Todo lo que debe saber sobre EDFA

¿Qué es un amplificador óptico?

El amplificador óptico se utiliza para proporcionar ganancia a las señales ópticas. El núcleo del amplificador óptico es el medio de ganancia. El amplificador de fibra óptica se bombea para lograr la inversión de población y la ganancia. La ganancia generalmente está asociada con el medio de ganancia, la fuente de bombeo y la señal de entrada. La función de la fuente de bombeo es hacer que el medio de ganancia se active para producir la inversión de población. Y la señal genera emisión estimulada a través del medio de ganancia activado para finalmente lograr la amplificación. A continuación se muestra una estructura básica de un amplificador óptico:

Estructura básica de un amplificador óptico

Los tipos típicos de amplificadores ópticos incluyen los tres tipos siguientes.

Tipos de amplificador óptico

• Amplificador óptico semiconductor(SOA)

• Amplificador de fibra dopada con erbio(EDFA)

• Amplificador de fibra Raman(RFA). 

El amplificador óptico aporta un salto cualitativo a la tecnología de comunicación por fibra óptica. Con la rápida aplicación comercial de los amplificadores ópticos, la tecnología WDM alcanzó un alto grado de madurez. La combinación del amplificador óptico y la tecnología WDM puede realizar de forma flexible y cómoda la ampliación de capacidad del sistema de comunicación óptica sin un gran coste. 

El amplificador EDFA es actualmente el tipo más ampliamente comercializado debido a su excelente rendimiento, pero también tiene limitaciones, como su ancho de banda estrecho, que limita la búsqueda de alta banda ancha y amplificación totalmente óptica. Por ello, los amplificadores RFA, como amplificadores totalmente ópticos, también se consideran prometedores para el futuro. A continuación, este artículo ofrecerá una introducción detallada al amplificador EDFA más comercializado.

¿Qué es un EDFA?

Como se mencionó anteriormente, EDFA es un tipo de amplificador óptico, cuyas siglas corresponden a Erbium-Doped Fiber Amplifier. El amplificador EDFA es una de las mayores invenciones en la comunicación por fibra óptica, ya que aumenta considerablemente la capacidad de la comunicación por fibra óptica. EDFA se utiliza normalmente en sistemas de comunicación por fibra óptica de larga distancia para realizar amplificación óptica y reducir la atenuación óptica.

Estructura EDFA

La siguiente figura muestra la estructura básica de EDFA.

Diagrama de estructura de EDFA

Un EDFA típico amplificador consta principalmente de los siguientes componentes:

• Fibra dopada con erbio: Núcleo del EDFA. Se fabrica dopando el elemento de tierras raras erbio en fibra óptica de cuarzo. 

• Láser de bombeo: Se utiliza para elevar la energía del Erbio. Se ha demostrado que la longitud de onda de 1480nm funciona mejor, seguida de la longitud de onda de 980nm.

• Aislador: Se utiliza para evitar que las señales ópticas se reflejen y garantizar que el amplificador óptico funcione de manera estable.

• Acoplador: Se utiliza para acoplar luces ópticas y luces de bombeo en fibra dopada con erbio.

• Filtro óptico: Filtro óptico de banda estrecha con un ancho de banda de 1 nm. Se utiliza para eliminar la luz de emisión espontánea del EDFA amplificador para reducir el ruido de EDFA.

Cómo funciona el amplificador de fibra EDFA

Un EDFA se compone principalmente de fibra dopada con erbio (10~30 metros) y del láser de bombeo (longitud de onda de 980nm o 1480nm). Tras ser estimulada por el láser de bombeo, la fibra dopada con erbio entra en un estado metaestable de alta excitación y genera emisión estimulada, para amplificar así las señales ópticas de entrada. En general, un EDFA puede obtener una ganancia de 15-40dB, y la distancia de retransmisión puede extenderse a más de 100km.

Preguntas sobre EDFA que pueden interesarle

1. ¿Por qué el amplificador de fibra dopada con Er es el más utilizado? ¿Qué iones de tierras raras también se pueden utilizar en la óptica amplificador ¿excepto Erbium?

Además del amplificador de fibra dopada con Er, también existen amplificadores de fibra dopada con Pr y con Tm.

• EDFA (amplificador de fibra dopada con erbio) funciona a una longitud de onda de 1550nm.

• PDFA (amplificador de fibra dopada con Pr) funciona a una longitud de onda de 1300nm.

• TDFA (amplificador de fibra dopada con Tm) funciona a una longitud de onda de 1400nm.

La longitud de onda de funcionamiento de EDFA es exactamente la ventana de mínima pérdida de la comunicación óptica, que es una de las razones por las que EDFA se utiliza más ampliamente.

2. ¿Por qué se eligen 980nm y 1480nm como fuente de bombeo?

Las longitudes de onda de la fuente pueden ser 520nm, 650nm, 980nm y 1480nm, pero la práctica ha demostrado que la eficiencia de bombeo de 980nm y 1480nm es mayor que la de las demás. La eficiencia de bombeo del EDFA bombeado a 1480nm es mayor que la de 980nm. Sin embargo, la fuente de bombeo de 980nm tiene una figura de ruido más baja, por lo que si necesita un mejor rendimiento de ruido, se recomienda más 980nm.

Ventajas de EDFA 

El amplificador EDFA es el amplificador óptico más utilizado, que tiene muchas ventajas como las siguientes:

• Funciona en la ventana de pérdida mínima de la comunicación óptica. EDFA funciona a una longitud de onda de 1550nm, que coincide exactamente con la ventana de atenuación mínima de la fibra monomodo.

• Alta eficiencia de acoplamiento. La pérdida de acoplamiento de EDFA y la fibra de transmisión es muy baja, incluso inferior a 0.1dB.

• Figura de ruido baja. 4~7dB.

• Alta ganancia. 20~40dB

• Alta potencia de salida: el bombeo bidireccional puede alcanzar hasta 20dBm.

• Amplio ancho de banda de frecuencia. El ancho de banda de frecuencia de 20~40nm a 1550nm admite la amplificación simultánea de señales de múltiples trayectos.

• Baja potencia de bombeo requerida. Solo alrededor de 10mW.

• Estructura de fibra completa. Totalmente compatible con el sistema de comunicación de fibra óptica.

• Alta estabilidad. La ganancia de EDFA es insensible a la temperatura e independiente de la polarización.

Aplicación EDFA: EDFA + WDM

Dado que el amplificador EDFA tiene muchas ventajas, como se mencionó anteriormente, se ha utilizado ampliamente en muchas aplicaciones, como las siguientes:

Aplicaciones de EDFA:

• Sistema WDM

• Comunicación por solitones ópticos

• Red de distribución 

En los últimos años, la combinación de la tecnología WDM ((Wavelength Division Multiplexing)) y el amplificador EDFA se ha convertido en la corriente principal en los sistemas de comunicación por fibra óptica de alta velocidad y gran capacidad. A partir de la estructura general del sistema WDM que se muestra a continuación, podemos ver que las longitudes de onda transmitidas en la fibra óptica aumentaron muchas veces con la combinación de la tecnología WDM y el amplificador óptico.

Estructura del sistema WDM

El amplificador de fibra EDFA utilizado en el sistema WDM sirve principalmente para compensar la pérdida de transmisión de la fibra. Los amplificadores EDFA se pueden dividir en tres tipos según las diferentes ubicaciones y funciones en los sistemas WDM:

1. Amplificador booster. Ubicado detrás del multiplexor, se utiliza para aumentar la potencia de múltiples señales de longitud de onda después de la multiplexación. Se requiere alta potencia de salida.

2. Line-Amplifier: Ubicado detrás del amplificador booster, se utiliza para compensar periódicamente la pérdida de transmisión. Se requiere un bajo índice de ruido y una alta potencia de salida.

3. Preamplificador: Ubicado antes del demultiplexor y detrás del amplificador de línea, se utiliza para amplificar señales y aumentar la sensibilidad de recepción del receptor. Se requiere un índice de ruido muy bajo.

Conclusión

El amplificador óptico, especialmente EDFA, es un contribuyente importante al sistema de comunicación óptica. EDFA funciona a una longitud de onda de 1550nm. El amplificador EDFA comercial tiene las ventajas de un bajo índice de ruido, una buena curva de ganancia, un gran ancho de banda de amplificación, compatibilidad con el sistema de multiplexación por división de longitud de onda (WDM), alta eficiencia de bombeo y rendimiento estable. Es preferido en los sistemas modernos de comunicación óptica de larga distancia y alta velocidad. En la actualidad, "EDFA+DWDM" se está convirtiendo en la principal solución técnica para la transmisión internacional de comunicación por fibra óptica de larga distancia y alta velocidad.

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