Amplificadores ópticos en el campo de la comunicación por fibra óptica.
An amplificador ópticoEs un dispositivo que amplifica las señales ópticas. En el campo de la comunicación por fibra óptica, desempeña principalmente las siguientes funciones: 1. Mejora y amplificación de la potencia óptica. Al colocar el amplificador óptico en el extremo frontal del transmisor óptico, se puede aumentar la potencia óptica que ingresa a la fibra. 2. Amplificación de relé en línea, reemplazando los repetidores existentes en los sistemas de comunicación por fibra óptica. 3. Preamplificación: Antes del fotodetector en el extremo receptor, la señal de luz débil se preamplifica para mejorar la sensibilidad de recepción.
En la actualidad, los amplificadores ópticos adoptados en la comunicación por fibra óptica incluyen principalmente los siguientes tipos: 1. Amplificador óptico semiconductor (Amplificador óptico SOA)/Amplificador láser semiconductor (amplificador óptico SLA); 2. Amplificadores de fibra dopados con tierras raras, como los amplificadores de fibra dopados con cebo (Amplificador óptico EDFA), etc. 3. Amplificadores de fibra no lineales, como amplificadores Raman de fibra, etc. A continuación se presenta una breve introducción respectivamente.
1. Amplificadores ópticos semiconductores: Bajo diferentes condiciones de aplicación y con diferentes reflectancias en la cara frontal, los láseres semiconductores pueden producir varios tipos de amplificadores ópticos semiconductores. Si la corriente de excitación del láser semiconductor es inferior a su umbral, es decir, no se genera láser, en este momento se introduce una señal óptica en un extremo. Siempre que la frecuencia de esta señal óptica esté cerca del centro espectral del láser, se amplificará y se emitirá por el otro extremo. Este tipo deamplificador óptico semiconductorSe denomina amplificador óptico de tipo Fabry-Perrow (FP-SLA). Si el láser se polariza por encima del umbral, la señal óptica monomodo débil que entra por un extremo, siempre que la frecuencia de esta señal óptica esté dentro del espectro de este láser multimodo, la señal óptica se amplificará y se bloqueará a un modo determinado. Este tipo de amplificador óptico se denomina amplificador de bloqueo por inyección (IL-SLA). Si los dos extremos de un láser semiconductor están recubiertos con espejos o evaporados con una capa de película antirreflectante, lo que hace que su emisividad sea muy pequeña e incapaz de formar una cavidad resonante Fabry-Perrow, cuando la señal óptica pasa a través de la capa de guía de onda activa, se amplificará durante su propagación. Por lo tanto, este tipo de amplificador óptico se denomina amplificador óptico de onda viajera (TW-SLA), y su estructura se muestra en la siguiente figura. Debido a que el ancho de banda del amplificador óptico de onda viajera es tres órdenes de magnitud mayor que el del amplificador de tipo Fabry-Perot, y su ancho de banda de 3 dB puede alcanzar los 10 THz, puede amplificar señales ópticas de diversas frecuencias y es un amplificador óptico muy prometedor.
2. Amplificador de fibra dopada con cebo: Consta de tres partes: La primera es una fibra dopada con una longitud que varía de varios metros a decenas de metros. Estas impurezas son principalmente iones de tierras raras, que forman el material de activación del láser; la segunda es la fuente de bombeo láser, que proporciona energía de longitudes de onda apropiadas para excitar los iones de tierras raras dopados y lograr la amplificación de la luz. La tercera es el acoplador, que permite que la luz de bombeo y la luz de señal se acoplen al material activador de la fibra óptica dopada. El principio de funcionamiento de un amplificador de fibra es muy similar al de un láser de estado sólido. Provoca un estado de distribución inversa del número de partículas dentro del material activado por láser y genera radiación estimulada. Para crear un estado estable de distribución inversa del número de partículas, deben participar más de dos niveles de energía en la transición óptica, típicamente sistemas de tres y cuatro niveles, con un suministro continuo de energía desde una fuente de bombeo. Para suministrar energía de forma eficaz, la longitud de onda del fotón de bombeo debe ser menor que la del fotón láser; es decir, la energía del fotón de bombeo debe ser mayor que la del fotón láser. Además, la cavidad resonante genera una retroalimentación positiva, lo que permite la formación de un amplificador láser.
3. Amplificadores de fibra no lineales: Tanto los amplificadores de fibra no lineales como los amplificadores de fibra de erbio pertenecen a la categoría de amplificadores de fibra. Sin embargo, los primeros utilizan el efecto no lineal de las fibras de cuarzo, mientras que los segundos emplean fibras de cuarzo dopadas con erbio para actuar sobre el medio activo. Las fibras ópticas de cuarzo convencionales generan fuertes efectos no lineales bajo la acción de una luz de bombeo intensa con longitudes de onda adecuadas, como la dispersión Raman estimulada (SRS), la dispersión Brillouin estimulada (SBS) y los efectos de mezcla de cuatro ondas. Cuando la señal se transmite a lo largo de la fibra óptica junto con la luz de bombeo, la luz de la señal se puede amplificar. De esta forma, forman amplificadores Raman de fibra (FRA), amplificadores Brillouin (FBA) y amplificadores paramétricos, todos ellos amplificadores de fibra distribuidos.
Resumen: La tendencia común en el desarrollo de todos los amplificadores ópticos es lograr alta ganancia, alta potencia de salida y bajo nivel de ruido.
Fecha de publicación: 8 de mayo de 2025