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Sistemas de Comunicação Óptica

Amplificadores Ópticos

©João Pires

Sistemas de Comunicação Óptica

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Aplicações gerais (I)
• Amplificador de linha
Usado para compensar a atenuação da fibra óptica em sistemas limitados pela atenuação, permitindo aumentar a distância entre regeneradores.

Emissor óptico
Fibra óptica

G Amplificador óptico de linha

G

Receptor óptico

•Pré-amplificador
Usado para amplificar um sinal fraco antes da fotodetecção, permitindo mitigar o efeito do ruído de origem térmica originado no receptor e melhorar a relação sinal-ruído.
Receptor óptico

Emissor óptico
Fibra Óptica

G

Pré-amplificador óptico

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Aplicações gerais (II)
• Amplificador de potência(Pós-amplificador)
É colocado logo a seguir à fonte óptica de modo a aumentar a potência transmitida, e deste modo aumentar a distância de transmissão. Conjugando um amplificador de potência com um pré-amplificador é possível atingir distâncias entre 200 e 250 km em sistemas limitados pela atenuação.

Emissor óptico

G
Fibra óptica

Receptor óptico

Amplificador óptico de potência



Amplificador decompensação
Usado para compensar as perdas devidas à derivação de potência.

Emissor óptico
Fibra óptica

G Amplificador óptico de compensação

Receptor óptico

Derivador

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Tipos de amplificadores ópticos
• Amplificador de fibra dopada
A amplificação tem lugar num troço de fibra dopada (érbio para a banda de 1.55 µm e neodímiopara a banda de 1.3 µm). A alimentação é feita por um laser.
Sinal óptico de entrada Sinal óptico de saída

Fibra dopada
Laser Acoplador Laser bombeador



Amplificador de Raman

A amplificação tem lugar na fibra óptica usada na transmissão do sinal óptico através do efeito de Raman.
Sinal óptico de entrada Laser Acoplador Sinal óptico de saída

Fibra óptica
Laser bombeador

•Amplificador de semicondutor (SOA, semiconductor optical amplifier)
A amplificação tem lugar numa heterojunção de material semicondutor, acoplada à fibra óptica.
Fibra óptica Corrente de injecção

Fibra óptica

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Vantagens
• Devido à largura de banda elevada permite amplificar sinais WDM constituídos por um grande número de canais.
λ1 λ2λΝ
Multiplexador WDM Fibra óptica

λ1 λ2 λΝ
Desmultiplexador WDM

Amplificador óptico



Como a amplificação tem lugar no domínio óptico, permite realizar uma ligação transparente relativamente ao formato e ao débito binário.
Sinal digital

Sinal analógico



Permite aumentar a capacidade actuando unicamente nos terminais do sistema.
Presente Futuro



Permite compensar asperdas de componentes passivos (derivadores, filtros, acopladores, comutadores ópticos, etc.)
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Fundamentos dos EDFAs
• O amplificador de fibra dopada a érbio ou EDFA (Erbium-doped fibre amplifier) é construído dopando a parte central do núcleo (diâmetro de cerca de 2.5 µm) de uma fibra óptica de sílica com iões de érbio (Er3+). O iões de érbiosão activados pela energia fornecida por um laser bombeador, permitindo criar uma inversão de população, e realizar amplificação por emissão estimulada. O EDFA é usualmente bombeado por lasers de semicondutor operando a 980 nm ou 1480 nm.
O bombeamento é usado para excitar os iões de érbio da banda fundamental para a banda excitada de maior energia (4I11/2 ). Os iões excitados decaem rapidamentedessa banda para a banda 4I13/2 , designada por metaestável. Esta banda é caracterizado por um tempo médio de fluorescência (τ) longo de 14 ms, permitindo realizar uma inversão de população.
4I 11/2



Transição não radiativa (1µs) 980 nm
Bombeamento energético

4I

13/2

1480 nm

Emissão estimulada (1520 –1570 nm) τ = 14 ms
4I 15/2



O ganho do amplificador permanece...
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