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Amplificadores ópticos atuam como parte integrante da transmissão de dados de longa distância. A característica mais proeminente dos amplificadores ópticos é que o dispositivo pode amplificar o sinal óptico diretamente, o que elimina a necessidade de converter o sinal em um sinal elétrico antes da amplificação. Como um facilitador crítico de redes de comunicação óptica em longas distâncias, os amplificadores ópticos, juntamente com a tecnologia WDM, fornecem um caminho para aumentar a capacidade de rede exigida pelos sistemas de comunicação atuais e futuros. Este artigo ilustra diversos amplificadores ópticos comumente utilizados, sob a perspectiva de suas configurações, vantagens e possíveis desvantagens.
Noções básicas de amplificadores ópticos
Antes de prosseguirmos, vamos primeiro entender algumas informações básicas sobre amplificadores ópticos. É geralmente aceito que, ao transmitir sinais por longas distâncias (> 100 km), é necessário compensar as perdas de atenuação dentro da fibra para garantir a qualidade do sinal. Isso era inicialmente realizado por um módulo optoeletrônico composto por um receptor óptico, um sistema de regeneração e equalização e um transmissor óptico. No entanto, sua função é limitada pela conversão de óptico para elétrico (OE) e de elétrico para óptico (EO). Por esse motivo, os amplificadores ópticos têm demonstrado substituir esses dispositivos convencionais. Os amplificadores ópticos rivalizam com seus equivalentes anteriores, eliminando a necessidade de conversões OE e EO. A forma geral de um amplificador óptico é mostrada abaixo.
amplificadores ópticos
Tipos comuns de amplificadores ópticos
Os amplificadores ópticos amplamente utilizados hoje podem ser divididos em três grupos: amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA), amplificador Raman e amplificador óptico semicondutor (SOA). Cada um deles será discutido na seção a seguir.
Amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA)
O meio de amplificação do amplificador de fibra dopada com érbio é uma fibra óptica de vidro dopada com íons de érbio. O meio de ganho óptico de vidro dopado com érbio amplifica a luz em comprimentos de onda próximos a 1550 nm — os comprimentos de onda ópticos que sofrem atenuação mínima em fibras ópticas. O EDFA funciona melhor na faixa de 1530 a 1565 nm, possui baixo ruído e pode amplificar vários comprimentos de onda simultaneamente, tornando-o o amplificador preferido para a maioria das aplicações em comunicações ópticas.
amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA)
Vantagens:
Os EDFAs têm alta utilização de energia da bomba (>50%)
Amplifique direta e simultaneamente uma ampla faixa de comprimento de onda (> 80 nm) na região de 1550 nm, com um ganho relativamente plano.
A planura pode ser melhorada por filtros ópticos de achatamento de ganho.
Ganho superior a 50 dB.
Baixo nível de ruído, adequado para aplicações de longa distância.
Desvantagens:
Os EDFAs não são pequenos
Não pode ser integrado com outros dispositivos semicondutores.
Amplificador Raman
O meio de ganho do amplificador Raman é uma fibra óptica não dopada . A potência é transferida para o sinal óptico por um processo óptico não linear conhecido como efeito Raman. Uma bomba óptica fornece a potência para o ganho óptico. Os comprimentos de onda que experimentam ganho óptico são determinados pelo comprimento de onda da bomba óptica. Portanto, é possível para um amplificador Raman amplificar um determinado comprimento de onda óptico através da seleção adequada do comprimento de onda da bomba. O ganho óptico em um amplificador Raman é distribuído por um longo trecho de fibra óptica.
amplificador raman
Vantagens:
Amplificação de comprimento de onda variável possível
Compatível com fibra SM instalada
Pode ser usado para “estender” EDFAs
Pode resultar em uma potência média menor em um intervalo, bom para menor diafonia.
A operação de banda larga pode ser possível
Desvantagens:
Requisitos de alta potência de bomba, lasers de alta potência de bomba chegaram apenas recentemente
Controle de ganho sofisticado necessário
O ruído também é um problema
Amplificador Óptico Semicondutor (SOA)
SOAs geralmente utilizam um semicondutor como meio de ganho. As faces de entrada e saída do amplificador possuem revestimento antirreflexo para evitar realimentação óptica para o meio de ganho e o laser. SOA é bombeado eletronicamente (diretamente por meio de uma corrente aplicada) e não necessita de um laser de bombeamento separado. SOAs são mais ruidosas que EDFAs e geralmente consomem menos energia. No entanto, são mais baratas e estão se mostrando adequadas para uso em redes locais (LAN), onde o custo é importante.
amplificador óptico semicondutor (SOA)
Vantagens:
Os amplificadores ópticos semicondutores são de tamanho pequeno e bombeados eletricamente.
Ele é potencialmente mais barato que o EDFA e pode ser integrado com lasers semicondutores, moduladores, etc.
Todos os quatro tipos de operações não lineares (modulação de ganho cruzado, modulação de fase cruzada, conversão de comprimento de onda e mistura de quatro ondas) podem ser conduzidas.
SOAs têm design compacto — apenas um pequeno chip semicondutor com conexões elétricas e de fibra.
As potências de saída são significativamente menores.
A largura de banda de ganho é menor, mas é possível fabricar dispositivos operando em diferentes regiões de comprimento de onda.
A vida útil do estado superior e, portanto, a energia armazenada são muito menores, de modo que o ganho reage às mudanças na potência da bomba ou na potência do sinal em nanossegundos (em vez de milissegundos).
Desvantagens:
O desempenho do SOA ainda não pode ser comparado ao do EDFA.
SOA tem maior ruído, menor ganho, dependência moderada de polarização e alta não linearidade com tempo transitório rápido.
Conclusão
Amplificadores ópticos são amplamente utilizados em redes ópticas para aumentar a potência e aprimorar o desempenho de enlaces de dados ópticos. Este artigo apresenta principalmente três tipos de amplificadores ópticos: amplificadores de fibra dopada com érbio (EDFAs), amplificadores Raman e amplificadores ópticos semicondutores (SOAs), incluindo suas vantagens e possíveis desvantagens. Esperamos que este artigo possa ajudar na escolha do amplificador óptico mais adequado ao seu sistema.
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