Amplificadores Ópticos Revolucionaram as Comunicações de Fibra Ótica de Longa Distância
Em situações em que a questão principal é a perda, os amplificadores ópticos podem de fato ser usados para amplificar os sinais sem conversão no domínio elétrico. Esses amplificadores ópticos realmente revolucionaram as comunicações de fibra óptica de longa distância.
A finalidade de um amplificador óptico é restaurar o nível de potência do sinal, reduzido devido a perdas durante a propagação, sem qualquer conversão óptica para elétrica. A maioria dos amplificadores ópticos amplifica a luz incidente através da emissão estimulada, o mesmo mecanismo que é usado em lasers, mas sem o mecanismo de realimentação. O principal ingrediente é o ganho óptico realizado através do bombeamento do amplificador (elétrico ou óptico) para atingir a inversão da população. o ganho óptico, em geral, não é apenas uma função da freqüência, mas também uma função da intensidade do feixe local. A figura abaixo mostra o princípio do amplificador óptico.
Em comparação com os regeneradores eletrônicos, os amplificadores ópticos não precisam de nenhum circuito eletrônico de alta velocidade, são transparentes à taxa de bits e ao formato e, o mais importante, podem amplificar múltiplos sinais ópticos em diferentes comprimentos de onda simultaneamente. Assim, seu desenvolvimento deu início ao tremendo crescimento da capacidade de comunicação usando Wavelength Division Multiplexing (WDM), no qual múltiplos comprimentos de onda carregando sinais independentes são propagados através da mesma fibra monomodo, multiplicando assim a capacidade do link. Ao contrário dos regeneradores eletrônicos, o amplificador WDM não compensa a dispersão acumulada no link e também adiciona ruído ao sinal ótico.
Os amplificadores ópticos têm um grande impacto nos sistemas de transmissão de fibra óptica. Eles podem compensar a perda de linhas de transmissão de fibra óptica, reduzindo assim o número de repetidores elétricos. Uma grande vantagem econômica é a capacidade de amplificar simultaneamente vários sinais WDM. Numa linha de transmissão de longa distância (mostrada na figura abaixo), os amplificadores ópticos, indicados por triângulos sólidos, são usados como amplificadores de reforço no transmissor, amplificadores em linha e pré-amplificadores no receptor. O amplificador em linha é chamado de repetidor 1R. Normalmente, um repetidor de 1R é inserido a cada 80-100 km em sistemas de transmissão de longa distância. Um EDFA é mais comumente usado para o amplificador na banda Convencional (banda C) da região espectral 1530-1565 nm. Isso ocorre porque a transição do estado metaestável para o estado fundamental de um EDFA cai na banda C. Clique para detalhes do produto do C-band EDFA . Cada vez que o sinal passa através do amplificador óptico, o ruído do amplificador é acumulado, resultando na degradação da relação sinal ruído (SNR). Portanto, após algumas passagens dos repetidores de 1R, o sinal óptico é regenerado por um repetidor elétrico de 3R que possui as três funções de remodelação, retimulação e regeneração.
Vários tipos de amplificadores ópticos foram introduzidos até agora: amplificador óptico semicondutor (SOA), amplificador de fibra Raman (RFA), amplificador de fibra dopada com terras raras (EDFA dopado com érbio operando a 1500 nm e FDFA dopado com praseodímio operando a 1300 nm ) e amplificador paramétrico óptico (OPA). As bandas amplificadoras primárias de EDFA são a banda C (1535-1565 nm) e a banda L (1570-1610 nm); no entanto, tem havido relatos de extensão da faixa operacional de EDFAs para a banda S (1460-1530 nm). Por outro lado, os RFAs podem ser feitos para operar em qualquer banda. SOAs capazes de operar em bandas diferentes estão disponíveis. OPAs usam não-linearidade para amplificar um sinal e podem ser feitos para operar em qualquer banda.
Atualmente, a maioria dos sistemas de comunicação por fibra óptica usa EDFAs devido às suas vantagens em termos de largura de banda, alta potência e características de ruído. RFAs e SOAs também estão se tornando importantes em muitas aplicações. O trabalho sobre OPAs mostrou que é possível obter amplificação de banda larga com números muito baixos de ruído.