IV Receptores Opticos-estudiantes
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IVRECEPTORESPTICOS
El receptor es un elemento esencial en un
sistemadefibraptica. Latareaprimordialdelreceptoresconvertirla
sealpticatransmitidaatravsdelafibraen
sealelctrica.
Un elemento fundamental en un receptor
pticoesportantoeldispositivodetectordeluz.
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DETECTORESDELUZ Losdetectorestpicosusadosencomunicacionescon
fibra ptica son los fotodetectores o fotodiodossemiconductores.
Losfotodetectores estnconstituidosporunionespn y deben ser polarizados inversamente paradetectarluz.
Si un fotn incide en la unin pn con suficienteenergapodr permitirlacreacindeunparelectrnhuecograciasa laenerga proporcionadapor dichofotn.
Ambos portadores eh, crean una fotocorriente(denominada as en analoga con losfotoportadores). La corriente generada es
proporcionalal
nivel
de
iluminacin
del
dispositivo.
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DETECTORESDELUZ Enlafotodeteccin sedaelprocesoinversoaldelasfuentes
deluz.
Unfotnincidente,conlongituddeondaadecuada,ceder suenergaaunelectrn,situadoenlabandadevalencia;graciasa ella, ste ser capaz de saltar a la banda de conduccin,producindosealmismotiempoelcorrespondientehuecoen
la banda de valencia. Este proceso genera un par electrnhuecoyporconsiguienteunacorrienteelctrica.
Paraqueunfotnhagasaltarunelectrndesde labandadevalenciaalabandadeconduccin,requieretenerunaenergaporlomenosigualaEg,queconstituyelaenergadelabandaprohibida(1.12eV paraelSi,0.81eV paraelGe).
Laenergadeunfotnest relacionadaconsufrecuencia(olongituddeonda).
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DETECTORESDELUZ
frecuenciade corte,
fc,
mnima
frecuencia
de
trabajo
de
un
fotodetector,puesstenopuederesponderafrecuenciaspordebajodeella:
fc=Eg/h
h:constante dePlanck,6.62x1034 Js.
Longitud de corte, c: mxima longitud de onda a la cualpuederesponderunfotodiodo.
c=(ch/Eg) Ejercicio: Para un fotodiodo de Si, determinar el rango de
longitudesdeonday frecuenciasquegaranticensucorrecta
operacin.
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DETECTORESDELUZ Eldiseodelfotodiodosehacedetalmaneraquelos
portadoressegeneren,principalmente,en lareginintrnseca.
Dada la polarizacin inversa a la que se somete eldiodo, en la regin intrnseca aparece un campoelctrico intenso, que provoca que los portadores
generados
se
separen
dirigindose
en
sentidos
opuestos,dandolugaraunacorrienteelctrica.
La longitud de onda a la cual responde unfotodetector dependedesucomposicin.
Losdetectoresde luzusadosenreceptoresde fibrapticadebengenerarcorrientesdesalidaaltasy,encaso de no hacerlo se deben incorporar en el
receptoretapasdeamplificacin.
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DETECTORESDELUZ CARACTERSTICASDEUNDETECTOR:
Seraltamentesensitivo.Lasensitividad (responsividad)midequ tan bien un detector responde a una seal como unafuncin de su intensidad. Debiendo generar corrienteselctricas tan altas como sea posible en respuesta a la luzincidente.
Tiempo de respuesta corto. El detector debera responder
(producir corriente elctrica) al ms estrecho (de menorduracin)posiblepulsode luz.Esto leposibilitaratrabajaraaltastasasdetransmisin.
Serequierelinealidadenelfotodetector afindeminimizarla
distorsinde
seal.
Elruidointernogeneradoporeldetectordeberasermnimoparapermitirqueentradaspticas lomspequeasposiblesseandetectadas.
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RESPONSIVIDADDEUNDETECTOR
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DETECTORESPIN Un diodo PIN (P
Intrinsic
N) est constituido por dos capas
semiconductoras (pyn)y,entre lasdos se sitauna reginintrnseca (nodopadaomuy pobrementendopada), conelobjetivodemejorarlasensitividaddeldispositivo.
Con
esto
se
logra
que
ms
fotones
sean
absorbidos
y
produzcanasuvezunamayorfotocorriente.Estaestructurasepolariza inversamentedemaneraque laregin intrnsecaest totalmentedesprovistadeportadores.
Laluzentraaldispositivoporunaventanamuypequeaycaesobreelmaterialintrnsecocarentedeportadores.
El material intrnseco est hecho de un grosor tal que lamayora de los fotones que entran en el dispositivo seanabsorbidosporestacapa.
Estos fotones entregan su energa a los electrones ubicados
en
la
banda
de
valencia
del
material
intrnseco,
los
mismos
que pasan a la banda de conduccin y se transforman enportadores de carga que hacen que fluya una corrienteelctrica poreldispositivo.
Lacantidaddecorrienteseincrementaconlacantidaddeluzabsorbidaporeldispositivo.
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DETECTORESPIN La adicin de la capa i (intrnseca) incrementa la
responsividad (reponsivity) y decrementa el tiempo derespuestadeldetector.
La sensitividad (Responsividad) mide la relacin que existe
entrela
corriente
que
entrega
el
detector
yla
potencia
ptica
querecibe,seevalaenA/W.Valorestpicos0.5a1A/W. Laaltavelocidadysensitividad deundiodoPINlohacenmuy
adecuadoparagranpartedelossistemasdefibra,inclusoen
sistemas de gran desempeo. Usando preamplificadoreselectrnicossepuedeaumentarlasensitividaddelreceptor.
Tiempo de respuesta: Mide cun rpidamente el detectorpuede responderavariaciones en la intensidadde la luzde
entrada,tiemposderespuestatpicososcilanenpocosns. Un diodo PIN puede operar con voltajes de polarizacin
inversa en el orden de 8 a 10 V. Un incremento en lapolarizacin inversa tiende a producir una respuesta ms
rpidaeneldispositivofotodetector.
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DETECTORAPD
Un detector APD (Avalanche Photo Diode) basa suprincipio de funcionamiento en la multiplicacin
avalancha,consiguiendoamplificar lasealduranteelprocesodedeteccin.
Su fabricacin es similar a la del diodo PIN, pero enestecasolareginintrnseca(denominadaregin)es
agrandaday ligeramentepdopadaycuidadosamentediseadaparaaseguraruncampoelctricouniformea
travsdeella.
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DETECTORAPD
Paraproducirelefectoavalanchaesnecesariosuministrar al diodo un alto voltaje enpolarizacin inversa, que genera la presenciadeunintensocampoelctrico.
La luz (fotones) que incide en el dispositivo
genera electrones a nivel de la banda deconduccin, los cuales son acelerados poraccindel campo elctrico hasta que chocancon los tomos de la estructura liberando
mltiples electrones, los cuales a su vez sonacelerados por el campo elctricoproduciendo ms electrones y, assucesivamente se suscita un fenmeno en
cadena(avalancha).
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DETECTORAPD Un electrn fotogenerado puede llegar a
producirporefectoavalancha100electroneslibres(gananciaoamplificacin).
Tienen mayor responsividad (25100 A/W),son ms sensibles que los PIN, pudiendodetectar niveles de seal ms dbiles yrequierendemenosamplificacinadicional.
Los APD presentan menores tiempos de
respuesta que los PIN (pocos ns), perogeneranmayorruidoporelprocesoavalanchaque tiene lugar, adems presentan mayorsensibilidad a variaciones de temperatura
(estabilidadtrmica).
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DETECTORAPD
El voltaje de polarizacin inversa paraproducirelefectoavalanchaenundiodoAPDes alto (40400 V), se requieren circuitos
adicionales para proveer tales voltajes deexcitacin.
Dada laalta sensibilidada la temperaturadeestos detectores, se requiere circuitosespecialesparacompensarla.
Todo esto torna al APD en un detector ms
caroycomplejo
que
el
PIN
yha
limitado
sus
aplicaciones.
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OTROSDETECTORES Algunosreceptoresrenenlasfuncionesdedetector
y de amplificador (o preamplificador) en un mismocircuito.
Elcircuitoamplificalasealelctrica,incrementandolarelacinS/Nylapotenciadesalida.
Adems, convierte la seal de corriente del
fotodiodo en seal de voltaje, como se usa en lamayoradecircuitoselectrnicos.
Dentro de esta variedad de detectores podemos
citar:Fototransistores,Fotodarlington,PINFET,etc.
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OTROSDETECTORES LosdetectoresPINFET integrantantoalfotodiodoPINcomo
alamplificadorFET,tienenungrananchodebanda,sonmuypopulares para aplicaciones de velocidad moderada por susimplicidadycostorazonable.
AdiferenciadelosAPD, norequierenvoltajesdepolarizacindemsde5V.Su tiempode subida tiendea serms lentoque en los PIN y APD, pero son muy apropiados paratransmitiracientosdeMbps.
En general los fotodetectores vienen en variadosempaquetados. Algunos tienen lentes, algunos tienen reassensitivascuadradasoredondas.
Elmaterialusado para laventana (esto es la abertura en elfotodetector que expone el rea activa a la luz incidente)
puedesersimplevidrio,lentedevidriooresina.
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RECEPTORESPTICOS
Un
receptor
ptico
puede
ser
tan
simple
como
limitarse
al
detector ptico o tan complicado que incluya sofisticadossistemasquerealizanunconsiderableprocesamiento.
Un amplificador ptico puede incorporarse antes deldetector, incrementando la potencia de la seal ptica, locual puede conllevar a un menor BER o una mejor relacinS/N en el receptor, as tambin permitira compensarcualquierprdida.
Un amplificador ptico incrementa la potencia de todas laslongitudes de onda de la seal WDM, por tanto deberaubicarse antes de la etapa de demultiplexacin. Si la fibralleva muchas longitudes de onda (WDM), stas deberansepararseantesdeque lasealpticaseconviertaensealelctrica.
Doscaractersticasbsicasafectanunareproduccinfieldelasealenelreceptor:elnivelde lasealyelniveldel ruido,
quepuedenoscurecerodegradarlaseal. El BER (que habitualmente se exige en los sistemas de
transmisin digital por fibra ptica es 1x1010, lo quecorrespondeaunarelacinS/Nenelreceptorde22dB.
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RECEPTORESPTICOS
Parasistemasanalgicos,larelacinsealaruido(S/N)midela calidad del sistema, a mayor S/N mejor recepcin. Ladefinicin prctica de una buena S/N depende de laaplicacin.Enmuchos sistemasde fibraspticas,entre40y50dB seconsideradebuenoaexcelente,perorelacionesde
S/N en el rango de 30 dB son aceptables para muchasaplicaciones.
En sistemas digitales, la calidad del sistema es dada por elBER, parmetro que depende de la potencia recibida, de la
sensibilidad,delruidoydelavelocidaddetransmisin. Un decrecimiento de 5 dBm en la potencia recibida puede
incrementarelBERde1012a 103.ElBERdependetambindelavelocidaddedatos.LametatpicaparatelecomunicacionesesunBER de 109,peroenciertasaplicaciones senecesitanvaloresdeBERdelordende1012.
LarelacinS/NyelBERsonimportantesparalaseleccindelreceptor.
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RECEPTORESPTICOS
Entre lascaractersticasms importantesque
debe poseer un receptor ptico, figuran lassiguientes:
respuestarpida
altorendimiento
bajonivelderuido
altasensibilidad
anchodebandasuficiente
ligero,baratoydelargavida.
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PERFORMANCEDEUNRECEPTORPTICO
a)Sensitividadradiante/Responsividad (R)
Es la relacin que existe entre la corriente que entrega el
detector (fotocorriente) y la potencia ptica que recibe, seevalaenA/W.
R=Ielectsalida /Poptentrada [A/W]
Lasensitividadmidecmounreceptorrespondeaunasealdeluzacordeconlaintensidaddelamisma.
Tantolapotenciadelasealpticaqueincideenelreceptor
comoelnivelderuido(quetiendeaobscurecerydegradarlaseal)afectaneldesempeodelmismo.
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PERFORMANCEDEUNRECEPTORPTICO
Lasensitividaddeun receptor tambindependedela longitud de onda de la seal de luz que a lingresa.
Los principales factores que controlan cmo unreceptor responde a diferentes longitudes de ondaes la composicin del detector, pues cada tipo desemiconductor responde a distintas longitudes de
onda.Elsiliciorespondemejora menoresa1um,mientrasqueelgermanio,arseniurodeindioygalioy el fosforoarseniuro de indio y galio responden
mejoramsgrandes. Detectores basados en fototransisitores, PINFET o
fotodiodosAPDtienenunaaltaresponsividad,dadoelprocesodeamplificacinquetienelugarenellos.
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PERFORMANCEDEUNRECEPTORPTICO
Un parmetro relacionado es la eficienciacuntica, definida como la relacin entre loselectrones de salida y los fotones de entrada aldetector.
Debe considerarse que no todos los fotones
incidentesproducenelectrones. Laeficienciacunticadeldetectordepender del
materialque loconstituya,desuestructurayde
lalongituddeondadetrabajo.Q=#electronesdesalida/#fotonesdeentrada
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InGaAs
InGaAsP
GeSi
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 nm
100
80
60
40
Eficiencia cuntica
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PERFORMANCEDEUNRECEPTORPTICO
Laeficienciacunticapuedesermayora1sloen losdetectoresqueincorporanamplificacin.
Factor
de
multiplicacin: factor de proporcionalidadentre cada electrn primario y los electronessecundariosgeneradoseneldetector.
Existe una relacin entre la eficiencia cuntica y laresponsividad:
R=Q/1.24 [A/W]
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PERFORMANCEDEUNRECEPTORPTICO
Ejercicio:Unfotodetector tieneunaeficiencia
cunticadel70%yoperaconunalongituddeonda de 0.82 um. Determinar su
responsividad.
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PERFORMANCEDEUNRECEPTORPTICO
b)Corrientedeoscuridad yPotenciade ruidoequivalente(NEP)
Lasealelctricaquesaledeldetectortieneruido,partedelcual es generado dentro del detector o aadido por elamplificador.
Una medida del ruido elctrico inherente dentro de undetector es la corriente de oscuridad, la cual no es sino lacorriente(deruido)queundetectorproducecuandono estiluminadoy,establece unnivel demnima sealdetectable,
puestoque
una
seal
para
ser
detectada
debe
producir
una
corrientesuperioraladeoscuridad.
Lacorrientedeoscuridadesunacorrientedefuga que fluyepor el fotodiodo en ausencia de luz (generada por efectos
trmicos), depende de la temperatura de operacin, delvoltajedepolarizacinydeltipodedetector.
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PERFORMANCEDEUNRECEPTORPTICO
Potenciaequivalentederuido(NEP)
Parmetroquemidedemaneramsdirectaelmnimoniveldesealdetectable.
Representa la potencia ptica requerida en la entrada deldetector para generar una corriente elctrica rms igual a la
corriente de ruido para un valor determinado del ancho debanda. Este parmetro NEP se mide en (W/Hz1/2), dado que la
corrientederuidoesproporcionalalanchodebandausado.
Losdetectoresdegermanio sonmsruidososylentos. NEP depende de la frecuencia de la seal, del ancho de
banda, del rea del detector y de la temperatura deoperacin.
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Detector Responsivi-dad
NEP(W/Hz1/2)
Tiempo deRespuesta
Corriente deOscuridad
Fototransistor 18 A/W N.A. 5 15 us 25 100 nA
Fotodiodo P-N 0.4-0.7 A/W 10-13-10-14 5 10 ns 1 5 nA
Fotodiodo PIN (Si) 0.6-0.8 A/W 10-13-10-14 1-5 ns 3-300 nA
Fotodiodo PIN(InGaAs)
0.8 A/W 10-13-10-14 1-3 ns 10-30 nA
Fotodiodo
Avalancha (Si)
74-100 A/W 10-14 0.5-2 ns 1 nA
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PERFORMANCEDEUNRECEPTORPTICO
c)Velocidadyanchodebanda Los detectores no responden de manera instantnea a
cambios en la entrada, hay un retardo entre el tiempo queentra la luzaldetectoryeltiempoqueeldetectorgenera la
corrienteelctricacorrespondiente. La seal elctrica de salida del detector viene caracterizada
por los tiempos de subida (rise time, tr) y los tiempos debajada(fall time,tf).
Suponiendo que el tiempo de subida es igual al tiempo debajada,elanchodebandadeundetectordependedetr,deacuerdoalasiguienteexpresin:
AB=0.35/tr
Tiempodesubida:Tiempoqueletomaalasealdesalidaparapasardel10% al 90% de su valor final. Anlogamente el tiempo de bajada es eltiempoquedemoradichasealencaerdesdeel90%desuvalormximohastael10%.
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PERFORMANCEDEUNRECEPTORPTICO
Los tiempos de subida y de bajada afectan directamente alanchodebandaoa lavelocidaddeunreceptor.Elanchodebandadeundetectoresinversamenteproporcionalaltiempoderespuesta.
Los fotodarlingtons son los detectores ms lentos, contiempos de respuesta del orden de los us. Los fotodiodosavalanchayPINrpidostienetiemposderespuestadelordende los ns. Los detectores ms rpidos tienen tiempos derespuesta enelrangodelosps.
La geometra del detector puede influenciar su velocidad ysensitividad.
Paraque un detector opere eficientemente, toda la luz que
emerge
de
la
fibra
debe
caer
dentro
del
rea
activa
(rea
sensitivaalaluz)deldetector. Elreaactivadeldetectordebesermayoraldimetrode la
fibra; se pueden tener prdidas si la fibra est lejos deldetectorosieldetectorest malalineado.
Lavelocidaddeldetectorest limitadaporsurea,mientrasel dispositivo es ms grande mayor es su tiempo derespuesta.
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Rangodinmicodeldetector Eselrangocomprendidoentreelvalor delamnima
potencia ptica (sensibilidad) presente a la entradadel conversor optoelectrnico que garantiza la
obtencindelBERdeseadoyelvalorde lamximapotenciapticaqueescapazdesoportarelreceptorptico sin que se produzca variacin alguna en elBERespecificado(prefijadoanteriormente).
Lapotencia de las seales que ingresan al detectordebe estar dentro del rango dinmico del mismoparaevitarqueseproduzcadistorsin.
Silasealdeentradatieneunvalormuyalto(fueradelrango)producir unnivelderuidoelevadoenunsistema analgico o un BER elevado en un sistema
digital.
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PERFORMANCEDEUNRECEPTORPTICO
Sensibilidaddeldetector
Se define como la mnimapotencia ptica presente en la
entrada
del
conversor
optoelectrnico necesaria
para
obtenerunBERdeseado.
Correspondeportantoalvalordepotenciaptica inferior
delrangodinmicodelreceptor.
SeexpresaenunidadesdepotenciaelctricadBm ouW ysiempreparaunBERespecfico.
Vergrficadondesecomparalasensibilidadenfuncindelavelocidaddetransmisinentretresclasesdedetectorespticos,paraunalongituddeondade1300nm yunatasa
debitserrados(BER)de109
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PERFORMANCEDEUNRECEPTORPTICO
Lasensibilidaddeldetector (ydel receptorcompleto)dependedelalongituddeonda.
El rango de longitudes de onda de operacin de losdetectoresdependedelmaterialdelqueest hecho.
Lascaractersticaselctricas,talescomo lavelocidady
la corriente de oscuridad, tambin difieren con elmaterial.
LosdetectoresdeGesonmslentosyruidososquelosdeSiuotrosmateriales.
La sensibilidad del detector tambin depende de latemperatura.
ESTRUCTURA DE UN RECEPTOR PTICO
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ESTRUCTURADEUNRECEPTORPTICO
Las funciones bsicas de un receptor ptico incluyen ladeteccin,laamplificacinylademodulacin.
El receptor debe incluir en su estructura un circuitoelectrnico que eleve la seal elctrica generada a unnivelsuficientecomoparaquepuedaserposteriormenteprocesada.
Las seales de salida del fotodiodo constituyencorrientes muy bajas que requieren amplificacin ymuchasvecesconversinavoltaje.
Adicionalmente,pueden requeriruna reconstruccindelos pulsos deformados, regenerando las seales paratransmisin digital, o filtrando el ruido introducido. Enmuchas ocasiones esta etapa electrnica est ya
incorporada al propio fotodetector, formando unmdulonico.
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luz Outelctrica
Detector Preamplifi
cador debajoruido
Amplificador Demodulador
ESTRUCTURA DE UN RECEPTOR PTICO
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ESTRUCTURADEUNRECEPTORPTICO
a)Detectordeluz
Conviertelasealpticarecibidaenunasealelctrica
Puedeserdediferentenaturaleza,siendo losmsutilizadoslosdiodosPINylosdiodosAPD.
ESTRUCTURADEUNRECEPTORPTICO
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b)Preamplificador debajoruidoyAmplificadorprincipal Amplificanlasealelctricaentregadaporeldetectordeluz,afin
de ponerla en un nivel adecuado para que pueda servir como
sealdeentradaaldispositivoterminal.
Tpicamente lassealespticasque lleganaunreceptorsondel
orden de 110 uW o menores, si un fotodiodo PIN con
responsividad de 0.60.8 A/W detecta estas seales, entregar
corrientesenelrangode losuA, lasquedebenseramplificadas
paralamayoradeusosyenalgunoscasosconvertidasavoltajes.
Losreceptorespuedenincluirunaomsetapasdeamplificacin;
laprimeradeellasesunpreamplificador debajoruidoaptopara
trabajarconsealesdbiles.
Luegose incorporaunamplificadordealtaganancia,quepuede
incluircontrolautomticodeganancia.
ESTRUCTURA DE UN RECEPTOR PTICO
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ESTRUCTURADEUNRECEPTORPTICO
c)Filtrado AyudaaincrementarlarelacinS/Nalatenuarelruidodemaneraselectiva,o
puedeserdeutilidadensistemaspticosparaeliminaraquellas frecuencias
indeseadasqueestncercadelasealdeseada.
d)Demodulador (discriminador)
Permitereproducirlasealelctricaoriginal.
Losreceptoresanalgicosydigitalesusandetectoresde luzyamplificadores
similares;perodifierenenlaltimaetapa.
Los sistemas analgicos requieren una reproduccin precisa de la forma de
ondaoriginal,puescualquiercambioimplicadistorsiny,unavezquelaseal
sedistorsiona,
para
los
circuitos
no
es
posible
discriminar
qu es
seal
yquesdistorsin.
Lossistemasdigitalesencambio,norequierenunarplicaexactadelaforma
deonda,puessolamenteprecisandecidirsilasealeson(pulsoenalto)uoff
(pulsoenbajo),tareaquelarealizauncircuitode tomadedecisininclusoenpresenciadedistorsin.
ESTRUCTURA DE UN RECEPTOR PTICO
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ESTRUCTURADEUNRECEPTORPTICO
e)Temporizacin
Otra tarea esencial en muchos receptores, especialmente en los
sistemasdigitalesdealtodesempeo,es resincronizar laseal. Elcircuitode temporizacin del receptordebe recrear lasealde
reloj (extrayndola desde la seal recibida) y poner los pulsos
regeneradosdentro
de
los
slotsde
tiempo
correctos,
es
decir
debe
definirconprecisinlosinstantesdetiempoenlosqueempiezany
terminanlospulsos.
Las seales digitales (pulsos) son generadas a una tasa de reloj
definida. Esta seal, durante su recorrido por la fibra, incorpora
gradualmente errores aleatorios en la temporizacin, en algunos
casosestadesincronizacin puedesercomparablecon laduracin
delos
pulsos.
De
modo
que
el
receptor
puede
confundir
los
pulsos
sucesivos,causandoerroresdetransmisin.
AMPLIFICADORES
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Las seales necesitan amplificacin si ellas viajandistanciasconsiderablesbienseaatravsdemediosmetlicosodefibra.
Dada
la
baja
atenuacin
de
las
fibras,
los
sistemas
pticos pueden lograr alcances ms grandes sinamplificacin.
Unsistemadecobre,trabajandoacientosdeMbpsrequiere amplificadores o regeneradores cada Kmaproximadamente,entantoqueunsistemadefibrapuede llevar seales a la misma velocidad hasta
centenasdeKm. Setienendosalternativasparaamplificadoresenun
sistemaptico:electrnicayptica.
AMPLIFICADORES ELECTROPTICOS
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AMPLIFICADORESELECTRO PTICOS
Este tipo de amplificadores era de uso comnhastahacealgunosaos;sinembargo, limitaban
en parte las ventajas inherentes a lastransmisionesporfibracomograndesanchosdebanda,conlaconsiguientemuyaltavelocidadde
transmisin. Elrequerirunaconversinpticaelctricaptica
impone una limitacin a todo lo anterior dado
que, en esas condiciones, la velocidad vendrlimitada a la de los circuitos electrnicosempleados.
AMPLIFICADORES PTICOS
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AMPLIFICADORESPTICOS
Un amplificador ptico recibe una seal ptica dbil, laamplificaafindeproducirunasealpticafuertequepuedeviajaradecuadamenteporelsiguientetramodefibra.
Los amplificadores pticos actuales no regeneran la seal,solamente incrementan su amplitud as como el ruido. Sonpor tanto sistemas ms simples que los regeneradoreselectropticos.
Su demanda se ha incrementado significativamente, soncostososanperoproduccionesmasivas tienden a bajar loscostosnotablemente.
Losamplificadorespticosofrecenaltaconfiabilidad,porque
tienen
pocos
componentes.
Esto
es
crtico
para
cables
submarinos.
Losamplificadorespticostienenunnivelderuidomuybajo.
AMPLIFICADORESPTICOS
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Losamplificadorespticospuedenamplificarcualquierseal
quelafibrapticaest transportando,dentrodesurangodeoperacin. Los AO pueden amplificar simultneamente seales de
diferentes longitudesdeondaensubandadeoperacin,sin
que
existan
interferencias
entre
ellas. Un solo amplificador ptico puede amplificarsimultneamente muchas seales multiplexadas WDMtransportadasenlamismafibra.
Los amplificadores pticos no dependen del formato de laseal.
Las seales pticas pueden requerir amplificacin endiferentes puntos: luego de la salida del transmisor(postamplificadores), luego de un tramo de fibra(amplificadores en lnea), despus de un componente conprdidasp.e acoplador, conector o empalme ;y, antes deunreceptor(preamplificadores).
AMPLIFICADORESPTICOS
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Durante los ltimos aos, los amplificadores pticos hanreemplazadoasuscontraparteselectropticas.Bsicamenteexisten dos clases de amplificadores pticos: los desemiconductorylosdefibra.
Estos
amplificadores
operan
con
el
principio
de
la
emisin
estimuladaquees labasede los lsers,ysonesencialmentelsers de propsitos especiales diseados para amplificarseales de una fuente de luz externa en vez de generar supropialuz.
Unaspectocrticoparaelusodelosamplificadorespticosessulongituddeondadeoperacin.
Los mejores amplificadores pticos son para la ventana de
1550nm.
AMPLIFICADORESPTICOSDESEMICONDUCTORES
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Son bsicamente lsers semiconductores sin cavidadreflectiva (sinespejos),a findequepuedanactuarnocomofuentesde luzsinocomoelementosamplificadoresde la luzquepasaatravsdeellos.
Los extremos del lser estn recubiertos de materiales quereducenlareflexindelaluz.
La luz proveniente de una fibra entra por un lado, esamplificadaenlacapaactivaysaleluegoporelotrolado.Lasealdesalidaseaplicaalsiguientetramodefibra.
Se los conoce tambin como amplificadores desemiconductor, amplificadores de lser semiconductor (SLA)oamplificadoresosciladoresdesemiconductor(SOA).
Puedentrabajartantoensegundacomoenterceraventana,
propiedadquenoofrecenlosotrosamplificadores. Losamplificadoressemiconductoresporsureducidotamao
puedenserintegradosconotroscomponentespticos,porsubajocostosonmuyutilizados.
AMPLIFICADORESPTICOSDESEMICONDUCTORES
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SEMICONDUCTORES Unadesventaja,que limitasuuso,es ladificultaddeacoplar
lafibraalamplificador(loquenoocurreconlosEDFA).
Otro problema es el derivado del ruido que genera laestructurayqueessuperioralquegeneranlosEDFA.
La tecnologa de los SOA est bien desarrollada, y estn
disponibles para un amplio rango de longitudes de ondadependiendodelacomposicindelmaterial.
Este tipo de dispositivos tienen la particularidad de poderconmutarsealespticasysermuyrpidos, loque loshaceatractivosparaserusadoscomoswitchespticos.
Amplificadordefibradopadodeerbio(EDFA,Erbium Doped Fiber Amplifier)
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Erbium Doped Fiber Amplifier)
Estetipodeamplificadoressurgieronenladcadadelos90ypuede decirse que, en cierta manera, han desplazado a losamplificadorespticosdesemiconductor.
Tambinconocidoscomoamplificadoresdefibraptica(OFA,Optical Fiber Amplifier).
Operana longitudesdeondaenelrangoentre1520y1630nm,aunqueparaalgunas longitudesdeondadentrodeeste
rango
su
implementacin
prctica
an
no
est muy
bien
desarrollada.
Estos amplificadores se caracterizan por tener una altaganancia(tpicamente3050dB),bajoruidoyampliaanchura
espectral. Potencia de salida en el orden de las decenas dedBm. Conexin con bajas prdidas y pequeas nolinealidades.
Amplificadordefibradopadodeerbio(EDFA,Erbium Doped Fiber Amplifier)
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Erbium Doped Fiber Amplifier)
debombeo)eselencargadodesuministrarunaradiacinUnamplificador EDFA se compone esencialmente de un diodolser y una seccin de fibra (longitud tpica 1020m, mayorlongitud para trabajo en la banda L) dopada con impurezas
constituidaspor
tierras
raras,
de
preferencia
erbio
(Er).
Los EDFA pueden amplificar seales de luz dbiles decualquierlongituddeondadentrodesurangodeoperacin,lalongituddeondadeoperacindependedeldopante ydelacomposicindelafibra.
Ellser(lser infrarroja(9801480nm),queesabsorbidaporlostomosdeerbio,loscualespasanaunestadoexcitado.
Lasealdeluzentranteestimulaalostomosexcitadosparaqueemitanluzalalongituddeondadelasealyenfasecon
ella,loqueproducelaamplificacin.
Amplificadordefibradopadodeerbio(EDFA,ErbiumDoped Fiber Amplifier)
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Doped Fiber Amplifier)
Como elementos adicionales del EDFA se tienen dosaisladorespticos,unoacadaextremo,quepermitenelpasode la luz slo en una direccin, un filtro para bloquear laslongitudes de onda del lser de bombeo y, un acoplador al
finalde lafibraparaseparar lasealdesalidade la longituddeondadebombeo.
Elerbiosueleserelelementomsusadocomodopajedelasfibras, por su adaptacin a las condiciones de la tercera
ventana. Las fibras dopadas con praseodimio, en cambio, son los
mejores amplificadores disponibles para la ventana de los1300nm,pero sudesempeo no es tan bueno como el del
erbio. Hay dos posibilidades: que la radiacin de bombeo se
propagueenelmismosentidode laseal,oque lohagaensentidocontrario(mayorganancia).
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Amplificadordefibradopadodeerbio(EDFA,ErbiumDoped Fiber Amplifier)
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Doped Fiber Amplifier)
Labomba lser tiene que proveer fotones con msenergaque laqueemiten lostomosdopantes,deesta forma, la longitud de onda bombeada es ms
cortaqueladelaseal. Elamplificadordefibrageneraluzsolamentecuando
unasealdeentradaest atravesndolo.Cuandoel
niveldeentradaescero,nodeberaproducirluz;sinembargo,puedeemitirunpocode luz,consideradacomoruido.
Los amplificadores pticos trabajan con emisinestimulada,demodoque la luzamplificadaest enfaseconlasealdeentrada.
Amplificadordefibradopadodeerbio(EDFA,Erbium Doped Fiber Amplifier)
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Erbium Doped Fiber Amplifier)
Unasealpticadbilentraporlaizquierda,pasaatravsdeun aislador ptico (cuyo bloqueo dispersa la luz que podracausar ruido) y por un filtro que permite el paso de lalongitud de onda de la seal entrante pero bloquea la
longitud de onda del lser de bombeo. Esta seal entraentoncesaladefibradopada.
El amplificador de fibra es iluminado desde el otro extremopor un haz fuerte de luz de longitud de onda ms corta,generadoporunlserdebombeoexterno.
La luz de bombeo excita los tomos del material dopante,elevndolosaunnivelmsaltodeenerga,yestimulandoaestostomosexcitadosparaqueemitansuexcesodeenergaenformade luza la longituddeondade lasealentrante,yenfaseconlamisma.
La potencia de la luz de bombeo est en el orden de las
decenasmW.
Amplificadordefibradopadodeerbio(EDFA,ErbiumDoped Fiber Amplifier)
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p p f )
Con los EDFA se consiguen ganancias de hasta 50 dB (enrgimendebajasealdeentrada),conpotenciasdebombeomoderadas(devariasdecenasdemW).
Lasiguientefiguramuestracmocambialaamplificacin(endB) con relacin a la longitud de onda y a la potencia deentradadeunamplificadordefibradopadaconErbio.
Conpotenciasdeentradabajas,lagananciaesmayora1530nm, pero con mayores potencias de entrada la ganancia sehacemsuniformeconlalongituddeonda.
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Amplificadordefibradopadodeerbio(EDFA,ErbiumDoped Fiber Amplifier)
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p p f )
LosEDFA son muy buenos, perogeneran pequeascantidades de ruido debido a un proceso llamado
emisin espontnea amplificada. Cuando el lserexcitaalostomosdeErbio, stosesperanporunaseal de entrada que libere su energa, algunostomosdopantes noesperanestasealyemitenluzdeformaespontneaenelrangodelos1550nm.
Losamplificadoresdefibranopuedencompensarladispersin en la transmisin. Si hay dispersin lasealseamplificacondispersinytodo.
Es muy importante controlar la dispersin endistancias grandes. Una alternativa es utilizar fibrasdedispersindesplazada.
Amplificadordefibradopadodeerbio(EDFA E bi D d Fib A lifi )
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(EDFA,Erbium Doped Fiber Amplifier)
Los EDFA son capaces de conseguir sealesamplificadasdevariosvatiosdepotencia,con
lapotenciadebombeoadecuada. Aestosnivelesdepotenciahayque teneren
cuenta los efectos no lineales que se
producenen las fibrasquepuedenperturbara las sealesque sepropagan,por lo que espreciso determinar cuidadosamente el valor
mximo de potencia que cada tipo de fibrapermite.
Amplificadordefibradopadodeerbio(EDFA,Erbium Doped Fiber Amplifier)
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En
WDM
los
amplificadores
pticos
amplifican
simultneamente todas las seales multiplexadas,
cuyas longitudesdeonda seencuentrendentrodel
espectrodegananciadelosamplificadores. Lafaltadeplaneidad de lacurvadegananciade los
EDFAhacequesealesde diferentes longitudesde
ondapuedanalcanzarpotenciasmuydiferentes.Se
han desarrollado varios mtodos de aplanamiento:
usarfiltrosoredesdeBragg paracontrolardeforma
dinmica la potencia de salida de las distintas
longitudesdeonda.
Amplificadordefibradopadodeerbio(EDFA,Erbium Doped Fiber Amplifier)
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Erbium Doped Fiber Amplifier)
Estosamplificadoresseusanenredesdigitalesyen
redes analgicas. Su uso, de gran utilidad en
comunicacionesa largadistancia,esvitalenelcaso
de cables submarinos, debido a su simplicidad y
buenasprestaciones.
AT&T y KDD consiguieron propagar una seal de 5
Gbps a lo largo de 9000 Km, utilizando 274
amplificadores de erbio, situados a una distanciamediade33Km.
Estos amplificadores permiten cubrir las distancias
necesariasennuestroplaneta.
AmplificadoresRaman
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Otros
amplificadores
pticos
de
fibra
de
ltima
tecnologaestnbasadosenlaamplificacinRaman,quesecaracterizaporextraerenergadeunlserdebombeoparaamplificarunasealpticadbilaotra
longitud
de
onda. A diferencia de los EDFAs y de los SOAs, losamplificadores Raman se basan en una interaccinno lineal (efecto Raman) entre la seal ptica y la
sealdebombeodealtapotencia. Se empleaan fibras especialmente diseadas (fibra
altamente no lineal) en las que se introducendopantes y se reduce el ncleo de la fibra para
incrementarsunolinealidad.
AmplificadoresRamanEl f t R ti l d di i
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El efecto Raman tiene lugar cuando una radiacinmonocromtica (bombeo)dealta intensidadpasaatravsdeunmediomaterial(lafibra).Sistecumpleunas determinadas condiciones, el resultado de lainteraccineslaaparicindeunanuevalongituddeonda.
Lasealsebombeosepuedeacoplaralafibratantoenlamismadireccinenlaquesetransmitelaseal
(bombeo
codireccional)
o
en
el
sentido
contrario
(bombeocontradireccional). Es ms habitual el bombeo contradireccional para
evitar la amplificacin de las componentes no
lineales. Elmximodegananciaseconsigueen13THz (unos
100 nm) por debajo de la longitud de onda debombeo.
AmplificadoresRaman
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Para obtener una buena amplificacin esnecesariousarpotenciasdebombeoelevadas
(de
hasta
1
W
y
hasta
1,2
W
para
amplificacinenbandaLenfibrasmonomodo
estndar), lo cual eventualmente puede ser
uninconveniente.
Normalmenteseempleanmsdedosdiodos
debombeo. El nivel de ruido que se obtiene es bajo
especialmente
cuando
se
usa
junto
con
EDFAs.
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SWITCHESoCONMUTADORES Permiten redireccionar seales pticas, esto es
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p ,
permiten conmutar el haz lumnico presente en unpuertodeentradaentredosomspuertosdesalida
medianteunaaccindecontrol(mando),yas lograr
lamodificacinquesedeseaenlatrayectoriadelhaz
lumnicoentreelpuertodeentradayeldesalida.
Antes del aparecimiento de los switches pticos, laconmutacin era realizada a nivel electrnico; en
cuyocasoseconmutabansealeselctricasenlugar
desealespticas. Actualmente el control del flujo de datos en una
comunicacinporfibrapticaserealizaconmutando
sealespticasentrefibras.
SWITCHESoCONMUTADORES
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Hay numerosas ventajas en la conmutacin ptica
respectodelaconmutacinelectrnica.
Es ms simple y menos costoso conmutar seales
pticas en un sistema de fibra ptica que convertir
dichas
seales
pticas
a
seales
elctricas,
ejecutar
la conmutacin, y convertir de regreso a seales
pticas.
Es posible conseguir con la conmutacin pticamayoresanchosdebandaymayorestasasdedatos.
SWITCHESoCONMUTADORES
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Los conmutadores (switches) permiten adaptarse acondiciones cambiantes que impliquen: en caso de
fallasdeuncable,enviar lassealesporotro;hacer
conexiones punto a punto temporales a travs de
unared;etc.
Una
caracterstica
importante
de
un
switch es
el
nmerodeentradasysalidas.
Los sistemas modernos de fibra ptica tpicamente
tienen al menos dos rutas a cualquier locacinimportante, as si uno de los cables falla, la seal
puedeserredireccionada atravsdelsegundo.
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SWITCHOPTICOOSWM1xN
ConmutadoresElectromecnicos Se basan en el empleo de elementos mecnicos mviles para
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Sebasanenelempleodeelementosmecnicosmvilespara
activarelconmutador.
Elelementomecnicoimpulsorpuedeserporejemploun
rel solenoidal.
Actanenformaindependiente delalongituddeondade
trabajoydelapotenciapticadelhazlumnico.
Tiemposdeconmutacintpicosparaestetipodeswitches
estnentre5 8ms,porloqueresultanlentos.
Lasprdidasdeinsercinsondelordende1dB.
ConmutadoresElectromecnicos a) Conmutadores electromecnicos de fibra mvil
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a)Conmutadoreselectromecnicosdefibramvil
Sebasanenelalineamientooenfrentamientodirectoentre
losncleosdelasfibraspticas.
Suconstruccin
es
posible
para
fibras
pticas
con
dimetros
dencleodesde50um hasta1000um.
Susprdidasdeinsercinoscilanen0.5dB.
La configuracin 1 x 2 se puede utilizar como interruptorptico o como conmutador ptico. En el primer caso
permitiraoimpedira elpasodelhazlumnico,mientrasque
en el segundo caso establecera una ruta alternativa
realizandounafuncindebypass.
ConmutadoresElectromecnicos b) Conmutadores electromecnicos de ptica mvil
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b)Conmutadoreselectromecnicosdepticamvil
Sebasanenlamodificacindelatrayectoriadelhazlumnico,
porloquenoexisteenfrentamientodirectoentrelosncleos
delasfibraspticas.
La modificacin de la trayectoria del haz lumnico se logra
mediante elementos mviles pticos tales como lentes,
prismasoespejos.
La seleccin del puerto de salida se logra en base al
posicionadoquepresenteelelementopticomvil.
ConmutadoresElectropticos Los switches electropticos (o de conmutacin ptica
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Los switches electro pticos (o de conmutacin ptica
directa)puedenconmutarentiemposdens.
Susprdidasde insercin sonaltas (3 10dB),aunquecon
ltimas tcnicas de fabricacin y nuevos materiales
empleadossehanlogradobajarsignificativamente.
Sebasanenelempleodemateriales(cristales)cuyondicede
refraccinvaraenfuncindelpotencialelctrico(voltaje)al
queselessomete.Alvariarelndicederefraccindelmedio,elhaz lumnicomodifica su trayectoria inicial,con loque se
producelaconmutacindelhazlumnico.
Elcostodeestosconmutadoresessustancialmentemsalto.
CONVERTIDORESDELONGITUDDEONDA
En una red ptica de comunicaciones una misma longitud de
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Enunaredpticadecomunicaciones,unamismalongitudde
onda no va desde el terminal inicial hasta el destino final.
Paraunmximoaprovechamientode las longitudesdeonda
disponibles, suele ser preciso un proceso de conversin de
longitudesdeonda.
Seaprovechanprocesosno lineales que tienen lugar,y quepermiten a partir de una inicial y otra seal de diferente
longituddeonda,generarunanuevasealconotrovalorde. En algunos casos esta tarea es realizada por un proceso
hbridooptoelectrnico.
Se usanfundamentalmenteenlossistemasWDM.
Convertidoresde longituddeondapticospurospuedenser
implementados en base a amplificadores pticos de
semiconductor, o mediante los dispositivos llamadosinterfermetrosdeMachZehnder.
ACOPLADORESPTICOS El acoplador ptico permite realizar la unificacin o
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bifurcacin
del
haz
lumnico
proveniente
de
una
o
ms
fuentesdeluz.
Losacopladoresdifierende losswitchesenque losprimeros
hacen conexiones permanentes, en tanto que los switches
pueden alterar esas conexiones y adems son dispositivos
activos.
Un acoplador ptico divide la seal entre sus salidas
correspondientes reduciendo su potencia, lo cual limita el
nmerodeterminales(salidas)quepuedenserconectadosa
unacopladorpasivo,uobligaaelevarlapotenciatransmitida
hastanivelesqueseancompatiblesconlosnecesariosparalarecepcin. Si se dobla el nmero de salidas, la potencia se
reduceen3dB.
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1x2SingleModeWidebandOpticalCouplers
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WDMCoupler1310/1550nmUltraHighIsolation
ACOPLADORESPTICOS
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ACOPLADORESPTICOS
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Prdida deretorno:Eslamedidadelasealderetornoquese obtiene en el puerto del acoplador por el que se ha
inyectadolaseal.
Prdidasderetornotpicasestnen 50o 60dB.
Prdidas por divisin: Las prdidas por divisin (SplittingLoss) son las que se producen por el reparto de potencia
entrelosn puertosdesalidadeunacoplador. Para acopladores con un reparto de potencias idntico, las
prdidaspordivisinvienendadaspor:
Prdidaspordivisin(dB)=10log (1/n)
ACOPLADORESPTICOS
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Relacin de acoplamiento: Representa el reparto depotencias que se produce en cada puerto de salida delacopladorcon respectode lapotencia insertada.Seexpresa
enporcentajeoendB.
La relacin de acoplamiento es variable en funcin de la
longituddeonda,porloquesiempreseespecificaenfuncin
de lamisma.Elclculode larelacindepotenciaesunitario
paracadapuertodesalidadeseado.
Si se considera un acoplador con dos puertos de salida, la
relacindeacoplamientoparaelpuertodesalida1sera:
Relacin deacoplo(puerto1)(%)=100.P1/(P1+P2)
Losmrgenesdevariacindelarelacindeacoplamiento
varandesdeel1%hastael90%.
ACOPLADORESPTICOS Prdidasdeexceso: Es laprdidatotaldepotencia lumnica
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p p
queseproduceenelacopladorysedefinecomo larelacin
entrelasumaalgebraicadelaspotenciaslumnicaspresentes
encadaunodelospuertosdesalidadeseadosdelacopladory
lapotencialumnicainsertada.Valorestpicosdeprdidasdeexcesoparaacopladorespticosestnenelordende0.5dB.
Prdida deinsercin.Sedefinecomolaatenuacintotalque
seproducedesdecualquierpuertodeentradahastacualquierpuertodesalida.Suclculoserealiza deformaunitariapara
cadapuertodesalidadeseado.As,paraunacopladordedos
puertossuatenuacincaractersticaparaelpuerto1sera:Prdidadeinsercin(puerto1)(dB)=10log (P1/Pentrada)
Losvalorestpicosdeprdidasdeinsercinpara
acopladorescomercialessondelordende3dB.
AcopladoresenT Estetipodeacopladoressonlosmsclsicos.
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Su funcin es la de llevar la seal que va por una
fibra a otras dos de salida (en cuyo caso se suele
denominardivisorpticoosplitter),o ladeunificarlasealquevienedesdedosfibrasenunanicafibra
de salida (en cuyo caso se denomina combinador
ptico). Las prdidas producidas en estos acopladores
aumentanconelnmerodederivacionesrealizadas.
AcopladoresenT
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Pueden ir desde el simple enfrentamiento de unafibracon lasotrasdos receptoras,a la introduccin
deunespejosemitransparente.
En ambos pueden lograrse diferentes potencias en
losdosterminalesdesalida.
Enelprimeromedianteelgradodesolapamientodecadaunadelasdosfibrasreceptorasconlaemisora
yenelsegundopormediodevariacionesenelgrado
de transmisin y reflexin que posea el espejosemitransparente.
Las prdidas que suelen tenerse en este tipo de
acopladoresseencuentranentre1y2dB.
ACOPLADORESPTICOS AcopladoresenEstrella
d bl
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Esundispositivopticopasivo insertable,convariospuertosdesalidayunoovariospuertosdeentrada.
Las prdidas en estos acopladores aumentan en forma
logartmicaconelnmerodederivacionesrealizadas. Elvalorcaractersticodeatenuacinque introducenest en
funcindelnmerodepuertosdesalida.
Este tipo de acoplador ptico es siempre equipotencial ypresenta por tanto idntica potencia ptica en todos los
puertosdesalida.
ACOPLADORESPTICOS AcopladorTAP E di i i i i idi i l i
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Es un dispositivo ptico pasivo unidireccional con variospuertosdesalidayunoovariospuertosdeentrada.
Se caracteriza por no ser equipotencial al presentar una
relacindesigualenelrepartodepotenciasentrelosdistintospuertosdesalida.
Suconfiguracinhabituales1puertodeentraday2puertos
desalida(configuracin1x2). Lasrelacioneshabitualesentrelaspotenciasdelospuertosde
salidaparalaconfiguracin1x2son:10% 90%,20% 80%,
30% 70%,40% 60%. PorejemplounTAP1x2conrelacindeacoplamiento20%
80%,repartelapotenciapticadeentradaensusdospuertos
desalidaas:20%alprimerpuertoy80%alsegundo.
MULTIPLEXORESWDM WDM i f d
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WDM es un proceso que consiste en conformar demanera simultnea un haz lumnico con diferentes
pulsos lumnicos, cada uno de ellos con su
correspondientelongituddeondaespecfica.
El haz lumnico constituido por las diversas
longitudes de onda provenientes de diferentesfuentesdeluz,sepropagautilizandounanicafibra.
Trabajan en forma independiente de la potencia
lumnica de cada fuente de luz, al ser nicamenteselectivosalalongituddeonda.
MULTIPLEXORESWDM L i t WDM li l t
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Los sistemas WDM, para realizar la tareaanteriormente descrita, requieren
acopladores selectivos de longitud de onda,
loscualesdistribuyenlasealdeacuerdoasu
longituddeonda.
Enestecasoelacopladornoesunelemento
totalmente pasivo, pues debe ser capaz de
diferenciarunaslongitudesdeondadeotrasyencaminardeterminada longituddeondapor
lafibraocanalcorrespondiente.
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CoarseWavelengthDivisionMultiplexer(CWDM
Module)
MULTIPLEXORESWDM Filt I t f i l
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Filtros
Interferenciales Son elementos pticos que se comportan como
filtrossintonizadosconunadeterminadalongitudde
onda.
SufundamentoeselinterfermetrodeFabry Perot y
su elemento constructivo bsico es la pelculainterferencial.
La pelcula interferencial se encuentra sintonizada
con una determinada longitud de onda y es
transparente aella,reflejandoelrestodelongitudes
deondaqueincidanenlapelculainterferencial.
MULTIPLEXORESWDM R d d Dif i
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Redes
de
Difraccin Elementos pticos que se comportan como filtros
sintonizadoscon
diversas
longitudes
de
onda.
Difractan la luz que incide en ellas y separan
espacialmente las longitudes de onda unitarias que
conformanelespectrodelhazlumnicoincidente. Sebasanen lapropiedadquepresentan lasredesde
difraccindereflejarloshaceslumnicosincidentesen
ellasconunosngulosdesalidaespecficos paracada
una de las longitudes de onda unitarias que
conforman
el
haz
lumnico
que
ingresa
a
la
red
de
difraccin.
MULTIPLEXORESWDM Redes de Difraccin
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Redes
de
Difraccin
Su elemento constructivo bsico es una
superficieoredqueseencuentraescalonadayquepresentadiversos ndicesde refraccin
consecutivos y en orden creciente para cada
unodesusescalones.
Introducenprdidasdeinsercindelordende
3 dB y con un aislamiento mnimo entresealesde30dB.
MULTIPLEXORESWDM M lti l Add/Drop
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MultiplexoresAdd/Drop
Los multiplexores adddrop son un tipo de
acopladores selectivos de longitud de onda, los
cuales separan una longitud de onda para enrutar
dicha seal a un destino particular, mientras
continanenviandolasotraslongitudesdeonda.
Tambinpuedenincorporarunanuevasealdeuna
determinadalongituddeonda.
ATENUADORPTICO Es un dispositivo ptico pasivo insertable en un
i i i id d d
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sistemaptico,constituidoporunpuertodeentrada
yunpuertodesalida.
Este elemento reduce la intensidad del haz de luz.Permitevariaravoluntad,dentrodelosmrgenesde
regulacin permitidos, la relacin entre la potencia
lumnicadeentraday lapotencia lumnicapresentealasalidadelatenuadorptico.
Esto posibilita por tanto obtener una prdida de
potencialumnicacontroladayespecifica.
ATENUADORPTICO Utiliza dos lentes de Grin y un prisma de
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Utiliza dos lentes de Grin y un prisma deabsorcinenelcentro,conuncoeficientede
absorcin lumnica variable a voluntad en
funcindeldesplazamientoradialdelprisma.
Cuando el prisma de absorcin se desplaza
radialmente vara la absorcin lumnica del
atenuador, que es mxima cuando ste
presenta su seccin translucida y es mnimacuando el prisma de absorcin presenta su
seccintransparente.
ATENUADORPTICO Tpicamentesetienenatenuadoresfijosconatenuacionesde:
5 10 15 y 20 dB o atenuadores variables en un rango
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5, 10, 15 y 20 dB, o atenuadores variables en un rango
comprendidoentre2y70dB.
Son dependientes de la longitud de onda de trabajo y se
fabricanparadiferenteslongitudesdeonda.
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AISLADORPTICO Es un elemento ptico pasivo insertable, con un
puerto de entrada y un puerto de salida
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puertodeentradayunpuertodesalida.
Unaisladorpticoesunelementoque transmite la
luzsolamenteenunadireccin,e impideelpasodecualquierhazlumnicoenelsentidocontrario.
Secomportacomoundiodoptico.
Su elemento constructivo bsico es el rotador de
Faraday que se construye con un material
magnetoptico,
y
que
presenta
la
propiedad
de
defasar cualquierhazlumnicoqueincideenl.
FILTROPTICO
Los filtros bloquean selectivamente la luz oi l l i d d d
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7/25/2019 IV Receptores Opticos-estudiantes
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Los filtros bloquean selectivamente la luz, otransmiten solamente longitudes de ondaseleccionadas,bloqueandootras longitudesdeonda
quepuedengenerarruidouotrosproblemas. Un tipo especial de filtros son los ecualizadores,
requeridostodavezqueunamplificadordefibrano
amplificapor igual todas las longitudesdeonda,ya
quesugananciavaraconlalongituddeonda.
Unecualizadorbalanceaelgradodeamplificacindelassealesadiferenteslongitudesdeonda.
COMPENSADORDEDISPERSIN Elndicederefraccindeunmaterialdependedela
longitud de onda; as el ndice de refraccin en el
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longitud de onda; as, el ndice de refraccin en el
vidriodisminuyeamedidaqueaumenta la longitud
de onda; por tanto las ms grandes usualmente
adelantanalasmscortas.
Sin embargo, es posible compensar la dispersin
usando fibras especiales o rejillas de fibra parareducirladispersintotaldelsistema.
COMPENSADORDEDISPERSIN
E l ili fib d d
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7/25/2019 IV Receptores Opticos-estudiantes
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En el caso que se utilicen fibras compensadoras de
dispersin (DCF, Dispersion Compensating Fiber), la
dispersindestasdebeserdesignocontrarioa laintroducidaporlafibraprincipal.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que estos
tramos de fibras compensadoras de dispersin
elevan laatenuacindelsistema,puesdebidoasus
propiedades especiales, su atenuacin es mucho
mas elevada que en una longitud similar de fibra
convencional.