Se você está começando a entrar no mundo da fibra óptica, todos os termos técnicos e abreviações podem parecer esmagadores. Por isso, criei este série glossário de fibras - para ajudá-lo a entender o que esses termos realmente significam, da maneira mais simples possível.

Explicarei tudo do ponto de vista de um especialista do setor, usando fotos reais sempre que possível (não apenas renderizações sofisticadas). Também evito explicações excessivamente complexas, mantendo a linguagem clara e direta, para que você possa ter certeza de que entenderá o real significado desses termos após a leitura.

Hoje, vamos falar sobre: Amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA)

ÍNDICE DE CONTEÚDO

Resposta rápida: O que é um EDFA?

Um amplificador de fibra dopada com érbio, ou EDFA, é um dispositivo que aumenta a intensidade de um sinal óptico fraco sem antes convertê-lo em um sinal elétrico.

Dentro do amplificador há um pequeno trecho de fibra óptica cujo núcleo contém uma pequena quantidade de érbio. Um laser de bombeamento fornece energia aos íons de érbio. Quando o sinal de entrada passa por essa fibra energizada, ele estimula a emissão de mais luz no mesmo comprimento de onda do sinal. O resultado é uma saída óptica mais intensa.

Os EDFAs são utilizados principalmente na região de 1550 nm, especialmente na banda C e, com projetos adequados, na banda L. Essas faixas de comprimento de onda são importantes em redes de longa distância e de multiplexação por divisão de comprimento de onda.

O que significa a sigla EDFA?

Princípio de funcionamento do EDFA

EDFA significa amplificador de fibra dopada com érbio:

  • Erbioé um elemento de terras raras.
  • Fibra dopadaé uma fibra de vidro com uma pequena quantidade de érbio adicionada ao seu núcleo.
  • Amplificadorsignifica que o dispositivo aumenta a potência do sinal óptico.

Você também pode encontrar o termo EDF, que significa fibra dopada com érbio. EDF é a fibra ativa dentro do dispositivo. EDFA refere-se ao amplificador completo, incluindo a fibra ativa, o laser de bombeamento, os acopladores, os isoladores, o circuito de controle e outras peças.

Por que as redes de fibra óptica precisam de amplificadores?

Os sinais ópticos perdem intensidade à medida que se propagam. A própria fibra causa atenuação. Conectores, emendas, divisores, filtros e multiplexadores aumentam ainda mais a perda. Nossos guias sobre conectores de fibra óptica e cabos de conexão de fibra óptica Explique dois componentes comuns desse caminho óptico.

Quando o sinal que chega ao receptor é muito fraco, o receptor pode não conseguir ler os dados de maneira confiável. Por isso, o projetista de rede elabora um orçamento de link. Esse orçamento soma as perdas previstas e verifica se restará potência suficiente no receptor.

Um amplificador pode restaurar a potência óptica antes que o sinal se torne inutilizável.

Amplificação óptica versus regeneração O-E-O

Um EDFA opera diretamente no domínio óptico. Normalmente, ele não lê os bits nem converte o sinal em eletricidade.

Um regenerador O-E-O realiza três etapas: conversão óptica para elétrica, processamento de sinal e conversão elétrica de volta para óptica. Isso permite remodelar e reajustar a temporização de um sinal, mas está mais intimamente ligado à taxa de dados e ao formato do sinal.

Um EDFA é mais transparente. Ele pode amplificar vários comprimentos de onda ao mesmo tempo. No entanto, ele também amplifica o ruído e não consegue corrigir todos os tipos de danos no sinal.

Como funciona um EDFA?

O processo básico consiste em três etapas.

Etapa 1: Um laser de bombeamento fornece energia

Um laser de bombeamento, que geralmente opera na região de 980 nm ou em torno de 1480 nm, envia luz de bombeamento para a fibra dopada com érbio. Essa energia eleva os íons de érbio a um estado energético mais elevado.

Etapa 2: O sinal entra na fibra ativa

Um multiplexador por divisão de comprimento de onda combina a luz de bombeamento e o sinal óptico de entrada. Ambos percorrem a fibra dopada com érbio.

Etapa 3: O sinal gera mais luz de sinalização

Quando um fóton de sinal interage com um íon de érbio energizado, ele pode provocar a emissão de outro fóton com propriedades ópticas semelhantes. Esse processo é chamado de emissão estimulada. À medida que se repete ao longo da fibra ativa, a potência do sinal aumenta.

Não é preciso calcular os níveis de energia atômica para entender o conceito prático: a bomba fornece energia, o érbio a armazena por um breve período e o sinal que passa faz com que essa energia seja liberada na forma de mais luz de sinal.

Quais são os componentes internos de um EDFA?

Notas da FS EDFA

Fonte da imagem: FS

Um EDFA básico geralmente contém:

  • Um ou mais lasers de bombeamento
  • Fibra dopada com érbio
  • Um acoplador WDM que combina a luz de bombeamento e a luz de sinal
  • Isoladores ópticos que reduzem reflexões reversas prejudiciais
  • Fotodiodos de monitoramento
  • Um circuito de controle e alimentação

Algumas unidades também incluem filtros de nivelamento de ganho, atenuadores ópticos variáveis, bombas redundantes, derivações ópticas, alarmes e interfaces de gerenciamento de rede.

O projeto exato depende do tipo de amplificador: se é um amplificador de reforço, um amplificador em linha ou um pré-amplificador.

Por que o EDFA funciona na região de 1550 nm?

O érbio proporciona um ganho óptico útil em regiões de comprimento de onda em torno de 1550 nm. Essa faixa também se sobrepõe a uma janela de transmissão de baixa perda da fibra de sílica. Juntas, essas propriedades tornam o EDFA muito útil para a comunicação óptica de longa distância.

As unidades comerciais geralmente abrangem:

  • Banda C:aproximadamente 1.530 a 1.565 nm
  • Banda L:aproximadamente de 1.565 a 1.625 nm

As faixas exatas variam de acordo com o projeto e a ficha técnica. Não se deve presumir que um EDFA de banda C amplifique sinais de 1310 nm. Nosso Guia sobre os tipos de fibra monomodo fornece mais informações sobre os comprimentos de onda comuns de transmissão. Para o planejamento dos comprimentos de onda, considere também dispersão cromática, pois um amplificador restaura a potência, mas não elimina a dispersão que já afetou o sinal.

Booster, amplificador em linha e pré-amplificador

Pré-amplificador em linha com amplificador de potência EDFA
Função da EDFA Onde fica Trabalho principal Foco importante no design
Amplificador de reforço
Após o transmissor
Injete mais potência na fibra
Alta potência de saída e limites de segurança do receptor
Amplificador em linha
Ao longo de um longo trajeto
Compensar a perda de vão
Ganho, potência de saída, ruído, linearidade e confiabilidade
Pré-amplificador
Perante o administrador judicial
Aumentar um sinal de entrada fraco
Baixo fator de ruído e compatibilidade com receptores

A sigla “EDFA” não indica qual função a unidade foi projetada para desempenhar. Um amplificador de potência e um pré-amplificador de baixo ruído podem ter faixas de entrada e controles muito diferentes.

Quatro especificações do EDFA que você deve conhecer

1. Ganho

O ganho descreve em que medida o amplificador aumenta a potência do sinal:

Ganho (dB) = P_out (dBm) − P_in (dBm)

Se o sinal de entrada for de −20 dBm e o sinal de saída for de +5 dBm, o ganho é:

+5 − (−20) = 25 dB

Esse cálculo simples é útil, mas o ganho não é constante em todas as condições. Ele varia de acordo com a potência de entrada, a carga de saída, o comprimento de onda, o número de canais, a temperatura e o modo de controle.

Curva de saturação do ganho do EDFA

2. Potência de saída e saturação

A potência de saída máxima ou saturada indica a potência óptica total que o amplificador é capaz de fornecer. Quando a entrada se torna forte ou há muitos canais WDM presentes, o EDFA se aproxima da saturação. Ele não consegue mais fornecer o mesmo ganho de pequeno sinal a cada entrada adicional.

Sempre verifique se a potência de saída é indicada por canal ou como potência total em todos os canais. Verifique também se o valor inclui o ruído de emissão espontânea amplificada.

3. Figura de ruído e ASE

Um EDFA gera ruído. Mesmo sem sinal, o érbio energizado pode emitir fótons aleatoriamente. Esse fenômeno é chamado de emissão espontânea amplificada, ou ASE. O amplificador, então, amplifica parte dessa luz indesejada.

O fator de ruído indica em que medida o amplificador reduz a relação sinal-ruído. Geralmente, quanto menor, melhor, especialmente no caso de um pré-amplificador. No entanto, o fator de ruído deve ser comparado sob condições semelhantes de comprimento de onda, potência de entrada, ganho e medição.

4. Nivelamento de ganho

Um sistema WDM transporta diversos canais de comprimento de onda. Se um EDFA proporcionar mais ganho a alguns comprimentos de onda do que a outros, as potências dos canais tornam-se desiguais. A uniformidade de ganho descreve essa variação ao longo de uma faixa de comprimento de onda especificada.

Os filtros de nivelamento de ganho podem reduzir essa diferença. Isso se torna ainda mais importante quando vários amplificadores são conectados em série, pois pequenas variações podem se acumular.

Um exemplo real de especificação de produto

A FiberLabs divulga os seguintes valores para modelos selecionados de sua linha de amplificadores EDFA de bancada na banda C:

Parâmetro Valor e estado declarados
Faixa de comprimento de onda do sinal
1.530 a 1.560 nm
Potência de saída
De +13 a +22 dBm, dependendo do modelo, com potência nominal de entrada de 0 dBm
Ganho
25 a 40 dB, dependendo do modelo, com potência de entrada de −30 dBm
Figura de ruído
Não mais do que 5 ou 6 dB, dependendo do modelo, com potência de entrada de −30 dBm
Nivelamento de ganho
Não mais do que 3 dB nos modelos W especificados, para sinais na faixa de 1530 a 1560 nm com potência total de entrada de 0 dBm
Temperatura de operação
0 a 40 °C

Esses valores referem-se a produtos específicos nas condições indicadas. Não se trata de valores universais aplicáveis a todos os EDFAs. Eles também demonstram por que o ganho, a potência de saída, o fator de ruído e a uniformidade não devem ser comparados sem verificar a potência de entrada e a configuração do modelo.

O que um EDFA pode fazer — e o que ele não pode fazer?

Um EDFA pode… Um EDFA não pode…
Aumentar diretamente a potência óptica
Amplificar todos os comprimentos de onda ópticos
Amplificar simultaneamente vários canais WDM nas bandas C ou L
Eliminar a dispersão cromática
Aumentar a distância ou compensar a perda de componentes
Corrigir totalmente a distorção da sincronização ou da forma de onda
Em muitos sistemas, é possível trabalhar sem conhecer a taxa de dados
Adicione ganho ilimitado sem aumentar o ruído
Funciona como um amplificador de sinal, amplificador em linha ou pré-amplificador
Ignorar a sobrecarga do receptor e os limites de segurança ópticos

Essa distinção evita um erro comum de projeto: adicionar outro amplificador quando o verdadeiro problema é a dispersão, efeitos não lineares, baixa relação sinal-ruído óptica, reflexão ou sobrecarga do receptor.

O EDFA em comparação com outras opções

Tecnologia Principal ponto forte Principal limitação
EDFA
Amplificação eficiente em torno de 1550 nm; capaz de amplificar diversos canais WDM
Restringe as faixas de comprimento de onda e adiciona ruído ASE
Amplificador óptico semicondutor
Compacto e disponível para diferentes regiões de comprimento de onda
Geralmente apresenta maior ruído e efeitos mais acentuados dependentes do sinal
Amplificador Raman
O ganho distribuído pode melhorar o desempenho em vãos longos
É mais complexo e consome muita energia da bomba na fibra de transmissão
Regenerador O-E-O
É capaz de remodelar, reajustar a duração e retransmitir um sinal
Mais complexo e depende do formato do sinal e da taxa de transmissão de dados

Não existe uma única opção ideal para todas as redes. A escolha correta depende do comprimento de onda, da distância, do formato do sinal, do plano de canais, do orçamento de ruído, do custo e das necessidades de manutenção.

Como escolher um EDFA

Como verificar o EDFA

Antes de escolher um aparelho, pergunte-se:

  1. Qual é a faixa exata de comprimento de onda do sinal: banda C, banda L ou outra?
  2. O dispositivo é necessário como repetidor, amplificador em linha ou pré-amplificador?
  3. Quais são a potência de entrada mínima e máxima?
  4. Quais são a potência de saída e o ganho necessários?
  5. Quantos canais WDM estarão presentes e qual é a potência total de entrada?
  6. Quais valores de figura de ruído e uniformidade de ganho o link pode suportar?
  7. Qual modo de controle é necessário: ganho constante, potência de saída constante ou outro modo?
  8. Quais conectores, formato de rack, fonte de alimentação, alarmes, monitoramento e temperatura de operação são necessários?
  9. Qual é a potência máxima segura no próximo componente passivo e no receptor?

Não escolha um EDFA levando em conta apenas o ganho máximo. Um modelo com ganho muito alto pode não ser adequado se sua faixa de entrada, limite de saída, ruído, uniformidade ou comportamento de controle não forem compatíveis com o link.

Problemas e erros comuns relacionados ao EDFA

Erro 1: Usar um EDFA para 1310 nm

Os EDFAs padrão para telecomunicações são projetados com base nas faixas de ganho do érbio próximas a 1550 nm. Verifique a faixa de comprimento de onda especificada, em vez de presumir que um único amplificador óptico abrange todas as janelas.

Erro 2: Aumentar demais a potência

Mais potência nem sempre é melhor. Uma potência de transmissão excessiva pode aumentar os efeitos não lineares na fibra. Uma potência de recepção excessiva pode sobrecarregar ou danificar o receptor.

Erro 3: Ignorar o ruído do ASE

O espectro óptico pode parecer mais intenso após a amplificação, enquanto a qualidade do sinal se deteriora. Os EDFAs em cascata acumulam ASE e reduzem a relação sinal-ruído óptica.

Erro 4: Confundir a potência total com a potência por canal

Uma potência de saída total de +20 dBm compartilhada por vários canais WDM não significa que cada canal receba +20 dBm.

Erro 5: Ignorar os reflexos e o estado dos conectores

Faces finais sujas ou danificadas aumentam as perdas e a reflexão. Os isoladores ópticos ajudam a proteger o amplificador, mas ainda assim é necessário realizar inspeções, limpezas e escolhas de conectores adequadas.

Erro 6: Esperar que a amplificação corrija a dispersão

Um EDFA restaura a potência. Ele não corrige o alargamento do pulso causado pela dispersão. O projeto do sistema deve tratar a potência, o ruído, a dispersão e os efeitos não lineares como questões distintas, mas inter-relacionadas.

Segurança óptica

A saída do EDFA pode ser potente o suficiente para representar um risco aos olhos. A luz infravermelha próxima a 1550 nm é invisível; portanto, uma fibra ativa pode parecer escura.

Nunca olhe diretamente para um conector ou para a extremidade de uma fibra. Siga as instruções da etiqueta do equipamento, os procedimentos de segurança para lasers e as normas aplicáveis no local de trabalho. Antes de realizar qualquer inspeção ou limpeza, desligue a fonte de luz quando o procedimento assim o exigir e verifique o estado do equipamento com um equipamento de teste adequado.

Perguntas frequentes

Um EDFA converte luz em eletricidade?

Não segue seu caminho normal de amplificação. Ele amplifica o sinal óptico diretamente. Os fotodiodos internos podem monitorar a potência, mas o sinal de dados não precisa de conversão O-E-O.

Sim. Essa é uma de suas principais vantagens em sistemas WDM de banda C ou banda L. No entanto, é necessário verificar a faixa de operação, a potência total de entrada, a potência de saída e a uniformidade do ganho.

Um EDFA padrão não o faz. Ele foi projetado para bandas de ganho de érbio próximas a 1550 nm. Outras tecnologias de amplificação são utilizadas para outras regiões de comprimento de onda.

Sim, mas a junção não garante mais a manutenção da polarização além da seção PM. O desajuste do campo de modo também pode causar perdas.

Sim. Um emendador adequado deve identificar e alinhar as estruturas ou eixos de tensão. O simples alinhamento do núcleo, por si só, pode resultar em baixas perdas, mas em um desempenho de polarização insatisfatório.

Ele pode ser instalado após um transmissor, ao longo de uma rota ou antes de um receptor. A melhor posição é determinada com base no orçamento total do link, no orçamento de ruído, nos limites do receptor e no projeto do trecho.

Sim, e os sistemas de longo alcance costumam utilizar mais de um. No entanto, o ruído ASE, a inclinação de ganho, os efeitos não lineares e os limites de potência se acumulam. O projeto em cascata exige engenharia em nível de sistema.

A conclusão simples

Um EDFA utiliza a energia do laser de bombeamento e fibra dopada com érbio para amplificar sinais ópticos na região de 1550 nm, sem antes convertê-los em sinais elétricos.

Lembre-se destes quatro pontos:

  1. O EDFA é, essencialmente, uma tecnologia da banda C ou da banda L, e não um amplificador universal para todos os comprimentos de onda.
  2. O ganho por si só não é suficiente; a potência de saída, o fator de ruído, a linearidade e a faixa de entrada também são importantes.
  3. Um amplificador restaura a potência, mas não elimina a dispersão nem regenera totalmente um sinal danificado.
  4. Cada especificação deve ser lida juntamente com seu comprimento de onda, potência de entrada, carga do canal e condições de teste.

Esses conceitos básicos são suficientes para entender a maioria das páginas de produtos EDFA e fazer perguntas mais pertinentes antes de escolher um produto.

Fonte

    1. ITU-T G.661 – Definição e métodos de teste para os parâmetros genéricos relevantes de dispositivos e subsistemas amplificadores ópticos
    2. IEC 61291-1:2018 – Amplificadores ópticos, Especificação genérica
    3. IEC TR 61292-3:2020 – Classificação, características e aplicações de subsistemas de amplificadores ópticos
    4. IEEE – Visão geral do tema “Amplificador de fibra dopada com érbio”
    5. FiberLabs – Glossário do amplificador de fibra dopada com érbio
    6. FiberLabs – Especificações do produto EDFA de banda C para bancada
    EXFO – Medição do ganho e do fator de ruído de um EDFA com um analisador de espectro óptico

Ainda tem dúvidas?

Se ainda não tiver certeza sobre algo, sinta-se à vontade para entrar em contato.

Deseja explorar mais termos de fibra óptica? Acesse nossa seção seção do blog.

Se o termo que você está procurando ainda não estiver coberto, informe-me - eu o adicionarei à lista de prioridades!

E, por fim — se você é uma operadora de telecomunicações, uma operadora de rede ou atua no desenvolvimento de infraestrutura de fibra óptica e está procurando um parceiro confiável na área de componentes de fibra óptica — sinta-se à vontade para Entre em contato conosco.