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Definición
El amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA) es el primer amplificador óptico exitoso inventado por la Universidad de Southampton (Reino Unido) y la Universidad JP Tohoku. Es uno de los inventos más importantes en la comunicación óptica. La fibra óptica dopada con erbio incorpora una pequeña cantidad de ion erbio (Er), un elemento de tierras raras. Este elemento es el núcleo del EDFA. Desde finales de la década de 1980, la investigación sobre EDFA ha logrado avances significativos de forma continua. A medida que la tecnología WDM aumenta considerablemente la capacidad de la comunicación óptica, se convierte en el amplificador óptico más utilizado en la comunicación por fibra óptica.
Principio
El EDFA está constituido por un período de fibra dopada con erbio (aproximadamente 10-30 m) y una fuente de luz de bombeo. La emisión estimulada de la fibra dopada con erbio bajo la acción de la fuente de luz de bombeo (longitud de onda de 980 nm o 1480 nm) y la radiación de la luz varía con el cambio de la señal óptica de entrada, lo que equivale a la amplificación de la señal óptica de entrada. Estudios han demostrado que los amplificadores de fibra dopada con erbio suelen obtener una ganancia de 15-40 dB, y la distancia de transmisión puede aumentarse con respecto a la original a más de 100 km. Entonces, ¿por qué los científicos utilizaron fibra dopada con erbio para aumentar la intensidad de la luz? Sabemos que el erbio es un tipo de tierras raras, y que estas tierras raras tienen características estructurales especiales. A lo largo de los años, se ha utilizado el método de dopar tierras raras en dispositivos ópticos para mejorar el rendimiento de los sistemas ópticos, por lo que esto no es un factor accidental. Además, ¿por qué se elige una longitud de onda de la fuente de bombeo de 980 nm o 1480 nm? De hecho, las longitudes de onda de la fuente de bombeo podrían ser de 520 nm, 650 nm, 980 nm y 1480 nm. Sin embargo, la práctica ha demostrado que la eficiencia del láser de la fuente de bombeo de 1480 nm es la más alta, seguida de la de 980 nm.
Ventajas
La principal ventaja de EDFA es una alta ganancia, un amplio ancho de banda, alta potencia de salida, alta eficiencia de bombeo, baja pérdida de inserción y no es sensible al estado de polarización.
- Su área de amplificación coincide con el área de mínima pérdida de la fibra monomodo. Esto reduce la pérdida de transmisión de la señal luminosa, que puede transmitirse a distancias relativamente largas.
- Es transparente al formato de la señal digital y a la velocidad de los datos.
- Su ancho de banda de amplificación es tan amplio que se pueden transmitir decenas o incluso cientos de canales en la misma fibra.
- Tiene una figura de ruido baja, cercana al límite cuántico, lo que significa que se pueden conectar en cascada múltiples amplificadores.
- Su tiempo de recuperación de saturación de ganancia es largo y tiene una diafonía muy pequeña entre los respectivos canales.
Aplicaciones
Cuando se utiliza EDFA en aplicaciones de sistemas de comunicación digital óptica convencionales, podemos ahorrar una gran cantidad de repetidores ópticos y también se puede aumentar significativamente la retransmisión de distancia, lo que es de gran importancia para los sistemas de canalización de cables de fibra óptica de larga distancia.
Las principales aplicaciones incluyen:
- Puede utilizarse como amplificador de distancia óptica. Los repetidores electrónicos tradicionales de fibra óptica presentan numerosas limitaciones. Por ejemplo, al convertir señales digitales y analógicas, el repetidor debe cambiarse según corresponda. El repetidor cambia cuando el dispositivo cambia de baja a alta velocidad; solo transmite la misma longitud de onda de la señal óptica, lo que resulta en una estructura compleja y costosa. Los amplificadores de fibra dopada con erbio superan estas deficiencias: no requieren modificaciones con la señal, ni para la expansión del equipo ni para la multiplexación por división de longitud de onda óptica.
- Se puede utilizar para el amplificador del transmisor y el preamplificador del receptor óptico. Para la parte trasera del amplificador del transmisor óptico, la potencia de transmisión del láser se incrementa de 0dB a +10dB. El preamplificador del receptor óptico, la sensibilidad también se puede mejorar considerablemente. Por lo tanto, solo la línea de 1-2 amplificadores dopados con erbio, la distancia de transmisión de la señal se puede aumentar a 100-200km. Además, el problema del amplificador de fibra dopada con erbio a resolver, las ventajas únicas del amplificador de fibra dopada con erbio han sido reconocidas por todo el mundo y se utilizan más ampliamente. Sin embargo, el amplificador de fibra dopada con erbio también tiene algunas limitaciones. Por ejemplo, en la comunicación de larga distancia no se puede perder el canal, los contactos comerciales de cada estación son más difíciles, no es fácil encontrar fallas, la vida útil de la fuente de luz de bombeo no es larga, a medida que la tecnología de comunicación por fibra óptica continúa progresando, estos problemas se resolverán satisfactoriamente.
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