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Amplificadores ÓpticosGuión
• Ganancia Óptica
• Tipos de Amplificadores
• EDFA
•SOA
•Raman
•Diseño en transparencia ybalance de potencia
•Tierras raras
• Bombeo óptico y transiciones
• Espectro de ganancia y saturación
• Estructuras
•Ruido, figura de ruido, S/N
• Respuesta en frecuencias• Espectro de Ganancia• Aplicaciones
Amplificadores Ópticos
Conceptos Básicos DE AMPLIFICACIÓN
• Medio Activo
• Bombeo (óptico o eléctrico) → inversión de población excepto para: SRS y SBS
• Ganancia óptica» frecuencia de la señal incidente» intensidad del haz en cada punto del medio activo
• Potencia de saturación → limita la potencia en la línea
MaterialActivo
Bombeo
Emisión ópticaamplificada - HazLáser
Haz láser aamplificar
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Amplificadores ÓpticosTipos
Fibra Dopada
Semiconductor (SOA)
Efectos no-lineales:• Raman• Brillouin
Amplificadores Ópticos de Fibra (OFA)
Amplificadores Ópticos
• Espectro de ganancia y ancho de banda• Ganancia de saturación• Ruido de amplificación
Características básicas de los amplificadoresópticos
( )( )out
inn SNR
SNRF =
( ) ηη spspn nGGnF 2/12 ≈−=
nsp - factor de emisión espontánea
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Amplificadores Ópticos
Amplificadores de Fibra Dopada
Material Base
SiO2
+
(GeO2/P2O5)
Fluorozirconate
Yb3+
Pr3+,Nd3+
Nd3+
Er3+
Tierras raras
+
+ Er3+, Ho3+, Tm3+
900 - 1.350 nm
1.320 - 1.390 nm
1.510 - 1.580 nm
2 - 3 µm
Amplificadores Ópticos
Esquema de niveles:Erbium Doped Fibre Amplifier
(EDFA)
Caída a nivel inferior
Tra
nsic
ión
de b
ombe
o
Tra
nsic
ióm
de b
ombe
o
Em
isió
nes
pont
ánea
Abs
orci
ónes
timul
ada
Em
isió
nes
timul
ada
banda de bombeo
banda metaestable
Fotón de980 nm
Fotón de1480 nm 1550 nm 1550 nm 1550 nm
banda de referencia
1 2
3
4
15
6
7
1600 nm
1477 nm
4
Amplificadores ÓpticosSaturación
Pout
Pin
Psat
Go
1>=in
out
PP
G
Pin (dBm)
Go
G (dB)
Bombeo
G (dB)
L (m)
40
Bombeo
10 20 30
Amplificadores Ópticos
Esquema básico del EDFA
SalidaEntrada
Aislador
Laser debombeo
AcopladorWDM Filtro
Fibraóptica
dopada
Bombeoresidual
Aislador
λs
λΒ
Poutλs
λΒ
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Amplificadores Ópticos
Configuraciones de Bombeo
fibra dopada SalidaEntrada
Salidafibra dopadaEntrada
Entradafibra
dopada Salida
fibra dopada
fibra dopada
Salida
Entrada
LASER DE BOMBEO (980 o 1480 nm)
fibra dopada SalidaEntrada
Bombeo Codireccional
Bombeo Contradireccional
Bombeo dual
Amplificadores Ópticos
Aplicaciones en sistemas del AO
Según la posición en elsistema un A.O puedetrabajar como:
(a) Amplificador en linea.
(b)Amplificador de potencia(booster)
(c) Preamplificador
(d) LAN
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Amplificadores Ópticos
λλ
Po
ten
cia
λλ
Po
ten
cia
1520 nm 1570 nm
ASE: Amplified Spontaneous Emission
Espectro de Salida y Ruido
1550 nm
Amplificadores Ópticos
Características - EDFA
• Bajas pérdidas de acoplo– ganancia alta (>40 dB)– realimentación y rizado en la
banda bajo– Figura de ruido 3,5-12 dB
• Insensible a la polarización• Almacenamiento de
energía alto– Funciona en saturación– Baja diafonía
Ventajas
• Potencia de saturación alta(>10 dBm). Pout (1-4000 mW)
• Ancho de banda insensiblea la temperatura
• Ancho de banda de ganaciareproducible
1520-1570 nm
Desventajas:Ancho de banda estrechoBombeo con DL
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Amplificadores Ópticos
absorción de fotón (ν1) = fotón (ν2) + fonón (ν1 > ν2)
Amplificador Raman - SRS
hνbom hνs
Amplificadores Ópticos
Características☺ Gran Ancho de banda(≅6THz)L Potencia de bombeo alta☺ Potencia de saturaciónalta (orden 1 w)☺ Figura de ruido próximaa 3 dBL Principal problema:FUENTE DE BOMBEO
Aplicaciones• Amplificación de pulsos cortos
• Solitones• Amplificación distribuida (norequiere el cambio de fibra aprovecha la redde fibra existente)
• Industria del CATV• Amplificadores en cascada a1.300 nm
Características y Aplicaciones de los AO-SRS
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Amplificadores Ópticos
Amplificador Óptico de Semiconductor
SOA
• FPA (Amplificadores Fabry-Perot)
• TWA o TWSLA (Travelling wave amplifiers)
O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o
O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o
O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o
O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o
O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o
O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o O r i g i n 6 0 D e m o
0,65 0,70 0,75 0,80 0,85-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
9x10
18
8x10
18
7x10
18
6x10
18
5x10
18
3x10
18
2x10
184x
101
8
101 9 cm
-3
A l G a A s S Q W
Gan
anci
a de
l Mat
eria
l (cm
-1)
L o n g i t u d d e O n d a ( µ m )
101
8 cm
- 3
Espectro de Ganancia
Amplificadores Ópticos
Tipos de SOA
Fabry-Perot• Alto rizado de la ganancia
por resonancia• Ancho de banda estrecho
(≅5GHz)• Sensible a las variaciones
de temperatura, corrientey polarización de la señal
• Filtrado de ruido inherente
Cuasi-Onda progresiva -NTW
• Bajo rizado de ganancia• Ancho de banda grande
(50-70 nm)• Requiere capas
antireflectivas (R<10-3)• Corriente de polarización
alta• Ruido alto
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Amplificadores Ópticos
Ganancia relativa
Longitud de onda (nm)
entrada
salida
Amplificadores Láser de Semiconductor - SLA
2
21
21
1
1
−
+==∆
RRG
RRG
G
GG min
FP
maxFP
G - factor de amplificación de un solo paso
17,021 <RRG
Amplificadores Ópticos
Resumen SOA
• Control por corriente• Tecnología en uso• Compactos e
integrables• Buen Ancho de banda
• Sensibilidad a lapolarización
• Diafonía• Pérdidas de acoplo• Factor de ruido
relativamente alto• Potencia de saturación
pequeña
Ventajas Desventajas
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Amplificadores Ópticos
S O A E D F A
Ganancia 25-30 dB 30-50 dB
Potencia de saturac ión 5 - 1 0 d B m 1 3 - 2 3 d B m
Factor de ru ido 5-6 dB 4 dB
Dimens iones < 1 m m 10-100 m
Banda de paso
M a r g e n ( n m )
30-60 nm
1300-1600 nm
20-30 nm
1530-1565 nm
Integración possible impossible
Características EDFA-SOA
Amplificadores Ópticos
Aplicaciones del SOA (I)
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Amplificadores Ópticos
Aplicaciones SOA (II)Conmutador Rápido
Combinación:» estado-ON Amplificación» estado-OFF Absorción
• Tiempo de conmutación: 1 ns.• Diafonía: 40 dB• Sin pérdidas• Pueden integrarse con
acopladores pasivos
Componente caro y dependiente de la polarización
Corriente, I
Luz
de
salid
a
Amplificadores Ópticos
Convertidor enlongitud de onda (I)
Modulación de ganancia cruzada (XGM)
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Amplificadores Ópticos
Convertidor enlongitud de onda (II)
Modulación de fase cruzada
Amplificadores Ópticos
Ecualización
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Amplificadores Ópticos
Pr-DFA
• Dopado de praseodimio en fibra• Emisión a 1320 nm• Bombeo a 1010nm• Ganancia 38 dB• Potencia de saturación 20 mW
Amplificadores Ópticos
Amplificadores para diferentes bandas
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700
Ate
nu
aci
ón [
dB
/km
]
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Dis
pers
ión
[p
s/(n
m k
m)]
G.652G.653
Pr
Nd
Tm-Ho Tm-TbEr (C-ZBLAN)
Er (C-Si)
Er (L)
Er (Te)
Raman
Longitud de onda [nm]
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Amplificadores Ópticos
Estándar ITU (I)
Parámetros G.661
• Máxima Ganancia
• “Cifra de ruido” NF
• Ancho de banda óptico del ruido de batido Bsp-sp
Características Genéricas G.662
• EDFA
• Amplificador de fibra
Amplificadores Ópticos
Aplicaciones G.663
• En linea
• Amplificador de potencia (Booster)
• Receptor con amplificación óptica
• Transmisor con amplificación óptica
• Preamplificador
Pérdidas de retorno ópticas G.957
Amplificador bombeado remotamente G.973
Aspectos de seguridad CEI 60825-2
Estándar ITU (II)