Amplificatore laser di distribuzione

Definizione: amplificatore in fibra in un collegamento dati in fibra ottica, il processo di amplificazione che avviene su una fibra di trasmissione molto lunga.

Per i collegamenti in fibra lunghi utilizzati nella trasmissione di dati a lunga distanza, sono necessari uno o più amplificatori in fibra per garantire una potenza di segnale sufficiente al ricevitore e per mantenere un rapporto segnale/rumore sufficiente garantendo al tempo stesso un tasso di errore di bit. In molti casi questi amplificatori sono discreti, implementati con pochi metri di fibra drogata con terre rare, pompati da un diodo laser accoppiato a fibra, a volte come parte del trasmettitore o proprio davanti al ricevitore, o nel mezzo della trasmissione fibra usata da qualche parte. Può essere utilizzato anche un amplificatore distribuito nella fibra di trasmissione stessa. La luce della pompa viene solitamente iniettata nella porta del ricevitore o del trasmettitore oppure entrambe le porte vengono iniettate contemporaneamente. Questo amplificatore distribuito può ottenere un guadagno complessivo simile, ma il guadagno per unità di lunghezza è molto inferiore. Ciò significa che può mantenere un livello ragionevole di potenza del segnale in presenza di perdite di trasmissione, anziché aumentare la potenza di pochi decibel.

Pro e contro:

Un vantaggio dell'utilizzo di amplificatori distribuiti è il minore accumulo di rumore dell'amplificatore sul collegamento. Ciò è dovuto principalmente al fatto che la potenza del segnale viene mantenuta costantemente anziché a un livello molto basso, come nel caso degli amplificatori discreti. La potenza del segnale di picco può quindi essere ridotta senza aggiungere rumore all'amplificatore. Ciò riduce effettivamente gli effetti non lineari delle fibre potenzialmente dannosi.

Uno svantaggio molto grande degli amplificatori distribuiti è la necessità di una maggiore potenza della pompa. Questo vale per gli amplificatori Raman e gli amplificatori drogati con terre rare, discussi di seguito.

I vantaggi dei diversi tipi di amplificatori dipendono dal sistema di trasmissione e dalle sue caratteristiche. Ad esempio, per i sistemi basati esclusivamente sui solitoni, fattori importanti da considerare sono la gamma di lunghezze d'onda e la larghezza di banda del segnale.

Amplificatore laser distribuito

Gli amplificatori di distribuzione possono essere implementati in due forme diverse. Il primo metodo consiste nell'utilizzare una fibra di trasmissione che contiene alcuni ioni drogati di terre rare, come gli ioni erbio, ma la concentrazione di drogante deve essere molto inferiore a quella delle normali fibre amplificatrici. Sebbene la fibra di silice sia comunemente utilizzata per le comunicazioni, la sua solubilità negli ioni delle terre rare è molto bassa e un basso drogaggio può evitare effetti di spegnimento. Tuttavia, poiché la fibra ottica di trasmissione presenta anche altre limitazioni, è difficile ottimizzare la fibra ottica per avere una larghezza di banda di guadagno elevata. In particolare, qualsiasi drogaggio aumenterà le perdite di trasmissione, il che non è un problema serio negli amplificatori discreti corti.

Poiché anche la luce della pompa dell'amplificatore distribuito deve essere trasmessa su una lunga distanza, si verificherà una perdita di trasmissione. Se la lunghezza d'onda della pompa è molto più piccola della lunghezza d'onda del segnale, la perdita è addirittura maggiore della luce del segnale. Pertanto, gli amplificatori drogati con erbio a distribuzione lunga devono utilizzare una luce di pompa da 1,45 micron invece della luce comunemente usata da 980 nm. Ciò a sua volta imporrà maggiori restrizioni sulla forma spettrale del guadagno dell'amplificatore. Anche con lunghezze d'onda della pompa elevate, il fabbisogno di potenza della pompa è maggiore a causa delle perdite della pompa rispetto agli amplificatori in fibra discreti.

Amplificatore Raman distribuito

Un altro tipo di amplificatore distribuito è l'amplificatore Raman, che non richiede il drogaggio con terre rare. Utilizza invece lo scattering Raman stimolato per ottenere il processo di amplificazione. Allo stesso modo, le fibre di trasmissione sono difficili da ottimizzare per i processi di amplificazione Raman perché le perdite di trasmissione devono essere basse e anche la luce della pompa subisce perdite di trasmissione. Pertanto è necessaria una potenza della pompa molto elevata.

Lo spettro di guadagno di una sorgente a pompa dipende dalla composizione chimica del nucleo della fibra. È possibile ottenere uno spettro di guadagno più ampio e sintonizzato combinando diverse lunghezze d'onda della pompa.