Amplificateurs optiques passifs: EDFA, SOA et RFA
Lorsque les signaux optiques traversent une fibre optique, ils sont atténués. Dans les applications longue distance, le signal est atténué au point où une réamplification est requise. Traditionnellement, un dispositif communément appelé répéteur réalisait cette réamplification.
Un répéteur est essentiellement un récepteur et un émetteur combinés en un seul paquet. Le récepteur convertit l'énergie optique entrante en énergie électrique. La sortie électrique du récepteur commande l'entrée électrique de l'émetteur. La sortie optique de l'émetteur représente une version amplifiée du signal d'entrée optique plus le bruit.
La technologie disponible aujourd'hui élimine le besoin de répéteurs. Les amplificateurs optiques passifs sont maintenant utilisés à la place des répéteurs. Un amplificateur optique passif amplifie directement le signal sans recourir à la conversion optique-électrique et électrique-optique. Il existe différents amplificateurs optiques permettant d’amplifier passivement un signal optique: l’amplificateur de fibre dopée à l’erbium (EDFA), l’amplificateur optique à semi-conducteur (SOA) et l’amplificateur à fibre optique Raman (RFA), qui utilisent tous une technique appelée pompage laser.
EDFA
L'amplificateur EDFA est généralement utilisé pour les très longues liaisons par fibre, telles que le câblage sous-marin. Les EDFA utilisent une fibre traitée ou "dopée" à l'erbium, utilisée comme milieu d'amplification. Les lasers de pompage fonctionnent à des longueurs d'onde inférieures aux longueurs d'onde à amplifier. La fibre dopée est activée avec la pompe laser. Lorsque le signal optique passe à travers cette fibre dopée, les atomes d’erbium transfèrent leur énergie au signal, augmentant ainsi l’énergie ou la force du signal lorsqu’il passe. Avec cette technique, il est courant que le signal soit jusqu’à 50 fois ou 17 dB plus fort en quittant l’EDFA qu’il ne l’était lorsqu’il est entré.
Voici un exemple d'EDFA. Les EDFA peuvent également être utilisés en série pour augmenter davantage le gain du signal. Deux EDFA utilisés en série peuvent augmenter le signal d'entrée jusqu'à 34 dB.
SOA
L'amplificateur SOA utilise une technique similaire à celle de l'EDFA mais sans dopage de la fibre optique. Contrairement à l'EDFA, qui est alimenté par une pompe laser, le SOA est alimenté en courant électrique. Les SOA utilisent un guide d'onde optique et un semi-conducteur à bande interdite directe qui est essentiellement un laser Fabry-Pérot pour injecter de l'énergie lumineuse dans le signal, comme illustré dans la figure ci-dessous. Cette technique, cependant, n'offre pas la forte amplification que les EDFA. Les SOA sont généralement utilisés dans des liaisons à fibres courtes telles que les réseaux métropolitains (MAN).
Un problème avec les SOA est que le gain est très difficile à contrôler. En utilisant la technique des semi-conducteurs et un guide d'ondes, le signal peut réduire le gain d'un signal à une autre longueur d'onde. Cela peut introduire une diaphonie entre les canaux en permettant au signal d'une longueur d'onde d'en moduler une autre.
RFA
L'amplificateur RFA utilise une technique appelée amplification Raman, qui utilise des lasers à pompe pour donner de l'énergie au signal afin de l'amplifier. Cependant, contrairement aux EDFA, cette technique n’utilise pas de fibre dopée, mais un laser de pompage haute puissance, comme illustré dans la figure ci-dessous. Le laser fonctionne à des longueurs d'onde de 60 nm à 100 nm inférieures à la longueur d'onde souhaitée du signal. L'énergie du signal laser et les photons du signal transmis sont couplés, augmentant ainsi la force du signal. Les RFA n'amplifient pas autant que les EDFA, mais ils ont l'avantage de générer beaucoup moins de bruit. Voir les détails du produit ici: Amplificateur Raman
Ces amplificateurs optiques peuvent être combinés pour tirer parti de leurs caractéristiques d'amplification. Dans certains cas, les RFA et les EDFA sont combinés dans des liaisons en fibre longue distance pour assurer une forte amplification et une réduction des niveaux de bruit.
En résumé, chaque technique d'amplification présente des avantages et des inconvénients. N'oubliez pas de garder à l'esprit l'amplification dans laquelle l'amplificateur est utilisé. Par exemple, si un signal devait être amplifié mais que le bruit posait problème, un amplificateur RFA serait probablement le meilleur choix. Si le signal ne doit être amplifié que par une petite quantité, l'amplificateur SOA est préférable.
Toutes ces méthodes d'amplification ont un gros avantage: les amplificateurs optiques vont amplifier tous les signaux d'une fibre en même temps. Ainsi, il est possible d'amplifier simultanément plusieurs longueurs d'onde (par exemple, le DWDM EDFA est un type d'amplificateur WDM utilisé pour amplifier plusieurs longueurs d'onde dans les systèmes DWDM). Mais il est important de garder à l’esprit que les niveaux de puissance doivent être surveillés de près, car les amplificateurs peuvent devenir saturés, ce qui entraînerait un fonctionnement incorrect.
