Ottimizzazione del guadagno dell'amplificatore ottico

EDFA è un amplificatore ottico che utilizza una fibra ottica drogata come mezzo di guadagno per amplificare un segnale ottico. Il segnale che deve essere amplificato e un laser a pompa vengono multiplexati nella fibra drogata e il segnale viene amplificato attraverso l'interazione con gli ioni droganti. EDFA è l'amplificatore ottico più noto e più frequentemente utilizzato adatto alla finestra ottica a bassa perdita di fibra a base di silice. 

Un'attrattiva particolare degli EDFA è la loro ampia larghezza di banda di guadagno, che in genere è di decine di nanometri e quindi in realtà è più che sufficiente per amplificare i canali dati con le velocità dati più elevate senza introdurre alcun effetto di restringimento del guadagno. Un singolo EDFA può essere utilizzato per amplificare simultaneamente molti canali di dati a diverse lunghezze d'onda all'interno della regione di guadagno. Prima che tali amplificatori in fibra fossero disponibili, non esisteva un metodo pratico per amplificare tutti i canali tra lunghi tratti di fibra di un collegamento in fibra ottica. Bisognava dividere tutti i canali di dati, rilevarli e amplificarli elettronicamente, reinviarli otticamente e combinarli nuovamente. L'introduzione degli amplificatori in fibra ha quindi comportato un'enorme riduzione della complessità, insieme a un corrispondente aumento dell'affidabilità. 

Nei sistemi WDM mediante multiplexing, un flusso di canali di lunghezza d'onda, in particolare nei regimi di banda C e L, può amplificarsi simultaneamente al livello di potenza desiderato in cui l'amplificazione di un particolare canale dipende dalla lunghezza d'onda del segnale, dal numero di segnali presenti nel sistema, dalle potenze del segnale di ingresso e dalle sue sezioni di assorbimento ed emissione.

L'amplificatore in fibra drogata con erbio appiattito (EDFA) è un componente chiave nei sistemi di trasmissione di onde luminose multicanale a lungo raggio come il Wavelength Division Multiplexing (WDM). Una difficoltà nell'implementare un sistema WDM che includa gli EDFA è che lo spettro di guadagno dell'EDFA dipende dalla lunghezza d'onda. In un sistema WDM, l'EDFA non amplifica necessariamente allo stesso modo la lunghezza d'onda dei canali. L'EDFA in un sistema WDM deve spesso avere spettri di guadagno equalizzati per ottenere potenze di uscita uniformi e rapporti segnale-rumore (SNR) simili. Esistono diversi metodi per progettare un EDFA a guadagno spettrale piatto, ad esempio controllando la lunghezza della fibra drogata e la potenza della pompa, scegliendo correttamente le caratteristiche del filtro notch ottico, utilizzando un filtro sintonizzabile acusto-ottico e impiegando un mezzo di guadagno ampliato in modo disomogeneo. Questo documento ottiene la piattezza del guadagno dell'EDFA controllando la lunghezza della fibra drogata e la potenza della pompa per una data potenza di ingresso di -26 dBm e la potenza di uscita desiderata di oltre 8 dBm.

Sistema di linee ottiche