Si acabas de adentrarte en el mundo de la fibra óptica, todos los términos técnicos y abreviaturas pueden resultarte abrumadores. Por eso he creado este serie de glosarios sobre fibra - para ayudarle a entender lo que significan realmente estos términos, de la forma más sencilla posible.

Te lo explicaré todo desde el punto de vista de un experto del sector, utilizando fotos reales siempre que pueda (no sólo renders extravagantes). También evito las explicaciones demasiado complejas, manteniendo un lenguaje claro y directo, para que puedas estar seguro de que entenderás el significado real de estos términos después de leerlos.

Hoy vamos a hablar de: Amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA)

ÍNDICE

Respuesta rápida: ¿Qué es un EDFA?

Un amplificador de fibra dopada con erbio, o EDFA, es un dispositivo que potencia una señal óptica débil sin convertirla primero en una señal eléctrica.

En el interior del amplificador hay un tramo corto de fibra óptica cuyo núcleo contiene una pequeña cantidad de erbio. Un láser de bombeo suministra energía a los iones de erbio. Cuando la señal entrante atraviesa esta fibra energizada, estimula la emisión de más luz en la misma longitud de onda de la señal. El resultado es una salida óptica más potente.

Los EDFA se utilizan principalmente en la región de los 1550 nm, sobre todo en la banda C y, con diseños adecuados, en la banda L. Estas bandas de longitud de onda son importantes en las redes de larga distancia y en las de multiplexación por división de longitud de onda.

¿Qué significa EDFA?

Principio de funcionamiento del EDFA

EDFA significa amplificador de fibra dopada con erbio:

  • Erbioes un elemento de tierras raras.
  • Fibra dopadaes fibra de vidrio a cuyo núcleo se le ha añadido una pequeña cantidad de erbio.
  • Amplificadorsignifica que el dispositivo aumenta la potencia de la señal óptica.

También es posible que te encuentres con el término EDF, que significa «fibra dopada con erbio». La EDF es la fibra activa que se encuentra en el interior del dispositivo. EDFA hace referencia al amplificador completo, que incluye la fibra activa, el láser de bombeo, los acopladores, los aisladores, el circuito de control y otras piezas.

¿Por qué las redes de fibra óptica necesitan amplificadores?

Las señales ópticas pierden potencia a medida que se propagan. La propia fibra provoca atenuación. Los conectores, empalmes, divisores, filtros y multiplexores añaden más pérdidas. Nuestras guías sobre conectores de fibra óptica y cables de fibra óptica Explica dos elementos comunes de esta trayectoria óptica.

Cuando la señal que llega a un receptor es demasiado débil, es posible que este no pueda leer los datos de forma fiable. Por ello, el diseñador de redes elabora un presupuesto de enlace. Este presupuesto suma las pérdidas previstas y comprueba si quedará suficiente potencia en el receptor.

Un amplificador puede recuperar la potencia óptica antes de que la señal se vuelva inservible.

Amplificación óptica frente a regeneración O-E-O

Un EDFA funciona directamente en el ámbito óptico. Normalmente no lee los bits ni convierte la señal en electricidad.

Un regenerador O-E-O realiza tres pasos: conversión de óptico a eléctrico, procesamiento de la señal y conversión de eléctrico a óptico. Esto permite remodelar y resincronizar una señal, aunque está más estrechamente relacionado con la velocidad de transmisión y el formato de la señal.

Un EDFA es más transparente. Puede amplificar varias longitudes de onda al mismo tiempo. Sin embargo, también amplifica el ruido y no puede reparar todo tipo de daños en la señal.

¿Cómo funciona un EDFA?

El proceso básico consta de tres pasos.

Paso 1: Un láser de bombeo aporta energía

Un láser de bombeo, que suele funcionar a una longitud de onda cercana a los 980 nm o a los 1480 nm, envía luz de bombeo a la fibra dopada con erbio. Esta energía eleva a los iones de erbio a un estado energético superior.

Paso 2: La señal entra en la fibra activa

Un multiplexor por división de longitud de onda combina la luz de bombeo y la señal óptica entrante. Ambas recorren la fibra dopada con erbio.

Paso 3: La señal activa más luces de señalización

Cuando un fotón de señal interactúa con un ion de erbio excitado, puede provocar la emisión de otro fotón con propiedades ópticas similares. Este proceso se denomina emisión estimulada. A medida que se repite a lo largo de la fibra activa, la potencia de la señal aumenta.

No hace falta calcular los niveles de energía atómica para comprender el concepto práctico: la bomba suministra energía, el erbio la almacena brevemente y la señal que pasa hace que esa energía se libere en forma de más luz de señal.

¿Qué componentes hay dentro de un EDFA?

Notas de FS EDFA

Fuente de la imagen: FS

Un EDFA básico suele contener:

  • Uno o más láseres de bombeo
  • Fibra dopada con erbio
  • Un acoplador WDM que combina la luz de bombeo y la luz de señal
  • Aisladores ópticos que reducen las reflexiones inversas perjudiciales
  • Fotodiodos de monitorización
  • Un circuito de control y alimentación

Algunas unidades también incluyen filtros de nivelación de ganancia, atenuadores ópticos variables, bombas redundantes, derivaciones ópticas, alarmas e interfaces de gestión de red.

El diseño exacto depende de si el amplificador es un amplificador de potencia, un amplificador en línea o un preamplificador.

¿Por qué funciona el EDFA en torno a los 1550 nm?

El erbio proporciona una ganancia óptica útil en regiones de longitud de onda en torno a los 1550 nm. Esto también coincide con una ventana de transmisión de baja pérdida de la fibra de sílice. En conjunto, estas propiedades hacen que el EDFA resulte muy útil para las comunicaciones ópticas de larga distancia.

Los locales comerciales suelen incluir:

  • Banda C:aproximadamente entre 1530 y 1565 nm
  • Banda L:aproximadamente entre 1565 y 1625 nm

Los rangos exactos varían en función del diseño y de la ficha técnica. No debe darse por sentado que un EDFA de banda C amplifique señales de 1310 nm. Nuestro Guía sobre los tipos de fibra monomodo ofrece más información sobre las longitudes de onda de transmisión habituales. A la hora de planificar las longitudes de onda, ten en cuenta también dispersión cromática, ya que un amplificador restaura la potencia, pero no elimina la dispersión que ya ha afectado a la señal.

Reforzador, amplificador en línea y preamplificador

Preamplificador en línea con amplificador de potencia EDFA
Función de la EDFA Dónde se coloca Trabajo principal Aspectos importantes del diseño
Amplificador de potencia
Después del transmisor
Aumenta la potencia en la fibra
Alta potencia de salida y límites de seguridad del receptor
Amplificador en línea
A lo largo de un largo recorrido
Compensar la pérdida de luz
Ganancia, potencia de salida, ruido, planicidad y fiabilidad
Preamplificador
Ante el administrador judicial
Aumentar la intensidad de una señal de entrada débil
Baja figura de ruido y compatibilidad con receptores

La palabra “EDFA” no indica qué función está diseñada para desempeñar la unidad. Un amplificador de potencia y un preamplificador de bajo ruido pueden tener rangos de entrada y controles muy diferentes.

Cuatro especificaciones de los EDFA que debes conocer

1. Ganancia

La ganancia describe en qué medida el amplificador aumenta la potencia de la señal:

Ganancia (dB) = P_out (dBm) − P_in (dBm)

Si la señal de entrada es de −20 dBm y la señal de salida es de +5 dBm, la ganancia es:

+5 − (−20) = 25 dB

Este sencillo cálculo resulta útil, pero la ganancia no es constante en todas las condiciones. Varía en función de la potencia de entrada, la carga de salida, la longitud de onda, el número de canales, la temperatura y el modo de control.

Curva de saturación de ganancia del EDFA

2. Potencia de salida y saturación

La potencia de salida máxima o saturada indica la potencia óptica total que puede suministrar el amplificador. Cuando la señal de entrada es intensa o hay muchos canales WDM presentes, el amplificador EDFA se acerca a la saturación. Ya no puede proporcionar la misma ganancia de pequeña señal a cada señal de entrada adicional.

Comprueba siempre si la potencia de salida se indica por canal o como potencia total de todos los canales. Comprueba también si la cifra incluye el ruido de emisión espontánea amplificada.

3. Figura de ruido y ASE

Un EDFA genera ruido. Incluso sin señal, el erbio excitado puede emitir fotones de forma aleatoria. Esto se denomina «emisión espontánea amplificada» (ASE, por sus siglas en inglés). A continuación, el amplificador amplifica parte de esta luz no deseada.

La figura de ruido indica en qué medida el amplificador reduce la relación señal-ruido. Por lo general, cuanto menor sea, mejor, sobre todo en el caso de un preamplificador. No obstante, la figura de ruido debe compararse en condiciones similares de longitud de onda, potencia de entrada, ganancia y medición.

4. Nivelación de la ganancia

Un sistema WDM transporta numerosos canales de longitud de onda. Si un amplificador EDFA proporciona mayor ganancia a algunas longitudes de onda que a otras, las potencias de los canales se vuelven desiguales. La uniformidad de ganancia describe esta variación a lo largo de un rango de longitudes de onda determinado.

Los filtros de nivelación de ganancia pueden reducir esa diferencia. Esto cobra aún más importancia cuando se conectan varios amplificadores en serie, ya que las pequeñas variaciones pueden acumularse.

Un ejemplo real de ficha técnica de un producto

FiberLabs publica los siguientes valores para una selección de modelos de su gama de amplificadores EDFA de sobremesa en banda C:

Parámetro Valor y estado publicados
Rango de longitudes de onda de la señal
De 1530 a 1560 nm
Potencia de salida
De +13 a +22 dBm, según el modelo, con una potencia de entrada nominal de 0 dBm
Ganancia
De 25 a 40 dB, según el modelo, con una potencia de entrada de −30 dBm
Figura de ruido
No más de 5 o 6 dB, según el modelo, con una potencia de entrada de −30 dBm
Planicidad de ganancia
No más de 3 dB en los modelos W especificados, para señales de 1530 a 1560 nm con una potencia de entrada total de 0 dBm
Temperatura de funcionamiento
De 0 a 40 °C

Estas cifras se refieren a productos concretos en las condiciones indicadas. No son valores universales aplicables a todos los amplificadores EDFA. Además, ilustran por qué no se deben comparar la ganancia, la potencia de salida, la figura de ruido y la planicidad sin comprobar la potencia de entrada y la configuración del modelo.

¿Qué puede hacer un EDFA y qué no puede hacer?

Un EDFA puede… Un EDFA no puede…
Aumentar directamente la potencia óptica
Amplificar todas las longitudes de onda ópticas
Amplificar conjuntamente varios canales WDM de banda C o L
Eliminar la dispersión cromática
Aumentar la distancia o compensar la pérdida de componentes
Reparar por completo la distorsión de la sincronización o la forma de la onda
En muchos sistemas, el sistema funciona sin conocer la velocidad de transmisión de datos
Añade ganancia ilimitada sin aumentar el ruido
Funciona como amplificador de señal, amplificador en línea o preamplificador
Ignora la sobrecarga del receptor y los límites de seguridad ópticos

Esta distinción evita un error de diseño muy común: añadir otro amplificador cuando el verdadero problema es la dispersión, los efectos no lineales, una mala relación señal-ruido óptica, los reflejos o la sobrecarga del receptor.

El EDFA en comparación con otras opciones

Tecnología Punto fuerte principal Limitación principal
EDFA
Amplificación eficiente en torno a los 1550 nm; permite amplificar numerosos canales WDM
Banda de longitudes de onda limitada y añade ruido ASE
Amplificador óptico semiconductor
Compacto y disponible para diferentes rangos de longitudes de onda
Suele presentar un mayor nivel de ruido y efectos más pronunciados que dependen de la señal.
Amplificador Raman
La ganancia distribuida puede mejorar el rendimiento en vanos largos
Es más complejo y consume mucha potencia de bombeo en la fibra de transmisión.
Regenerador O-E-O
Puede remodelar, reajustar la sincronización y retransmitir una señal
Es más complejo y depende del formato de la señal y de la velocidad de transmisión de datos

No existe una única opción óptima para todas las redes. La elección correcta depende de la longitud de onda, la distancia, el formato de la señal, el plan de canales, el presupuesto de ruido, el coste y las necesidades de mantenimiento.

Cómo elegir un amplificador EDFA

Cómo comprobar un EDFA

Antes de elegir un aparato, pregúntate:

  1. ¿Cuál es el rango exacto de longitudes de onda de la señal: banda C, banda L u otra?
  2. ¿Se necesita el dispositivo como amplificador de señal, amplificador en línea o preamplificador?
  3. ¿Cuál es la potencia de entrada mínima y máxima?
  4. ¿Qué potencia de salida y ganancia se necesitan?
  5. ¿Cuántos canales WDM habrá y cuál es la potencia de entrada total?
  6. ¿Qué figura de ruido y qué uniformidad de ganancia puede soportar el enlace?
  7. ¿Qué modo de control se necesita: ganancia constante, potencia de salida constante u otro modo?
  8. ¿Qué conectores, formato de rack, fuente de alimentación, alarmas, sistema de supervisión y temperatura de funcionamiento se requieren?
  9. ¿Cuál es la potencia máxima segura en el siguiente componente pasivo y en el receptor?

No elijas un EDFA basándote únicamente en su ganancia máxima. Un modelo con una ganancia muy alta puede no ser adecuado si su rango de entrada, su límite de salida, su ruido, su planicidad o su comportamiento de control no se ajustan al enlace.

Problemas y errores habituales con los amplificadores EDFA

Error 1: Utilizar un EDFA para 1310 nm

Los amplificadores EDFA estándar para telecomunicaciones están diseñados en función de las bandas de ganancia del erbio cercanas a los 1550 nm. Comprueba el rango de longitudes de onda indicado en lugar de dar por sentado que un amplificador óptico cubre todas las ventanas.

Error n.º 2: Aumentar demasiado la potencia

Una mayor potencia no siempre es mejor. Una potencia de emisión excesiva puede aumentar los efectos no lineales en la fibra. Una potencia de recepción excesiva puede sobrecargar o dañar el receptor.

Error n.º 3: Ignorar el ruido de ASE

El espectro óptico puede parecer más intenso tras la amplificación, mientras que la calidad de la señal empeora. Los amplificadores EDFA en cascada acumulan ASE y reducen la relación señal-ruido óptica.

Error n.º 4: Confundir la potencia de salida total con la potencia de salida por canal

Una potencia de salida total de +20 dBm compartida por muchos canales WDM no significa que cada canal reciba +20 dBm.

Error n.º 5: No tener en cuenta las reflexiones y el estado de los conectores

Las caras finales sucias o dañadas aumentan las pérdidas y la reflexión. Los aisladores ópticos ayudan a proteger el amplificador, pero sigue siendo necesario realizar una inspección adecuada, una limpieza correcta y elegir los conectores adecuados.

Error n.º 6: Esperar que la amplificación solucione la dispersión

Un amplificador EDFA restaura la potencia. No elimina la dispersión del pulso provocada por la dispersión. El diseño del sistema debe abordar la potencia, el ruido, la dispersión y los efectos no lineales como cuestiones independientes, pero relacionadas entre sí.

Seguridad óptica

La potencia de salida de un EDFA puede ser lo suficientemente elevada como para suponer un riesgo para la vista. La luz infrarroja cercana a los 1550 nm es invisible, por lo que una fibra activa puede parecer oscura.

Nunca mires directamente al interior de un conector ni al extremo de una fibra. Sigue las instrucciones de la etiqueta del equipo, los procedimientos de seguridad relativos al láser y las normas vigentes en el lugar de trabajo. Antes de realizar cualquier inspección o limpieza, desconecta la fuente de luz cuando así lo requiera el procedimiento y comprueba el estado del equipo con instrumentos de prueba adecuados.

Preguntas frecuentes

¿Un EDFA convierte la luz en electricidad?

No se encuentra en su ruta de amplificación habitual. Amplifica la señal óptica directamente. Es posible que los fotodiodos internos controlen la potencia, pero la señal de datos no requiere conversión O-E-O.

Sí. Esta es una de sus principales ventajas en los sistemas WDM de banda C o banda L. No obstante, es necesario comprobar el rango admitido, la potencia de entrada total, la potencia de salida y la uniformidad de la ganancia.

Un EDFA estándar no lo hace. Está diseñado para bandas de ganancia de erbio cercanas a los 1550 nm. Para otras regiones de longitud de onda se utilizan otras tecnologías de amplificación.

Sí, pero la unión ya no garantiza el mantenimiento de la polarización más allá de la sección PM. La desajustación del campo modal también puede provocar pérdidas.

Sí. Un empalmador adecuado debe identificar y alinear las estructuras o los ejes de tensión. La mera alineación del núcleo, por sí sola, puede dar lugar a bajas pérdidas, pero a un rendimiento deficiente en cuanto a la polarización.

Se puede colocar después de un transmisor, a lo largo de una ruta o antes de un receptor. La mejor posición se determina a partir del presupuesto de enlace total, el presupuesto de ruido, los límites del receptor y el diseño del tramo.

Sí, y los sistemas de largo alcance suelen utilizar más de uno. Sin embargo, el ruido ASE, la inclinación de ganancia, los efectos no lineales y los límites de potencia se acumulan. El diseño en cascada requiere una ingeniería a nivel de sistema.

La conclusión sencilla

Un EDFA utiliza energía láser de bombeo y fibra dopada con erbio para amplificar señales ópticas en torno a los 1550 nm sin convertirlas previamente en señales eléctricas.

Recuerda cuatro puntos:

  1. El EDFA es principalmente una tecnología de banda C o banda L, no un amplificador universal para todas las longitudes de onda.
  2. La ganancia por sí sola no basta; la potencia de salida, la figura de ruido, la planicidad y el rango de entrada también son importantes.
  3. Un amplificador restaura la potencia, pero no elimina la dispersión ni regenera por completo una señal dañada.
  4. Cada especificación debe leerse teniendo en cuenta su longitud de onda, potencia de entrada, carga del canal y condiciones de ensayo.

Estos conceptos básicos son suficientes para leer la mayoría de las páginas de productos de EDFA y plantear preguntas más acertadas antes de elegir.

Fuente

    1. UIT-T G.661 – Definición y métodos de ensayo de los parámetros genéricos pertinentes de los dispositivos y subsistemas amplificadores ópticos
    2. IEC 61291-1:2018 – Amplificadores ópticos. Especificación genérica
    3. IEC TR 61292-3:2020 – Clasificación, características y aplicaciones de los subsistemas de amplificadores ópticos
    4. IEEE – Resumen del tema «Amplificador de fibra dopada con erbio»
    5. FiberLabs – Glosario del amplificador de fibra dopada con erbio
    6. FiberLabs – Especificaciones del producto EDFA de banda C de sobremesa
    EXFO – Medición de la ganancia y la figura de ruido de un amplificador EDFA con un analizador de espectro óptico

¿Aún tiene preguntas?

Si aún tienes dudas, no dudes en ponerte en contacto con nosotros.

¿Quiere conocer más términos relacionados con la fibra óptica? Visite nuestra sección sección blog.

Si el término que busca aún no está cubierto, hágamelo saber y lo añadiré a la lista de prioridades.

Y, por último, si eres un proveedor de telecomunicaciones, un operador de red o te dedicas al desarrollo de infraestructuras de fibra óptica y buscas un socio de confianza en el ámbito de los componentes de fibra óptica, no dudes en Contacto.