Amplificadores Ópticos Passivos: EDFA, SOA e RFA
Como os sinais ópticos viajam através de uma fibra óptica, eles são atenuados. Em aplicações de longa distância, o sinal é atenuado até o ponto em que a re-amplificação é necessária. Tradicionalmente, um dispositivo comumente referido como um repetidor realizou essa re-amplificação.
Um repetidor é basicamente um receptor e um transmissor combinados em um único pacote. O receptor converte a energia óptica de entrada em energia elétrica. A saída elétrica do receptor aciona a entrada elétrica do transmissor. A saída óptica do transmissor representa uma versão amplificada do sinal de entrada ótica mais ruído.
A tecnologia disponível hoje elimina a necessidade de repetidores. Amplificadores ópticos passivos são agora usados em vez de repetidores. Um amplificador óptico passivo amplifica o sinal diretamente sem a necessidade de conversão óptico-elétrico e elétrico-óptico. Existem vários amplificadores ópticos diferentes com os quais amplificar passivamente um sinal óptico: amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA), amplificador óptico de semicondutor (SOA) e amplificador de fibra Raman (RFA), todos os quais usam uma técnica chamada bombeamento a laser.
EDFA
O amplificador EDFA é geralmente usado para links de fibra muito longos, como cabos submarinos. Os EDFAs usam uma fibra que foi tratada ou “dopada” com érbio, e isso é usado como meio de amplificação. Os lasers da bomba operam em comprimentos de onda abaixo dos comprimentos de onda que devem ser amplificados. A fibra dopada é energizada com a bomba a laser. Como o sinal óptico é passado através desta fibra dopada, os átomos de érbio transferem sua energia para o sinal, aumentando assim a energia ou a força do sinal à medida que ele passa. Com essa técnica, é comum que o sinal seja até 50 vezes ou 17dB mais forte deixando o EDFA do que quando entrou.
Aqui está um exemplo de um EDFA. Os EDFAs também podem ser usados em série para aumentar ainda mais o ganho do sinal. Dois EDFAs usados em série podem aumentar o sinal de entrada até 34 dB.
SOA
O amplificador SOA usa uma técnica semelhante à do EDFA, mas sem dopagem da fibra óptica. Ao contrário do EDFA, que é energizado com uma bomba a laser, o SOA é energizado com corrente elétrica. Os SOAs usam um guia de ondas óptico e um semicondutor de bandgap direto que é basicamente um laser Fabry-Pérot para injetar energia luminosa no sinal, como mostrado na figura abaixo. Esta técnica, no entanto, não oferece a alta amplificação que os EDFAs fazem. As SOAs são normalmente usadas em links de fibra mais curtos, como as Redes Metropolitanas (MANs).
Um problema com SOAs é que o ganho é muito difícil de controlar. Usando a técnica de semicondutor e um guia de ondas, o sinal pode esgotar o ganho de um sinal em outro comprimento de onda. Isso pode introduzir o crosstalk entre os canais, permitindo que o sinal em um comprimento de onda module o outro.
RFA
O amplificador RFA usa uma técnica chamada amplificação Raman, que é um método que usa lasers de bomba para doar energia ao sinal para amplificação. No entanto, ao contrário dos EDFAs, esta técnica não usa fibra dopada, apenas um laser de bombeamento de alta potência, como mostrado na figura abaixo. O laser é operado em comprimentos de onda de 60 nm a 100 nm abaixo do comprimento de onda desejado do sinal. A energia do sinal do laser e os fótons do sinal transmitido são acoplados, aumentando assim a intensidade do sinal. Os RFAs não amplificam tanto quanto os EDFAs, mas eles têm uma vantagem na medida em que geram muito menos ruído. Veja os detalhes do produto aqui: Raman Amplifier
Estes amplificadores ópticos podem ser combinados para tirar vantagem de suas características de amplificação. Em alguns casos, os RFAs e os EDFAs são combinados em links de fibra de longa distância para garantir alta amplificação e diminuição dos níveis de ruído.
Em resumo, cada técnica de amplificação tem vantagens e desvantagens. Lembre-se de ter em mente a amplificação em que o amplificador está sendo usado. Por exemplo, se um sinal precisava de amplificação, mas o ruído era um problema, um amplificador de RFA provavelmente seria a melhor escolha. Se o sinal precisa ser amplificado apenas por uma pequena quantidade, o amplificador SOA pode ser o melhor.
Todos esses métodos de amplificação têm uma grande vantagem: amplificadores ópticos irão amplificar todos os sinais em uma fibra ao mesmo tempo. Assim, é possível amplificar simultaneamente múltiplos comprimentos de onda (por exemplo, o DWDM EDFA é um tipo de amplificador WDM usado para amplificar múltiplos comprimentos de onda em sistemas DWDM). Mas é importante ter em mente que os níveis de energia devem ser monitorados com cuidado, porque os amplificadores podem ficar saturados, causando operação incorreta.