¿Qué es un amplificador óptico?

 

El amplificador óptico es un dispositivo denominado repetidor que realiza la reamplificación donde la señal óptica se atenúa cuando viaja a través de una fibra óptica en aplicaciones de larga distancia. Si bien la tecnología disponible en la actualidad elimina la necesidad de repetidores, ahora se utilizan amplificadores ópticos en lugar de repetidores. Un amplificador óptico puede amplificar la señal óptica directamente sin transformación óptica eléctrica y eléctrica. Originalmente, la aplicación dominante de los amplificadores de fibra era en las comunicaciones de fibra óptica a larga distancia, donde las señales deben amplificarse periódicamente. Los amplificadores de fibra ahora se utilizan en el procesamiento de materiales con láser.

Consejos: un repetidor es básicamente un receptor y un transmisor combinados en un solo 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 ruido.

Tipos principales de amplificadores ópticos

 

Amplificador de fibra dopada (por ejemplo, EDFA)

 

El primero es el amplificador de fibra dopada. La emisión estimulada en el medio de ganancia del amplificador provoca la amplificación de la luz entrante. La versión más común es el amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA). El amplificador EDFA generalmente se usa para enlaces de fibra muy largos, como el cableado submarino. Utiliza una fibra que ha sido tratada o "dopada" con erbio, y este se utiliza como medio de amplificación.

Los láseres de bombeo funcionan a una longitud 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 las señales ópticas pasan 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 al salir del EDFA que cuando entró. EDFA también se puede utilizar en serie para aumentar aún más la ganancia de la señal. Dos amplificadores EDFA usados en serie pueden aumentar la señal de entrada hasta 34dB.

Principio: un haz de luz de potencia relativamente alta se mezcla con la señal de entrada utilizando un acoplador selectivo de longitud de onda. La señal de entrada y la luz de excitación deben estar en longitudes de onda significativamente diferentes. La luz mixta se guía hacia una sección de fibra con iones de erbio incluidos en el núcleo. Este rayo de luz de alta potencia excita los iones de erbio a su estado de mayor energía. Cuando los fotones que pertenecen a la señal en una longitud de onda diferente de la luz de la bomba se encuentran con los átomos de erbio excitados, los átomos de erbio ceden parte de su energía a la señal y regresan a su estado de menor energía. Un punto significativo es que el erbio cede su energía en forma de fotones adicionales que están exactamente en la misma fase y dirección que la señal que se amplifica. Entonces, la señal se amplifica solo a lo largo de su dirección de viaje. Esto no es inusual: cuando un átomo "lásea", siempre cede su energía en la misma dirección y fase que la luz entrante. Por lo tanto, toda la potencia de la señal adicional se guía en el mismo modo de fibra que la señal entrante. Por lo general, hay un aislador colocado en la salida para evitar que los reflejos regresen de la fibra conectada. Dichos reflejos interrumpen el funcionamiento del amplificador y, en el caso extremo, pueden hacer que el amplificador se convierta en un láser. El amplificador dopado con erbio es un amplificador de alta ganancia.

 

Amplificador óptico de semiconductores (SOA)

 

El amplificador SOA utiliza un semiconductor para proporcionar el medio de ganancia. Estos amplificadores tienen una estructura similar a los diodos láser Fabry-Pérot pero con elementos de diseño antirreflectante en las caras de los extremos. Los diseños recientes incluyen revestimientos antirreflectantes y guías de ondas inclinadas y regiones de ventana que pueden reducir el reflejo de la cara final a menos del 0,001 %. Dado que esto crea una pérdida de potencia de la cavidad que es mayor que la ganancia, evita que el amplificador actúe como un láser.

Los amplificadores SOA generalmente se fabrican con semiconductores compuestos del grupo III-V, como GaAs/AlGaAs, InP/InGaAs, InP/InGaAsP e InP/InAlGaAs, aunque es posible que se utilice cualquier semiconductor de banda prohibida directa, como II-VI. Dichos amplificadores se utilizan a menudo en sistemas de telecomunicaciones en forma de componentes trenzados de fibra, que funcionan con longitudes de onda de señal entre 0,85 µm y 1,6 µm y generan ganancias de hasta 30 dB.

La alta no linealidad óptica hace que los amplificadores SOA sean atractivos para todo el procesamiento de señales ópticas, como la conmutación totalmente óptica y la conversión de longitud de onda. Ha habido mucha investigación sobre los amplificadores SOA como elementos para el procesamiento de señales ópticas, conversión de longitud de onda, recuperación de reloj, demultiplexación de señales y reconocimiento de patrones.

Comparado con EDFA: El amplificador SOA es de pequeño tamaño y bombeado eléctricamente. Puede ser potencialmente menos costoso que el EDFA y puede integrarse con láseres semiconductores, moduladores, etc. Sin embargo, el rendimiento aún no es comparable con el EDFA. La SOA tiene mayor ruido, menor ganancia, dependencia de polarización moderada y alta no linealidad con tiempo transitorio rápido. La principal ventaja de SOA es que se pueden realizar los cuatro tipos de operaciones no lineales (modulación de ganancia cruzada, modulación de fase cruzada, conversión de longitud de onda y mezcla de cuatro ondas). Además, SOA se puede ejecutar con un láser de baja potencia. Esto se origina en el corto tiempo de vida del estado superior de nanosegundos o menos, de modo que la ganancia reacciona rápidamente a los cambios de bombeo o potencia de la señal y los cambios de ganancia también provocan cambios de fase que pueden distorsionar las señales. Esta no linealidad presenta el problema más grave para las aplicaciones de comunicación óptica. Sin embargo, proporciona la posibilidad de ganancia en diferentes regiones de longitud de onda del EDFA.

 

Amplificador Raman (por ejemplo, DRAMA)

 

La dispersión del amplificador Raman de fibra de la luz entrante con fonones en la red del medio de ganancia produce fotones coherentes con los fotones entrantes. La versión más común es el amplificador Raman multibomba distribuido (DMRA). Sin embargo, a diferencia de los amplificadores EDFA, esta técnica no utiliza fibra dopada, solo un láser de bombeo de alta potencia. 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. La principal ventaja de la amplificación Raman es su capacidad para proporcionar amplificación distribuida dentro de la fibra de transmisión, lo que aumenta la longitud de los tramos entre el amplificador y los sitios de regeneración.

El espectro de ganancia Raman de la fibra óptica exhibe formas amplias y continuas debido a la naturaleza amorfa del material. El valor máximo del coeficiente de ganancia Raman es inversamente proporcional a la longitud de onda de la bomba. En otras palabras, la forma de ganancia Raman depende de la longitud de onda/frecuencia. En el amplificador Fiber Raman, cuando la señal y una bomba de alta potencia se inyectan juntas en una fibra, y la señal está dentro de la región de ganancia Raman de la bomba, la señal se amplifica.
Los amplificadores Raman tienen algunas ventajas fundamentales:
La ganancia Raman existe en cada fibra, lo que proporciona un medio rentable de actualización desde los extremos del terminal. La ganancia no es resonante, lo que significa que la ganancia está disponible en toda la región de transparencia de la fibra, desde aproximadamente 0,3 a 2 μm. El espectro de ganancia se puede adaptar ajustando las longitudes de onda de la bomba. Por ejemplo, se pueden usar varias líneas de bombeo para aumentar el ancho de banda óptico, y la distribución de bombeo determina la uniformidad de la ganancia. Es un amplificador de banda relativamente ancha con un ancho de banda > 5 THz y la ganancia es razonablemente uniforme en un amplio rango de longitudes de onda.

Sin embargo, una serie de desafíos para los amplificadores Raman impidieron su adopción anterior:
En comparación con los EDFA, los amplificadores Raman tienen una eficiencia de bombeo relativamente baja con potencias de señal más bajas. Aunque es una desventaja, esta falta de eficiencia de la bomba también facilita la sujeción de ganancia en los amplificadores Raman. Los amplificadores Raman requieren una fibra de mayor ganancia. Sin embargo, esta desventaja se puede mitigar combinando la ganancia y la compensación de dispersión en una sola fibra. Una tercera desventaja de los amplificadores Raman es un tiempo de respuesta rápido, que da lugar a nuevas fuentes de ruido, como se analiza más adelante. Existen preocupaciones de penalización no lineal en el amplificador para los canales de señal WDM.

Amplificador paramétrico de fibra óptica (FOPA)

Amplificador paramétrico de fibra óptica de acuerdo con la mezcla de cuatro ondas. En términos de mecánica cuántica, FWM ocurre cuando los fotones de una o más ondas se aniquilan y se crean nuevos fotones a diferentes frecuencias, de modo que la energía neta y el momento se conservan durante la interacción paramétrica. Podemos ver su ancho de banda de varios cientos de nanómetros mediante el uso de fibras de sílice y solo una o dos bombas con una potencia del orden de unos pocos vatios. Longitud de onda central arbitraria cambiando la longitud de onda de dispersión cero de la fibra. Es fácil obtener una gran ganancia (potencia de bombeo y longitud de fibra). El ruido de un FOPA sensible a la fase puede acercarse a 0 dB. La conversión de longitud de onda va acompañada de inversión espectral. esta es una ventaja bastante importante. El amplificador paramétrico de fibra óptica gana dos fotones de bomba que se aniquilan para producir un fotón de señal y un fotón inactivo. Comparación de otros amplificadores ópticos que se muestran en la siguiente figura.

 

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 necesita amplificación pero el ruido es un problema, lo más probable es que un DMRA sea la mejor opción. Si la señal necesita ser amplificada solo una pequeña cantidad, la SOA podría ser la 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. Pero es importante tener en cuenta que los niveles de potencia deben ser monitoreados cuidadosamente porque los amplificadores pueden saturarse, provocando así un funcionamiento incorrecto.

 

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Solución EDFA de Fiber-Mart

 

EDFA es de pequeño volumen, bajo consumo de energía y fácil de usar. Además, es conveniente instalar todo tipo de sistemas de aplicación, como el marco SDH en el interior, la caja de la máquina CATV, el marco del sistema DWDM. Fiber-Mart.COM proporciona principalmente amplificadores ópticos EDFA, incluidos CATV EDFA, SDH EDFA y DWDM EDFA. Estas tres versiones se utilizan indistintamente en redes CATV, SDH y DWDM.

satt edfa

El amplificador CATV es cada vez más capaz de llamar la atención con la coexistencia de la red CATV para fibra híbrida y estructura coaxial de una variedad de sistemas, especialmente el sistema centralizado frontal, la estructura de onda de luz punto a multipunto y el sistema de transmisión troncal de larga distancia. Para los diseñadores de CATV, más comúnmente la red de distribución de árboles, la eficiencia del sistema está determinada por el costo por usuario. Por lo tanto, el uso de CATV EDFA para mejorar la potencia óptica puede ser el equipo de transmisión original sobre la base del servicio para más usuarios, lo que reduce el costo de las unidades transmisoras de milivatios. El amplificador óptico CATV se utiliza para aumentar la potencia de salida del transmisor y prolongar la distancia de transmisión de la señal. Se aplica ampliamente para señales de TV, video digital, teléfono y transmisión de datos de larga distancia.

Fiber-Mart proporciona amplificadores ópticos CATV EDFA de alta potencia de salida y bajo nivel de ruido (como se muestra en la figura de la derecha) con un rango de potencia de salida de 13 dBm a 23 dBm para cumplir con los requisitos de una solución de alta densidad para la distribución a gran escala de CATV de banda ancha. señales de vídeo y datos a receptores superpuestos de vídeo en un sistema FTTH/FTTP o PON.

Características del amplificador óptico CATV de Fiber-Mart

Figura de bajo ruido y alta ganancia Aislador óptico de entrada y salida Interfaz de monitoreo flexible Adoptando diodo láser de bomba de alta calidad y fibra óptica dopada con erbio Bastidor estándar y fácil de instalar y mantener Control de potencia automático avanzado y circuito de control de temperatura automático para garantizar el rendimiento 13- Potencia de salida de 23 dBm Interfaz de comunicación RS232/RJ45 opcional Fuente de alimentación conmutada de alta eficiencia Interfaz RS232/485 opcional para supervisión y control remotos

SDH EDFA


El amplificador SDH es un dispositivo para amplificar la luz y extender la distancia de transmisión de las redes digitales cuando se instala en la terminal de salida de la red digital. Está diseñado para aplicaciones de jerarquía digital síncrona (SDH). (Amplificador SDH de 6dB como se muestra en la siguiente figura).

Fiber-Mart proporciona amplificadores ópticos SDH EDFA rentables y confiables (incluidos EDFA-BA, EDFA-LA, EDFA-PA) para varios tipos de sistemas de transmisión SDH y también se pueden usar para la red de área metropolitana (MAN), la red de datos Gigabit Ethernet y Red de acceso.


Características del amplificador óptico Fiber-Mart SDH

Bajo nivel de ruido y típico es inferior a 4,5 dB Montaje en rack de 1U de 19 pulgadas de ancho El rango de longitud de onda de entrada es de 1200 nm a 1650 nm Admite entrada de señal multimodo Alta estabilidad y confiabilidad con MTBF de más de 150 000 horas Intercambio en caliente para administración de red y red perfecta para agentes administración Incluye interfaces Ethernet, RS-485 y RS-232 Admite telnet y administración de red SNMP estándar La potencia de salida es ajustable por panel o administración de red AGC/APC de alta precisión y la precisión es de ±0,05 dB Circuito ATC de alta precisión y la precisión del control de temperatura es inferior a ±0,1 ℃ Con un sistema de control de temperatura inteligente que reduce el consumo de energía y la radiación caliente un 30 % más que los productos comunes OEM disponible compatible con BellcoreGR-1312-CORE

DWDM EDFA

El amplificador DWDM es un componente clave en la red DWDM. Utiliza un ajuste de potencia del canal de supervisión óptica y amplía el presupuesto del enlace de potencia para los sistemas de comunicación DWDM de larga distancia. Dado que el ancho de banda operativo del EDFA tiene 30 nm, puede retroceder una pluralidad de señales ópticas de diferentes longitudes de onda y, por lo tanto, puede usarse muy convenientemente en sistemas DWDM para compensar diversas atenuaciones ópticas.

Con filtro de aplanamiento de ganancia (GFF), EDFA ofrece ganancia plana constante para sistemas DWDM multicanal. El DWDM EDFA funciona en banda C (1528 a 1603nm) o banda L (1570 a 1604nm), integra controlador eléctrico, control remoto, control de temperatura y circuitos de alarma, todo junto en un paquete pequeño. El DWDM EDFA ha ensamblado hasta tres bombas láser para cumplir con los diferentes niveles de potencia de salida requeridos por los sistemas DWDM y proteger la bomba en caso de falla.

Fiber-Mart proporciona amplificadores ópticos DWDM EDFA en diferentes canales de 40 a 80 canales. Estos amplificadores ofrecen alta ganancia óptica, baja figura de ruido y potencia óptica de alta saturación que están completamente integrados con varios tipos de sistemas DWDM.

Características del amplificador óptico Fiber-Mart DWDM

Figura de bajo ruido con 4.5dB típicos y alta planitud con 1dB típicos Cubre toda la banda C y transporta 40 u 80 canales Módulo de alimentación de intercambio en caliente de redundancia con 110/220 V CA y 48 V CC se puede conectar la mezcla Las interfaces de red perfectas incluyen Ethernet, RS-485 y RS- Puerto 232 Admite gestión de red telnet y SNMP La ganancia puede ajustarse por red y manualmente Circuito AGC y ATC de alta precisión Potencia de salida de alta saturación Mecánica y estructura de circuito flexibles (incluido el módulo, bastidor 1U y estructuras de bloque de ganancia) OEM disponible Compatible con Telecordia GR- 1312-NÚCLEO

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