combinan en enlaces de fibra de larga distancia para garantizar una alta amplificación y niveles de ruido reducidos.
En resumen, cada técnica de amplificación tiene ventajas y desventajas. Recuerde tener en cuenta la amplificación en la que se está utilizando el amplificador. Por ejemplo, si una señal necesitara amplificación pero el ruido fuera un problema, un amplificador RFA probablemente sería la mejor opción. Si la señal necesita ser amplificada por una pequeña cantidad, el amplificador SOA podría ser el mejor.
Todos estos métodos de amplificación tienen una gran ventaja: los amplificadores ópticos amplificarán todas las señales en una fibra al mismo tiempo. Por lo tanto, es posible amplificar simultáneamente múltiples longitudes de onda (por ejemplo, el EDFA DWDM es un tipo de amplificador WDM utilizado para amplificar múltiples longitudes de onda en sistemas DWDM). Pero es importante tener en cuenta que los niveles de potencia deben ser monitoreados cuidadosamente porque los amplificadores pueden saturarse, causando así una operación incorrecta.