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Les amplificateurs optiques font partie intégrante de la transmission de données longue distance. Leur principale caractéristique réside dans leur capacité à amplifier directement le signal optique, évitant ainsi sa conversion électrique préalable. Éléments essentiels des réseaux de communication optique longue distance, les amplificateurs optiques, associés à la technologie WDM, offrent une solution pour accroître la capacité réseau requise par les systèmes de communication actuels et futurs. Cet article présente plusieurs amplificateurs optiques couramment utilisés, en présentant leurs configurations, leurs avantages et leurs inconvénients potentiels.
Notions de base sur les amplificateurs optiques
Avant d'aller plus loin, commençons par quelques notions de base sur les amplificateurs optiques. Il est généralement admis que lors de la transmission de signaux sur de longues distances (> 100 km), il est nécessaire de compenser les pertes d'atténuation dans la fibre pour garantir la qualité du signal. Cette compensation était initialement assurée par un module optoélectronique composé d'un récepteur optique, d'un système de régénération et d'égalisation, et d'un émetteur optique. Cependant, sa fonction est limitée par la conversion optique-électrique (OE) et électrique-optique (EO). De ce fait, les amplificateurs optiques ont depuis démontré leur capacité à remplacer ces dispositifs conventionnels. Les amplificateurs optiques rivalisent avec leurs prédécesseurs en éliminant les conversions OE et EO. La structure générale d'un amplificateur optique est illustrée ci-dessous.
amplificateurs optiques
Types courants d'amplificateurs optiques
Les amplificateurs optiques les plus utilisés aujourd'hui peuvent être classés en trois groupes : les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium (EDFA), les amplificateurs Raman et les amplificateurs optiques à semi-conducteurs (SOA). Chacun d'entre eux sera abordé dans la section suivante.
Amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA)
Le milieu amplificateur d'un amplificateur à fibre dopée à l'erbium est une fibre optique en verre dopée aux ions erbium. Ce milieu amplifie la lumière à des longueurs d'onde voisines de 1550 nm, longueurs d'onde optiques les moins atténuées dans les fibres optiques. L'EDFA est optimal dans la plage de 1530 à 1565 nm. Son faible bruit et sa capacité à amplifier simultanément plusieurs longueurs d'onde en font l'amplificateur de choix pour la plupart des applications de communications optiques.
amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA)
Avantages :
Les EDFA ont une utilisation élevée de la puissance de pompage (> 50 %)
Amplifie directement et simultanément une large bande de longueur d'onde (> 80 nm) dans la région de 1550 nm, avec un gain relativement plat.
La planéité peut être améliorée en utilisant des filtres optiques à gain égal.
Gain supérieur à 50 dB.
Faible facteur de bruit adapté aux applications longue distance.
Inconvénients :
Les EDFA ne sont pas petits
Il ne peut pas être intégré à d’autres dispositifs semi-conducteurs.
Amplificateur Raman
Le milieu de gain d'un amplificateur Raman est une fibre optique non dopée . La puissance est transférée au signal optique par un processus optique non linéaire appelé effet Raman. Une pompe optique fournit la puissance au gain optique. Les longueurs d'onde concernées par le gain optique sont déterminées par la longueur d'onde de la pompe optique. Il est donc possible pour un amplificateur Raman d'amplifier une longueur d'onde optique donnée en sélectionnant correctement cette longueur d'onde. Le gain optique d'un amplificateur Raman est réparti sur une longue longueur de fibre optique.
amplificateur Raman
Avantages :
Amplification de longueur d'onde variable possible
Compatible avec la fibre SM installée
Peut être utilisé pour « étendre » les EDFA
Peut entraîner une puissance moyenne inférieure sur une période donnée, ce qui est bon pour une diaphonie plus faible.
Un fonctionnement à très haut débit peut être possible
Inconvénients :
Besoins élevés en puissance de pompage, les lasers à haute puissance de pompage ne sont arrivés que récemment
Un contrôle de gain sophistiqué est nécessaire
Le bruit est également un problème
Amplificateur optique à semi-conducteur (SOA)
Les SOA utilisent généralement un semi-conducteur comme milieu de gain. Les faces d'entrée et de sortie de l'amplificateur sont traitées antireflet afin d'éviter toute rétroaction optique vers le milieu de gain et l'effet laser. Le SOA est pompé électroniquement (directement via un courant appliqué) et ne nécessite pas de laser de pompage séparé. Les SOA sont plus bruyants que les EDFA et consomment généralement moins d'énergie. Cependant, ils sont moins coûteux et s'avèrent bien adaptés aux réseaux locaux (LAN) où le coût est un facteur important.
amplificateur optique à semi-conducteur (SOA)
Avantages :
Les amplificateurs optiques à semi-conducteurs sont de petite taille et pompés électriquement.
Il est potentiellement moins cher que l'EDFA et peut être intégré à des lasers à semi-conducteurs, des modulateurs, etc.
Les quatre types d'opérations non linéaires (modulation de gain croisé, modulation de phase croisée, conversion de longueur d'onde et mélange à quatre ondes) peuvent être effectués.
Les SOA ont une conception compacte : il s'agit simplement d'une petite puce semi-conductrice avec des connexions électriques et à fibre optique.
Les puissances de sortie sont nettement plus faibles.
La bande passante de gain est plus petite, mais des dispositifs fonctionnant dans différentes régions de longueur d'onde peuvent être fabriqués.
La durée de vie de l'état supérieur et donc l'énergie stockée sont beaucoup plus petites, de sorte que le gain réagit aux changements de puissance de pompage ou de puissance du signal en quelques nanosecondes (au lieu de millisecondes).
Inconvénients :
Les performances de SOA ne peuvent toujours pas être comparées à celles d’EDFA.
Le SOA présente un bruit plus élevé, un gain plus faible, une dépendance modérée à la polarisation et une non-linéarité élevée avec un temps transitoire rapide.
Conclusion
Les amplificateurs optiques sont largement utilisés dans les réseaux optiques pour accroître la puissance et les performances des liaisons de données optiques. Cet article présente principalement trois types d'amplificateurs optiques : les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium (EDFA), les amplificateurs Raman et les amplificateurs optiques à semi-conducteurs (SOA), ainsi que leurs avantages et leurs inconvénients potentiels. Nous espérons que cela vous aidera à choisir l'amplificateur optique le mieux adapté à votre système.
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