Banda EDFA - InfoCom
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Amplificatori Ottici
Amplificazione ottica (1/2)<br />
Per controbilanciare l’attenuazione della fibra,<br />
sono utili gli amplificatori ottici<br />
E () t = GE () t + n() t<br />
out in<br />
Guadagno ottico<br />
Rumore ottico generato dall’amplificatore
Amplificazione ottica (2/2)<br />
Il segnale ottico di uscita deve idealmente essere<br />
una copia identica a quello di ingresso, con minima<br />
distorsione (salvo rumore additivo).<br />
Notare che si tratta di dispositivi “tutto-ottici”,<br />
senza conversione di segnale in elettronico<br />
(rigenerazione 1R).
Principio di funzionamento (1/4)<br />
Gli amplificatori ottici si basano su principi simili<br />
a quelli visti per i sistemia semiconduttore,<br />
cioè:<br />
1. Emissione stimolata<br />
Effetto principale, che permette<br />
l’amplificazione.
Principio di funzionamento (2/4)<br />
2. Emissione spontanea<br />
Effetto non voluto, ma sempre presente,<br />
causa di generazione di rumore.<br />
3. Assorbimento<br />
Effetto che permette il trasferimento di<br />
potenza dalla “pompa” al segnale utile.
Principio di funzionamento (3/4)<br />
L’amplificazione ottica è possibile grazie al<br />
trasferimento di potenza tra un segnale ottico<br />
non modulato (detto “segnale di pompa”) al<br />
segnale utile.<br />
Il trasferimento di energia è possibile grazie a:<br />
Assorbimento della potenza di pompa<br />
Emissione stimolata sulla potenza di segnale.
Principio di funzionamento (4/4)
Amplificatori ottici ad erbio
Ebrium Doped Filter Amplifier (<strong>EDFA</strong>) (1/2)<br />
Gli amplificatori ottici di gran lunga più comuni<br />
sono gli amplificatori ottici ad Erbio, detti <strong>EDFA</strong><br />
(Erbium Doped Fiber Amplifiers).<br />
Sono costituiti semplicemente da un tratto (10-40 metri) di<br />
fibra in vetro con un opportuno drogaggio di Erbio.
Ebrium Doped Filter Amplifier (<strong>EDFA</strong>) (2/2)<br />
Il drogaggio ad Erbio è stato scelto poichè, date le sue<br />
caratteristiche atomiche, permette di ottenere<br />
amplificazione ottica su lunghezze d’onda attorno a 1550<br />
nm (terza finestra, minimo di attenuazione della fibra).
<strong>EDFA</strong> e lunghezza d’onda<br />
Per le caratteristiche dell’Erbio, il pompaggio<br />
può avvenire ad una delle due seguenti<br />
lunghezze d’onda<br />
980 nm<br />
1480 nm
<strong>EDFA</strong> – struttura e nomenclatura -
Caratteristiche <strong>EDFA</strong>
Caratteristiche <strong>EDFA</strong><br />
Gli <strong>EDFA</strong> sono oggi dei dispositivi disponibili<br />
commercialmente ed estremamente affidabili.<br />
Hanno costi elevati, che ne permettono l’uso solo<br />
per le trasmissionia lunga distanza (>50 Km)<br />
In questo contesto, gli <strong>EDFA</strong> hanno tuttavia<br />
costituito una “rivoluzione tecnologica”,<br />
avvenuta a partire dal 1990.<br />
Potenze di uscita tipiche: fino a 20 dBm e oltre.<br />
Guadagni tipici: fino a 30-40 dB.
Saturazione e guadagno<br />
Per la conservazione dell’energia , la potenza di<br />
uscita dell’<strong>EDFA</strong> (considerando pompa+segnale)<br />
deve essere inferiore a quella di ingresso<br />
Parte della potenza viene infatti persa lungo<br />
la fibra.<br />
A parità di potenza di pompa, il guadagno sulla<br />
potenza di segnale avrà un effetto di saturazione.
Saturazione e guadagno (2/2)
<strong>Banda</strong> <strong>EDFA</strong><br />
La banda di guadagno è tipicamente<br />
definita come quella zona dove il<br />
guadagno è piatto entro 1 dB. I<br />
valori tipici per gli <strong>EDFA</strong> standard<br />
sono attorno ai 30 nm.<br />
Nei sistemi ad alta capacità le<br />
limitazioni alla massima banda<br />
disponibile sono legate alla banda<br />
degli <strong>EDFA</strong>. Sono state studiate varie<br />
soluzioni tecnologiche per allargare<br />
questa banda.
Bande <strong>EDFA</strong> - terminologia<br />
C-Band (central)<br />
standard <strong>EDFA</strong> band, circa 1535-<br />
1565.<br />
L-Band (Large wavelength)<br />
Circa 1570-1600 nm.<br />
XL-Band (Xlarge wavelength)<br />
sopra 1600 nm.<br />
S-Band<br />
sotto 1530 nm.
<strong>EDFA</strong> a banda larga - terminologia<br />
Per ottenere <strong>EDFA</strong> con banda larga,<br />
al di fuori<br />
della classica banda C, sono utilizzati<br />
Opportuni filtri ottici (passivi) di<br />
equalizzazione del guadagno.<br />
Si usano Droganti aggiuntivi oltre<br />
all’Erbio.
<strong>EDFA</strong> e rumore ASE (1/2)<br />
Così come gli amplificatori elettrici,<br />
gli <strong>EDFA</strong><br />
generano rumore<br />
Il rumore è dovuto al fenomeno<br />
dell’emissione spontanea.
<strong>EDFA</strong> e rumore ASE (2/2)<br />
In un <strong>EDFA</strong>, un fotone emesso spontaneamente viene<br />
successivamente amplificato<br />
Il rumore complessivo viene chiamato:<br />
Amplified Spontaneous Emission (ASE) noise.
Amplificatori ottici a<br />
semiconduttori
Amplificatori ottici a semiconduttore<br />
Esistono altri tipi di amplificatori ottici<br />
(meno diffusi degli amplificatori ottici<br />
ad Erbio)<br />
Semiconductor Optical Amplifiers<br />
(SOA).<br />
Si basano sullo stesso principio dei<br />
laser (emissione stimolata in un<br />
semiconduttore), senza però<br />
feedback ottico.<br />
Rispetto agli <strong>EDFA</strong>:<br />
guadagno attorno a<br />
1550 nm (ma possibili<br />
anche altre bande, ad<br />
esempio 1300 nm);<br />
banda pari a 20-30 nm;<br />
maggiore quantità di<br />
rumore; causa effetti di<br />
crosstalk, non possono<br />
essere utilizzati per<br />
amplificazione WDM.
Campi di applicazione SOA (1/2)<br />
I SOA non hanno per ora significative<br />
applicazioni commerciali.<br />
Tuttavia hanno alcune caratteristiche<br />
potenzialmente interessanti:<br />
- dimensioni molto compatte<br />
- minore consumo<br />
- costo potenzialmente inferiore.
Campi di applicazione SOA (2/2)<br />
Potrebbero dunque trovare utilizzo<br />
per applicazioni di amplificazione<br />
ottica a basso costo (MAN).<br />
Inoltre sono dispositivi molto utilizzati<br />
in ambito di ricerca avanzata per<br />
“processing ottico”:<br />
- switch ottici<br />
- convertitori di lunghezza d’onda.
SOA e switch (1/2)<br />
I SOA possono essere “accesie<br />
spenti” molto velocemente, tramite<br />
modulazione della corrente di<br />
iniezione<br />
Così come i laser in modulazione<br />
diretta, possono essere modulati su<br />
tempi dell’ordine dei nanosecondi.
Campi di applicazione SOA (2/2)<br />
Conseguentemente, possono essere<br />
utilizzati come switch ottici