Tecnologia degli amplificatori a fibra ottica
Nella comunicazione in fibra ottica, i fasci di luce visibile o infrarossi (IR) trasportati da una fibra vengono attenuati mentre viaggiano attraverso il materiale. Poi arriva l'amplificatore a fibra ottica che viene utilizzato per compensare il risveglio delle informazioni durante la trasmissione.
Gli amplificatori sono inseriti in punti specifici per amplificare i segnali ottici in un sistema in cui i segnali sono deboli. Questo boost consente di trasmettere i segnali con successo attraverso la lunghezza del cavo rimanente. Nelle reti di grandi dimensioni, una lunga serie di amplificatori di fibre ottiche viene inserita in una sequenza lungo l'intero collegamento di rete.
Gli amplificatori ottici a fibre ottiche comuni comprendono l'amplificatore a fibra di carbonio di tipo Erbium (o amplificatore ottico EDFA), l'amplificatore a fibra Raman e l'amplificatore ottico di silicio (SOA). L'amplificatore a fibra drogata con Erbio è il principale tipo di amplificatore in fibra utilizzato per amplificare il segnale nel sistema a fibra ottica WDM, poiché sappiamo che è WDM che aumenta la capacità del sistema di comunicazioni in fibra ed è l'amplificatore in fibra drogata con erbio che rende Trasmissione WDM possibile. Gli amplificatori in fibra sono sviluppati per supportare il densitometro DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) chiamato amplificatore DWDM EDFA e per espandersi alle altre bande di lunghezza d'onda supportate dalla fibra ottica.
Esistono diversi meccanismi fisici che possono essere utilizzati per amplificare un segnale luminoso, che corrisponde ai principali tipi di amplificatori ottici. Negli amplificatori a fibra drogata e nei laser sfusi, l'emissione stimolata nel mezzo di guadagno dell'amplificatore causa l'amplificazione della luce in ingresso. Negli amplificatori ottici a semiconduttore (SOA), si verifica la ricombinazione elettrone-lacuna. Negli amplificatori Raman, lo scattering Raman della luce in ingresso con i fononi nel reticolo del mezzo di guadagno produce fotoni coerenti con i fotoni in ingresso. Gli amplificatori parametrici usano l'amplificazione parametrica.
Quando la luce viene trasmessa attraverso la materia, parte della luce viene dispersa in direzioni casuali. Una piccola parte della luce diffusa ha frequenze rimosse dalla frequenza del fascio incidente per quantità pari alle frequenze di vibrazione del sistema di dispersione del materiale. Gli amplificatori in fibra ottica Raman funzionano all'interno di questa piccola gamma di diffusione. Se il raggio iniziale è sufficientemente intenso e monocromatico, è possibile raggiungere una soglia oltre la quale la luce delle frequenze Raman viene amplificata, si accumula fortemente e generalmente presenta le caratteristiche dell'emissione stimolata. Questo è chiamato effetto Raman stimolato o coerente.
L'amplificatore a fibre ottiche EFDA funziona aggiungendo erbio, ioni di terre rare, al materiale del nucleo della fibra come drogante; tipicamente in livelli di poche centinaia di parti per milione. La fibra è altamente trasparente alla lunghezza d'onda di erbio laser da due a nove micron. Quando viene pompato da un diodo laser, viene creato un guadagno ottico e si verifica l'amplificazione.
L'amplificatore ottico al silicio o semiconduttore funziona in modo simile a un laser di base. La struttura è più o meno la stessa, con due lastre di materiale semiconduttore appositamente progettate l'una sull'altra, con un altro materiale tra loro che forma lo "strato attivo". Viene inserita una corrente elettrica che attraversa il dispositivo per eccitare elettroni che possono quindi ritornare allo stato di massa non eccitato e rilasciare fotoni. Il segnale ottico in entrata stimola l'emissione di luce alla propria lunghezza d'onda.
Il ripetitore a fibra ottica può anche riaccelerare un segnale attenuato, ma può funzionare solo su una lunghezza d'onda specifica e non è adatto ai sistemi WDM. Questo è il motivo per cui l'amplificatore a fibra ottica gioca un ruolo molto più importante nei sistemi di comunicazione.
