Opticas
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DSCO: Diseño de Sistemas de Comunicaciones Ópticos
Resumen de contenidos
Profesores:Evaristo José Abril Domingo
Rubén M. Lorenzo ToledoPatricia Fernández Reguero
Grupo de Comunicaciones ÓpticasUniversidad de Valladolid
Valladolid, España
ÍndiceÍndice
Componentes de Sistemas de Comunicaciones Ópticas
La Dispersión: Efectos y Compensación
TEMA 1TEMA 1
Componentes de Sistemas de Componentes de Sistemas de Comunicaciones ÓpticasComunicaciones Ópticas
ContenidosContenidos
Introducción a los Sistemas de Comunicaciones Introducción a los Sistemas de Comunicaciones
ÓpticasÓpticas
La fibra ópticaLa fibra óptica
AcopladoresAcopladores
Aisladores y CirculadoresAisladores y Circuladores
Multiplexores y FiltrosMultiplexores y Filtros
Amplificadores ÓpticosAmplificadores Ópticos
ConmutadoresConmutadores
Convertidores de longitud de ondaConvertidores de longitud de onda
AcopladoresAcopladores
1, 3, 4, 5
2
1, 2, 3, 4, 5
Dependiendo de la longitud de acoplamiento pude haber interferencias constructivas y destructivas
AcopladoresAcopladores
DivisoresDivisores
Aisladores y CirculadoresAisladores y Circuladores
Parámetros principales Pérdidas de Inserción: approx. 1 dB Aislamiento: approx. 40-50 dB
Principio de funcionamiento
Aisladores y CirculadoresAisladores y Circuladores
Aisladores y CirculadoresAisladores y Circuladores
Aisladores y CirculadoresAisladores y Circuladores
Multiplexores y filtrosMultiplexores y filtros
Aplicaciones: Ecualización de ganancia de amplificadores ópticos Filtrado del ruido Conseguir única frecuencia de operación en láseres Filtrados de longitudes de onda (canales WDM) Multiplexado de longitudes de onda Enrutamientos de longitudes de onda
Ganancia
Filtrado
Filtrado
Multiplexores y filtrosMultiplexores y filtros
Multiplexores y filtrosMultiplexores y filtros
Amplificadores ÓpticosAmplificadores Ópticos
Tres tipos de amplificación 1R: Regeneration (Ópticos) 2R: Regeneration + reshaping (Óptica+ 3R: Regeneration + reshaping + recloking Electr.)
1R
2R
3R
• Transparencia
•Gran ancho de banda
Amplificadores ÓpticosAmplificadores Ópticos
Amplificadores ÓpticosAmplificadores Ópticos
Amplificadores ÓpticosAmplificadores Ópticos
ConmutadoresConmutadores
Usos
Parámetros importantes: Ratio de extinción Pérdidas de inserción Crosstalk Dependencia con la polarización
Use Required timeProvisioning 1-10 msProtection switching 1-10 sPacket switching 1 nsExternal modulation 10 ps
Convertidores de longitud de ondaConvertidores de longitud de onda
Cuando queremos cambiar la longitud de onda de la luz, tradicionalmente:
Con nuevos componentes:
Receiver Regenerator TransmitterLuz, 1 Luz, 2
Señal eléctrica
señal 1
probe 2SOA Filter 2
señal 2
Semiconductor Optical Amplifier
Otros dispositivosOtros dispositivos
Dispersión: Efectos y Dispersión: Efectos y CompensaciónCompensación
TEMA 2TEMA 2
Efectos de la DispersiónEfectos de la Dispersión
Contexto Descripción y Clasificación Dispersión por Modo de Polarización (PMD)
Causas/Efectos Posibles soluciones
Dispersión Cromática y Pendiente de Dispersión Causas/Efectos Posibles soluciones
Tipos de Fibra Óptica según su Dispersión Compensación de Dispersión Gestión de la Dispersión
Dispersión: ContextoDispersión: Contexto
Avances decisivos en Comunicaciones Ópticas: Fuentes ópticas adecuadas (Láser ~1960) Medio de transmisión de bajas pérdidas
f.o. monomodo (0.2 dB/km en 3ª ventana1.550 nm) ~1980 E.D.F.A (finales años 80) Erbium Doped Fiber Amplifier
La absorción deja de ser el factor limitante: La Dispersión Cromática es el nuevo problema a combatir
Dispersión: TiposDispersión: Tipos
Dispersión Modal, Intermodal o Multipath Los diferentes modos recorren diferentes
“caminos ópticos” por lo que llegan en diferentes instantes de tiempo al destino
Dominante en sistemas multimodo (baja capacidad, corta distancia)
Dispersión Intramodal Dispersión Cromática ( o “Dispersión” a secas)
Dominante en sistemas monomodo
Dispersión por Modo de Polarización (PMD)
Dispersion Intramodal: PMDDispersion Intramodal: PMD
Causa: “Birrefringencia” (βx
01≠ βy01) Constantes de propagación
Asimetrías en la geometría circular del núcleo de la f.o.
Efecto dinámico que varía con el entorno, temperatura, etc.
Efecto: Las dos polarizaciones del modo fundamental
LP01 viajan a velocidades diferentes, llegando a
destino con un desfase Los pulsos transmitidos se ensanchan y deforman
Dispersión Intramodal: PMDDispersión Intramodal: PMD
PMD: Posibles solucionesPMD: Posibles soluciones
Fibra óptica especial PMF (Polarization Maintaining Fiber) que propaga una sóla polarización
Dispersión Intramodal: Dispersión Intramodal:
Dispersión CromáticaDispersión Cromática
Origen: Contribución de dos fenómenos (Dispersión del Material y de Guiado de Onda)
Consecuencias Cada componente frecuencial viaja a una velocidad ligeramente diferente,
experimentando un retardo distinto. Los pulsos transmitidos pueden llegar a solaparse, provocando ISI (Interferencia
Inter-Símbolo, incrementando la tasa de error de bit o BER.
Dispersión CromáticaDispersión Cromática
¿Por qué tenemos diferentes componentes espectrales en la señal transmitida si el laser trabaja a una determinada portadora ω0?
ω0=2πf=2πc/0 (Ej: 0 =1.55 μm)
Razones:
Láser no monocromático puro
Transmisión de señal modulada (directa o externamente)
Dispersión CromáticaDispersión Cromática
Parámetros (En longitud de onda)
Tasa de dispersión :
(ps/nm.km)
Este parámetro D [ps/nm·km] determina cuánto se ensancha un pulso cuando recorre una distancia en la fibra de L(km) si su anchura espectral inicial es de (nm)
T= D· Lf ·
Parámetro de Fibra
22
2 cD
La Dispersión limita la Capacidad del La Dispersión limita la Capacidad del Sistema de Comunicaciones ÓpticasSistema de Comunicaciones Ópticas
Criterio estandarizado de calidad
T < Tb
T < 1/B
T * B < 1
Sustituyendo el valor de T causado por la dispersión D :
(B*Lf)·|D |· < 1
Pendiente de la Dispersión, Pendiente de la Dispersión, SS
Existe una Dispersión de órden superior a la Dispersión Cromática, pero de su misma “familia”, llamada “Dispersion Slope”,
parámetro S (ps/nm2·km) :
Aunque la Dispersión sea nula en una longitud de onda concreta (β2 = 0) , puede existir β 3≠0, de forma que exista Pendiente de la dispersión S.
Es una dispersión cromática subyacente, en caso de minimizar D, puede quedar una S que habría que minimizar
Tipos de F.O. Tipos de F.O.
La tasa de dispersión (Df) varía según el tipo de fibra:
Fibra monomodo estándar SMF (single-mode fiber)
Diseñada para 2ª ventana (ZD ~ 1310 nm)
Df(1550 nm)~ 17 ps/nm·km En 3ª ventana requiere compensación
Es la más desplegada en las redes ópticas existente
[Corning SMF-28]
Fibra con dispersión nula desplazada DSF (dispersion shifted fiber)
ZD ~ 1550 nm
Aumento de no-linealidades (FWM, XPM), no apta WDM.
Fibra con dispersión no nula desplazada NZDSF (non-zero dispersion shifted fiber)
Nivel tolerable (no cero) de dispersión en 1550 nm (ZD 1550 nm)
Equilibrio dispersión/no linealidades
[Corning LEAF]
Dispersión vs. Tipos de fibraDispersión vs. Tipos de fibra
2º Ventana 3ª Ventana
Dispersión vs. Tipos de fibraDispersión vs. Tipos de fibra
Fibras SMF o Non-DSF, DSF y NZDSF
Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión Técnicas de CompensaciónTécnicas de Compensación
Fibras Compensadora de Dispersión (DCF): Fibra con tasa dispersión negativa estándar (-70, -90 ps/nm·km) constante en la
banda C (Colocación de carretes de DCF a intervalos fijos) Sólo compensara adecuadamente 1 canal óptico. Influencia no-linealidades.
Modos de Orden Superior Utilizar fibras multimodo que transmiten modos superiores al fundamental Corrige la dispersión y la pendiente de dispersión No se puede aplicar sobre los enlaces ya desplegados
Arrays de Fase (VIPA) Lentes y espejos: varían la distancia de propagación para corregir los retardos
(técnica interferencias) Banda de paso muy estrecha. Coste elevado. Altas pérdidas inserción.
Redes de difracción de Bragg en fibra con chirp lineal Directamente compatibles con la fibra, pasivas, bajo coste (fabricación en serie) Ancho de compensación ajustable (limitación en longitud/máscaras de fase) Funcionamiento en reflexión Circulador Óptico (Pérdidas de Inserción
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Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión LCFBGLCFBG
Capacidad de las redes de Bragg con chirp lineal para compensar la dispersión cromática de un enlace óptico: Introducen un retardo en función de la longitud de onda opuesto al
acumulado por el pulso Extracción del pulso comprimido mediante circulador óptico
Fibra SMF
CirculadorÓptico
LCFBG
Single Mode Fiber
Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión DCFsDCFs
Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión Alternancia +NZDSF y -NZDSFAlternancia +NZDSF y -NZDSF
Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión Modos de órden superiorModos de órden superior
Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión VIPAVIPA
Virtual imaging phase array
Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión Comparativa de TécnicasComparativa de Técnicas
DCF /e= Dispersion Compensation Fiber / Enhanced HOM = Hight Order Modes VIPA = Virtual Image Phase Array CFBG = Chirped Fiber Bragg Gratting
Compensación de Dispersión Compensación de Dispersión Diagramas de ojoDiagramas de ojo
Compensa la Dispersión
Cromática D
Compensa la Dispersión
Cromática D y la de órden
Superior, S
Inconveniente: Sólo compensa adecuadamente el canal central
en WDM
Óptima para WDM,
compensa todos los canales
Solo un canal Todos los canales