Introducción
Los amplificadores de fibra óptica se utilizan para amplificar señales ópticas sin convertir la señal en señales eléctricas de ida y vuelta. En este artículo, vamos a hablaremos de los amplificadores de fibra óptica, su funcionamiento y su precio de mercado.
¿Qué es un amplificador de fibra óptica?
Las redes de fibra óptica utilizan filamentos de fibra transparente especialmente diseñados para transmitir señales en forma de impulsos luminosos. A menudo, estas señales caen en el espectro infrarrojo (850, 1300 y 1550 nanómetros), que ofrece las características de atenuación más bajas en la fibra. En la banda de 1550 nanómetros, la atenuación es inferior a 0,2 dB por kilómetro, muy por debajo de su homóloga eléctrica.
Sin embargo, ninguna señal es completamente inmune a la atenuación. Por eso, cuando una señal viaja por un cable de fibra óptica, tiende a debilitarse en distancias largas. Por ejemplo, cuando la longitud del cable de fibra supera los 10 km, la pérdida de transmisión se suma a una cantidad significativa. Cuando la longitud se hace mucho Por ejemplo, cuando la longitud del cable de fibra supera los 10 km, la pérdida de transmisión aumenta considerablemente.
Los amplificadores de fibra óptica ayudan a mitigar este problema reforzando la señal cuando se debilita.
Los amplificadores de fibra óptica (también conocidos como amplificadores de fibra óptica) amplifican la señal óptica sin convertirla en señal eléctrica. Esto es muy importante, ya que si la señal se convirtiera previamente en señal eléctrica para amplificarla, el retardo de propagación entre la conversión óptica -> eléctrica -> óptica sería mucho mayor. Esto es muy importante, ya que si la señal tuviera que convertirse previamente en señal eléctrica para amplificarla, el retardo de propagación entre la conversión óptica -> eléctrica -> óptica sería mucho mayor. Los amplificadores de fibra óptica se saltan las conversiones intermedias y amplifican la señal óptica directamente.
Existen tres tipos principales de amplificadores de fibra óptica.
- EDFA (Amplificador de fibra óptica dopada con erbio)
- FRA (Amplificador Raman de Fibra)
- SOA (Amplificador óptico semiconductor)
Veamos cómo funcionan estos tipos de amplificadores para amplificar una señal débil de fibra óptica.
¿Cómo funcionan los amplificadores de fibra óptica?
Empecemos por el EDFA, uno de los primeros y más robustos diseños de amplificadores de fibra que se utilizan en la actualidad.
EDFA - Amplificador de fibra dopada con erbio
Los amplificadores de fibra óptica dopada con erbio son los amplificadores de fibra óptica más utilizados en la actualidad. Pueden utilizarse en múltiples etapas de una red de fibra óptica, así como en una gran variedad de otras aplicaciones. red como
- Un refuerzo
- Amplificador en línea
- Preamplificadores.
Cuando se utiliza como preamplificador, el EDFA se coloca justo antes del receptor. Cuando se coloca en medio de una línea de transmisión para reforzar la señal, se utiliza "en línea" con la óptica. Cuando se coloca en medio de una línea de transmisión para reforzar la señal, se utiliza "en línea" con la óptica. Un EDFA colocado justo después del transmisor se denomina "booter" y refuerza la señal que se introduce en el enlace óptico.
Los amplificadores EDFA funcionan primero "bombeando" luz láser de 980 nm o 1480 nm en el Erbio dopado en las fibras. Esto excita los estados excitados 2 o 1 respectivamente, como se muestra en la imagen inferior. Esto excita los iones a los estados excitados 2 o 1 respectivamente, como se muestra en la imagen de abajo. El estado excitado 1 es la banda más estable, por lo tanto los electrones excitados por el láser de 980mm caen de nuevo al estado excitado 1 al emitir la luz láser de 980mm. El estado de excitación 1 es la banda más estable, por lo que los electrones excitados por el láser de 980 mm vuelven al estado de excitación 1 emitiendo calor (sin fotones) y estabilizándose.
Cuando una señal entrante se acopla a estos electrones excitados, la señal estimula a los electrones para que pasen al estado de reposo liberando la energía almacenada en ellos en forma de fotones. Tanto los fotones emitidos como la señal óptica tienen una longitud de onda de 1550 nm, por lo que la señal entrante se amplifica varias veces. Estas señales se denominan señales "coherentes" (misma longitud de onda, frecuencia y fase), lo que hace posible la amplificación. La amplificación es posible.
Amplificador Raman de fibra
El amplificador Raman es también otro tipo popular de amplificador de fibra óptica. Estos amplificadores utilizan un fenómeno llamado 'Dispersión Raman estimulada' para amplificar las señales ópticas.
Los medios de fibra óptica están formados por celosías de cristal/vidrio. Cuando una señal luminosa se propaga a través de un medio de celosía de este tipo, la velocidad de desplazamiento no es lineal y puede observarse que no es instantánea. Cuando una señal luminosa se propaga a través de una red de este tipo, la velocidad de propagación no es lineal y puede observarse que no es instantánea. Esto se debe a las vibraciones que se producen en la estructura de la red cuando se propaga la señal.
Aprovechando este fenómeno, se puede amplificar un haz de longitud de onda más larga (llamada onda de Stokes), que es la señal real que debe amplificarse, a expensas de un haz de longitud de onda más corta. Aprovechando este fenómeno, un haz de longitud de onda más larga (llamada onda de Stokes), que es la señal real que debe amplificarse, puede amplificarse a expensas de un haz de longitud de onda más corta. Para que la señal de longitud de onda más larga se amplifique, la otra señal debe tener la misma polarización, la misma dirección y atravesar un medio Raman activo, que puede ser un cristal, una guía de ondas o un circuito fotónico integrado o una célula con un medio gaseoso o líquido.
La siguiente imagen muestra el principio de funcionamiento de un amplificador Raman.
Los haces de bombeo y señal a frecuencias ωp y ωs se inyectan en el filamento de fibra a través de un acoplador de fibra. Durante el proceso de amplificación, un fotón bombeado libera su energía para crear otro fotón que ha reducido su energía. Durante el proceso de amplificación, un fotón bombeado libera su energía para crear otro fotón que ha reducido su energía. El material de la fibra absorbe el exceso de energía en forma de vibraciones moleculares. Esta energía de vibración se transfiere entonces a la señal original, copropagándose con el haz de bombeo.
A diferencia de los amplificadores dopados con Erbio, los amplificadores Raman generalmente no necesitan material dopado con iones de tierras raras. Sin embargo, existen fibras especiales que tienen mayor Ganancia Raman que tienen mayor rendimiento que las fibras monomodo normales.
Amplificador óptico semiconductor
Los amplificadores ópticos semiconductores utilizan semiconductores como medio de ganancia para amplificar una señal óptica. En esencia, el SOA es un diodo láser acoplado a una fibra cuyos espejos finales se han sustituido por revestimientos antirreflectantes. Esencialmente, el SOA es un diodo láser acoplado a una fibra cuyos espejos finales se han sustituido por revestimientos antirreflectantes.
En un SOA, la señal luminosa se amplifica en un solo paso cuando viaja entre dos materiales semiconductores. Ésta es la región activa y actúa de forma similar a un láser, pero sin la realimentación y los múltiples pasos necesarios en un EDFA. Esta es la región activa y actúa de forma similar a un láser, pero sin la realimentación y los múltiples pasos necesarios en un EDFA.
Las SOA tienen dos regiones primarias, activa y pasiva. Cuando la señal atraviesa la región activa, los electrones de ésta pierden energía (en forma de fotones) y alcanzan el estado de reposo. Estos fotones excitados tienen la misma longitud de onda que la propia señal y la misma fase, por lo que este fenómeno amplifica la señal de origen cuando sale de la región activa. Estos fotones excitados tienen la misma longitud de onda que la propia señal y la misma fase.
Los amplificadores SOA son el tipo más económico de amplificadores de fibra óptica debido a la menor complejidad que entraña su fabricación.
Precio del amplificador de fibra óptica
En cuanto a los precios, los amplificadores de fibra óptica varían en función del número de canales y la tecnología utilizada. Normalmente, los amplificadores EDFA cuestan de $400 a $3000. Normalmente, los amplificadores EDFA cuestan entre $400 y $3000. El tipo más barato, los amplificadores SOA cuestan a partir de $150.
Conclusión
Al igual que las redes que utilizan señales eléctricas, las redes ópticas también sufren una degradación de la señal en los enlaces de larga distancia. Con el uso del amplificador óptico adecuado a la distancia correcta, se puede minimizar la degradación de la señal y mejorar el ancho de banda en largas distancias.