Componentes de multiplexado por longitud de onda Dado que la luz de las diferentes longitudes de onda no se mezcla en la fibra, es posible transmitir simultáneamente señales en diferentes longitudes de onda a través de una sola fibra. La fibra es económica, pero instalar nuevos cables puede ser costoso, por lo que utilizar fibras ya instaladas para transmitir más señales puede ser muy rentable. La multiplexación por división de longitud de onda !D"# se utilizó por primera vez con fibra multimodo en los comienzos de la fibra óptica, utilizando tanto $%& como '('& nm en fibra multimodo. )ctualmente, las redes de fibra monomodo pueden transportar señales a '&*b+s en - longitudes de onda o más, lo que se conoce como multiplexación por división de longitud de onda densa D!D"#. Los sistemas de fibras multimodo que utilizan multiplexación por división de longitud de onda !D"# an sido menos populares/ sin embargo, algunos estándares utilizan multiplexación por división de longitud de onda ligera 0!D"# para transportar señales a velocidades mayores a ' *b+s sobre fibras multimodo optimizadas para láser.
Principales operaciones
WDM (multiplexacion por división de longitud de ondas ). —La multiplexacion por división de longitud de ondas es una tecnología que multiplexa varias señales sobre una sola ibra óptica mediante portadoras ópticas de dierentes longitudes de onda! usando lu" procedente de un laser o un L#D. WDM puede ser de dos tipos$ —Densa(DWDM !%Dense& WDM)$ Muc'as longitudes de onda larga distancia —Ligera(WDM %oarse& WDM)$ *ocas longitudes de onda entornos metropolitanos omo unciona+ —,arias señales portadoras (ópticas) se transmiten por una -nica ibra utili"ando distintas longitudes de onda de un 'a" laser cada una de ellas —
—ada portadora óptica orma un canal óptico que podr ser tratado independientemente del resto de canales que comparten el medio (ibra óptica) contener dierente tipo de trico. — —on esta manera se puede multiplicar el anc'o de banda eectivo de la ibra óptica! así como acilitar la comunicaciones bidireccionales.
Componentes pasivos ( acopladores de fbra y de guía de onda)
Los acopladores o acopladores direccionales# son componentes pasivos. 1stos operan en el dominio óptico y se emplean en la distribución y combinación de señales, la realización de multiplexación y demultiplexión por longitud de onda, la construcción de otros componentes ópticos y la monitorización de sistemas. Las configuraciones en que se presentan estos dispositivos son2
3 Acopladores 2 estructura con 4 puertos de entrada y 4 de salida con 4 5 6#. 7ste dispositivo divide el campo que entra por uno de los puertos de entrada entre los 6 terminales de salida. 3 Divisores ( splitter ) y taps 2 estructura con ' puerto de entrada y 6 puertos de salida. La diferencia entre un splitter y un tap es el elevado coeficiente acoplamiento en este 8ltimo. 3 Combinadores 2 estructura con 6 puertos de entrada y ' de salida misma estructura que un splitter pero al revés#.
9tros componentes ópticos pasivos son los aisladores ópticos que transmiten la luz en una 8nica dirección. 1stos son muy importantes en los sistemas de comunicaciones ópticos para evitar que las reflexiones de las señales alcancen a otros dispositivos y puedan dañarlos, como por e:emplo a los láseres. 9tro componente óptico pasivo es el circulador. 7l circulador es un tipo de aislador óptico cuya funcionalidad es permitir el paso de toda la luz que entra por uno de sus puertos acia el siguiente puerto.
Representación de matrices de dispersión
Acopladores estrella, intererómetro de mac!ender
;n acoplador en estrella pasivo, Passive Star Coupler <=0#, es un dispositivo de 4 puertos de entrada que, idealmente, reparte por igual la potencia óptica que entrada por cualquiera de sus entradas entre sus 4 puertos de salida,
;n <=0 puede ser construido concatenando acopladores 6 x 6. Luego para implementar un <=0 de 4 puertos se necesitan acopladores 6 x 6. )s>, un <=0 con $ puertos requiere '6 acopladores 6 x 6. 7sta arquitectura es poco flexible, ya que se requiere que 4 sea potencia de 6, 4 5 6 n , con n5'.
?ig. 6.(.(. 2 Passive Star Coupler <=0# construido mediante la concatenación de acopladores 6x6
Interferómetro de Mach-Zender
"tro tipo de fltro óptico es el intererómetro #$, cuyo es%uema se ilustra en la &igura 'a longitud del camino óptico en una de las guiaondas, se controla mediante un retardo austable en una de las dos ramas del intererómetro, capa! de producir una dierencia de ase de *+ entre las dos se-ales cuando .stas se recombinan/ 'as longitudes de onda para las %ue la dierencia de ase es precisamente de *+, son fltradas/ Construyendo una cadena con estos elementos, se puede seleccionar la 0nica longitud de onda deseada/ Aun%ue la cadena #$ promete ser un dispositivo de bao coste, por poder abricarse en material semiconductor, el tiempo de sintonía es todavía del orden de milisegundos, debido a %ue los desasadores se suelen basar en el eecto termoóptico y el control de la sintonía es compleo/
La estructura básica de un interferómetro de "ac@Aender "AB, Mach-Zender Interferometre #, consta de dos acopladores direccionales de (dC un splitter y un combinador con 5 &.% # interconectados mediante dos caminos de diferentes longitudes, siendo la diferencia El. La señal introducida por una de las entradas se divide en dos replicas iguales al atravesar el splitter . Debido a la diferencia de caminos se introduce un
desfase en una de las réplicas. Dependiendo de la longitud de onda de la señal se tendrá una interferencia constructiva o destructiva a la salida al combinarse las señales.
?ig. 6.(.-. 2 7structura básica de un "ac@Aender "AB, Mach-Zender Interferometre# Las utilidades de este dispositivo dependen del n8mero de puertos de entrada y salida. 4ormalmente se emplea como filtro si tiene una entrada y una salida/ como multiplexor si tiene dos entradas y una salida/ y como demultiplexor si tiene una entrada y dos salidas.
&iltro de reillas dispositivos basados en arreglo de ase
&uentes sintoni!ables
'as uentes de lu! m1s utili!adas en las redes 23# son los l1seres y en concreto los l1seres sintoni!ables, %ue permiten emitir dierentes longitudes de onda/ 'os l1seres sintoni!ables se basan en eectos mec1nicos, acustoópticos o electroópticos/ Antes de explicar el principio de uncionamiento y características de los l1seres sintoni!ables, se debe recordar %ue un l1ser consiste en dos espeos %ue orman una cavidad, un medio l1ser %ue ocupa la cavidad, y un dispositivo de excitación/ 4l dispositivo de excitación inyecta una corriente en el medio l1ser, el cual est1 eco de una sustancia cuasiestable/ 'a corriente excita los electrones en los 1tomos del medio l1ser, y cuando un electrón retorna al estado menos energ.tico, emite un otón de lu!/ 4l otón se re5ear1 en los espeos a ambos extremos de la cavidad y pasar1 de nuevo a trav.s del medio/ 'a emisión estimulada tiene lugar cuando el otón pasa muy cerca de un electrón excitado/ 'os l1seres sintoni!ados mec1nicamente utili!an una cavidad &abry6 Perot adyacente al medio de emisión del l1ser, con el fn de fltrar las
longitudes de onda no deseadas/ 'a selección de la longitud de onda se lleva a cabo por el auste de la distancia entre los dos espeos en cada extremo de la cavidad externa, de orma %ue sólo la longitud de onda deseada intererir1 constructivamente con sus m0ltiples re5exiones en la cavidad/ 4ste m.todo de selección resulta en un rango de sintonía %ue abarca completamente el espectro de ganancia 0til del l1ser semiconductor, unos 7++ nm, pero el tiempo de sintonía es del orden de a + ms, originado por la naturale!a mec1nica de la selección de la recuencia de emisión y por la longitud de la cavidad/ 'a longitud de la cavidad puede tambi.n limitar las tasas de transmisión, a menos %ue se utilice un modulador externo/ 'os l1seres de cavidad externa suelen tener una estabilidad en la recuencia de emisión muy buena/ 4n los l1seres sintoni!ados acustoóptica o electroópticamente, el índice de reracción en la cavidad externa cambia utili!ando ondas ac0sticas o corriente el.ctrica, respectivamente/ 4l cambio en el índice da lugar a la transmisión de lu! a dierentes recuencias/ 4n estos tipos de l1seres sintoni!ables, el tiempo de sintonía de la recuencia de emisión deseada est1 limitado por el tiempo re%uerido por la lu! para intererir constructivamente a la nueva recuencia/ 'os l1seres acustoópticos combinan un rango de sintonía moderado, unos *8 nm, con un tiempo de sintonía tambi.n moderado, de alrededor de + s/ 9o obstante, aun%ue este tiempo de respuesta no es sufciente para conmutación de pa%uetes con canales de multigigabits por segundo, supone una seria meora sobre los l1seres sintoni!ados mec1nicamente/ 'os l1seres electroópticos tienen tiempos de sintonía de a + ns, pero el rango de sintonía es de sólo unos : nm/ 'os l1seres sintoni!ados por inyección de corriente orman una amilia de transmisores %ue permiten la selección de la recuencia de emisión a trav.s de una reilla de diracción/ 4l 3&; usa una reilla de diracción dispuesta en el medio donde se produce el eecto l1ser/ 4n general, la reilla consiste en una guiaonda en la cual el índice de reracción alterna periódicamente entre dos valores/ <ólo las longitudes de onda %ue se corresponden con .se periodo de la reilla surir1n intererencia constructiva/ 4l resto de recuencias intererir1n destructivamente y no se propagar1n a trav.s de la guiaonda/ 4n concreto, la condición para la propagación viene dada por
d=
λ 2n
3onde D es el periodo de la reilla/ 4l l1ser se sintoni!a inyectando una corriente %ue origina un cambio en el índice de reracción de la región de la reilla/ Cuando la reilla se mueve uera del medio l1ser, el l1ser se denomina l1ser 3;R/ 'a selección de la recuencia de emisión en este tipo de l1ser es discreta, y los tiempos de sintonía son menores a + ns/ Como consecuencia de %ue el cambio del índice de reracción en el l1ser 3;R est1 limitado, este l1ser tiene un rango de sintonía bastante pe%ue-o, unos + nm, el cual puede proporcionar alrededor de =7 canales/
&iltros sintoni!ables
'os fltros ópticos se caracteri!an por su rango de sintonía, o rango de longitudes de onda accesibles mediante el fltro, y por el tiempo de sintonía, o tiempo necesario para seleccionar la longitud de onda %ue dear1 pasar el fltro/ "tros par1metros importantes en ciertos fltros son> 4l &
'a fnesse, %ue es la magnitud de la ancura de la unción de transerencia/ 4s la ra!ón entre la &
4l n0mero de canales en un fltro óptico viene limitado por el &
Puesto %ue el tiempo de sintonía del fltro acustoóptico est1 limitado por la velocidad del sonido, son preeribles cristales con índices de reracción %ue cambian aplicando corrientes el.ctricas/ Para ello se utili!an electrodos sobre dico cristal/ Puesto %ue el tiempo de sintonía sólo est1 limitado por la velocidad de la electrónica, el tiempo de sintonía puede ser del orden de varios nanosegundos, pero el n0mero de canales %ue se pueden seleccionar es muy pe%ue-o, en torno a +/ 'os fltros de cristal lí%uido &abry Perot, constituyen una prometedora línea deinvestigación tecnológica/ 4l dise-o de un fltro &abry Perot 'C BB es similar al dise-o de un fltro &abry6Perot, pero la cavidad consiste en un 'C/ 4l índice de reracción del 'C es modulado por una corriente el.ctrica para fltrar la longitud de onda deseada, como en un fltro electroóptico/ 4l tiempo de sintonía es del orden de milisegundos y el rango de sintonía de +6B+ nm/ 4stos fltros tienen baos re%uerimientos de potencia y su abricación es muy barata/ 4n la ?abla se resumen las características de los receptores sintoni!ables actuales/
