EDFA ( English Erbium Doped Fiber Amplifier ) es un amplificador de fibra óptica basado en fibra óptica dopada con iones de erbio .
Se utiliza en líneas de transmisión de fibra óptica para restaurar el nivel de la señal óptica . La ventaja de los amplificadores de erbio es la ausencia de conversión en una señal eléctrica , la posibilidad de amplificación simultánea de señales con diferentes longitudes de onda , lo que hace posible amplificar una señal espectralmente multiplexada , correspondencia casi exacta del rango de operación de los amplificadores de erbio a la región . de pérdidas ópticas mínimas de fibras ópticas basadas en vidrio de cuarzo , un nivel de ruido relativamente bajo y facilidad de inclusión en un sistema de fibra óptica.
En comparación con otros tipos de amplificadores ópticos (Raman y semiconductores), EDFA es el más utilizado [1] .
Un haz de luz relativamente potente, llamado radiación de bombeo, se mezcla con la señal de entrada para amplificarla utilizando un acoplador selectivo de longitud de onda. La señal de entrada y el haz de bombeo tienen longitudes de onda significativamente diferentes.
La luz mixta entra en la región de la fibra dopada con iones de erbio. La radiación de bombeo es absorbida por los iones de erbio y transfiere sus electrones externos (ópticos) a estados excitados, es decir, hay un proceso de aumento (acumulación) de energía en el sistema debido a la energía de los fotones de radiación de bombeo . Por lo tanto, se crea en el sistema una población inversa de niveles de energía de erbio. Cuando un fotón de una señal útil (amplificada) ingresa al sistema, al interactuar con un átomo de erbio excitado, lo obliga a irradiar la energía almacenada en forma de un cuanto de radiación adicional, cuya frecuencia y fase son idénticas a las propiedades. del fotón original de la señal útil. Es decir, de un fotón inicial, tras el proceso de emisión estimulada, se obtienen dos, y el propio proceso de emisión estimulada puede compararse con el proceso de multiplicación en avalancha, porque en cada acto elemental de emisión estimulada se liberan dos fotones. obtenidos con las mismas propiedades: energía, fase, polarización y sentido de propagación, entonces existen fotones coherentes.
Como resultado, resulta que el número de fotones de una señal útil (de entrada) que pasa por un medio con una población inversa aumenta en proporción al número de actos de emisión estimulada, y como todos los fotones secundarios son coherentes, su totalidad es una onda electromagnética que difiere de la onda electromagnética de la señal de entrada solo por una mayor intensidad, mientras que los átomos de erbio, habiendo cedido la energía almacenada en el curso de la emisión estimulada, regresan a la tierra, estado no excitado, y pueden ser transferidos nuevamente al estado excitado tras la absorción de fotones de radiación de bombeo.
El entorno con población inversa es una de las partes principales del amplificador de fibra, otra parte necesaria es el sistema de retroalimentación óptica que, debido a la reflexión, devuelve parte de la radiación y, por lo tanto, crea amplificación. La transición al modo de generación de láser convierte el amplificador en un láser y destruye por completo la estructura de la señal de entrada, lo que impide la amplificación adecuada, por lo tanto, intentan deshacerse de la retroalimentación óptica positiva introduciendo "aisladores" ópticos en el sistema en aquellos lugares donde puede aparecer una realimentación por reflexión: por ejemplo, en la salida del amplificador, en el punto de conexión al amplificador de la fibra óptica, que es la interfaz en la que, debido a la falta de homogeneidad óptica, se produce la reflexión.
La principal fuente de ruido en DFA es la emisión espontánea amplificada (ASE), que tiene un espectro que es aproximadamente el mismo que el espectro de ganancia del amplificador. La cifra de ruido en un DFA ideal es de 3 dB, mientras que en los amplificadores prácticos la cifra de ruido puede llegar a ser de 6 a 8 dB.
En la actualidad, los amplificadores EDFA basados en silicio y circonato de flúor son ampliamente utilizados. Ambos tipos se utilizan en todo el rango de trabajo del erbio (1530–1560 nm).
Uno de los problemas de los EDFA basados en silicio es la fuerte dependencia de la ganancia de la longitud de onda, lo que dificulta su uso en sistemas DWDM (se logran diferentes SNR en diferentes canales DWDM). Para dichos EDFA, se utiliza el bombeo a una longitud de onda de 980 nm.
Los EDFA basados en flúor-zirconato contienen más erbio, pero tienen un nivel de ruido más alto debido al uso de un láser de bomba de 1480 nm.