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En los sistemas de comunicación por fibra óptica, un amplificador de fibra óptica es un subsistema capaz de amplificar señales ópticas. Al transformar la energía de la luz de bombeo en la energía de la luz de señal, la radiación estimulada por el láser constituye la base fundamental para el funcionamiento del amplificador óptico.
¿Qué es un amplificador óptico?
La señal óptica será amplificada por el amplificador óptico. Anteriormente, la señal de transmisión se amplificaba para lograr la conversión O/E/O, también conocida como conversión fotoeléctrica y electroóptica. La amplificación directa de la señal óptica es posible con el amplificador óptico. Los amplificadores ópticos han transformado significativamente el sector de las comunicaciones por fibra óptica desde su comercialización en la década de 1990. Un avance significativo en la tecnología de comunicaciones por fibra óptica, el exitoso desarrollo e industrialización de los amplificadores ópticos ha impulsado significativamente el avance de las redes totalmente ópticas, la tecnología de multiplexación óptica y la comunicación óptica por solitones.
Las aplicaciones de los amplificadores ópticos son numerosas e incluyen la electrónica de consumo, los sistemas de energía, la publicidad comercial, las comunicaciones por fibra óptica, la medicina y las ciencias biológicas. La investigación y el desarrollo de amplificadores de fibra óptica han incrementado aún más el ancho de banda de ganancia e impulsado el sistema de comunicación por fibra óptica hacia la alta velocidad, gran capacidad y comunicación a larga distancia, en consonancia con el rápido avance de las tecnologías de la información y la comunicación. Los amplificadores de fibra óptica tienen numerosos usos en sistemas de transmisión DWDM , televisión por cable (CATV) por fibra óptica y redes de acceso por fibra óptica gracias a su excepcional rendimiento.
Para aumentar la potencia de transmisión en un sistema de comunicación por fibra óptica, el amplificador óptico puede utilizarse como amplificador de potencia del transmisor. Además, puede utilizarse como preamplificador del receptor para aumentar la sensibilidad de recepción, el alcance de transmisión y permitir la comunicación 100% óptica. Dado que pueden amplificar varios canales simultáneamente, los amplificadores ópticos son útiles no solo en sistemas troncales de larga distancia, sino también en redes de distribución de fibra óptica, en particular en sistemas WDM.
Las siguientes son solo algunas ventajas de los amplificadores ópticos:
● Se admite cualquier velocidad de bits y formato de señal.
● Admite todo el rango de longitud de onda
● Utilice WDM para aumentar la capacidad de los enlaces de fibra óptica.
● Dar a las redes totalmente ópticas la capacidad de funcionar en lugar de sólo conexiones punto a punto.
Clasificación de los amplificadores ópticos
Los amplificadores ópticos semiconductores, los amplificadores ópticos no lineales y los amplificadores ópticos dopados con tierras raras son las tres categorías principales de tecnologías de amplificadores ópticos.
amplificador de fibra óptica
Como materiales activos para láser, se dopan iones de tierras raras (como erbio, praseodimio, tulio, etc.) en la fibra óptica. Cada dopante tiene un ancho de banda de ganancia distinto. Las bandas S, C y L están cubiertas por la amplia banda de ganancia del amplificador de fibra dopada con erbio. Los amplificadores de fibra dopada con tulio tienen una banda de ganancia de banda S, mientras que los de fibra dopada con praseodimio tienen una banda de ganancia de aproximadamente 1310 nm.
amplificador óptico Raman
Es un tipo de amplificador óptico que utiliza el efecto de dispersión Raman, el cual produce un efecto no lineal al aplicar un láser de alta potencia a la fibra. La energía se transfiere a la luz de la señal durante la dispersión continua, lo que provoca su amplificación. El hecho de que la amplificación Raman sea un proceso de amplificación dispersa es fácil de entender. Se podría decir que tiene un ancho de banda de trabajo extremadamente amplio, casi infinito. La comercialización de este amplificador óptico ya ha comenzado, pero su coste es muy elevado.
Amplificador óptico fabricado con semiconductores
Funciona de forma similar a un láser semiconductor. Posee un amplio ancho de banda de trabajo. Su fabricación es más compleja debido a su rango de ganancia ligeramente menor. La salida de este amplificador óptico es diminuta, a pesar de su practicidad. Su funcionamiento se monitoriza y controla mediante un canal de señal de monitorización, espectralmente distinto de la transmisión de datos, que puede multiplexarse con datos en un sistema de transmisión óptica WDM que utiliza un amplificador óptico en su trayectoria de transmisión.
El funcionamiento de un amplificador óptico
Un dispositivo óptico que puede aumentar la intensidad de las señales ópticas se denomina amplificador de fibra óptica. Se utiliza para amplificar señales en cables de comunicación de fibra óptica. La amplificación de relé, la preamplificación y la amplificación de potencia son las tres categorías generales en las que se divide según su ubicación y propósito dentro de la línea de fibra óptica. A diferencia del amplificador láser semiconductor convencional, el OFA elimina la necesidad de procedimientos laboriosos como la regeneración de señal, la conversión fotoeléctrica y la conversión electroóptica. Puede realizar directamente la amplificación óptica de la señal. Es especialmente adecuado para largas distancias y ofrece una buena transparencia.
La amplificación por fibra óptica es una de las soluciones recomendadas para aumentar la capacidad de las líneas de comunicación y reducir su coste. Siempre habrá pérdidas y dispersión cuando una señal óptica multiplexada por división de longitud de onda se envía a través de una fibra óptica. La energía de la señal óptica disminuye con las pérdidas, mientras que la energía del pulso óptico aumenta con la dispersión. Para mantener la transmisión, se debe instalar un repetidor a distancias específicas después de que la señal se haya amplificado y regenerado.
Un repetidor óptico/eléctrico/óptico es la solución estándar para este problema. Mediante un PIN o un APD, primero transforma la débil señal óptica que recibe en una señal eléctrica. A continuación, la amplifica, ecualiza y regenera para producir una señal eléctrica de alto rendimiento. Finalmente, utiliza un láser semiconductor para completar la conversión eléctrica/óptica antes de enviarla a la parte inferior de la fibra óptica.
El método de procesamiento y este tipo de conversión óptica/eléctrica/óptica ya no pueden satisfacer las demandas de la transmisión de telecomunicaciones contemporánea. La retransmisión eléctrica regenerativa requiere realizar cada longitud de onda individualmente, ya que la multiplexación por división de longitud de onda es una transmisión de múltiples longitudes de onda en un solo núcleo de fibra. Esto aumenta la complejidad del equipo de retransmisión eléctrica, limita la distancia de transmisión debido a la atenuación y eleva el costo. Todas las longitudes de onda en la banda pueden tener sus tiempos de fusible amplificados por el amplificador de fibra óptica, por lo que todas pueden usarse. Múltiples canales pueden recibir ganancia de un solo amplificador, y la polarización de la señal no tiene efecto en la ganancia. Tanto la diafonía como la distorsión de pulso no son posibles en sistemas de transmisión multicanal de alta velocidad. Como resultado, una parte crucial del sistema de multiplexación por división de longitud de onda es el amplificador de fibra. Actualmente, el amplificador de fibra óptica se utiliza en prácticamente todos los sistemas WDM, ya sean comerciales o de prueba.
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