Il rumore da emissione spontanea amplificata (ASE) è un tipico fattore di degrado nei collegamenti di comunicazione ottica a lunga distanza che utilizzano catene di amplificatori ottici (solitamente EDFA). Ogni amplificatore genera rumore in uscita, che si accumula e viene amplificato negli amplificatori successivi, potenzialmente portando alla saturazione. I processi di amplificazione del segnale e di generazione del rumore ASE in un EDFA sono descritti schematicamente nella Figura 1. La Figura 1(a) illustra il comportamento di amplificazione del segnale desiderato, in cui gli ioni di erbio vengono eccitati utilizzando una lunghezza d'onda di pompaggio (980 nm) e passano a uno stato metastabile. Da questo stato, i fotoni di segnale li inducono a tornare allo stato fondamentale a energia inferiore, con conseguente amplificazione stimolata di questi fotoni. Tuttavia, alcuni degli ioni di erbio eccitati decadono a un livello energetico inferiore prima di potersi combinare con un fotone di segnale, con conseguente emissione di un fotone con fase e direzione casuali, come illustrato nella Figura 1(b). Questi fotoni sono precisamente ciò che contribuisce alla generazione di uno spettro ASE a banda larga. Ma ciò che di solito viene considerato un fenomeno dannoso può avere applicazioni interessanti, come quella descritta in questo articolo.

Caratterizzazione dei dispositivi CWDM e DWDM:
Il corretto funzionamento dei sistemi e delle reti ottiche basati sulla multiplazione di lunghezza d'onda richiede il monitoraggio della risposta spettrale di filtri, isolatori, circolatori, multiplexer, demultiplexer, interruttori e attenuatori. In particolare, è importante conoscere la loro lunghezza d'onda centrale, la larghezza di banda, l'isolamento del canale, l'ondulazione di banda e la perdita di inserzione, tra le altre caratteristiche. Esistono diversi metodi per la caratterizzazione. Ad esempio, è possibile utilizzare uno strumento di laboratorio dedicato oppure eseguire una scansione della lunghezza d'onda con un laser sintonizzabile e misurare la potenza di uscita. Lo svantaggio di entrambi i metodi è che sono generalmente costosi. In alternativa, di seguito viene proposto un metodo rapido e semplice per svolgere questa funzione.

La configurazione di laboratorio è illustrata nella Figura 2. Essa consiste in una sorgente a banda larga alla quale sono collegati il ​​dispositivo in prova (DUT) e un analizzatore di spettro ottico (OSA). Un OSA è facilmente reperibile in quasi tutti i laboratori, quindi l'unico costo aggiuntivo è quello della sorgente ottica. Esistono diverse opzioni per la sorgente ottica, come un LED superluminescente (SLED), una sorgente ASE o un supercontinuo. Per ragioni di rapporto costo-prestazioni, l'opzione migliore è la sorgente ASE, che può fornire uno spettro abbastanza ampio a un livello di potenza ragionevole.

Il processo di misurazione è semplice. Innanzitutto, si acquisisce una traccia di riferimento sull'OSA senza il DUT, ovvero collegando l'uscita della sorgente direttamente all'OSA. Successivamente, la misurazione viene ripetuta con il DUT inserito. La differenza in dB tra le due tracce rappresenta la risposta spettrale del DUT. La Figura 3 mostra un esempio di questa misurazione. A seconda dei parametri da caratterizzare, verrà utilizzato uno specifico intervallo di lunghezze d'onda, una specifica larghezza di banda di risoluzione, ecc. La qualità della misurazione dipenderà in larga misura dal tipo di OSA utilizzato (precisione della lunghezza d'onda, gamma dinamica), nonché dalla sorgente ottica. Le principali caratteristiche della sorgente da considerare sono descritte di seguito.

Selezione della sorgente
Quando si seleziona una sorgente a banda larga per la caratterizzazione dei componenti, e in particolare una sorgente ASE, è importante considerare diverse caratteristiche come la potenza totale, la potenza di picco e la densità spettrale. La potenza totale, misurata in dBm o mW, si riferisce alla potenza totale integrata della sorgente, ovvero la potenza che verrebbe visualizzata su un misuratore di potenza collegato direttamente alla sua uscita. La potenza di picco, d'altra parte, si riferisce al livello di potenza più elevato nella sua distribuzione spettrale, misurato da un OSA. In questo caso, è necessario fornire anche il valore della larghezza di banda di risoluzione per cui è stata effettuata la misurazione. Infine, la densità spettrale di potenza (in dBm/nm) si riferisce alla potenza dello spettro integrata in fenditure di 1 nm. Questa caratteristica viene solitamente misurata con un OSA configurato con una larghezza di banda di risoluzione di 1 nm, quindi la densità spettrale varierà con la lunghezza d'onda. Il valore della densità spettrale di potenza è importante perché limita la gamma dinamica della misurazione quando si utilizzano OSA basati su reticolo. Ad esempio, si consideri una sorgente a banda larga con una densità di potenza relativamente piatta di circa -10 dBm/nm. Se eseguiamo la misurazione con un OSA con una larghezza di banda di risoluzione di 0,1 nm, ciò implica che la potenza di riferimento sarà approssimativamente di -20 dBm. Se poi colleghiamo un DUT con una perdita di inserzione di 50 dB, ciò si tradurrebbe in una misurazione di soli -70 dBm per la risoluzione di 0,1 nm dell'OSA. Pertanto, in caso di elevata perdita di inserzione, vi sarà una limitazione sulla larghezza di banda di risoluzione minima che può essere scelta.

Oltre ai livelli di potenza della sorgente, è importante anche la sua stabilità, definita su un periodo specifico. In questo caso, garantire la stabilità della potenza totale è relativamente semplice, a differenza della densità spettrale. Data la natura delle sorgenti ASE, si verificano spesso trasferimenti di energia da una lunghezza d'onda all'altra. Queste variazioni di potenza negli slot spettrali portano a imprecisioni di misurazione. Pertanto, per la caratterizzazione dei componenti DWDM, dove sono richieste misurazioni precise e ripetibili, il controllo di questo parametro prestazionale è fondamentale.
Infine, anche la gamma di lunghezze d'onda che può essere coperta è una caratteristica che richiede attenzione. Tipicamente, una sorgente ASE fornisce un buon livello di segnale nelle bande C e L, dove avviene principalmente l'amplificazione dell'erbio. Al contrario, una sorgente SLED è meno potente di una sorgente ASE, ma può coprire una gamma più ampia di lunghezze d'onda. Questa gamma di lunghezze d'onda è particolarmente importante nella caratterizzazione dei componenti CWDM, poiché in genere operano in bande più ampie.

Apparecchiature commerciali
Dopo aver discusso i principi di base della misurazione, forniremo ora alcuni esempi di sorgenti ASE disponibili sul mercato. Come primo esempio, la Figura 4 mostra la sorgente EXFO FLS-2300B. Questa sorgente ASE ad alte prestazioni è caratterizzata da una potenza di uscita superiore a +14 dBm e da una stabilità spettrale di ±0,04 dB/nm (15 minuti) nell'intervallo da 1520 a 1560 nm. Il dispositivo è disponibile con un'opzione di guadagno appiattito. Un'altra azienda che offre sorgenti a banda larga per la caratterizzazione dei componenti è Newport Corporation. In questo caso, offre una sorgente ASE a banda larga (1000-1650 nm) con una potenza di uscita di +13 dBm e una buona stabilità spettrale (Figura 5). Infine, diversi produttori offrono moduli ASE di piccole dimensioni nei loro cataloghi. Ad esempio, uno di questi è visibile nella Figura 6. In questo caso, si tratta di un modulo in banda C (1525-1565 nm) con una potenza di uscita fino a +15 dBm e una stabilità spettrale di ±0,05 dB/nm.

Maggiori informazioni o un preventivo

Francisco Ramos Pascual. Dottore di ricerca in Ingegneria delle Telecomunicazioni

Professore ordinario presso l'Università Politecnica di Valencia