Estudio, modelado, implementación numérica y estudio de casos de amplificadores a fibra Raman distribuidos en redes ópticas SDM

Abstract

En este trabajo se analiza el desempeño de un amplificador óptico Raman distribuido de pocos modos (Few-Mode Distributed Fiber Raman Amplifier: FM-DRFA) con bombeo de segundo orden, en el contexto de redes ópticas con multiplexación por división espacial (Space Division Multiplexing: SDM) basadas en fibras de pocos modos (Few-Mode Fiber: FMF). Para ello se utilizan modelos matemáticos de estos amplificadores, los que se implementan en computador para luego realizar simulaciones y estudio de casos. En las simulaciones se evalúan diversos parámetros de interés, como la diferencia espectral de ganancia (Differential Spectral Gain: DSG), la diferencia de ganancia entre modos (Differential Modal Gain: DMG) y la figura de ruido, bajo distintas configuraciones y esquemas de bombeo. Con el fin de obtener un espectro de ganancia plano, con un mínimo la variación de ganancia modal, se emplea un algoritmo genético que optimiza el perfil de bombeo modal. Los resultados obtenidos indican la efectividad del proceso de optimización llevado a cabo. Se obtienen valores de DSG cercanos a 1 dB en cada modo para longitud de onda fija y 0.5 dB para longitud de onda variable. Mientras que el DMG se mantiene menor a 0.3 dB en todos los casos. Estos resultados demuestran la efectividad del enfoque propuesto para mejorar el desempeño de amplificadores SDM basados en fibras de pocos modos.

This work analyzes the performance of a few-mode distributed Raman optical amplifier (FM-DRFA) with second-order pumping, in the context of space-division multiplexing (SDM) optical networks based on few-mode fibers (FMF). Mathematical models of these amplifiers are used, implemented on a computer to carry out simulations and case studies. The simulations evaluate various parameters of interest, such as Differential Spectral Gain (DSG), Differential Modal Gain (DMG), and the noise figure, under different configurations and pumping schemes. To obtain a flat gain spectrum with minimal modal gain variation, a genetic algorithm is employed to optimize the modal pump profile. The results obtained indicate the effectiveness of the optimization process carried out. DSG values close to 1 dB per mode are achieved for fixed wavelengths, and 0.5 dB for variable wavelengths, while DMG remains below 0.3 dB in all cases. These results demonstrate the effectiveness of the proposed approach in improving the performance of SDM amplifiers based on few-mode fibers.