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Os amplificadores ópticos são parte integrante da transmissão de dados de longa distância. A característica mais marcante de um amplificador óptico é a capacidade de amplificar o sinal óptico diretamente, sem a necessidade de convertê-lo em um sinal elétrico antes da amplificação. O EDFA (Amplificador de Fibra Dopada com Érbio) é um dos diversos tipos de amplificadores ópticos que permitem a amplificação de sinais em comunicações ópticas de longa distância.
Noções básicas de amplificadores ópticos
Na transmissão a longas distâncias, o sinal óptico precisa ser amplificado diversas vezes devido às perdas causadas pela atenuação da fibra, perdas de conectividade, perdas em emendas de fibra, etc. Antes da invenção do amplificador óptico, o sinal óptico precisava ser convertido em sinal elétrico, amplificado e, em seguida, convertido novamente em sinal óptico. Esse processo era muito complexo e caro. Com o desenvolvimento do amplificador óptico, que amplifica os sinais diretamente, o processo se tornou significativamente mais barato e deu início a uma revolução na fibra óptica. Existem três tipos de amplificadores de fibra óptica: EDFA, amplificador Raman e amplificador óptico semicondutor (SOA).
O que é um amplificador EDFA?
O EDFA, ou Amplificador de Fibra Dopada com Érbio , é o amplificador óptico mais utilizado em sistemas WDM, empregando fibra dopada com érbio como meio de amplificação óptica para amplificar diretamente os sinais. O meio amplificador é uma fibra óptica de vidro dopada com íons de érbio. Essa fibra dopada com érbio amplifica a luz em comprimentos de onda próximos a 1550 nm — os comprimentos de onda ópticos que sofrem mínima atenuação em fibras ópticas. O EDFA apresenta melhor desempenho na faixa de 1530 a 1565 nm, possuindo baixo ruído e capacidade de amplificar múltiplos comprimentos de onda simultaneamente, o que o torna o amplificador de fibra preferido para a maioria das aplicações em comunicações ópticas.
Três tipos de amplificadores EDFA para conectividade DWDM
De acordo com suas funções, os EDFAs podem ser divididos em três tipos: amplificadores de reforço, amplificadores em linha e pré-amplificadores.
Amplificador Booster
Um amplificador de reforço opera no lado da transmissão do enlace, projetado para amplificar os canais de sinal que saem do transmissor até o nível necessário para serem transmitidos pela fibra óptica. Ele nem sempre é necessário em enlaces de canal único, mas é essencial em enlaces DWDM, onde o multiplexador atenua os canais de sinal. Possui alta potência de entrada, alta potência de saída e ganho óptico médio. Os tipos mais comuns são: amplificador de reforço EDFA de 20dBm de saída em banda C com 40 canais e ganho de 26dB, amplificador de reforço EDFA de 16dBm de saída em banda C com 40 canais e ganho de 14dB, entre outros.
Amplificador em linha
Um amplificador em linha é geralmente instalado em pontos intermediários ao longo do enlace de transmissão em uma rede DWDM para compensar as perdas de transmissão na fibra e outras perdas de distribuição. O amplificador de linha óptica é projetado para amplificação óptica entre dois nós de rede no enlace óptico principal. Os amplificadores em linha são instalados a cada 80-100 km para garantir que o nível do sinal óptico permaneça acima do nível de ruído. Ele apresenta características como potência de entrada média a baixa, alta potência de saída, alto ganho óptico e baixo nível de ruído.
Pré-amplificador
Um pré-amplificador opera na extremidade receptora de um enlace DWDM. Ele é usado para compensar as perdas em um demultiplexador próximo ao receptor óptico. Posicionado antes da extremidade receptora do enlace DWDM, o pré-amplificador atua para aumentar o nível do sinal antes que a fotodetecção ocorra em um sistema de ultra longa distância, melhorando assim a sensibilidade de recepção. Possui potência de entrada relativamente baixa, potência de saída média e ganho médio.
Como funciona o EDFA?
Basicamente, um EDFA consiste em um trecho de fibra dopada com érbio (EDF), um laser de bombeamento e um combinador WDM. O combinador WDM serve para combinar o sinal e o comprimento de onda do bombeamento, permitindo que se propaguem simultaneamente pela EDF. A imagem abaixo mostra um diagrama esquemático mais detalhado de um EDFA.
Princípio de funcionamento do EDFA
O sinal óptico, como um sinal de 1550 nm, entra em um amplificador EDFA. O sinal de 1550 nm é combinado com um laser de bombeamento de 980 nm por meio de um dispositivo WDM. O sinal e o laser de bombeamento passam por um trecho de fibra dopada com íons de Érbio. O sinal de 1550 nm é amplificado pela interação com os íons de Érbio. Essa ação amplifica um sinal óptico fraco para uma potência maior, aumentando a intensidade do sinal.
Por que o amplificador de fibra EDFA é essencial para o sistema DWDM?
Atualmente, o amplificador óptico EDFA surge como uma opção preferencial para amplificação de sinal em sistemas DWDM, devido ao seu baixo ruído e insensibilidade à polarização do sinal. Além disso, a implementação do EDFA é relativamente mais fácil e acessível em comparação com outros métodos de amplificação de sinal.
Vantagens
● Os EDFAs têm alta utilização de potência da bomba (>50%)
● Amplificar direta e simultaneamente uma ampla faixa de comprimentos de onda (>80nm) na região de 1550 nm, com um ganho relativamente plano.
● A planicidade pode ser melhorada por meio de filtros ópticos de equalização de ganho.
● Ganho superior a 50 dB.
● Baixo nível de ruído, adequado para aplicações de longa distância.
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