Amplificadores opticos

Comunicaciones ópticas

Amplificadores ópticos

Introducción
En prácticamente cualquier enlace de comunicaciones ópticas llega un momento en que es necesario regenerar la señal que se ha degradado debido básicamente a la atenuación. Los regeneradores han sido históricamente sistemas opto-electrónicos que reciben la señal óptica pasándola al dominio eléctrico y aplicandole el procesodenominado 3R: Reconstrucción, Extracción de reloj y Regeneración de la señal.

En la 1ra generación los regeneradores estaban situados cada 2 km. En sistemas de 2da generación cada 40-50 km típicamente y en los de 3ra generación se puede llegar a los 100 km. En cualquier caso, el uso de regeneradores, aunque necesario, hace que las redes no sean transparentes, esto es, cuando se tiene que aumentar lacapacidad de una línea se han de cambiar o reconfigurar todos los regeneradores de la línea.

Visto lo anterior, sería conveniente la mejorar de los diseños de las redes ópticas, el poseer un elemento de red que permitiera compensar las pérdidas por atenuación para así poder alcanzar mayores distancias sin tener que aplicar conversiones optoelectrónicas. Además, debiera ser transparente a latasa de transmisión para poder ser usado en redes transparentes y amplificar las longitudes de onda en las que se trabaja en enlaces de comunicaciones ópticas. Este elemento es un amplificador óptico.

Amplificador óptico
Un amplificador óptico es un dispositivo que amplifica una señal óptica directamente, sin la necesidad de convertir la señal al dominio eléctrico, amplificar en eléctrico yvolver a pasar a óptico. Un amplificador óptico no realiza conversiones optoelectrónicas, sino que amplifica el flujo de fotones incidentes mediante la emisión estimulada. Típicamente es independiente de la tasa de transmisión y tiene un ancho de banda óptico limitado.

Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento es el mismo que el de un láser pero donde se elimina el resonador:es decir, toda la ganancia proveniente de la emisión estimulada de fotones se produce en un único paso por la zona activa.

El proceso de emisión estimulada se produce entre dos niveles de energía o dos bandas, por lo que el rango de energía accesible, o lo que es lo mismo, el rango de longitude de onda que se van a amplificar está limitado por los materiales que utilicemos en la fabricación delamplificador.

Tipos de amplificadores ópticos
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Amplificadores ópticos de semiconductor (SOA) - Están basados en estructuras de semiconductor como las de los diodos láser, pero en donde se ha eliminado el resonador. - Tienen problemas de dependencia de la polarización, de cruce de canales (crosstalk), y de dificultad de encapsulado. - Pueden funcionar en 2da ventana.

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Amplificadoresbasados en efectos no-lineales de fibras ópticas (Brillouin, Raman) - Están basados en la difusión no lineal de potencia de una longitud de onda de bombeo a la longitud de onda de la señal. - En estado de investigación, los amplificadores basados en la difusión Raman parecen empezar a tener una salida comercial.

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Amplificadores ópticos basados en fibras activas (EDFA) - Están basados enfibras dopadas con tierras raras - Son dispositivos todo-fibra, eliminan los problemas de los SOA: no hay que alinear fibras, no dependen de la polarización, no existe cruce de canales.

Amplificadores de semiconductor
Están basados en dobles heteroestructuras con los mismos materiales con los que se construyen los diodos láser, y el principio de funcionamiento es el mismo: se inyectanportadores y se potencia la emisión estimulada esperando a que cuando llegue la señal por la fibra de entrada se generen nuevos fotones y por tanto se amplifique.

Hay que evitar que exista una cavidad resonante ya que se producirían reflexiones que degradarían la operación del amplificador. Son costosos de fabricar ya que hay que colocar las fibras de entrada y salida enfrentadas con la zona activa,...