Amplificadores Opticos

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En el presente trabajo de investigación se hace un estudio de los amplificadores ópticos, los mismos que son utilizados en los sistemas de comunicaciones de fibra óptica para amplificar la señal atenuada cuando las conexiones tienen longitudes extensas.

Los amplificadores ópticos se clasifican en: amplificadores de semiconductores y amplificadores de fibra óptica, dentro de estos últimos encontramos los Amplificadores RAMAN y EDFA que en la actualidad son los más empleados.

Los amplificadores de semiconductores tienen una estructura similar a la de un láser semiconductor pero sin la realimentación, aunque son capaces de amplificar la señal óptica con poco consumo de potencia, son de fácil construcción a distintas longitudes de onda y son capaces de integrarse con otros semiconductores y componentes ópticos no han logrado un significativo interés en los sistemas ópticos debido a su comportamiento no lineal.

Por otro lado, los amplificadores de fibra óptica se basan en láseres de bombeo óptico. Este tipo de emisores funcionan consiguiendo la inversión de población a partir de la energía cedida por fotones en lugar de por electrones. Este tipo de amplificadores a su vez se clasifican en: amplificadores basados en efectos no lineales de fibras ópticas y Amplificadores ópticos basados en fibras activas.

Los amplificadores ópticos basados en fibras activas posee una gran ventaja y es que son dispositivos todo-fibra, con lo que es posible eliminar problemas como: no hay que alinear fibras, no dependen de la polarización y no existe cruce de canales.

Los mejores resultados en la actualidad se han conseguido utilizando los amplificadores basados en efectos no lineales, específicamente con el de erbio en fibra de sílice (EDFA).

Palabras claves: amplificadores ópticos, SOA, Raman, Brillouin, EDFA.

1. INTRODUCCIÓN1
2. FUNDAMENTOS TÉCNICOS Y TEÓRICOS2

1. Amplificadores Ópticos2

1. Comparación de los amplificadores ópticos con los electrónicos4
2. Clasificación de los amplificadores ópticos5

1. Amplificadores ópticos de semiconductor (Semiconductor optical amplifiers, SOAs) 5

1. Amplificador Fabry-Perot (FPA) 8
2. Amplificador de onda viajera (TWA) 8

1. Amplificadores de fibra óptica10

1. Amplificadores basados en efectos no-lineales de   fibras ópticas 10

1. Brillouin 11
2. Raman 12

1. Amplificadores ópticos basados en fibras activas15

1. EDFA (Amplificadores de Fibra dopada con Erbio o Erbium Doped Fiber Amplifier) 15

1. Cuadro comparativo entre los principales amplificadores ópticos19

1. APLICACIONES Y ASPECTOS ECONÓMICOS 20
2. CONCLUSIONES24
3. BIBLIOGRAFÍA25
4. GLOSARIO26

El continuo aumento de información en las redes de comunicaciones que se ha producido en los últimos años, ha hecho necesario la creación de sistemas capaces de soportar y gestionar estos grandes volúmenes de datos.

Por lo que, la fibra óptica se ha posicionado como el medio de transmisión más importante para las comunicaciones de alta velocidad, tanto digital como analógica. Sus características son insuperables en comparación con otros medios de transmisión, como son su gran ancho de banda y su baja atenuación, ha hecho de las fibras ópticas un medio ideal para transmisiones de larga distancia. 

Cuando una conexión de fibra óptica tiene una longitud demasiado extensa, de tal manera que la atenuación hace que la señal esté por debajo del límite de recepción se necesita amplificar la señal, para lo cual se utiliza regeneradores o amplificadores.

Al inicio se empleaban amplificadores o regeneradores electrónicos, que consiste en la amplificación de la señal de forma eléctrica y su reemisión. [1] Estos amplificadores que actúan en el dominio eléctrico no son adecuados cuando se trabaja con sistemas con varias longitudes de onda y de alta velocidad, ya que la conversión de la señal de óptica a eléctrica y viceversa suele ser un cuello de botella y restringe tanto el ancho de banda operativo como la calidad de la señal.

Por ello surgen los amplificadores ópticos, los mimos que combinan dos tecnologías: la de comunicaciones por fibra óptica y la tecnología láser. Este tipo de amplificadores proporcionan una solución más simple al problema de la atenuación y puede ser usado independientemente del tipo de modulación y del ancho de banda. 

Los amplificadores ópticos operan haciendo uso sólo de fotones, sin necesitar la interacción de electrones [2], generan una réplica de la señal de entrada pero con mayor nivel de potencia, operando completamente en el dominio óptico. Estos amplificadores pueden ser de dos tipos [3]:

• Amplificadores ópticos de semiconductor (Semiconductor optical amplifiers, SOAs)

• Amplificador Fabry-Perot (FPA)
• Amplificador de onda viajera (TWA, Travelling Wave)

• Amplificadores de fibra óptica

•  Amplificadores basados en efectos no-lineales de fibras ópticas

• Brillouin
• Raman

• Amplificadores ópticos basados en fibras activas

• EDFA (Amplificadores de Fibra dopada con Erbio o Erbium Doped Fiber Amplifier)

El propósito de este trabajo de investigación es exponer los principios de funcionamiento de los amplificadores ópticos, características, clasificación, y diversas utilidades dentro del campo de las telecomunicaciones, específicamente dentro de las redes de fibra óptica.

En un sistema de comunicaciones la distancia de un enlace está limitada por las pérdidas de la fibra, si se desea tener sistemas que cubran grandes distancias, inevitablemente se tendrá que hacer uso de amplificadores. Una de las opciones más eficientes para realizar esta tarea es por medio de amplificadores ópticos.

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