Actualmente, los amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA) operando en la región de 1550 nm son de gran interés para las comunicaciones ópticas debido a sus grandes ventajas como su gran ganancia (más de 30 dB), bajas pérdidas (ruido), amplio ancho de banda, ganancia insensible a la polarización y gran potencia de salida. Estos amplificadores necesitan de un
la que amplifican. Las dos posibilidades básicas son las que se muestran en la Figura 3.22. En la primera, la radiación de bombeo se introduce a la fibra amplificadora, mediante un acoplador, conjuntamente con la señal de entrada y por ello ambas se propagan en igual sentido a lo largo de la fibra. En la segunda, por el contrario, el bombeo se propaga en sentido contrario a la señal que se va a amplificar. Una tercera posibilidad, no representada en la figura, es la de realizar un doble bombeo con las dos configuraciones anteriores actuando simultáneamente; la ganancia, en este caso, puede llegar a duplicar la de un bombeo simple, pasando de unos 17 dB a cerca de 35 dB. Hay que indicar también que el bombeo en sentido opuesto al de propagación de la señal permite ganancias más altas que el realizado en el sentido de la propagación, aunque, por el contrario, sus características de ruido son peores [11]. El bombeo a una determinada longitud de onda genera ganancia mediante la inversión de población. El espectro de ganancia depende de los esquemas de bombeo así como de la presencia de otros dopantes en el núcleo de la fibra.
Figura 3.22.Posibles configuraciones de bombeo en un amplificador de fibra dopad: (a) bombeo en el mismo sentido de la señal y (b) bombeo en sentido inverso.
Aunque son varios los diseños posibles a la hora de implementar un amplificador de fibra dopada con erbio, en general existe una serie de elementos imprescindibles, como son el medio activo donde se produce la inversión de población (fibra con núcleo dopado), la fuente láser para el bombeo, un acoplador, uno o varios aisladores y (en ocasiones) un filtro de banda angosta. La Figura 3.23 muestra un diagrama a bloques de un EDFA [1].
Figura 3.23. Diagrama a bloques de un amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA).
Un bombeo eficiente para el EDFA es posible usando un transmisor láser de semiconductor cerca de las longitudes de onda de 980 y 1480 nm. El ancho espectral del diodo láser es aproximadamente de 20 nm alrededor de 1480 nm, pero todas las componentes espectrales contribuyen a la generación de inversión de población en los iones de erbio. La combinación relativamente baja de iones de erbio y una longitud larga de fibra resulta en una gran ganancia, superior a la que puede ser alcanzada con una longitud pequeña de fibra.
Uno de los aspectos más característicos del comportamiento del amplificador óptico y que lo diferencia de otros componentes de un sistema de comunicaciones, es el que se refiere al ruido que introduce, proveniente de la propia amplificación; de la radiación espontánea que genera a lo largo del tramo de fibra dopada. Los amplificadores ópticos presentan un tipo de ruido que es característico de ellos. Es el que se denomina amplificación de ruido espontáneo o ruido ASE (amplified spontaneous emission). Una vez bombeado el material dopante, no todos los electrones que se encuentren en un nivel excitado caerán al nivel inferior a través de un proceso de emisión estimulada; algunos de ellos lo harán mediante emisión espontánea y, a su vez, algunos de estos generarán fotones que se desplacen en el sentido de la señal, viajando con ella. En su desplazamiento por el tramo dopado pasarán por zonas en las cuales hay inversión de poblaciones y podrán dar lugar a nuevas emisiones estimuladas que ya no serán coherentes con la radiación de entrada pero que serán amplificadas. Estas señales no serán señales con contenido de información sino que serán ruido, cubriendo un margen de longitudes de onda superior al de la señal de entrada. Además de ello, al ser amplificada sustraerá una parte de la inversión de poblaciones obtenida, lo que repercutirá en parte en la amplificación de la señal [11].
Los EDFA tienen tres aplicaciones principales (Figura 3.24), con la principal ventaja de que pueden amplificar al mismo tiempo varios canales de diferentes longitudes de onda, sin necesidad de separarlos previamente. La primera (a) es como un amplificador usado para incrementar la potencia de entrada de la señal en una fibra óptica. Este amplificador se instala después de la fuente de luz. La segunda aplicación (b) de un EDFA es como un repetidor óptico usado para amplificar la señal atenuada y retransmitirla a la siguiente sección de fibra, requiriéndose de una potencia grande de salida. La tercera aplicación (c) es como un preamplificador para incrementar la sensibilidad en el receptor. Aquí se instala en frente del fotodetector, requiriéndose características de bajo ruido. Una cuarta aplicación (también mostrada en la figura) es en la que el hecho fundamental no es el de trabajar en grandes distancias sino el de necesitar altas potencias ópticas para distribuirlas a un conjunto de estaciones receptoras [1]. La ubicación de un amplificador óptico depende del uso que se pretenda hacer de él. De esta ubicación dependerá la potencia que la señal tenga a su entrada y con ello su comportamiento.
Figura 3.24. Localizaciones posibles para un amplificador óptico de acuerdo con las necesidades del sistema.