Tudo o que você deve saber sobre EDFA

O que é um amplificador óptico?

O amplificador óptico é usado para fornecer ganho aos sinais ópticos. O núcleo do amplificador óptico é o meio de ganho. O amplificador de fibra óptica é bombeado para realizar a inversão de população e o ganho. O ganho geralmente está associado ao meio de ganho, à fonte de bombeamento e ao sinal de entrada. A função da fonte de bombeamento é ativar o meio de ganho para produzir a inversão de população. E o sinal gera emissão estimulada por meio do meio de ganho ativado para finalmente realizar a amplificação. Uma estrutura básica de um amplificador óptico é mostrada a seguir:

Estrutura básica de amplificador óptico

Os tipos típicos de amplificadores ópticos incluem três tipos, conforme a seguir.

Tipos de amplificador óptico

• Amplificador Óptico Semicondutor(SOA)

• Amplificador de Fibra Dopada com Érbio(EDFA)

• Amplificador de Fibra Raman(RFA). 

O amplificador óptico traz um salto qualitativo para a tecnologia de comunicação por fibra óptica. Com a rápida aplicação comercial dos amplificadores ópticos, a tecnologia WDM atingiu alta maturidade. A combinação do amplificador óptico e da tecnologia WDM pode realizar, de forma flexível e conveniente, a expansão da capacidade do sistema de comunicação óptica sem um grande custo. 

O amplificador EDFA é o tipo comercialmente mais difundido atualmente devido ao seu excelente desempenho, mas também tem limitações, como sua largura de banda estreita, que limita a busca por alta banda larga e amplificação totalmente óptica. Portanto, os amplificadores RFA, como amplificadores totalmente ópticos, também são considerados promissores no futuro. A seguir, este artigo apresentará uma introdução detalhada ao amplificador EDFA mais comercializado.

O que é um EDFA?

Como mencionado acima, EDFA é um tipo de amplificador óptico, que significa Erbium-Doped Fiber Amplifier. O amplificador EDFA é uma das maiores invenções na comunicação por fibra óptica, aumentando muito a capacidade da comunicação por fibra óptica. EDFA é normalmente usado em sistemas de comunicação por fibra óptica de longa distância para realizar amplificação óptica e diminuir a atenuação óptica.

Estrutura EDFA

A figura a seguir mostra a estrutura básica do EDFA.

Diagrama da estrutura EDFA

Um EDFA típico amplificador consiste principalmente nos seguintes componentes:

• Fibra dopada com érbio: Núcleo do EDFA. Ele é feito dopando o elemento de terras raras Érbio na fibra óptica de quartzo. 

• Laser de bombeamento: Usado para elevar a energia para Erbium. O comprimento de onda de 1480nm comprovadamente funciona melhor, seguido pelo comprimento de onda de 980nm.

• Isolador: Usado para impedir que as luzes ópticas reflitam e garantir que o amplificador óptico funcione de forma estável.

• Acoplador: Usado para acoplar luzes ópticas e luzes de bombeio em fibra dopada com érbio.

• Filtro óptico: Filtro óptico passa-faixa estreita com largura de banda dentro de 1 nm. Usado para eliminar a luz de emissão espontânea do EDFA amplificador para reduzir o ruído do EDFA.

Como o Amplificador de Fibra EDFA Funciona

Um EDFA é composto principalmente pela fibra dopada com érbio (10~30 metros) e pelo laser de bombeamento (comprimento de onda de 980nm ou 1480nm). Depois de ser estimulada pelo laser de bombeamento, a fibra dopada com érbio entra em um estado excitado alto metaestável e gera emissão estimulada, de modo a amplificar os sinais ópticos de entrada. Geralmente, um EDFA pode obter ganho de 15-40dB, e a distância de retransmissão pode se estender por mais de 100km.

Perguntas sobre EDFA que podem ser do seu interesse

1. Por que o amplificador de fibra dopada com Er é o mais amplamente utilizado? Quais íons de terras raras também podem ser usados no óptico amplificador exceto para Érbio?

Além do amplificador de fibra dopada com Er, também existem amplificadores de fibra dopada com Pr e dopada com Tm.

• EDFA (Er-doped Fiber Amplifier) opera no comprimento de onda de 1550nm.

• PDFA (Amplificador de Fibra Dopada com Pr) funciona no comprimento de onda de 1300nm.

• TDFA (amplificador de fibra dopada com Tm) funciona no comprimento de onda de 1400nm.

O comprimento de onda de operação do EDFA é exatamente a janela de perda mínima da comunicação óptica, o que é uma das razões pelas quais o EDFA é mais amplamente utilizado.

2. Por que 980nm e 1480nm são escolhidos como a fonte de bombeamento?

Os comprimentos de onda da fonte podem ser 520nm, 650nm, 980nm e 1480nm, mas a prática comprovou que a eficiência de bombeamento de 980nm e 1480nm é maior que a dos demais. A eficiência de bombeamento do EDFA bombeado a 1480nm é maior do que a 980nm. No entanto, a fonte de bombeamento de 980nm tem uma figura de ruído menor, portanto, se você precisar de melhor desempenho de ruído, 980nm é mais recomendado.

Vantagens do EDFA 

O amplificador EDFA é o amplificador óptico mais amplamente utilizado, que tem muitas vantagens, conforme a seguir:

• Funciona na janela de perda mínima da comunicação óptica. EDFA funciona no comprimento de onda de 1550nm, que é exatamente consistente com a janela de atenuação mínima da fibra monomodo.

• Alta eficiência de acoplamento. A perda de acoplamento entre EDFA e a fibra de transmissão é muito baixa, até mesmo inferior a 0.1dB.

• Baixa figura de ruído. 4~7dB.

• Alto ganho. 20~40dB

• Alta potência de saída: o bombeamento bidirecional pode atingir até 20dBm.

• Ampla largura de banda de frequência. A largura de banda de frequência de 20~40nm em 1550nm suporta a amplificação simultânea de sinais de múltiplos caminhos.

• Baixa potência de bombeamento necessária. Apenas cerca de 10mW.

• Estrutura totalmente em fibra. Totalmente compatível com sistema de comunicação por fibra óptica.

• Alta estabilidade. O ganho do EDFA é insensível à temperatura e independente da polarização.

Aplicação EDFA: EDFA + WDM

Como o amplificador EDFA tem muitas vantagens, conforme mencionado acima, ele tem sido amplamente usado em muitas aplicações como segue:

Aplicações de EDFA:

• Sistema WDM

• Comunicação por sólitons ópticos

• Rede de distribuição 

Nos últimos anos, a combinação da tecnologia WDM ((Wavelength Division Multiplexing)) e do amplificador EDFA tornou-se predominante em sistemas de comunicação por fibra óptica de alta velocidade e grande capacidade. Pela estrutura geral do sistema WDM abaixo, podemos ver que os comprimentos de onda transmitidos na fibra óptica aumentaram muitas vezes com a combinação da tecnologia WDM e do amplificador óptico.

Estrutura do sistema WDM

O amplificador de fibra EDFA usado no sistema WDM serve principalmente para compensar a perda de transmissão da fibra. Os amplificadores EDFA podem ser divididos em três tipos de acordo com diferentes locais e funções nos sistemas WDM:

1. Amplificador booster. Localizado atrás do multiplexador, é usado para aumentar a potência de vários sinais de comprimento de onda após a multiplexação. É necessária alta potência de saída.

2. Line-Amplifier: Localizado atrás do amplificador booster, é usado para compensar periodicamente a perda de transmissão. São necessários um baixo índice de ruído e alta potência de saída.

3. Pré-amplificador: Localizado antes do demultiplexador e atrás do amplificador de linha, é usado para amplificar sinais e aumentar a sensibilidade de recepção do receptor. É necessário um índice de ruído muito baixo.

Conclusão

O amplificador óptico, especialmente o EDFA, é um contribuinte importante para o sistema de comunicação óptica. O EDFA opera no comprimento de onda de 1550nm. O amplificador EDFA comercial tem as vantagens de baixo índice de ruído, boa curva de ganho, ampla largura de banda de amplificação, compatibilidade com sistema de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM), alta eficiência de bombeamento e desempenho estável. Ele é favorecido nos modernos sistemas de comunicação óptica de longa distância e alta velocidade. Atualmente, "EDFA+DWDM" está se tornando a principal solução técnica para transmissão internacional de comunicação por fibra óptica de longa distância e alta velocidade.

A QSFPTEK fornece o amplificador booster e o pré-amplificador, com desempenho de baixo ruído e ganho equalizado, com o objetivo de estender de forma econômica o orçamento de potência do enlace óptico para construir soluções DWDM de longa distância. Seja bem-vindo para consultar via [email protected].