Descargar como PDF, PPTX
![1
2
2
n
n
n
nesp
−
=
[ ]
OPT
ASE
esp
ASE
P
G
n
h
S
ν
ν
ν
ν
∆
=
−
= 1
)
(
)
(
DONDE:
•nesp (factor de inversión de población)
•n1 y n2 población de electrones en niveles 1 (reposo) y 2 (excitación)
•G ganancia del A.O.
La potencia óptica que llega a fotodetector, y por tanto, la corriente
que genera, es proporcional al cuadrado de los campos electromagnéticos
que viajan por la fibra
( )
ruido
señal
ruido
señal
ruido
señal
ector
foto
E
E
E
E
E
E
i
2
2
2
2
det
+
+
=
=
+
∝
Es una señal de batido que puede caer en la banda de paso del receptor.](https://image.slidesharecdn.com/amplificadores-opticos-210708151113/85/Amplificadores-opticos-19-320.jpg)
![Amplificadores ópticos[1]](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/amplificadorespticos1-150924195650-lva1-app6892-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
Amplificadores opticos
- 1. Departamento de TecnologíaFotónica E.T.S.I.Telecomunicación-UPM COMUNICACIONES ÓPTICAS (AMPLIFICADORES ÓPTICOS) Santiago Aguilera Navarro aguilera@tfo.upm.es
- 2. INTRODUCCIÓN Pin Bombeo Pout in out db in out P P G P P G lg 10 = ⇒ = HASTA HACEUNOS AÑOS ÓPTICO a ELÉCTRICO, REGENERACIÓN DE SEÑALES Y RELOJES Y VUELTA A ÓPTICO. -PROBLEMAS: PASO A ELÉCTRICO, LIMITACIONES EN FRECUENCIA. -MUY COMPLEJO PARA WDM. -AMPLIFICADORES ÓPTICOS: AMPLIFICAN SEÑAL PERO NO REGENERAN RELOJES -IMPLESCINDIBLE FIBRAS DE MUY POCA DISPERSIÓN, AÚN ASÍ EN GRANDES TRAYECTOS SE TIENE QUE INTERCALAR ALGUNA ETAPA ELÉCTRICA
- 3.
- 4. DISTINTAS FORMAS DECONEXIÓN DE LOS A.O. a) Intercalado en la línea para alcanzar mayores distancias de transmisión b) Para aumentar la sensibilidad del receptor. (no siempre resultados positivos) c) Para aumentar la estabilidad del emisor; este genera menos potencia, y su comportamiento es más estable. d) Para aumentar la señal antes de distribuirla en una red.
- 5. PARÁMETROS A TENEREN CUENTA EN UN A.O. •Ganancia. •Potencia de Saturación (Máxima potencia de salida). •Ancho de banda espectral. •Respuesta temporal. •Ruido.
- 6. TIPOS DE A.O. ¾SOA(Semiconductor O.A.) Problemas de diafonía en WDM. ¾FOA (Fiber Optical Amplifier) ¾EDFA (Erbium Doped Fiber O.A.) Estandar actual, gran uso, solo 3ª ventana. ¾PDFA (Praseodymium DFA) 2ª ventana, malas prestaciones, pero no había otros. ¾RAMAN O.A. Protagonismo ascendente desde hace unos 5 años.
- 7. SOA (Semiconductor OpticalAmplifier) BÁSICAMENTE ES UN LÁSER SIN CAVIDAD. Problemas de acoplo a la fibra. Problemas de reflexión en los laterales.
- 8. GANANCIA DEL MATERIALPARA DISTINTAS DENSIDADES DE PORTADORES
- 9. n L z g(z) L z L z P(z) Pin Pout CON Pin PEQUEÑA L z n Lz g(z) CON Pin GRANDE
- 10. CON Pin GRANDE G(db) Pin 3db Pinsaturación Pout Pin
- 11. PRINCIPAL INCONVENIENTE (OVENTAJA) DE LOS SOA: Rápida respuesta de los portadores: Variación rapidísima de la ganancia con la Pin. No importa con una sola λ, pero produce diafonía entre canales en WDM. Muy útil para hacer conversores de λ.
- 12. EDFA (Erbium DopedFiber Amplifier) Basados en una fibra “convencional” de entre 10 y 30 mts. dopada con átomos de Er, en una proporción del uno por mil, aprox.
- 13. TIPOS DE BOMBEOS •Codireccional. •Contradireccional(más ganancia pero más ruido) •En las dos direcciones.
- 14. Mismo problema queen los SOA: cuando disminuye “n” disminuye “g” (ganancia del material) y por lo tanto “G” (ganancia del amplificador) Límite de conversión Pout < Pin + Pbom(λp/λs) λp De luz bombeo λs de luz incidente, y emitida. Normalmente Pin es despreciable. PCE (Power Conversion Efficiency) Pout/Pbom < (λp/λs)
- 15.
- 17. RESUMEN EDFA: Valores típicos:G = 30db., Pout (sat) = 15dbm aunque hay ensayos de hasta 30dbm (1w) Anchura espectral útil 30 a 40 nm (necesidad de ecualizar en WDM) Cambiando los dopantes, se puede cambiar ligeramente la λ central, Pero siempre dentro de la 3ª ventana. No son sensibles a la polaridad, ni de la luz de la señal, ni de la del bombeo. No tiene los problemas de rápida variación de ganancia de los SOA.
- 18. RUIDO EN AMPLIFICADORESEDFA Ruido ASE (Amplified Spontaneous Emission) Algunos electrones se generan por emisión espontánea (ruido). Viajan por la fibra y estimulan nuevos electrones (más ruido). Espectro muy ancho: se puede generar desde cualquier altura del nivel excitado a cualquier altura del nivel de reposo. Solución: filtro óptico a la salida del amplificador
- 19. 1 2 2 n n n nesp − = [ ] OPT ASE esp ASE P G n h S ν ν ν ν ∆ = − = 1 ) ( ) ( DONDE: •nesp(factor de inversión de población) •n1 y n2 población de electrones en niveles 1 (reposo) y 2 (excitación) •G ganancia del A.O. La potencia óptica que llega a fotodetector, y por tanto, la corriente que genera, es proporcional al cuadrado de los campos electromagnéticos que viajan por la fibra ( ) ruido señal ruido señal ruido señal ector foto E E E E E E i 2 2 2 2 det + + = = + ∝ Es una señal de batido que puede caer en la banda de paso del receptor.
- 20. 2 2 2 2 2 2 2 ASE señal shot señal ASE shot ASE shot term ruido − − − + + + + + =σ σ σ σ σ σ σ Junto a térmico y shot, el ruido predominante es el señal-ASE: ( )( ) ( ) ν η σ ν η σ σ σ σ σ h q GP G n h S DONDE G n G qB P EDFA Salida N S B GP q EDFA salida B S GP ent señal esp ASE esp ent ASE shot shot señal EDFA salida ent shot ASE ent ASE señal = ℜ ℜ = − = − + ℜ = + − = ℜ = − ℜ ℜ = − − − 2 2 2 2 2 2 2 ) 1 ( : ) 1 ( 2 1 2 ) ( 2 ) ( 4
- 21. ( ) ( ) () esp esp salida entrada ent ent ent shot señal EDFA entrada n G G n N S N S F ruido de Figura qB P B P q P EDFA EDFA N S η η σ σ 2 ) 1 ( 2 1 2 2 ) (sin ) (sin 2 2 2 ≈ − + = = = − − ℜ = ℜ ℜ = = − En una situación ideal ηnesp=1, el AO reduce la S/N a la mitad (3db) En AO reales buenos, este factor puede ser de 4 y por lo tanto la S/N se ve reducida en 6db. Si el ruido predominante fuera el Shot, un AO previo a receptor estropearía la sensibilidad de éste. Sería adecuado cuando el ruido predominante fuera el Térmico.
- 22. VARIACIONES DE LAS/N EN UNA INSTALACIÓN CON VARIOS AO (S/N) (final)=(S/N)(inicial)-(Figura ruido) x nº AO’s.
- 23. CONTROL DE GANANCIAEN LÍNEA Interesa que la señal que tengamos al final de la línea, se mantenga constante con independencia de fluctuaciones de la entrada, reconfiguraciones, etc.. Para ello se diseñan los AO para que trabajen en saturación; es equivalente a un C.A.G.
- 24. AMPLIFICADORES RAMAN Cuando existenvarias λ’s próximas se produce un desplazamiento de energía de las λ’s bajas a las altas. Los fotones pierden energía por interacción con la red, pasan a tener Una hע menor, λ mayor. λ1<λ2<λn
- 25. Los máximos deganancia se tienen con ∆ע del orden de 14THz. En frecuencias ópticas suponen ∆λ de unos 125nm. Estos desplazamientos de frecuencia son mayores cuando la potencia en la fibra es elevada, del orden de 1w. Aplicaciones: Incremento de velocidades de transmisión en tendidos ya existentes con EDFA. Para mantener el BER se tiene que aumentar la potencia. Se mete un RAMAN adicional.
- 26. ACOPLA- DOR BOM- BEO EDFA EDFA Comunicación en 3ªventana λ de 1550nm, λ bombeo 125nm menos, 1425nm, no ha láseres. Se parte de láser a 1064nm, y con 3 RAMAN se llega a 1450nm.
- 27. CONVERSOR DE LONGITUDDE ONDA MEDIANTE PASO A SEÑALES ELÉCTRICAS La solución mas sencilla: se pasa a eléctrico y se sintetiza con un láser de otra λ
- 28. CONVERSOR DE LONGITUDDE ONDA MEDIANTE SOA Basados en SOA: λ1 (entrada) λ2 (salida). Cuando señal λ1 vale cero, amplificador mucha ganancia. nivel señal λ2 elevado. Cuando señal λ2 vale uno, amplificador entra en saturación, menor ganancia y señal λ1 menor.
- 29. CONVERSOR DE LONGITUDDE ONDA MEDIANTE INTERFERÓMETRO MACH-ZEHNDER naLa nbLb λ2 EQUIDISTRIBUIDA POR LAS DOS RAMAS. λ1 PASA FUNDAMENTALMENTE POR UNA RAMA. Salida λ2 proporcional a cosKo(naLa-nbLb) λ1 modifica concentración de portadores en un SOA y por lo tanto índice de refracción.