CAPITULO 2

ANEXO A

CONCEPTOS BASICOS

A.1 Introduccin

En este anexo, se analizarn algunos conceptos bsicos en teora de fibras pticas, aplicables a los experimentos de Investigacin que se tratan en el trabajo de memoria, tales como: Atenuacin, Crosstalk, Dispersin, entre otros.La idea de este anexo, es introducir al lector en conceptos bsicos relacionados con la fibra ptica, con el fin de preparar el camino para una mejor comprensin de los captulos del trabajo. Claramente, estos conceptos no slo estn relacionados con la fibra ptica, sino que con las comunicaciones en general, sin embargo, el enfoque que se dar, ser de acuerdo al tema que se est tratando.

A estos conceptos, se les debe prestar mucha atencin, ya que ms de uno ser objeto de medicin en las experiencias de laboratorio que se presentan en el trabajo de memoria.

A.2 Atenuacin

Uno de los parmetros claves a la hora de implementar un enlace ptico, es la atenuacin (o Prdida) que sufre la seal en el trayecto del enlace, puesto que determina la distancia mxima a la que puede viajar una seal, de manera que se obtenga una recepcin aceptable de sta.

La atenuacin A(() a una longitud de onda ( entre dos puntos de un enlace de fibra ptica, separados a una distancia L (ver Figura A.1), se define como sigue:

(ecuacin A.1)Donde P1(() corresponde a la potencia de la seal de entrada (o transmitida, PIN), y P2(() corresponde a la potencia de la seal de salida (o recibida, POUT), en un enlace ptico para una longitud de onda particular (. Un esquema de un enlace ptico se presenta en la Figura A.1.

Figura A.1. Enlace ptico entre dos puntos.

Para una fibra uniforme, es posible definir una atenuacin por unidad de longitud o, tambin llamado, Coeficiente de Atenuacin ((), tal como sigue:

(ecuacin A.2)Los mecanismos responsables de la atenuacin de la seal en una fibra ptica son numerosos, y se deben a distintos fenmenos. Entre estos fenmenos se encuentran: Absorcin del material, Sccatering o esparcimiento del material (ya sea de origen lineal o no lineal), Prdidas por curvaturas y microcurvaturas, Prdidas de radiacin por acoplamiento de modos, Prdidas debido a fuga de modos y Prdidas por conectores y empalmes [San96].

Existe un amplio nmero de parmetros pticos, relacionados con las prdidas de potencia, para los cuales se requiere de mediciones de potencia en puntos especficos, y que sern de gran utilidad al momento de realizar los experimentos de Investigacin de la red de fibra ptica implementada para este proyecto. Un detalle de estos parmetros, se presenta a continuacin. Cabe sealar que estos parmetros pueden ser obtenidos tanto para componentes de la red, como para enlaces.

A.2.1 Prdidas de Insercin

Las prdidas de insercin corresponden a la variacin entre la potencia de la seal de salida y la seal de entrada. La forma matemtica de obtener estas prdidas se presenta en la ecuacin A.3. La distribucin de potencias en un componente se presenta en la Figura A.2.

(ecuacin A.3)La idea de este parmetro, es tratar de minimizarlo, es decir, que sea lo ms pequeo posible. Esto, se debe a que la prdida de potencia en un componente cualquiera, sea nfima. Tpicamente, resultados prcticos arrojan aproximadamente un valor entre 0.1 y 1 [dB] [San96].

Figura A.2. Distribucin de seales en un componentes ptico.A.2.2 Prdidas de Retorno

Estas prdidas corresponden a la variacin de potencia entre la seal reflejada y la potencia de la seal de entrada. La forma matemtica de obtener estas prdidas se presenta en la ecuacin A.4. La distribucin de potencias en un componente se presenta en la Figura A.2.

(ecuacin A.4)Una alta prdida de retorno implica una baja reflexin. Por lo que este parmetro se desea maximizar, es decir, minimizar las reflexiones en un componente. Tpicamente debe estar sobre los 60 [dB] [San96].

A.2.3 Aislamiento (Prdida hacia atrs)

Corresponde a la disminucin de potencia ptica, en [dB], provocada por la insercin de un aislador en sentido inverso, tal como se muestra en la Figura A.3. Este parmetro es slo medible en presencia de un aislador.

Figura A.3. Esquema de medicin de aislamiento.La forma matemtica de obtener este parmetro, se presenta a continuacin:

(ecuacin A.5)La idea es lograr un aislamiento bien alto, del orden de los 60 [dB]. Mientras ms alto es el valor del aislamiento, el aislador funciona ms correctamente [San96].

A.3 CrosstalkEl Crosstalk en sistemas de comunicaciones pticas, corresponde al trmino utilizado para determinar disturbios en la transmisin, causada por la interferencia de seales entre dos canales diferentes. Casi todos los componentes de sistemas WDM introducen Crosstalk, de una manera u otra. Dos formas de Crosstalk surgen en sistemas WDM: Crosstalk Intercanal y Crosstalk Intracanal.

A.3.1 Crosstalk Intracanal

Este caso de Crosstalk ocurre cuando dos seales estn a la misma longitud de onda, o se encuentran muy cerca una de la otra, tal que la diferencia entre longitudes de onda es menor que el ancho de banda del receptor, filtrndose ambas en este punto (receptor). Este tipo de Crosstalk no es usualmente un problema mayor en lneas de transmisin, pero puede serlo en redes.

Unas fuentes de este tipo de Crosstalk pueden ser las ilustradas en la Figura A.4. La Figura A.4(a), muestra una configuracin de MUX y DEMUX conectados en cascada. El DEMUX idealmente separa las longitudes de onda entrantes en diferentes salidas, una porcin de la seal (1 se filtra dentro del canal adyacente (2, debido a supresin no ideal dentro del DEMUX. Cuando las longitudes de onda son nuevamente combinadas por el MUX, una pequea porcin de (1 es filtrada dentro de (2, podra tambin filtrarse en la fibra comn de la salida. Aunque ambas seales tienen los mismos datos, no estn en fase. Otra fuente de este tipo de Crosstalk son los switches, mostrado en la Figura A.4(b), debido al aislamiento no ideal de un puerto del switch con otro [Ram98].

Figura A.4. Fuentes de Crosstalk Intracanal. (a) una configuracin MUX-DEMUX en cascada, y (b) un Switch ptico.

A.3.2 Crosstalk Intercanal

Este tipo de Crosstalk ocurre cuando dos seales se encuentran lo suficientemente alejadas, tal que la diferencia entre longitudes de onda es muy grande en comparacin con el ancho de banda del receptor. Esta forma de Crosstalk puede ocurrir tambin a travs de ms interacciones indirectas, por ejemplo, si un canal afecta la potencia vista por otro canal, tal como ocurre con las no-linealidades de la fibra.

Este tipo de Crosstalk puede lograrse de una variedad de fuentes. Un ejemplo simple es un filtro ptico o DEMUX, el que selecciona un canal y rechaza imperfectamente los otros, como se muestra en la Figura A.5(a). Otra fuente de este tipo de Crosstalk es un switch ptico, mostrado en la Figura A.5(b), donde el Crosstalk se logra debido a las imperfectas aislaciones entre los puertos del switch.

Figura A.5. Fuentes de Crosstalk Intercanal. (a) un DEMUX, y (b) un Switch ptico.

El Crosstalk introducido del canal X al canal Y, corresponde a la potencia que se escapa del canal X al canal Y, la cual es comparada con la potencia de la seal original del canal X. La forma matemtica de obtener estas prdidas se presenta en la ecuacin A.6. La distribucin de potencias en un componente se presenta en la Figura A.6.

(ecuacin A.6)Un valor tpico de Crosstalk es, aproximadamente de -25 [dB], es decir, que la potencia que un canal aporta al canal adyacente es ms o menos un 0.2% de su potencia [Ram98].

Figura A.6. Distribucin de potencia entre dos canales adyacentes.

A.4 Dispersin

Los pulsos de luz de una seal ptica experimentan un incremento en su ensanchamiento y distorsin, cuando stos viajan a travs de la fibra ptica (ver Figura A.7). Esto, puede producir una superposicin de las colas de los pulsos con el comienzo de los otros, dando como resultado un incremento de errores de deteccin en el receptor ptico.

Figura A.7. Distorsin de una seal en un enlace ptico.

Dos tipos generales de dispersin afectan a sistemas DWDM. Uno de estos efectos, Dispersin Cromtica, es lineal mientras que el otro, Dispersin por Modo de Polarizacin (PMD) es no-lineal [Ram98].

A.4.1 Dispersin Cromtica

La dispersin cromtica ocurre porque diferentes longitudes de onda son propagadas a diferentes velocidades. El efecto de la dispersin cromtica incrementa al cuadrado el Bit Rate. En fibras mono-modo, la dispersin cromtica tiene dos contribuciones, dispersin del material y dispersin de gua de onda.

La dispersin del material ocurre cuando longitudes de onda viajan a diferentes velocidades a travs del material. Una fuente de luz, no importa cuan estrecha, emite varias longitudes de onda dentro de su rango. De esta manera, cuando este rango viaja a travs del medio, cada longitud de onda individual llega en tiempo distinto.

La segunda contribucin de dispersin cromtica, la dispersin de gua de onda, ocurre debido a los distintos ndices de refraccin, del ncleo y del revestimiento, de la fibra. El ndice de refraccin efectivo vara con la longitud de onda de la siguiente manera:

A longitudes de onda pequeas, la luz es bien confinada dentro del ncleo. As, el ndice de refraccin efectivo es determinado por el ndice de refraccin del ncleo del material.

A longitudes de onda medianas, la luz se propaga levemente dentro del revestimiento. Esto disminuye el ndice de refraccin efectivo.

A longitudes de ondas largas, gran cantidad de luz es propagada dentro del revestimiento. Esto produce un ndice de refraccin efectivo muy junto con el del revestimiento.

Este resultado del fenmeno de dispersin en gua de ondas, es un retraso en la propagacin de una o ms longitudes de onda en relacin con las otras.

La dispersin cromtica total, junto con estos componentes, es mostrada en la Figura A.8, para fibra con dispersin desplazada. Para fibra sin dispersin desplazada, la longitud de onda de cero dispersin es 1310 [nm].

Figura A.8. Dispersin Cromtica.

Sin embargo, la dispersin cromtica generalmente no es suministrada a velocidades bajo 2.5 [Gbps], sta aumenta con el incremento del Bit Rate, debido al ancho espectral requerido. Nuevos tipos de fibra con cero dispersin desplazada en gran medida disminuyen estos efectos. Este fenmeno, tambin puede ser disminuido con compensadores de dispersin [Ram98].

A.4.2 Dispersin por Modo de Polarizacin (PMD)

La Dispersin por Modo de Polarizacin es otro efecto que limita la distancia a la que un pulso luminoso puede viajar sin degradacin.

La mayora de fibras mono-modo soportan dos modos de polarizacin perpendiculares: uno vertical y otro horizontal. Puesto que estos estados de polarizacin no estn mantenidos, ocurre una interaccin entre los pulsos, que resultan en un desparramo de la seal.

La dispersin por modo de polarizacin (PMD) es causada por la ovalidad (no circularidad) de la forma de la fibra como resultado del proceso de manufacturacin o desde agentes externos. Puesto que la tensin puede cambiar a travs del tiempo, la PMD, distinta a la dispersin cromtica, est sujeta a cambios con el transcurso del tiempo. La PMD, generalmente, no es un problema a velocidades bajo 10 [Gbps] [Ram98].

A.5 FWM (Four-Wave Mixing)Adems de la PMD, hay otros efectos no lineales. Puesto que los efectos no lineales tienden a manifestarse ellos mismos cuando la potencia ptica es muy alta, stos llegan a ser importantes en DWDM.

Los efectos lineales, tales como la atenuacin y la dispersin cromtica, pueden ser compensados, pero los efectos no lineales se acumulan. Hay mecanismos de limitacin fundamentales para la cantidad de informacin que puede ser transmitida en fibra ptica. Los tipos ms importantes de efectos no lineales son: el esparcimiento Brillouin estimulado y el esparcimiento Raman estimulado, modulacin de fase propia, y mezcla de cuatro ondas (Four-Wave Mixing). En sistemas DWDM, Four-Wave Mixing es el efecto ms crtico de estos tipos.

El Four-Wave Mixing es causado por la naturaleza no lineal del ndice de refraccin en la fibra ptica. Interacciones no lineales entre diferentes canales DWDM crean Sidebands (componentes de frecuencia fuera de la banda natural), que pueden causar Interferencia Intercanal. En la Figura A.9, tres frecuencias interactan para producir una cuarta frecuencia, dando como resultado una degradacin en el Crosstalk y Seal-a-Ruido.

Figura A.9. Four-Wave Mixing.

El efecto de Four-Wave Mixing es limitar la capacidad de canales en un sistema DWDM. Four-Wave Mixing no puede ser filtrado, ptica o elctricamente, y aumenta con la distancia de la fibra. Debido a esta tendencia para Four-Wave Mixing, la DSF (fibra de dispersin desplazada) es inadecuada para aplicaciones WDM. As, se impulso la invencin de NZ-DSF (No-Cero DSF), la cual tiene la ventaja de que una pequea cantidad de dispersin cromtica puede ser usada para disminuir el Four-Wave Mixing.

PGINA 123

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