Amplificador óptico EDFA (amplificador de fibra dopada con erbio) para sistemas WDM

Como parte integrante de la transmisión de datos a larga distancia, un amplificador óptico es capaz de amplificar señales ópticas directamente sin necesidad de convertir la señal en eléctrica antes de amplificarla, que es también su característica más destacada. Entre los muchos amplificadores ópticos diferentes que pueden lograr la amplificación en la comunicación óptica de larga distancia, el amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA) es uno de los tipos más utilizados.

Amplificador óptico EDFA: Aumento de la eficacia de las señales ópticas

Cuando se transmite a largas distancias, la señal óptica tiene que amplificarse muchas veces entre medias debido a la pérdida de señal por atenuación de la fibra, pérdidas de conectividad, pérdidas en el empalme de fibras, etc. Antes de inventar un amplificador óptico, primero hay que convertir la señal óptica en una señal eléctrica, amplificarla y volver a convertirla en una señal óptica. El proceso es muy complicado y caro. Para superar este problema, desde entonces se ha inventado el amplificador óptico, que amplifica las señales directamente, de modo que este proceso es mucho más barato y ha iniciado una revolución de la fibra óptica.

Existen varios tipos de amplificadores de fibra óptica: amplificador óptico semiconductor (SOA), amplificador Raman y Brillouin de fibra y amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA). Entre estos tipos de amplificadores ópticos, el EDFA es el más utilizado en los sistemas WDM. Utiliza la fibra dopada con erbio como medio de amplificación óptica para mejorar directamente las señales. Hoy en día, el EDFA se utiliza habitualmente para compensar las pérdidas de fibra en las comunicaciones ópticas de larga distancia. La característica más importante es que puede amplificar múltiples señales ópticas simultáneamente y combinarse fácilmente con la tecnología WDM. Generalmente, se utiliza en la banda C y en la banda L, casi en el rango de 1530 a 1565 nm. Pero también hay que tener en cuenta que los EDFA no pueden amplificar longitudes de onda inferiores a 1525 nm.

¿Cómo funciona un EDFA?

La estructura básica de un EDFA consiste en una longitud de fibra dopada con erbio (EDF), un láser de bombeo y un combinador WDM. El combinador WDM combina la longitud de onda de la señal y de la bomba para que puedan propagarse simultáneamente a través de la EDF. La imagen inferior muestra un diagrama esquemático más detallado del EDFA.

La señal óptica, como una señal de 1550 nm, entra por la entrada en un amplificador EDFA. La señal de 1550 nm se combina con un láser de bombeo de 980 nm con un dispositivo WDM. La señal y el láser de bombeo pasan a través de una longitud de fibra dopada con iones de Erbio. Como hemos dicho antes, el EDFA utiliza la fibra dopada con erbio como medio de amplificación óptica. La señal de 1550 nm se amplifica mediante la interacción con los iones de erbio dopados. Esta acción amplifica una señal óptica débil a una potencia más alta, efectuando un aumento en la fuerza de la señal.

Tres tipos de amplificadores EDFA para conectividad DWDM

Amplificador booster

Un amplificador de refuerzo funciona en el lado de transmisión del enlace, diseñado para amplificar los canales de señal que salen del transmisor hasta el nivel necesario para lanzarlos al enlace de fibra. No siempre es necesario en enlaces mono canal, pero es una pieza esencial en el enlace DWDM, donde el multiplexor atenúa los canales de señal. Tiene una potencia de entrada alta, una potencia de salida alta y una ganancia óptica media. Los tipos más comunes son EDFA de refuerzo de ganancia de 20dBm de salida en banda C y 40 canales de 26dB, EDFA de refuerzo de ganancia de 16dBm de salida en banda C y 40 canales de 14dB, etc.

Amplificador en línea

Un amplificador en línea se suele instalar en puntos intermedios del enlace de transmisión en un enlace DWDM para superar las pérdidas de transmisión de la fibra y otras pérdidas de distribución. El EDFA en línea está diseñado para la amplificación óptica entre dos nodos de red en el enlace óptico principal. Los EDFA en línea se colocan cada 80-100 km para garantizar que el nivel de señal óptica se mantiene por encima del ruido de fondo. Se caracteriza por una potencia de entrada de media a baja, una alta potencia de salida, una alta ganancia óptica y un bajo factor de ruido.

Preamplificador

Un preamplificador EDFA funciona en el extremo receptor de un enlace DWDM. El preamplificador se utiliza para compensar las pérdidas en un demultiplexor próximo al receptor óptico. Colocado antes del extremo receptor del enlace DWDM, el preamplificador EDFA trabaja para mejorar el nivel de la señal antes de que se produzca la fotodetección en un sistema de ultra larga distancia, mejorando así la sensibilidad de recepción. Tiene una potencia de entrada relativamente baja, una potencia de salida y una ganancia medias.

Ventajas e inconvenientes del EDFA

Hoy en día, el amplificador óptico EDFA se perfila como una opción preferible como método de amplificación de señal para sistemas DWDM, debido a su bajo nivel de ruido y a su insensibilidad a la polarización de la señal. Si tiene dudas sobre si elegir el amplificador, las ventajas y desventajas le darán pistas.

Ventajas

• El EDFA tiene un alto aprovechamiento de la potencia de bombeo (>50%).

• El EDFA amplifica directa y simultáneamente una amplia banda de longitudes de onda (>80 nm) en la región de 1550 nm, con una ganancia relativamente plana.

• La planitud puede mejorarse mediante filtros ópticos de ganancia plana.

• Ganancia superior a 50 dB.

• El EDFA presenta un bajo factor de ruido adecuado para aplicaciones de larga distancia.

• El despliegue de EDFA es relativamente más fácil de realizar y más asequible en comparación con otros métodos de amplificación de señal.

Inconvenientes

• El tamaño del amplificador EDFA no es pequeño.

• A diferencia del SOA y el amplificador Ramen, el EDFA, con un tamaño típico de diez metros de largo, es difícil de integrar con otros dispositivos semiconductores.

• Dado que la caída de canales puede dar lugar a errores en los canales restantes, es necesario un control dinámico de los amplificadores.

Resumen

Dado que el EDFA es el amplificador óptico más utilizado, la tecnología EDFA resulta ser la más avanzada y la que ocupa una posición dominante en el mercado. Con el despliegue de los sistemas WDM y el aumento del ancho de banda agregado de las fibras ópticas, el sistema WDM integrado con EDFA obtendrá más beneficios.