Amplificador òptic

En fibra òptica, un amplificador òptic és un dispositiu que amplifica una senyal òptica directament, sense necessitat de convertir la senyal al domini elèctric, amplificar en elèctric i tornar a passar a òptic.

Amplificadors de fibra dopada

Amplificadors en fibra són amplificadors òptics que usen fibra dopada, normalment en terres rares. Estos amplificadors necessiten d'un bombeig extern en un làser d'ona contínua a una freqüència òptica llaugerament superior a la que amplifiquen. Típicament, les llongituts d'ona de bombeig són 980 nm o 1480 nm i per a obtindre els millors resultats sobre soroll es referix, deu realisar-se en la mateixa direcció que la senyal.

Un amplificador òptic és capaç d'amplificar un conjunt de llongituts d'ona (WDM, wavelength division multiplexing).

Amplificador de fibra dopada en erbi (EDFA)

Erro al crear miniatura:

Diagrama esquemàtic d'un amplificador de fibra dopada.

L'amplificador de fibra dopada més comuna és el EDFA (de l'anglés, Erbium Doped Fiber Amplifier) que es basa en el dopage en erbi d'una fibra òptica.

Algunes característiques típiques dels EDFA comercials són:

• Freqüència d'operació: bandes C i L (aproximadament de 1530 a 1625 nm).
  • Per al funcionament en banda S (per baix de 1480 nm) són necessaris atres dopantes.
• Baix factor de soroll (típicament entre 3-6 dB).
• Guany entre (15-40 dB).
• Baixa sensibilitat a l'estat de polarisació de la llum d'entrada.
• Màxima potència d'eixida: 14-25 dBm.
• Guany intern: 25-50 dB.
• Variació del guany: +/- 0,5 dB.
• Llongitut de fibra dopada: 10-60 m per a EDFAs de banda C i 50-300 m per als de banda L.
• Número de làsers de bombeig: 1-6.
• Llongitut d'ona de bombeig: 980 nm o 1480 nm.
• Soroll predominant: ASE (Amplified Spontaneous Emission).

El soroll ASE generat a l'eixida d'un amplificador d'este tipo es pot calcular com:

$P_{ASE}=2n_{sp}(G-1)hf\cdot B_0$

a on, $n_{sp}$ és el factor d'emissió espontànea, $G$ és el guany de l'amplificador i $B_0$ és l'ample de banda òptic de l'amplificador.

Les principals ventages que presenten estos dispositius són:

• El material dopante, en este cas l'erbi, fa que el sistema present una curva de guany molt ampli, en lo que el ranc de llongituts d'ona amplificades és considerablement gran. En concret, estos dispositius funcionen entre 1530 i 1565 nm (aprox.), és dir, amplifiquen llum en la 3ª finestra de transmissió de les fibres de sílice.
• L'amplificament es produïx en la pròpia fibra òptica, en lo que no hi ha a penes pèrdues d'inserció.

I els seus més destacats inconvenients són:

• La complexitat del bombeig que requerix d'un acoplador, un demultiplexor en llongitut d'ona i d'un làser semiconductor de potència elevada.
• La presència d'emissió espontànea inevitable, que pot considerar-se un tipo de soroll que se sumixca a la senyal. Esta emissió espontànea és amplificada, donant lloc al conegut com a soroll ASE (Amplified Spontenous Emissió) de l'amplificador.

Amplificador òptic de semiconductor (Semiconductor optical amplifier, SOA)

Els amplificadors òptics de semiconductor tenen una estructura similar a un làser Fabry-Perot salve per la presència d'un antireflectante en els extrems. El antireflectante inclou un recobriment antirreflejos i una guia d'ona tallada en àngul per a evitar que l'estructura es comporte com un làser. A diferència d'atres amplificadors òptics té un mig actiu constituït per un material semiconductor i un sistema de bombeig.

Les senyals d'entrada i eixida involucrades en estos dispositius són senyals òptiques que viagen directament de la fibra a l'amplificador òptic, únicament fent us d'acopladors si feren falta.

L'amplificament d'estes senyals es realisa per inversió de població a través d'una font de bombeig, en este cas per injecció de corrent elèctrica. En açò es conseguix que estiga més poblada la banda de conducció que la de valència, conseguint aixina una transmissions des d'esta banda de conducció a la de valència per a obtindre l'emissió estimulada, que bàsicament és que es genera un nou fotó en la mateixa freqüència i fase del fotó que va iniciar el procés i, en ocórrer això tindrem dos fotons idèntics, puix el primer fotó no s'extinguix, conseguint aixina l'amplificament de la senyal.

L'amplificador òptic de semiconductor sol ser de chicotet tamany i el bombeig s'implementa de forma elèctrica. Podria ser menys car que un EDFA i pot ser integrat en atres dispositius (làsers, moduladors...).

No obstant, en l'actualitat, les prestacions no són tan bones com les que presenten els EDFAs. Els SOAs presenten major factor de soroll, menys guany, sensibilitat a la polarisació, són molt alineales quan s'operen a elevades velocitats...

La seua elevada no linealitat fan atractius els SOAs per a aplicacions de processat com la conmutaació tot òptica o la conversió de llongitut d'ona. També s'està estudiant el seu us per a implementar portes llògiques.

Per a alta potència d'eixida, s'utilisen amplificadors òptics en estructura cònica. El ranc de llongitut d'ona és de 633 nm a 1480 nm.