1

Amplificadores ÓpticosGuión

• Ganancia Óptica

• Tipos de Amplificadores

• EDFA

•SOA

•Raman

•Diseño en transparencia ybalance de potencia

•Tierras raras

• Bombeo óptico y transiciones

• Espectro de ganancia y saturación

• Estructuras

•Ruido, figura de ruido, S/N

• Respuesta en frecuencias• Espectro de Ganancia• Aplicaciones

Amplificadores Ópticos

Conceptos Básicos DE AMPLIFICACIÓN

• Medio Activo

• Bombeo (óptico o eléctrico) → inversión de población excepto para: SRS y SBS

• Ganancia óptica» frecuencia de la señal incidente» intensidad del haz en cada punto del medio activo

• Potencia de saturación → limita la potencia en la línea

MaterialActivo

Bombeo

Emisión ópticaamplificada - HazLáser

Haz láser aamplificar

2

Amplificadores ÓpticosTipos

Fibra Dopada

Semiconductor (SOA)

Efectos no-lineales:• Raman• Brillouin

Amplificadores Ópticos de Fibra (OFA)

Amplificadores Ópticos

• Espectro de ganancia y ancho de banda• Ganancia de saturación• Ruido de amplificación

Características básicas de los amplificadoresópticos

( )( )out

inn SNR

SNRF =

( ) ηη spspn nGGnF 2/12 ≈−=

nsp - factor de emisión espontánea

3

Amplificadores Ópticos

Amplificadores de Fibra Dopada

Material Base

SiO2

+

(GeO2/P2O5)

Fluorozirconate

Yb3+

Pr3+,Nd3+

Nd3+

Er3+

Tierras raras

+

+ Er3+, Ho3+, Tm3+

900 - 1.350 nm

1.320 - 1.390 nm

1.510 - 1.580 nm

2 - 3 µm

Amplificadores Ópticos

Esquema de niveles:Erbium Doped Fibre Amplifier

(EDFA)

Caída a nivel inferior

Tra

nsic

ión

de b

ombe

o

Tra

nsic

ióm

de b

ombe

o

Em

isió

nes

pont

ánea

Abs

orci

ónes

timul

ada

Em

isió

nes

timul

ada

banda de bombeo

banda metaestable

Fotón de980 nm

Fotón de1480 nm 1550 nm 1550 nm 1550 nm

banda de referencia

1 2

3

4

15

6

7

1600 nm

1477 nm

4

Amplificadores ÓpticosSaturación

Pout

Pin

Psat

Go

1>=in

out

PP

G

Pin (dBm)

Go

G (dB)

Bombeo

G (dB)

L (m)

40

Bombeo

10 20 30

Amplificadores Ópticos

Esquema básico del EDFA

SalidaEntrada

Aislador

Laser debombeo

AcopladorWDM Filtro

Fibraóptica

dopada

Bombeoresidual

Aislador

λs

λΒ

Poutλs

λΒ

5

Amplificadores Ópticos

Configuraciones de Bombeo

fibra dopada SalidaEntrada

Salidafibra dopadaEntrada

Entradafibra

dopada Salida

fibra dopada

fibra dopada

Salida

Entrada

LASER DE BOMBEO (980 o 1480 nm)

fibra dopada SalidaEntrada

Bombeo Codireccional

Bombeo Contradireccional

Bombeo dual

Amplificadores Ópticos

Aplicaciones en sistemas del AO

Según la posición en elsistema un A.O puedetrabajar como:

(a) Amplificador en linea.

(b)Amplificador de potencia(booster)

(c) Preamplificador

(d) LAN

6

Amplificadores Ópticos

λλ

Po

ten

cia

λλ

Po

ten

cia

1520 nm 1570 nm

ASE: Amplified Spontaneous Emission

Espectro de Salida y Ruido

1550 nm

Amplificadores Ópticos

Características - EDFA

• Bajas pérdidas de acoplo– ganancia alta (>40 dB)– realimentación y rizado en la

banda bajo– Figura de ruido 3,5-12 dB

• Insensible a la polarización• Almacenamiento de

energía alto– Funciona en saturación– Baja diafonía

Ventajas

• Potencia de saturación alta(>10 dBm). Pout (1-4000 mW)

• Ancho de banda insensiblea la temperatura

• Ancho de banda de ganaciareproducible

1520-1570 nm

Desventajas:Ancho de banda estrechoBombeo con DL

7

Amplificadores Ópticos

absorción de fotón (ν1) = fotón (ν2) + fonón (ν1 > ν2)

Amplificador Raman - SRS

hνbom hνs

Amplificadores Ópticos

Características☺ Gran Ancho de banda(≅6THz)L Potencia de bombeo alta☺ Potencia de saturaciónalta (orden 1 w)☺ Figura de ruido próximaa 3 dBL Principal problema:FUENTE DE BOMBEO

Aplicaciones• Amplificación de pulsos cortos

• Solitones• Amplificación distribuida (norequiere el cambio de fibra aprovecha la redde fibra existente)

• Industria del CATV• Amplificadores en cascada a1.300 nm

Características y Aplicaciones de los AO-SRS

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Amplificadores Ópticos

Amplificador Óptico de Semiconductor

SOA

• FPA (Amplificadores Fabry-Perot)

• TWA o TWSLA (Travelling wave amplifiers)

O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o

O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o

O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o

O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o

O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o

O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o

0,65 0,70 0,75 0,80 0,85-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

9x10

18

8x10

18

7x10

18

6x10

18

5x10

18

3x10

18

2x10

184x

101

8

101 9 cm

-3

A l G a A s S Q W

Gan

anci

a de

l Mat

eria

l (cm

-1)

L o n g i t u d d e O n d a ( µ m )

101

8 cm

- 3

Espectro de Ganancia

Amplificadores Ópticos

Tipos de SOA

Fabry-Perot• Alto rizado de la ganancia

por resonancia• Ancho de banda estrecho

(≅5GHz)• Sensible a las variaciones

de temperatura, corrientey polarización de la señal

• Filtrado de ruido inherente

Cuasi-Onda progresiva -NTW

• Bajo rizado de ganancia• Ancho de banda grande

(50-70 nm)• Requiere capas

antireflectivas (R<10-3)• Corriente de polarización

alta• Ruido alto

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Amplificadores Ópticos

Ganancia relativa

Longitud de onda (nm)

entrada

salida

Amplificadores Láser de Semiconductor - SLA

2

21

21

1

1

−

+==∆

RRG

RRG

G

GG min

FP

maxFP

G - factor de amplificación de un solo paso

17,021 <RRG

Amplificadores Ópticos

Resumen SOA

• Control por corriente• Tecnología en uso• Compactos e

integrables• Buen Ancho de banda

• Sensibilidad a lapolarización

• Diafonía• Pérdidas de acoplo• Factor de ruido

relativamente alto• Potencia de saturación

pequeña

Ventajas Desventajas

10

Amplificadores Ópticos

S O A E D F A

Ganancia 25-30 dB 30-50 dB

Potencia de saturac ión 5 - 1 0 d B m 1 3 - 2 3 d B m

Factor de ru ido 5-6 dB 4 dB

Dimens iones < 1 m m 10-100 m

Banda de paso

M a r g e n ( n m )

30-60 nm

1300-1600 nm

20-30 nm

1530-1565 nm

Integración possible impossible

Características EDFA-SOA

Amplificadores Ópticos

Aplicaciones del SOA (I)

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Amplificadores Ópticos

Aplicaciones SOA (II)Conmutador Rápido

Combinación:» estado-ON Amplificación» estado-OFF Absorción

• Tiempo de conmutación: 1 ns.• Diafonía: 40 dB• Sin pérdidas• Pueden integrarse con

acopladores pasivos

Componente caro y dependiente de la polarización

Corriente, I

Luz

de

salid

a

Amplificadores Ópticos

Convertidor enlongitud de onda (I)

Modulación de ganancia cruzada (XGM)

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Amplificadores Ópticos

Convertidor enlongitud de onda (II)

Modulación de fase cruzada

Amplificadores Ópticos

Ecualización

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Amplificadores Ópticos

Pr-DFA

• Dopado de praseodimio en fibra• Emisión a 1320 nm• Bombeo a 1010nm• Ganancia 38 dB• Potencia de saturación 20 mW

Amplificadores Ópticos

Amplificadores para diferentes bandas

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700

Ate

nu

aci

ón [

dB

/km

]

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Dis

pers

ión

[p

s/(n

m k

m)]

G.652G.653

Pr

Nd

Tm-Ho Tm-TbEr (C-ZBLAN)

Er (C-Si)

Er (L)

Er (Te)

Raman

Longitud de onda [nm]

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Amplificadores Ópticos

Estándar ITU (I)

Parámetros G.661

• Máxima Ganancia

• “Cifra de ruido” NF

• Ancho de banda óptico del ruido de batido Bsp-sp

Características Genéricas G.662

• EDFA

• Amplificador de fibra

Amplificadores Ópticos

Aplicaciones G.663

• En linea

• Amplificador de potencia (Booster)

• Receptor con amplificación óptica

• Transmisor con amplificación óptica

• Preamplificador

Pérdidas de retorno ópticas G.957

Amplificador bombeado remotamente G.973

Aspectos de seguridad CEI 60825-2

Estándar ITU (II)