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Tecnologías en dispositivos WDM

Comunicaciones por Fibra Óptica 2006

Presentador:Miguel Olave Cáceres

Profesor:Ricardo Olivares V.

ContenidoIntroducción y aspectos GeneralesEstandaresFuentes lásersConectores AcopladoresAisladoresCirculadoresFiltros / Mux y DemuxAmplificadores

Introducción● La implementación de WDM se debe a la creación y

perfeccionamiento de varios componentes pasivos y activos.

● Componentes adecuados para transportar en forma eficiente distintos canales en una fibra óptica.

● consiste en combinar varias longitudes de onda dentro de la misma fibra.

● Acontinuación se presentaran algunos dispositivos utilizados en redes de fibra optica

Aspectos Generales en Fibras WDM

● Posibilidad de transmitir diferentes portadoras ópticas independientes sobre la misma fibra.

● Se pueden Tx muchas longitudes de onda simultáneamente a través de una sola fibra, donde cada una de estas porta una información diferente.

● Conceptualmente el esquema de WDM es el mismo que el de FDM, pero como se trata de luz es más apropiado hablar de la longitud de onda de esta misma.

Separando...

Canales espaciados a: ● 200[GHz] (1.6[nm])● 100[GHz] (0.8[nm]) ● 50[GHz] (0.4[nm])

● 2da ventana : λ=1310 [nm]● λ={1270-1350}[nm] ● Bw=14 [Thz]●

● 3ra ventana : λ=1550 nm ● Δλ={1480-1600}[nm]● Bw=15[Thz]

● BW total=29 THz

= c2 ∣∣

Separando...

– Wavelength Division Multiplexing: canales con separación de 0.8 ó 1.6 [nm]

– Dense Wavelength Division Multiplexing: canales con separación de 0.8 ó 0.4 [nm], en bandas C, S (1460-1530 [nm] ) o L (1565-1625 [nm])

Conceptos básicos Perdida de Insersión

– Es la variación de potencia entre la señal de entrada y la salida.

– Insertion loss (dB) = -10lg(Pout/Pin) minimizar Típicamente (0.1~1 dB)

Component

Input signals

Reflected signals

Output signals

– Perdida de retorno Es la variación entre la potencia

retornada y la de entrada ( high return loss → low reflection). Return loss (dB) = -10lg(Pref / Pin)

– maximizar– Típicamente >= 60dB

Conceptos básicos

Channel X PX

PY

PX PY→X

PY PX→Y

– Aislamiento Aislamiento(dB) = -10lg

(P'X→Y/PX→Y)– Direction isolation = Return

loss

– Crosstalk Ocurre cuando la potencia del

canal X se combina con la po-tencia del canal Y, y ésta es comparable con la potencia de X o Y.

Crosstalk (dB) =10lg(PX→Y/PX)

Channel YP'X→Y

Estandares IEEE● El estándar para 10Gbit Ethernet es IEEE

802.3 ae● Especifica 10 Gigabit Ethernet a través deluso de la Subcapa

de Control de Acceso al Medio (MAC) IEEE 802.3, por medio de Acceso Múltiplecon Detección de Portadora y Detección de Colisiones (CSMA/CD), conectada a través de unaInterfaz Independientedel Medio Físico de 10 Gbps (XGMII) a una entidad de capa física tal como10GBASE–SR, 10GBASE–LX4, 10GBASE–LR, 10GBASE–ER, 10GBASE–SW, y 10GBASE–EW,

10GBase-REs la implementación más común de 10GBE y utiliza el método de codificación64B/66B, en el cual 8 octetos de datos se codifican (decodifican) en (de) blocks de 66 bits, los cuales son transferidos en forma serial al medio físico a una velocidad de 10 Gbps.

+ 2 bits

66 bitsSon TX a 10Gbits

...1octeto 1octeto 1octeto = 64 bits

10GBASE–W

10GBASE–W es unaopción que, mediante el encapsulamiento de las tramas 10GBASE–R en tramas compatibles con SONET y SDH, permite la conexión a la WAN.

10GBASE–X

utiliza el método de codificación 8B/10B, dividiendo las tramas de datos de 32 bits y 4 bits de control en 4 grupos de 10 bits que se transmiten en forma simultanea e independiente, cada uno a una velocidad de 2.5 Gbps, mediante Multiplexación por División de Largo de Onda (Wavelength–División Multiplexed–Lane, WDM).

+32 bits 4 bytes = 36 bits

8 bits + 2 bitsSe separan los 36 bits en 4 paquetes de8 bits

10 bitsPaquetes de 10 bits transmitidos a 10Gbps

● Las letra “S”, “L” y “E” hacen referencia al largo de onda de operación (S=Short Wavelength Serial – 850 nm, L=Long Wavelength Serial – 1300/1310 nm, E=Extra Long Wavelength Serial – 1550 nm). Cabe destacar que en ninguno de estos casos se hace referencia explícita a un tipo de medio físico (tipo de fibra óptica) específico.

• Láser Fabry-Perot. Funciona en la segunda y tercera

ventana, en conexiones de corta y media distancia.

Ancho espectral: 3-20 nm

• VCSEL’s lásers.• Nueva estructura.• Diferentes materiales semi-

conductores hacen de es-pejo por encima y debajo de la zona activa (Donde se produce la luz)

• Emisión monocromática.• Muy alta eficiencia.• Tamaño muy reducido.

Ejemplo de Laser en el mercadohttp://www.roithner-laser.com/fiber.htm

LFO-17-i . is a series of optical modules based on Mitsubishi 1310nm MQW InGaAsP/InP Fabry-Perot laser diode and coupled with multimode optical fiberAbsolute maximum ratings:Laser diodeMax. output power (mW) 3.0Reverse voltage (V) 2.0Monitor photodiodeReverse voltage (V) 10Forward current (mA) 1.5EnvironmentOperating temperature range (оС) -40..+55Storage temperature range (оС) -40..+70AssemblyPin soldering temperature (оС) 200Pin soldering time (sec) 3.0

http://www.roithner-laser.com/fiber.htm

LFO-17-i

● ST “Straight Tip”– mecanismo de sujeción en forma

de bayoneta que fija la conexión al dar un cuarto de vuelta

● SC “Subscription Channel”– Es de encaje directo de tipo

“Push Pull”.● LC “Lucent Connector”

– tiene un tamaño pequeño para aplicaciones de alta densidad, incorpora un único mecanismo de cierre generando estabilidad en el sistema de montaje en racks.

● FC● onectador óptico de la fibra con un cuerpo

roscado que fue diseñado para el uso en ambientes de la alto-vibración.

● MTRJ● es un conectador óptico de la fibra pequeña

del forma-factor que se asemeja al conectador RJ-45 usado en redes de Ethernet.

Ejemplo de conector SCReal

Acopladores● Cuando hay que distribuir la luz de una a

varias fibras, se usa un acoplador. Este divide el foco luminoso en dos o más partes y las inyecta en las fibras correspondientes. Podemos hablar de dos familias de acopladores:

● Los acopladores en T o árbol distribuyen la señal de una a doso más fibras, mientras que los acopladores en estrella la distribuyen en varias fibras.

● Se plantean diversos problemas, debido a que se reduce la potencia óptica y de margen dinámico, pues la potencia necesaria para llegar a los destinos más lejanos puede ser excesiva para los más cercanos

Algunos parametro importantes en Acopladores

Acopladores

Acopladores

1×4 或 2 ×4

1×8 或 2 ×8

4×4

8×8

Contenido

Introducción.Aspectos generales en Fibras WDMEstandaresFuentes lásersConectores AcopladoresAisladoresCirculadoresFiltrosMux y DemuxIntegrados

Aisladores● Función

– Sin Perdidas en un una orientación y alta perdida en la otra– Remover la influencia del retorno óptico

● Clasificación

– Aisladores dependientes de la polarización– Aisladores independientes de la polarización

● Requerimientos

– Baja Perdida de inserción– Alto Aislamiento– Baja PDL(Polarization dependent loss)

Aisladores por polarización● Operación bajo el principio de polarización

Light Input

Reflected light

π/4

π/4π/2

● Estructura de una polarización independiente de la aislación óptica(hacia adelante)

Glass tube

GRIN lens Birefrigent

Wedge

Faraday rotator

Birefrigent Wedge

Ailadores

● Estructura de una polarización independiente de la aislación óptica(hacia atrás)

Polarización independiente de la aislación optica

Ejemplo de Aislador

Circuladores● Basados en aisladores.Basados en aisladores.● Se utilizan principalmente en aplicaciones Se utilizan principalmente en aplicaciones

Add/Drop.Add/Drop.● También para separar señales de propagación También para separar señales de propagación

forward y forward y backward >50 dBbackward >50 dB● AplicacionesAplicaciones

– Trasmisión bidireccional en una fibra● Usando circuladores en el puerto de tranmisión y

recepcción– OADM Optical Add/Drop Multiplexer

● Con circuladores + Fiber grating– Compensador de dispersión

Ejemplo de Circulador

Filtros Ópticos● Permiten seleccionar una o varias longitudes

de onda de portadora (Canales).● Existen Filtros sintonizables y fijos.● Requieren de un mecanismo de selección de

longitud de onda.– Interferencia óptica– Difracción

Propiedades de un buen filtro● Amplio rango de selección.● Crosstalk despreciable.● Mecanismo de selección de canal rápido.● Baja pérdida de inserción.● Insensibilidad a la polarización.● Estabilidad independiente del ambiente.● Bajo costo de producción

Filtro Fabry-Perot

Cavidad resonante Cavidad resonante de Fabry-Perot.de Fabry-Perot.

Filtro de banda Filtro de banda estrecha en WDM.estrecha en WDM.

Para sintonizar el filtro, se varía la distancia entre los espejos de la cavidad con un piezoeléctrico.

Filtro Fabry-Perot

● Frecuencia seleccionada.● ng es el índice de refracción del material al

interior de la cavidad.● L es la distancia entre los espejos.● Se produce interferencia constructiva en el

canal seleccionado, destructiva en los otros casos.

Filtro Mach-Zehnder Basado en el interferóBasado en el interferó--

metro Mach-Zehnder.metro Mach-Zehnder. Sintonización por camSintonización por cam--

bios en el retardo.bios en el retardo.

•Principio de Operación: Cambio de fase por diferencia de caminos ópticos entre las ramas del interferómetro. (Cambio de longitud o índice de refracción)

Filtro Thin Film

Consiste en una delgada capa de material dieléctrico. Esta capa mide unos pocos λ’s y genera

interferenciadestructiva en su interior, como una cavidad.

Cada capa selecciona una longitud de onda.

47

WDM (Film Interference Filter)● Configuración básica

Input λ1 λ2

Reflected λ2

Transmitted λ1

GRIN lens GRIN lens

Interference filter

48

WDM (Film Interference Filter) ● Principle of thin film interference filter

Input λ1λ2

HLHLHHLHLH

Reflected λ2

Transmitted λ1

49

WDM (Film Interference Filter)● DEMUX con 8 canales

λ7Input λ1 ~λ8

λ1

λ3λ5

λ8

λ6

λ4

λ2

lens

< 0.004 nm/o C

50

WDM (Fiber Grating)● Operation of fiber grating filter

λ1, λ2 …. λn

λ1

λ2 …. λn

λ 1 =2n Λ

Good wavelength selection

Λ

51

WDM (Fused Fiber Coupler)● Multiplexaxión por cascada de acopladores

-3dB

-3dB

-3dB8:1

52

WDM (Fiber Grating)● Fiber grating + Circulator

λ1, λ2 …. λn λ2 …. λn

λ1

Fiber Grating

53

WDM (Fiber Grating)● Fiber grating + acoplador

λ1, λ2 …. λn

λ2 …. λn

λ1

Isolator

Filtro FGB

Ventajas:• Bajas pérdidas• Fácil acoplo a fibra• Baja sensibilidad a la polarización

Aplicaciones:• Filtrado• Funciones add/drop• Compensación de la dis-persión• Ecualización de la ganan-cia en A.O.

Ejemplo de Multiplexor

Amplificadores WDM

● Amplificación en el dominio óptico.● Deben tener ancho de banda adecuado.

EDFA - Erbium-doped fibre amplifier

Amplificadores ópticosEDFA: Problemas con ganancia no uniforme

Entrada Salida

Se aplica un filtro ecualizador de ganancia.

Se obtiene la siguiente señal de salida.

●Usan como base SRS.●Tienen una gran ancho espectral de ganancia (sobre 6 Thz).●Se pueden amplificar varios canales con la misma fuente debombeo.●Amplificación en ambos sentidos.●Es preferible bombeo reverso respecto del directo (mejorSNR)

Amplificador Raman

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