Amplificadores ópticos en el campo de la comunicación por fibra óptica
An amplificador ópticoEs un dispositivo que amplifica señales ópticas. En el campo de las comunicaciones por fibra óptica, cumple principalmente las siguientes funciones: 1. Amplificación de la potencia óptica. Al colocar el amplificador óptico en la entrada del transmisor óptico, se incrementa la potencia óptica que ingresa a la fibra. 2. Amplificación en línea, reemplazando a los repetidores existentes en los sistemas de comunicación por fibra óptica. 3. Preamplificación: Antes del fotodetector en el receptor, la señal de luz débil se preamplifica para mejorar la sensibilidad de recepción.
En la actualidad, los amplificadores ópticos utilizados en las comunicaciones 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 dopada con tierras raras, como los amplificadores de fibra dopada con cebadores (Amplificador óptico EDFA), etc. 3. Amplificadores de fibra no lineales, como los amplificadores Raman de fibra, etc. A continuación se presenta una breve introducción a cada uno de ellos.
1. Amplificadores ópticos semiconductores: Bajo diferentes condiciones de aplicación y con distinta reflectancia en la cara final, los láseres semiconductores pueden producir diversos tipos de amplificadores ópticos semiconductores. Si la corriente de accionamiento del láser semiconductor es inferior a su umbral, es decir, si no se genera láser, se introduce una señal óptica por 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-Perrop (FP-SLA). Si el láser se polariza por encima del umbral, la señal óptica monomodo débil que entra por un extremo, siempre que su frecuencia se encuentre dentro del espectro de este láser multimodo, se amplificará y se bloqueará en 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 un material reflectante o depositados mediante evaporación con una capa antirreflectante, lo que reduce considerablemente su emisividad e impide la formación de una cavidad resonante Fabry-Perrop, la señal óptica se amplificará durante su propagación al atravesar la capa de guía de onda activa. 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 tipo 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 iones de tierras raras: Consta de tres partes: La primera es una fibra dopada con una longitud que varía desde varios metros hasta decenas de metros. Estas impurezas son principalmente iones de tierras raras, que forman el material de activación láser. La segunda es la fuente de bombeo láser, que proporciona energía de longitudes de onda adecuadas 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 de activación 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 una inversión en la distribución del número de partículas dentro del material activado por láser y genera radiación estimulada. Para crear una inversión estable en la distribución del número de partículas, deben intervenir 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 realimentación 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 aprovechan el efecto no lineal de las fibras de cuarzo, mientras que los segundos emplean fibras de cuarzo dopadas con erbio para actuar sobre medios activos. Las fibras ópticas de cuarzo convencionales generan fuertes efectos no lineales bajo la acción de una luz de bombeo intensa con longitudes de onda apropiadas, 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 través de la fibra óptica junto con la luz de bombeo, la luz de señal se amplifica. De esta forma, se forman los amplificadores Raman de fibra (FRA), los amplificadores Brillouin (FBA) y los amplificadores paramétricos, todos ellos amplificadores de fibra distribuidos.
Resumen: La dirección de desarrollo común de todos los amplificadores ópticos es alta ganancia, alta potencia de salida y bajo nivel de ruido.
Fecha de publicación: 8 de mayo de 2025