Guión Ganancia Óptica Tipos de Amplificadores EDFA Tierras raras Bombeo óptico y transiciones Espectro de ganancia y saturación Estructuras SOA Ruido, figura de ruido, S/N Raman Diseño en transparencia y balance de potencia Respuesta en frecuencias Espectro de Ganancia Aplicaciones Conceptos Básicos DE AMPLIFICACIÓN Bombeo Medio Activo Haz láser a amplificar Material Activo Emisión óptica amplificada - Haz Láser Bombeo (óptico o eléctrico) inversión de población Ganancia óptica excepto para: SRS y SBS» frecuencia de la señal incidente» intensidad del haz en cada punto del medio activo Potencia de saturación limita la potencia en la línea 1
Tipos Semiconductor (SOA) de Fibra (OFA) Fibra Dopada Efectos no-lineales: Raman Brillouin Características básicas de los amplificadores ópticos Espectro de ganancia y ancho de banda Ganancia de saturación Ruido de amplificación F = n ( SNR) in ( SNR) out n ( G 1) / G n η F = 2n 2 spη sp n sp - factor de emisión espontánea 2
Amplificadores de Fibra Dopada Material Base Tierras raras Yb 3+ SiO 2 + (GeO 2 /P 2 O 5 ) + Pr 3+,Nd 3+ Nd 3+ Er 3+ 900-1.350 nm 1.320-1.390 nm 1.510-1.580 nm Fluorozirconate + Er 3+, Ho 3+, Tm 3+ 2-3 µm Esquema de niveles: Erbium Doped Fibre Amplifier (EDFA) banda de bombeo 1 Transición de bombeo 2 Fotón de 980 nm 1 Transicióm de bombeo Caída a nivel inferior 3 4 Emisión espontánea 7 5 Absorción estimulada banda metaestable Emisión estimulada Fotón de 1480 nm 1550 nm 1550 nm 1550 nm 6 1600 nm 1477 nm banda de referencia 3
Saturación G (db) P out P sat G o Bombeo G o P in P in (dbm) G (db) 40 Bombeo 10 20 30 L (m) G = P P out in >1 Esquema básico del EDFA Entrada λ s Aislador Laser de bombeo Acoplador WDM λ Β Fibra óptica dopada Filtro λ s λ Β Bombeo residual Aislador Salida P out 4
Configuraciones de Bombeo Entrada fibra dopada Salida Entrada fibra dopada fibra dopada Salida Bombeo Codireccional Entrada fibra dopada Salida Entrada fibra dopada Salida Bombeo Contradireccional Entrada fibra dopada Salida LASER DE BOMBEO (980 o 1480 nm) Bombeo dual Aplicaciones en sistemas del AO Según la posición en el sistema un A.O puede trabajar como: (a) Amplificador en linea. (b)amplificador de potencia (booster) (c) Preamplificador (d) LAN 5
Espectro de Salida y Ruido Potencia Potencia 1520 nm 1570 nm l 1550 nm l ASE: Amplified Spontaneous Emission Ventajas 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 Potencia de saturación alta (>10 dbm). P out (1-4000 mw) Ancho de banda insensible a la temperatura Ancho de banda de ganacia reproducible 1520-1570 nm Desventajas: Ancho de banda estrecho Bombeo con DL 6
Amplificador Raman - SRS absorción de fotón (ν 1 ) = fotón (ν 2 ) + fonón (ν 1 > ν 2 ) hν bom hν s Características y Aplicaciones de los AO-SRS Características Gran Ancho de banda ( 6THz) Potencia de bombeo alta Potencia de saturación alta (orden 1 w) Figura de ruido próxima a 3 db Principal problema: FUENTE DE BOMBEO Aplicaciones Amplificación de pulsos cortos Solitones Amplificación distribuida (no requiere el cambio de fibra aprovecha la red de fibra existente) Industria del CATV Amplificadores en cascada a 1.300 nm 7
Amplificador Óptico de Semiconductor SOA FPA (Amplificadores Fabry-Perot) TWA o TWSLA (Travelling wave amplifiers) 4000 Espectro de Ganancia Ganancia del Material (cm -1 ) 3000 2000 1000 0-1000 -2000-3000 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 9x10 18 8x10 18 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 7x10 18 10 19 cm -3 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 6x10 18 5x10 18 4x10 18 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 -4000 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 3x10 18 2x10 18 10 18 cm -3 Longitud de Onda (µm) AlGaAs SQW Tipos de SOA Fabry-Perot Alto rizado de la ganancia por resonancia Ancho de banda estrecho ( 5GHz) Sensible a las variaciones de temperatura, corriente y 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 8
Amplificadores Láser de Semiconductor - SLA G - factor de amplificación de un solo paso salida G = G G max FP min FP 1+ G = 1 G R R 1 R R 1 2 2 2 entrada G R 1 R 2 < 0,17 Ganancia relativa Longitud de onda (nm) Resumen SOA Ventajas Control por corriente Tecnología en uso Compactos e integrables Buen Ancho de banda Desventajas Sensibilidad a la polarización Diafonía Pérdidas de acoplo Factor de ruido relativamente alto Potencia de saturación pequeña 9
Características EDFA-SOA SOA EDFA Ganancia 25-30 db 30-50 db Potencia de saturación 5-10 dbm 13-23 dbm Factor de ruido 5-6 db 4 db Dimensiones < 1 mm 10-100 m Banda de paso Margen (nm) 30-60 nm 1300-1600 nm 20-30 nm 1530-1565 nm Integración possible impossible Aplicaciones del SOA (I) 10
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 Luz de salida Corriente, I Componente caro y dependiente de la polarización Convertidor en longitud de onda (I) Modulación de ganancia cruzada (XGM) 11
Convertidor en longitud de onda (II) Modulación de fase cruzada Ecualización 12
Pr-DFA Dopado de praseodimio en fibra Emisión a 1320 nm Bombeo a 1010nm Ganancia 38 db Potencia de saturación 20 mw Amplificadores para diferentes bandas 1 0.9 G.652 G.653 Nd Tm-Ho Er (C-ZBLAN) Tm-Tb 25 20 Atenuación [db/km] 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 Pr Er (C-Si) Er (L) Er (Te) 15 10 5 0-5 -10-15 Dispersión [ps/(nm km)] 0.1 Raman -20 0-25 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 Longitud de onda [nm] 13
Estándar ITU (I) Parámetros G.661 Máxima Ganancia Cifra de ruido NF Ancho de banda óptico del ruido de batido B sp-sp Características Genéricas G.662 EDFA Amplificador de fibra Estándar ITU (II) 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 14