Amplificadores de Laser de Semiconductor

 

Amplificadores de laser de semiconductor  Comunicaciones ópticas

 

Introducción :

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Actualmente , en los principales laboratorios de investigación en telecomunicaciones ,se esta trabajando con el objetivo de transportar la mayor cantidad de información en el menor tiempo posible , principalmente principalmente en los sistemas totalmente totalmente ópticos , los cuales permiten incrementar la capacidad de transmisión desde unos cien cientos tos de miles de GHz /ilómetros por segundo segundo !el elemento fundam fundamental ental dentro de este escenario es el amplificador óptico de semiconductor 

 

Amplificador óptico : •

 es un dispositivo que amplifica una señal óptica directamente, directam ente, sin la necesidad de convertir primero en una señal eléctrica. Un amplificador óptico puede ser pensado como un láser sin una cavidad óptica, o uno en elLos queamplificadores se suprime la ópticos retroalimentación retr oalimentación de la cavidad. son importantes en la comunicación óptica y física del láser.

 

 "ota: •

Hay varios mecanismos f#sicos diferentes $ue pueden ser utilizados para amplificar una se%al de luz, $ue corresponden a los principales tipos de amplificadores ópticos! &n los amplificadores de fibra dopada y l'ser a granel, la emisión estimulada en medio de ganancia del amplificador provoca la amplificación de la luz entrante! &n los amplificadores ópticos semiconductores, se produce la recombinación electrón( )ueco! amplificadores dispersión la luz entrante con fonones&n delos la red del medio de*aman, ganancia produce*aman fotonesde co)erentes con los fotones entrantes! Amplificadores Amplificadores param+tricos utilizan amplificación param+trica!

 

Amplificadores l'ser  •

Casi cualquier medio de ganancia activa láser puede ser omeado para producir ganancia para la lu! en la longitud de onda de un láser de "ec"o con el mismo material que el medio de ganancia. #ales amplificadores se utili!an com$nmente para producir sistemas de láser de alta potencia. Los tipos especiales tales como amplificadores regenerativos y amplificadores de impulsos c"irp%se utili!an para amplificar los pulsos ultracortos

 

ipos de amplificadores en comunicaciones ópticas •

-os dos principales tipos de amplificadores ópticos son:

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  SOAs, Semiconductor Optical Amplifiers,

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  DFAs, Doped- Fiber  Fiber Amplifiers .

 

&l fundamento de un amplificador óptico es el proceso de emisión estimulada al igual $ue en un l'ser! .u estructura es similar a la de un l'ser salvo $ue no posee una realimentación para evitar $ue el dispositivo oscile, de forma $ue puede elevar el nivel de potencia de la se%al pero no generar una se%al óptica co)erente! &n la siguiente figura se muestra un es$uema del funcionamiento de un amplificador b'sico!

 

na fuente de bombeo inyecta una energ#a en la zona activa del amplificador!! &sta energ#a es absorbida por los electrones $ue amplificador incrementan sus niveles de energ#a produci+ndo produci+ndose se la inversión de  población! Al ser alcanzados estos electrones por los fotones de la se%al óptica de entrada caen a unos niveles energ+ticos m's bajos dando lugar a un nuevo fotón, esto es el proceso de emisión estimulada,  produci+ndose as# la amplificación de la se%al! -a amplificación se produce dentro de un rango de frecuencias $ue dependen del material, as# como su estructura!

 

Amplificadores 0pticos de .emiconductor  •

-a estructura de un .1A .emiconductor 1ptical Amplifiers Amplifiers , es muy similar a la de un l'ser semiconductor pero sin la realimentación $ue )ace $ue +ste oscile! .eg2n como se evite esta oscilación se tienen tres subtipos de amplificadores!

 

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Amplificadores depolarizados enganc)e por ! .on los menos y consisten l'seres de semiconductor porinyección encima del umbral $ue seempleados emplea para amplificarenuna se%al óptica de entrada! Amplificador 3abry(4erot 5346 ! .u estructura es b'sicamente como la de un l'ser de 3abry( 4erot pero polarizado por debajo del umbral impidiendo .u principalconsiste inconveniente es su respuesta en frecuencia, $ue al igual as# $uesuunoscilación! filtro de 3abry(4erot en una serie de bandas de paso espaciadas periódicamente!

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Amplificador de onda viajera 57.-A, ravelling 7ave 7ave .-A 6 ! &n el se eliminan las reflectividades espejos de salida de la cavidad, evitando as# laun realimentación se%al, por lo $uedelalos amplificación se produce por el paso de la se%al sola vez por elde la dispositivo! &ste amplificador se suele alargar con respecto a los diodos laseres convencionales para aumentar la ganancia!

 

&l amplificador de onda viajera es el tipo de .1A m's empleado en la actualidad debido a sus prestaciones en saturación, anc)o de banda y ruido! .u estructura consiste en una unión pn polarizada en directa con los e8tremos de la zona activa recubiertos con un material anti reflectante!

1tros es$uemas son los siguientes dos es$uemas!

 &structura de un .1A de onda viajera

 &structura de un .1A de onda viajera, en la iz$uierda el medio activo se sit2a de forma no ortogonal a las caras de entrada y salida9 en la derec)a las caras no son paralelas

 

&l es$uema de la iz$uierda consiste en situar el plano activo en una posición no ortogonal a las caras de entrada y salida! &l objeto de esto es $ue la se%al $ue incide sobre la superficie de salida no lo )aga formando un 'ngulo de ;< con +sta, de forma $ue la poco se%al reflejada por la cara de salida no se realimente! &n el 2ltimo es$uema, $ue tiene la misma misión $ue el anterior, las caras e8tremas no est'n paralelas entre s#!

 

.us principales ventajas son,

4roblema c)irp en .1A

-a posibilidad de integración por su reducido tama%o! -a facilidad de construcción a distintas longitudes de onda variando la composición del material! .us principales inconvenientes son: .u geometr#a rectangular produce p+rdidas al acoplarlo con la fibra, y no amplifica por igual las dos polarizaciones de las se%al! Cuando las se%ales transmitidas poseen ciertos niveles de potencia aparecen fenómenos de naturaleza no lineal $ue producen distorsión y diafon#as! 4or ejemplo, debido a la saturación de la ganancia la se%al de un canal puede modular la ganancia instant'nea del amplificador de forma $ue la información de esta se%al pase a las se%ales del resto de canales, esto es la modulación cruzada de ganancia 5=G>, Cross(Gain >oulation6 ! 1tro efecto similar al anterior $ue puede  producirse en la fase es la modulación de cruzada de fase 5=4>, Cross(4)ase >odulation 6!

 

-os efectos debido a los fenómenos no lineales son 2tiles para implementar,, a partir de los amplificadores ópticos, convertidores implementar de longitud de onda! .e aprovec)an estos fenómenos para pasar la información de una se%al en una longitud de onda a otra con distinta longitud de onda!

 

&?3A, &rbium ?oped 3iber Amplifier  &l &?3A es el amplificador de fibra dopada m's empleado en la actualidad, ya $ue es posible amplificar amplificar se%ales en la tercera ventana 5@;nm6! &l motivo  puede deducirse deducirse del diagrama diagrama de niveles del erbio!

 

Al dopar con iones de erbio el n2cleo de una fibra óptica se  provoca un ensanc)amiento de las bandas de transición! &sto a su vez provoca un ensanc)amiento considerable del rango de longitudes de onda $ue pueden ser amplificadas! &ste efecto puede mejorarse a%adiendo al n2cleo, aluminio y ó8ido de germanio!

 

&rbio amplificador de fibra dopada