Qu'est-ce qu'un amplificateur optique ?

 

L'amplificateur optique est un appareil appelé répéteur accomplissant la réamplification où le signal optique est atténué lorsqu'il voyage à travers une fibre optique dans les applications longue distance. Alors que la technologie disponible aujourd'hui élimine le besoin de répéteurs, les amplificateurs optiques sont désormais utilisés à la place des répéteurs. Un amplificateur optique peut amplifier le signal optique directement sans transformation optique électrique et électrique. L'application dominante à l'origine des amplificateurs à fibre était dans les communications par fibre optique sur de grandes distances, où les signaux doivent être amplifiés périodiquement, avec les développements de l'amplificateur optique, il existe de plus en plus de types à choisir pour les différents besoins des clients, même certains à haute puissance les amplificateurs à fibre sont maintenant utilisés dans le traitement des matériaux laser.

Conseils : Un répéteur est essentiellement un récepteur et un émetteur combinés dans un seul paquet. Le récepteur convertit l'énergie optique entrante en énergie électrique. La sortie électrique du récepteur pilote l'entrée électrique de l'émetteur. La sortie optique de l'émetteur représente une version amplifiée du signal d'entrée optique plus le bruit.

Principaux types d'amplificateurs optiques

 

Amplificateur à fibre dopée (ex. EDFA)

 

Le premier est l'amplificateur à fibre dopée. L'émission stimulée dans le milieu de gain de l'amplificateur provoque une amplification de la lumière entrante. La version la plus courante est l'amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA). L'amplificateur EDFA est généralement utilisé pour les liaisons à fibres très longues telles que le câblage sous-marin. Il utilise une fibre traitée ou "dopée" à l'erbium, qui sert de milieu d'amplification.

Les lasers de pompe fonctionnent à une longueur d'onde inférieure aux longueurs d'onde qui doivent être amplifiées. La fibre dopée est alimentée par la pompe laser. Lorsque les signaux optiques traversent cette fibre dopée, les atomes d'erbium transfèrent leur énergie au signal, augmentant ainsi l'énergie ou la force du signal lors de son passage. Avec cette technique, il est courant que le signal soit jusqu'à 50 fois ou 17 dB plus fort en quittant l'EDFA qu'il ne l'était lorsqu'il est entré. L'EDFA peut également être utilisé en série pour augmenter encore le gain du signal. Deux amplificateurs EDFA utilisés en série peuvent augmenter le signal d'entrée jusqu'à 34 dB.

Principe : un faisceau de lumière relativement puissant est mélangé au signal d'entrée à l'aide d'un coupleur sélectif en longueur d'onde. Le signal d'entrée et la lumière d'excitation doivent être à des longueurs d'onde sensiblement différentes. La lumière mixte est guidée dans une section de fibre avec des ions erbium inclus dans le noyau. Ce faisceau lumineux de haute puissance excite les ions erbium à leur état d'énergie plus élevée. Lorsque les photons appartenant au signal à une longueur d'onde différente de la lumière de pompe rencontrent les atomes d'erbium excités, les atomes d'erbium cèdent une partie de leur énergie au signal et retournent à leur état d'énergie inférieure. Un point significatif est que l'erbium cède son énergie sous forme de photons supplémentaires qui sont exactement dans la même phase et la même direction que le signal amplifié. Ainsi, le signal est amplifié uniquement dans sa direction de déplacement. Ce n'est pas inhabituel - lorsqu'un atome "lase", il abandonne toujours son énergie dans la même direction et dans la même phase que la lumière entrante. Ainsi, toute la puissance du signal supplémentaire est guidée dans le même mode de fibre que le signal entrant. Il y a généralement un isolateur placé à la sortie pour empêcher les réflexions de revenir de la fibre attachée. De telles réflexions perturbent le fonctionnement de l'amplificateur et, dans le cas extrême, peuvent amener l'amplificateur à devenir un laser. L'amplificateur dopé à l'erbium est un amplificateur à gain élevé.

Amplificateur optique à semi-conducteur (SOA)

 

L'amplificateur SOA utilise un semi-conducteur pour fournir le milieu de gain. Ces amplificateurs ont une structure similaire aux diodes laser Fabry – Pérot mais avec des éléments de conception anti-reflet aux extrémités. Les conceptions récentes incluent des revêtements antireflet et des guides d'ondes inclinés et des régions de fenêtre qui peuvent réduire la réflexion de la face d'extrémité à moins de 0,001 %. Comme cela crée une perte de puissance de la cavité supérieure au gain, cela empêche l'amplificateur d'agir comme un laser.

Les amplificateurs SOA sont généralement fabriqués à partir de semi-conducteurs composés du groupe III-V tels que GaAs / AlGaAs, InP / InGaAs, InP / InGaAsP et InP / InAlGaAs, bien que tout semi-conducteur à bande interdite directe tel que II-VI puisse éventuellement être utilisé. De tels amplificateurs sont souvent utilisés dans les systèmes de télécommunication sous la forme de composants à fibre de cochon, fonctionnant à des longueurs d'onde de signal comprises entre 0,85 µm et 1,6 µm et générant des gains allant jusqu'à 30 dB.

La non-linéarité optique élevée rend les amplificateurs SOA attractifs pour tous les traitements de signaux optiques tels que la commutation tout optique et la conversion de longueur d'onde. De nombreuses recherches ont été menées sur les amplificateurs SOA en tant qu'éléments de traitement du signal optique, de conversion de longueur d'onde, de récupération d'horloge, de démultiplexage de signal et de reconnaissance de formes.

Par rapport à EDFA : L'amplificateur SOA est de petite taille et pompé électriquement. Il peut être potentiellement moins coûteux que l'EDFA et peut être intégré à des lasers à semi-conducteurs, des modulateurs, etc. Cependant, les performances ne sont toujours pas comparables à l'EDFA. Le SOA a un bruit plus élevé, un gain plus faible, une dépendance modérée à la polarisation et une non-linéarité élevée avec un temps transitoire rapide. Le principal avantage de la SOA est que les quatre types d'opérations non linéaires (modulation de gain croisée, modulation de phase croisée, conversion de longueur d'onde et mélange à quatre ondes) peuvent être effectuées. De plus, SOA peut être exécuté avec un laser de faible puissance. Cela provient de la courte durée de vie de l'état supérieur en nanosecondes ou moins, de sorte que le gain réagit rapidement aux changements de pompe ou de puissance du signal et les changements de gain provoquent également des changements de phase qui peuvent déformer les signaux. Cette non-linéarité présente le problème le plus grave pour les applications de communication optique. Cependant, il offre la possibilité d'un gain dans différentes régions de longueur d'onde à partir de l'EDFA.

Amplificateur Raman (ex. DRAMA)

 

La diffusion par amplificateur Raman à fibre de la lumière entrante avec des phonons dans le réseau du milieu de gain produit des photons cohérents avec les photons entrants. La version la plus courante est l'amplificateur Raman multi-pompe distribué (DMRA). Cependant, contrairement aux amplificateurs EDFA, cette technique n'utilise pas de fibre dopée, juste un laser de pompage à haute puissance. Le laser fonctionne à des longueurs d'onde de 60 nm à 100 nm en dessous de la longueur d'onde souhaitée du signal. L'énergie du signal laser et les photons du signal transmis sont couplés, augmentant ainsi la puissance du signal. Le principal avantage de l'amplification Raman est sa capacité à fournir une amplification distribuée dans la fibre de transmission, augmentant ainsi la longueur des portées entre les sites d'amplification et de régénération.

Le spectre de gain Raman de la fibre optique présente un large continuum de formes en raison de la nature amorphe du matériau. La valeur de crête du coefficient de gain Raman est inversement proportionnelle à la longueur d'onde de pompage. En d'autres termes, la forme du gain Raman dépend de la longueur d'onde/fréquence. Dans l'amplificateur Raman à fibre, lorsque le signal et une pompe haute puissance sont injectés ensemble dans une fibre et que le signal se trouve dans la région de gain Raman de la pompe, le signal est amplifié.
Les amplificateurs Raman présentent des avantages fondamentaux :
Le gain Raman existe dans chaque fibre, ce qui fournit un moyen rentable de mise à niveau à partir des extrémités terminales. Le gain est non résonnant, ce qui signifie que le gain est disponible sur toute la région de transparence de la fibre allant d'environ 0,3 à 2 μm. Le spectre de gain peut être adapté en ajustant les longueurs d'onde de la pompe. Par exemple, plusieurs lignes de pompe peuvent être utilisées pour augmenter la bande passante optique, et la distribution de la pompe détermine la planéité du gain. Il s'agit d'un amplificateur à bande relativement large avec une bande passante > 5 THz, et le gain est raisonnablement plat sur une large plage de longueurs d'onde.

Cependant, un certain nombre de défis pour les amplificateurs Raman ont empêché leur adoption antérieure :
Comparés aux EDFA, les amplificateurs Raman ont une efficacité de pompage relativement faible à des puissances de signal inférieures. Bien qu'il s'agisse d'un inconvénient, ce manque d'efficacité de la pompe facilite également le serrage du gain dans les amplificateurs Raman. Les amplificateurs Raman nécessitent une fibre à gain plus long. Cependant, cet inconvénient peut être atténué en combinant le gain et la compensation de dispersion dans une seule fibre. Un troisième inconvénient des amplificateurs Raman est un temps de réponse rapide, qui donne lieu à de nouvelles sources de bruit, comme discuté plus en détail ci-dessous. Il existe des problèmes de pénalité non linéaire dans l'amplificateur pour les canaux de signal WDM.Amplificateur paramétrique à fibre optique (FOPA)

Fiber optical parametric amplifier in according with the four-wave mixing. In quantum-mechanical terms, FWM occurs when photons from one or more waves are annihilated and new photons are created at different frequencies such that the net energy and momentum are conserved during the parametric interaction. We can see it is s bandwidth of several hundred nanometers by use of silica fibers and just one or two pumps with power of the order of a few watts. Arbitrary center wavelength by changing the zero-dispersion wavelength of the fiber. It is easy to obtain large gain (pump power & fiber length). The noise of a phase-sensitive FOPA can actually approach 0 dB. Wavelength conversion is accompanied by spectral inversion. this is a quite important advantage. The Fiber optical parametric amplifier gain two pump photons annihilate themselves to produce a signal photon and an idler photon. Comparison of other optical amplifiers shown as following figure.

 

Résumé

 

Chaque technique d'amplification présente des avantages et des inconvénients. N'oubliez pas de garder à l'esprit l'amplification dans laquelle l'amplificateur est utilisé. Par exemple, si un signal nécessitait une amplification mais que le bruit était un problème, un DMRA serait probablement le meilleur choix. Si le signal devait être amplifié d'une petite quantité seulement, le SOA pourrait être le meilleur.

Toutes ces méthodes d'amplification ont un grand avantage : les amplificateurs optiques amplifient tous les signaux sur une fibre en même temps. Par conséquent, il est possible d'amplifier simultanément plusieurs longueurs d'onde. Mais il est important de garder à l'esprit que les niveaux de puissance doivent être surveillés attentivement car les amplificateurs peuvent devenir saturés, provoquant ainsi un fonctionnement incorrect.

 

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Solution EDFA de Fiber-Mart

 

EDFA est en petit volume, à faible consommation d'énergie et facile à utiliser. De plus, il est pratique d'installer toutes sortes de systèmes d'application, tels que le cadre SDH à l'intérieur, le boîtier de la machine CATV, le cadre du système DWDM. Fiber-Mart.COM fournit principalement des amplificateurs optiques EDFA, notamment CATV EDFA, SDH EDFA et DWDM EDFA. Ces trois versions sont utilisées séparément dans les réseaux CATV, SDH et DWDM.

 

satt edfa

L'amplificateur CATV est de plus en plus en mesure d'attirer l'attention avec la coexistence du réseau CATV pour la structure hybride fibre et coaxiale d'une variété de systèmes, en particulier le système centralisé frontal, la structure d'ondes lumineuses point à multipoint et le système de transmission interurbain longue distance. Pour les concepteurs de CATV, le plus souvent un réseau de distribution arborescent, l'efficacité du système est déterminée par le coût par utilisateur. Par conséquent, l'utilisation de CATV EDFA pour améliorer la puissance optique peut être l'équipement de transmission d'origine sur la base du service pour plus d'utilisateurs, réduisant ainsi le coût des unités de transmission de milliwatts. L'amplificateur optique CATV est utilisé pour augmenter la puissance de sortie de l'émetteur et prolonger la distance de transmission du signal. Il est largement utilisé pour les signaux TV, la vidéo numérique, le téléphone et la transmission longue distance de données.

Fiber-Mart fournit une puissance de sortie élevée et des amplificateurs optiques CATV EDFA à faible bruit (comme indiqué sur la figure de droite) avec une plage de puissance de sortie de 13 dBm à 23 dBm pour répondre aux exigences d'une solution haute densité pour la distribution à grande échelle de CATV à large bande signaux vidéo et de données vers des récepteurs de superposition vidéo dans un système FTTH/FTTP ou PON.

Caractéristiques de l'amplificateur optique Fiber-Mart CATV

Sadh Edfa

 

L'amplificateur SDH est un appareil permettant d'amplifier la lumière et d'étendre la distance de transmission des réseaux numériques lorsqu'il est installé dans la borne de sortie du réseau numérique. Il est conçu pour les applications de hiérarchie numérique synchrone (SDH). (Amplificateur SDH 6dB comme indiqué dans la figure suivante).

Fiber-Mart fournit des amplificateurs optiques SDH EDFA rentables et fiables (y compris EDFA-BA, EDFA-LA, EDFA-PA) pour différents types de système de transmission SDH et ils peuvent également être utilisés pour le réseau métropolitain (MAN), Gigabit Ethernet Data Network et Réseau d'accès.

 

DWDM EDFA

L'amplificateur DWDM est un composant clé du réseau DWDM. Il utilise un réglage de puissance du canal de supervision optique et étend le budget de la liaison de puissance pour les systèmes de communication DWDM longue distance. Comme la bande passante de fonctionnement de l'EDFA est de 30 nm, il peut effectuer un zoom arrière d'une pluralité de signaux optiques de longueurs d'onde différentes, et il peut donc être très facilement utilisé dans les systèmes DWDM pour compenser diverses atténuations optiques.

Avec le filtre d'aplatissement de gain (GFF), EDFA offre un gain plat constant pour les systèmes DWDM multicanaux. Le DWDM EDFA fonctionne en bande C (1528 à 1603 nm) ou en bande L (1570 à 1604 nm), intègre un pilote électrique, une télécommande, un contrôle de la température et des circuits d'alarme dans un petit boîtier. Le DWDM EDFA a assemblé jusqu'à trois lasers de pompe pour répondre aux différents niveaux de puissance de sortie requis par les systèmes DWDM et protéger la panne de la pompe.

Fiber-Mart fournit des amplificateurs optiques DWDM EDFA dans différents canaux de 40 à 80 canaux. Ces amplificateurs offrent un gain optique élevé, un faible facteur de bruit et une puissance optique à saturation élevée qui sont entièrement intégrés à divers types de système DWDM.

Caractéristiques de l'amplificateur optique DWDM Fiber-Mart

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