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7/28/2019 Amplificadores de Fibra Optica
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AMPLIFICADORES DE FIBRA OPTICA
Introduccin
En los ltimos 20 aos la fibra ptica se ha posicionado como el
medio de transmisinms importante para las comunicaciones de alta
velocidad, tanto digital como analgica.Sus caractersticas
insuperables en comparacin con otros medios de transmisin, comoson
su gran ancho de banda (~23 THz) y su baja atenuacin (~0.23 dB/km
en 1550 nm),ha hecho de las fibras pticas un medio ideal para
transmisiones de larga distancia.
En el transcurso de los primeros aos de la dcada de los 90 se
populariz la utilizacinde los amplificadores de fibra dopada con
Erbio (EDFA), los cuales poseen lacaracterstica principal de
entregar mxima ganancia en la regin de 1.55 m, lo que dio
paso a la utilizacin de la infraestructura ya instalada
alrededor del mundo, pero estavez operando en la 3a ventana y
haciendo uso de fibra que haba sido diseada para
tener dispersin mnima en 1.31 m.
Conceptos Bsicos
En los sistemas de comunicacin de larga distancia, que hacen uso
de la fibra pticacomo medio fsico para la propagacin de las seales
pticas, se tiene que las sealesexperimentan una atenuacin
considerable al propagarse por la fibra. Lo anterior obligaa que
los sistemas de transmisin utilicen algn mecanismo de amplificacin
para quelas seales mantengan un nivel de potencia detectable por el
receptor, para lo cual en laactualidad se hace uso de
amplificadores pticos, que no son otra cosa que undispositivo que
amplifica una seal ptica directamente, sin la necesidad de
convertir laseal al dominio elctrico, amplificar en elctrico y
volver a pasar a ptico, como es elcaso del amplificador de fibra
dopada con Erbio, EDFA.
La idea bsica que est detrs de la amplificacin en los
amplificadores pticos es laemisin estimulada, que es el mismo
principio con que operan los lseres. El principiode operacin que
presentan los amplificadores pticos es el siguiente: la fibra
dopadacon erbio, al ser estimulada mediante una seal de bombeo,
causa que los tomosabsorban fotones, quedando stos en estado
excitado durante un intervalo que estdefinido por el tiempo de vida
de los tomos de Erbio. Al volver a su estado original,
liberan la energa almacenada, fenmeno que es conocido como
emisin. La emisinpuede presentarse en dos formas distintas: la
primera de ellas es la emisin espontnea,donde la principal
caracterstica que presenta es que no existe una relacin de fase
entrelos fotones emitidos y los fotones incidentes. La emisin
estimulada, en cambio, seinicia producto de la incidencia de un
fotn, con lo cual los fotones emitidos coincidencon los fotones
incidentes, tanto en fase como direccin, lo que produce
unainterferencia constructiva, que finalmente produce la
amplificacin de las seales de luzincidente.
Para que llegue a producirse el fenmeno de emisin dentro del
amplificador ptico,debe producirse una inversin de poblacin a nivel
de estados de energa, que se traduce
en que la cantidad de iones en estado excitado sea mayor que la
cantidad de iones en el
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estado bsico de energa. Dicha inversin de poblacin se logra
inyectando potencia a lafibra dopada y puede ser realizada mediante
un bombeo externo.
En la actualidad el amplificador de fibra dopada con Erbio es el
ms utilizado entre losamplificadores de fibra dopada, dada las
caractersticas intrnsecas que posee el Erbio,
como es la de operar en la zona cercana a 1.55 m, regin en la
cual la fibra monomodoutilizada en la actualidad presenta mnimas
perdidas.
Caractersticas
Las caractersticas tpicas de los EDFA comerciales son:
Frecuencia de operacin: bandas C y L (approx. de 1530 a 1605
nm). Para el funcionamiento en banda S (below 1480 nm) son
necesarios otros
dopantes. Baja figura de ruido (tpicamente entre 3-6 dB)
Ganancia entre (15-40 dB) Baja sensibilidad al estado de
polarizacin de la luz de entrada Mxima potencia de salida: 14 - 25
dBm Ganancia interna: 25 - 50 dB Variacin de la ganancia: +/- 0,5
dB Longitud de fibra dopada: 10 - 60 m para EDFAs de banda C y 50 -
300 m para
los de banda L. Nmero de lseres de bombeo: 1 6
Longitud de onda de bombeo: 980 nm o 1480 nm Ruido predominante:
ASE (Amplified Spontaneous Emission)
El ruido ASE generado a la salida de un amplificador de este
tipo se puede calcularcomo:
Donde, nsp es el factor de emisin espontnea, G es la ganancia
del amplificador y B0 esel ancho de banda ptico del
amplificador.
Diseo de un Amplificador EDFA
Un Amplificador EDFA, esta compuesto de las siguientes
partes:
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Con lo cual se tendra una ganancia de aproximadamente 30dB y que
se observa en elsiguiente grafico:
Finalmente se adjunta una foto de un Amplificador de Fibra
EDFA:
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Configuraciones de un Amplificado EDFA
Las posibles configuraciones en donde se pueden usar los
Amplificadores EDFA semuestran a continuacin:
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En la figura anterior se muestran las configuraciones posibles
del EDFA.
La primera configuracin es la ms empleada hoy en da. La seal que
hay queamplificar y la seal de bombeo se inyectan al EDFA
combinadas por medio de un
acoplador. El primer aislador se emplea para impedir la
propagacin hacia fuera delEDFA del emisin espontnea (ruido ASE) que
se genera y se propaga en sentidocontrario al de la transmisin. El
bombeo y la amplificacin se realizan en el mismosentido que la
propagacin. A la salida se coloca otro aislador que evita la
entrada alEDFA y por tanto su amplificacin de cualquier seal
reflejada. Finalmente se empleaun filtro ptico para filtrar el
ruido ASE, generado en el amplificador, que se encuentrefuera de la
banda de la seal til.
La siguiente configuracin se diferencia de la anterior en que la
seal de bombeo seinyecta al EDFA en sentido contrario a la
propagacin. El aislador de la entrada ademsde cumplir las funciones
anteriores, tiene la misin de evitar la propagacin de la seal
de bombeo fuera del amplificador. La ventaja de esta
configuracin es permiteganancias ms altas, pero sus caractersticas
de ruido son peores.
La tercera configuracin es una combinacin de las dos anteriores.
Consiste en un doblebombeo, por lo que se denomina bombeo dual o
bidireccional . La ganancia por tantopuede llegar a duplicarse.
Este esquema es muy empleado en la implementacin deamplificadores
repetidores.
BIBLIOGRAFIA
PROPAGACIN DE PULSOS PTICOS A TRAVS DE
AMPLIFICADORES DE FIBRA DOPADA CON ERBIO (EDFA),
FideromoSaavedra G., Dante Leonelli Z., lvaro Lamas N., Universidad
de Santiago deChile.
WDM. DESARROLLO TECNOLGICO Y EXPECTATIVAS EN ELDESARROLLO DE
REDES: ANLISIS POR SEGMENTOS DE RED. MiguelBautista, Isabel
Cortes.
Wikipedia, Amplificadores Dopados de Erbio.
Manual de Comunicaciones pticas
