Components òptics avançats - Amplificador de fibra dopat amb erbi (EDFA)
Moltes aplicacions de fibra òptica, com ara sistemes DWDM de llarg recorregut, requereixen amplificació del senyal òptic. En el passat, això comportava l'ús de repetidors electrònics costosos en punts intermedis cada 100 km. Els moderns sistemes DWDM de llarg recorregut utilitzen avui dia diversos components òptics avançats per reemplaçar diversos repetidors per un únic dispositiu òptic. Aquests dispositius òptics que s'anomenen amplificadors òptics, que només eren curiositats de laboratori, ara veuen un ús generalitzat en els desplegaments de camp. Un dels amplificadors òptics més comuns és l'amplificador de fibra dopat amb Erbium (EDFA).
Els investigadors van desenvolupar EDFA per substituir nombrosos repetidors electrònics per menys repetidors òptics, reduint el cost i la complexitat del sistema. Els EDFA també permeten actualitzacions senzilles del sistema afegint fonts addicionals a diferents longituds d'ona i combinant-les en una sola fibra mitjançant un multiplexor DWDM.
La fibra utilitzada en un EDFA està dopada amb erbium, un element de terra rara que té els nivells d’energia adequats en la seva estructura atòmica per amplificar la llum a 1550 nm. Un làser de “bomba” de 980 nm o 1480 nm injecta energia a la fibra dopada amb l’erbi. Quan un senyal feble a 1550 nm entra a la fibra, la llum estimula els àtoms d'erbit per alliberar la seva energia emmagatzemada com a llum addicional de 1550 nm. Aquest procés continua a mesura que el senyal passa per la fibra, creixent cada vegada més fort fins arribar a la regió dopada amb erbi.
La figura següent mostra un EDFA de dues etapes amb mitja fase, un element important dels sistemes de fibra òptica de molt alt rendiment. En aquest cas, s'empaqueten dos EDFA senzills d'una sola etapa. L’usuari rep la sortida de la primera etapa EDFA i l’entrada de la segona etapa EDFA. Aquests sistemes sovint requereixen l’ús periòdic d’elements addicionals, com la fibra de compensació per dispersió (DCF), per tal de reduir la dispersió global. Una elevada pèrdua d'inserció de 10 dB o més fa que el DCF sigui problemàtic. Situar el DCF al punt d’accés de mitja fase de l’EDFA de dues etapes redueix els efectes nocius sobre el sistema. L'usuari encara aconsegueix beneficis importants mitjançant l'EDFA, fins i tot amb la peça addicional de pèrdua òptica d'alta DCF.
A la figura, l’entrada òptica passa primer per l’aïllant òptic # 1, que permet que la llum passi d’esquerra a dreta. A continuació, la llum passa per WDM # 1. El WDM # 1 proporciona un mitjà per injectar la longitud d’ona de la bomba de 980 nm a la primera longitud de fibra dopada amb erbi. WDM # 1 també permet acoblar el senyal d’entrada òptica a la fibra dopada amb erbi amb una pèrdua òptica mínima.
L'energia de 980 nm bombea els àtoms d'erbit en un estat excitat en decadència lent. Quan la llum de la banda de 1550 nm viatja a través de la fibra dopada amb erbi, que sol tenir desenes de metres de llarg, provoca l’emissió estimulada de radiació, com un làser. D’aquesta manera, el senyal d’entrada òptica de 1550 nm guanya força. La sortida de la fibra dopada amb erbium passa després per l’aïllant òptic # 2, que es fa disponible per a l’usuari. Típicament, el punt d'accés de mitja fase es connecta a algun tipus de dispositiu compensador de dispersió. La llum viatja a través de l'aïllant número 3 i el WDM # 2. El WDM # 2 combina una energia de 1480 nm d’un segon làser de la bomba a l’altre extrem d’una segona longitud de fibra dopada amb erbi, augmentant la potència de guany i sortida. Finalment, la llum viatja a través de l'aïllant # 4.
Els EDFA eviten els components més actius perquè els fotons amplifiquen el senyal. L’EDFA proporciona una gran potència de sortida, requerint menys amplificadors en un disseny del sistema determinat. Els amplificadors de disseny EDFA més bàsics il·luminen una banda força estreta: 12 nm. L’addició de filtres d’igualació de guanys pot augmentar la banda fins a més de 25 nm. Altres fibres exòtiques dopades augmenten la banda d'amplificació fins a 40 nm o més. A més, la independència del percentatge de dades a EDFA significa que una actualització del sistema només requereix canviar els llançaments i rebre els terminals.
El rendiment fiable de l’EDFA el fa útil en sistemes de comunicacions de fibra òptica de gran velocitat de dades a llarg recorregut i sistemes de lliurament de CATV. En aplicacions CATV, EDFA augmenta el senyal abans i després d'un divisor òptic per amplificar el senyal de divisió per a la seva transmissió a diverses fibres. Vegeu els detalls del producte de l'amplificador CATV aquí. En general, existeixen quatre aplicacions principals per a amplificadors òptics: amplificador de potència / reforçador, amplificador en línia, preamplificador o compensacions de pèrdues per a xarxes òptiques.
