Tecnologías en dispositivos WDM Comunicaciones por Fibra Óptica 2006 Presentador: Miguel Olave Cáceres Profesor: Ricardo Olivares V. Contenido Introducción y aspectos Generales Estandares Fuentes lásers Conectores Acopladores Aisladores Circuladores Filtros / Mux y Demux Amplificadores 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... ● 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 = c ∣∣ 2 Canales espaciados a: ● 200[GHz] (1.6[nm]) ● 100[GHz] (0.8[nm]) ● 50[GHz] (0.4[nm]) 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) – 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 Input signals Reflected signals Output signals Component Conceptos básicos – Aislamiento – Crosstalk Ocurre cuando la potencia del canal X se combina con la potencia del canal Y, y ésta es comparable con la potencia de X o Y. Crosstalk (dB) =10lg(PX→Y/PX) PX PY P'X→Y Channel X Channel Y Aislamiento(dB) = -10lg (P'X→Y/PX→Y) – Direction isolation = Return loss PX PY→X PY PX→Y Contenido Introducción y aspectos Generales Estandares Fuentes lásers Conectores Acopladores Aisladores Circuladores Filtros / Mux y Demux Amplificadores 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-R Es 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. 1octeto 1octeto ... 1octeto = 64 bits + 2 bits 66 bits Son TX a 10Gbits 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 Se separan los 36 bits en 4 paquetes de8 bits Paquetes de 10 bits transmitidos a 10Gbps = 36 bits 8 bits 10 bits + 2 bits ● 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. Contenido Introducción y aspectos Generales Estandares Fuentes lásers Conectores Acopladores Aisladores Circuladores Filtros / Mux y Demux Amplificadores • 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 semiconductores hacen de espejo 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 mercado http://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 fiber Absolute maximum ratings: Laser diode Max. output power (mW) 3.0 Reverse voltage (V) 2.0 Monitor photodiode Reverse voltage (V) 10 Forward current (mA) 1.5 Environment Operating temperature range (оС) -40..+55 Storage temperature range (оС) -40..+70 Assembly Pin soldering temperature (оС) 200 Pin soldering time (sec) 3.0 LFO-17-i Contenido Introducción y aspectos Generales Estandares Fuentes lásers Conectores Acopladores Aisladores Circuladores Filtros / Mux y Demux Amplificadores ● ST “Straight Tip” – ● SC “Subscription Channel” – ● mecanismo de sujeción en forma de bayoneta que fija la conexión al dar un cuarto de vuelta 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 Contenido Introducción y aspectos Generales Estandares Fuentes lásers Conectores Acopladores Aisladores Circuladores Filtros / Mux y Demux Amplificadores 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 WDM Estandares Fuentes lásers Conectores Acopladores Aisladores Circuladores Filtros Mux y Demux Integrados 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 π/4 Light Input Reflected light π/2 π/4 ● Estructura de una polarización independiente de la aislación óptica(hacia adelante) Glass GRIN tube 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 Contenido Introducción y aspectos Generales Estandares Fuentes lásers Conectores Acopladores Aisladores Circuladores Filtros / Mux y Demux Amplificadores Circuladores ● ● ● ● Basados en aisladores. Se utilizan principalmente en aplicaciones Add/Drop. También para separar señales de propagación forward y backward >50 dB Aplicaciones – Trasmisión bidireccional en una fibra ● – OADM Optical Add/Drop Multiplexer ● – Usando circuladores en el puerto de tranmisión y recepcción Con circuladores + Fiber grating Compensador de dispersión Ejemplo de Circulador Contenido Introducción y aspectos Generales Estandares Fuentes lásers Conectores Acopladores Aisladores Circuladores Filtros / Mux y Demux Amplificadores 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 de Fabry-Perot. Filtro de banda 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 interferómetro Mach-Zehnder. Sintonización por cambios 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. 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. WDM (Film Interference Filter) ● Configuración básica Input λ1 λ2 Reflected λ2 GRIN lens GRIN lens Transmitted λ1 Interference filter 47 WDM (Film Interference Filter) ● Principle of thin film interference filter Input λ1λ2 Reflected λ2 H L H L H H L H L H Transmitted λ1 48 WDM (Film Interference Filter) ● DEMUX con 8 canales λ1 λ3 Input λ1 ~λ8 λ5 λ7 lens λ2 λ4 λ6 < 0.004 nm/o C λ8 49 WDM (Fiber Grating) ● Operation of fiber grating filter Λ λ1, λ2 …. λn λ2 …. λn λ1 λ 1 =2n Λ Good wavelength selection 50 WDM (Fused Fiber Coupler) ● Multiplexaxión por cascada de acopladores -3dB -3dB 8:1 -3dB 51 WDM (Fiber Grating) ● Fiber grating + Circulator λ2 …. λn λ1, λ2 …. λn Fiber Grating λ1 52 WDM (Fiber Grating) ● Fiber grating + acoplador Isolator λ1, λ2 …. λn λ2 …. λn λ1 53 Filtro FGB Ventajas: • Bajas pérdidas • Fácil acoplo a fibra • Baja sensibilidad a la polarización Aplicaciones: • Filtrado • Funciones add/drop • Compensación de la dispersión • Ecualización de la ganancia en A.O. Ejemplo de Multiplexor Contenido Introducción y aspectos Generales Estandares Fuentes lásers Conectores Acopladores Aisladores Circuladores Filtros / Mux y Demux Amplificadores Amplificadores WDM ● ● Amplificación en el dominio óptico. Deben tener ancho de banda adecuado. EDFA - Erbium-doped fibre amplifier Amplificadores ópticos EDFA: Problemas con ganancia no uniforme Entrada Salida Se aplica un filtro ecualizador de ganancia. Se obtiene la siguiente señal de salida. Amplificador Raman Usan como base SRS. ● Tienen una gran ancho espectral de ganancia (sobre 6 Thz). ● Se pueden amplificar varios canales con la misma fuente de bombeo. ● Amplificación en ambos sentidos. ● Es preferible bombeo reverso respecto del directo (mejor SNR) ●