AMPIFICADORES

En un sistema óptico la señal que pasa a través de la fibra es atenuad, además por los demás componentes como acopladores y otros. La señal puede llegar muy débil para ser detectada y es necesario restaurarla. Antes en otras épocas se usaban regeneradores que transformaban la señal en impulsos eléctricos y estos son nuevamente transformados en señales ópticas.

Los amplificadores ópticos tienen a parte una gran ventaja sobre los regeneradores, ya que los regeneradores necesitan trabajar específicamente con la longitud de onda y la taza de bits del sistema de comunicación, mientras que los amplificadores son insensibles a esos aspectos. Sin embargo los amplificadores no son del todo buenos, ya que estos le agregan ruido al sistema y por cada amplificador se acumula más y más ruido.

Para explicar el funcionamiento de los amplificadores, introduciremos 2 conceptos importantes. La emisión simulada y la emisión espontanea, para explicar tomaremos el ejemplo de un átomo con dos niveles de energía E1 Y E2, y un campo magnético inducido que satisface hfc=E2−E1 , esto induce a la transición de átomos entre los niveles E1 y E2. Cuando hay transiciones de E1 a E2 se genera absorción de fotones y cuando se produce transiciones entre E2 y E1 se genera emisión de fotones, lo cual colabora con la amplificación. Ahora bien la diferencia entre los dos tipos de emisión es que para e caso de la simulada se tiene un campo externo, mientras que en el caso del espontanea son independientes, ahora bien otro aspecto es que en el caso de la emisión espontanea si bien los fotones tienen la misma energía estos son emitidos en direcciones y polarizaciones aleatorias, lo que no ocurre con la emisión simulada. La emisión espontanea es un proceso incoherente mientras que la simulada es un proceso coherente.

AMPLIFICADORES DE FIBRA DOPADAS DE ERBIO (EDFA)

Consiste en una longitud de fibra de silicio cuyo núcleo está dopado con Erbio. Estas fibras son accionadas usando un láser con una longitud de onda generalmente de 980nm o 1480 nm(Pump power).

Su funcionamiento se basa en lo que se conoce como división cruda, que es el proceso por el cual los niveles de energía se dividen en otros y son inducidos en el vidrio de silicio. Esta separación de niveles de energía es útil ya que aumenta el número de frecuencias o longitudes de onda que se pueden amplificar, dependiendo la longitud de onda se van a ubicar en medio de determinados niveles de energía.

La ganancia de los amplificadores es función de la longitud de onda. Para determinado pump power dependiendo de la longitud de onda se tiene una determinada ganancia. Estos amplificadores trabajan en la banda de (1530-1565 nm) y se conocen como C-BAND EDFA, sin embargo se han desarrollado sistemas que pueden trabajar en una banda superior (1565-1625 nm) y se conocen como L-BAND EDFAS. Existen también los llamados AMPLIFICADORES RAMAN, que se diferencian principalmente en que estos pueden dar ganancia a casi cualquier longitud de onda.

AMPLIFICADORES OPTICOS SEMICONDUCTORES (SOAs)

Tienen la misma estructura que un láser y prácticamente el mismo funcionamiento. Formado por materiales N y P unidos forman una unión que genera la región activa. La luz es amplificada a través de emisión simulada cuando esta se propaga por la región activa. Difieren de los EDFA en la manera en como estos generan la inversión de “población”. Esto se realiza

mediante electrones portadores o Huecos, dependiendo de la forma en la que estén dopados los semiconductores. Tienen básicamente dos niveles de energía uno en donde los electrones se mueven libremente llamada banda de conducción y otro en el cual el movimiento es muy difícil llamado banda de Valencia y la zona de unión llamado bandgap. Las regiones están separadas por cargas libres que forman la banda de agotamiento. Cuando no hay voltaje esta banda es grande mientras que cuando se aplica voltaje esta banda se hace más pequeña y los electrones pueden pasar de un nivel a otro produciéndose así la amplificación. Existe un problema en estos amplificadores llamado CROOSTALK que ese produce cuando dos señales de diferente longitud de onda están dentro. Si una hace uso de los portadores o los huecos, la otra señal no podrá hacer lo mismo por lo que se puede ver con poca amplificación o incluso absorbida.

LASERS.

Son semejantes a cualquiera de los amplificadores, pero la diferencia es que estaba encerrados dentro de una cavidad refractiva que causa que este oscila y tenga una retroalimentación positiva. Imaginemos uno de los amplificadores que hemos visto y que parte de la energía es reflejada en la cavidad que tiene dos paredes planas y hacen las veces de espejo, esto produce que la luz que logra salir estén todas en fase.

MODOS LONGITUDINALES.

Para que la oscilación láser ocurra se deben cumplir dos condiciones la primera es que la longitud de onda debe estar dentro del ancho de banda o de la ganancia media, por ejemplo si se usa fibra dopada de Erbio la señal debería estar entre los 1525 y 1560 nm. La segunda condición es que la longitud de la cavidad sea un múltiplo entero de la mitad de la longitud de onda, esta es la condición que recibe el nombre de Modo Longitudinal. Se llama también Fabry-Perot laser y puede oscilar simultáneamente en muchos modos longitudinales MML (Múltiple Longitudinal mode).

LASER DE REALIMENTACION DISTRIBUIDA.

Es una modificación del laser Fabry-Perot, para hacer la retroalimentación en lugar de usar espejos este laser lo hace mediante la modificación periódica del ancho de la cavidad de resonancia.

La onda incidente es reflejada varias veces en la zona corrugada, todas estas contribuyen y dan como resultado la onda transmitida en fase a la salida. Deben cumplir con la condición de bragg, es decir que deben cumplir un número entero de medias longitudes de onda. Cuando la zona corrugada está fuera de la zona activa se conoce como Distributed Bragg Reflector (DBR).

LASER DE CAVIDAD EXTERNA.

La supresión de las oscilaciones con más de un modo longitudinal se puede lograr usando otra cavidad llamada la cavidad externa. El resultado de tener dos cavidades es que el láser sea apto para oscilar únicamente en las longitudes de onda de la primera y segunda cavidad. Se puede usar también una rejilla exterior y cubrir el espejo de la cavidad de ganancia con un recubrimiento anti reflejante.

VERTICAL CAVITY SURFACE-EMITTING LASERS

Si tratamos de hacer la cavidad de ganancia lo más pequeñas posibles entramos al terreno de los laser con cavidad vertical, estos tienen los espejos en la parte superior e inferior y la salida se toma de una de las superficies, generalmente la superior.

Una desventaja de estos dispositivos es la gran resistencia que presenta lo que produce que el dispositivo se caliente y necesita un enfriamiento térmico eficiente.

MODE LOCKED LASER

Son usados para generar pulsos muy angostos, lo cual es necesario en un sistema de alta velocidad, esto se consigue gracias al bloqueo de modo que se explica a continuación.

Suponga un Laser que trabaja en N modos longitudinales adyacentes los unos a los otros, la

longitud de la cavidad debe satisfacer l=(k+i ) λi2

con i=0,1 , N−1 Y con las frecuencias

fo , f 1 ,…fn−1 que satisface fi=fo+∆ f , la oscilación es de la forma ai cos (2πfit+ϕi) donde ai es la amplitud y ϕies la fase del modo.

El total de las oscilaciones es:

∑I=0

N−1

a i cos(2 π f i t+φ i) .

Cuando usamos ϕ igual para todos se le conoce como bloqueo de modo y es la manera más común de generar pulsos angostos