FENÓMENOS NO LINEALES DE LA FIBRA ÓPTICA Los sistemas de comunicaciones ópticas tienen la capacidad de trasportar grandes cantidades de información mediante fibra óptica en trayectos extensos sin la necesidad de utilizar repetidoras. Para lo cual se emplea WDM que es un modelo de multiplexación el mismo que se encarga de combinar dos o más señales ópticas a través de portadoras de diferentes longitudes de onda en una fibra óptica, utilizando de esta manera el gran ancho de banda de la fibra. Sin embargo, en la fibra óptica existen fenómenos que perjudican la transmisión de las señales, degradando la calidad de la señal óptica, logrando así limitar el desempeño de las redes. Estos fenómenos se clasifican de forma general, como lineales o no lineales. Entre los fenómenos fenómenos lineales tenemos: Atenuación, Atenuación, Ruido, Dispersión Cromática (CD) y Dispersión por Modo de Polarización, y entre los fenómenos no lineales tenemos: Modulación Modulación de Fase Inducida (SPM), Modulación de Fase Cruzada (CPM), Mezcla de Cuarta Onda (FWM), Dispersión Estimulada de Raman (SRS) y Dispersión Estimulada de Brillouin (SBS).
Fenómenos no Lineales de la Fibra Óptica Cuando existen campos electromagnéticos muy intensos se producen fenómenos no lineales en todos los dieléctricos, para lo cual estos fenómenos no son muy independientes de las características geométricas de la fibra y el perfil de la radiación ya que está no es rectangular, sino tiene una forma derivada del modo de propagación. Es por ello que da lugar a una intensidad inconstante que afecta de manera diferente a las zonas de la sección de la fibra, esta intensidad de la señal de la fibra óptica disminuye a medida que se propaga, por lo tanto al ser los efectos no lineales dependientes de dicha intensidad, la incidencia de estos sobre la transmisión varía con la distancia por lo que se definen dos parámetros característicos como son: La longitud y el área efectiva.
Clasificación de los fenómenos no lineales
Modulación de Fase Inducida (SPM) Este tipo de modulación se muestra debido a que el índice de refracción de la fibra tiene un elemento que depende de la intensidad de la señal; es por ello que un desplazamiento de fase se induce al índice de refracción no lineal lo que es correspondiente a la intensidad del pulso. Para lo cual se ven sometidos a diferentes cambios de fase a las diferentes partes del pulso, lo que hace que se produzca un “chirp” en el pulso y además este modificará los efectos de la dispersión cromática [13, 33, 36, 37].
Este efecto es proporcional a la intensidad de la señal de transmisión; es por esto que los efectos del SPM son más pronunciados en los sistemas que utilizan altas potencias de transmisión, como consecuencia del efecto Kerr, está dado por:
Donde: γ => es el parámetro de no linealidad P(t) => la potencia del pulso Lef => la longitud efectiva El parámetro de no linealidad combina el índice de refracción no lineal y el área efectiva en un solo coeficiente, y está dado por:
Donde: Ƞ2 => índice de refracción no lineal λ => la Longitud de onda. El índice de refracción no lineal η 2 varía entre valores de 2.0 x 10-20 m2/W a 3.5 x 10-20 m2/W .
Modulación de Fase Cruzada (XPM) Este tipo de modulación es formada cuando dos o más canales ópticos son transmitidos de manera simultánea por la fibra óptica, esta modulación utiliza la técnica WDM, ya que el índice de refracción, para una onda incidente no solo obedece la intensidad de esa onda sino también de cualquier otra onda que se propague a través del canal, debido a la interacción del canal. Por lo que cuando dos o más señales se irradien a la vez por el canal el impacto de la modulación de fase cruzada es muy parecida a la modulación de fase inducida. En la siguiente ecuación nos muestra el ensanchamiento que sufre el canal, despreciando la dispersión cromática:
Donde: γ => coeficiente de no linealidad dado L=> longitud del enlace P1 (t) y P2 (t) => son potencias del canal 1 y 2, respectivamente.
Mezcla de Cuarta Onda (FWM) Para que se crea la mezcla de la señal y la causa de un medo no lineal de propagación, dependerá de la refracción de la fibra con la potencia de la señal; lo cual que se logra cuando se propagan dos o más señales ópticas de frecuencias centrales diferentes, donde al mezclar las señales generan componentes de interferencia de señal óptica. De igual manera para que se dé el fenómeno de la FWM es necesario la condición phasematching, donde este va a depender de a potencia de la señal, la distorsión y el espaciamiento de los canales WDM. El problema principal del componente FWM es muy rígido en sistemas WDM donde utilizan fibras de distorsión desplazada, ya que provoca que las ondas de frecuencia se propaguen con velocidad de grupo
similar, lo cual se produce por la ausencia de distorsión. Para evitar este problema es utilizando fibras con dispersión significativa.
Dispersión Estimulada de Raman (SRS) Esta dispersión se encarga de generar transferencia de energía de los canales de frecuencia del mayor al menor, el mismo que se da por interacción de la luz con las vibraciones moleculares, donde la energía es absorbida por la red que vibra generando una onda de mayor longitud de onda que la de la señal.
El parámetro más importante para describir esta distorsión es el coeficiente de ganancia de Raman, el límite de potencia debido a SRS es el nivel crítico donde la potencia incidente y la potencia dispersada son iguales, y está dado por [6, 15, 30, 42, 43].
Dispersión Estimulada de Brillouin (SBS) Esta dispersión se presenta por la generación de la llamada onda de Stokes, que se encarga de propagar la onda incidente en dirección opuesta a la dirección de propagación de la misma y tiene una frecuencia menor a la de la luz incidente. Debido a la SBS se muestra un cambio en frecuencia de la onda de Stokes de 11 GHz,
aproximadamente, el cual es más pequeño comparado con el cambio en frecuencia que genera SRS, que es, aproximadamente, 13 THz. El SBS se define como el nivel de potencia crítico donde la potencia incidente y la potencia dispersada son iguales; el valor de la potencia límite puede ser calculado por:
Donde gB es la ganancia de Brillouin. La dispersión SBS limita la potencia incidente por canal en un sistema WDM y es independiente del número de canales que se esté empleando. Su ancho de banda del proceso depende de la atenuación acústica del medio.(20MHz)
