Caso práctico. Experimento

Apéndice C
Caso práctico. Experimento
En este capítulo se presenta un experimento llevado a cabo en el laboratorio de
óptica de la Universidad de Swansea, Reino Unido, cuyo objetivo es demostrar
la mejora en la tolerancia a la CD que presenta el formato Partial DPSK frente al
formato DPSK común.
Este experimento fue realizado durante el curso académico 2008/09, en el que
realicé mis estudios de máster en la citada Universidad.
C.1.- Sistema utilizado para llevar a cabo el experimento
El sistema utilizado para llevar a cabo el experimento se muestra en la Fig. C.1.
El sistema consta de un generador de patrones de bits con 231-1 PRBS
conectado a un MZM y seguido de un modulador de pulsos, produciendo el
conjunto descrito una señal RZ DPSK con un ciclo de trabajo del 67% y una
tasa binaria de 43 Gb/s.
Una vez generada la señal de información, se le añade ruido mediante un
acoplador. La nueva señal resultante tras la adición del ruido pasa a través de
un módulo que dispersa los pulsos de forma controlada. Tras el módulo de
dispersión, la señal es filtrada, procesada un MZI y, por último, recibida por
medio de un detector balanceado.
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Proyecto Fin de Carrera
Apéndice C. Caso práctico. Experimento
Es importante señalar que, aunque el interferómetro utilizado para llevar a cabo
el experimento es referido como MZI, es en realidad un interferómetro de
Michelson.
Figura C.1. Sistema utilizado para la simulación mediante la herramienta Optisystem.
En la Fig. C.1, las diferentes secciones del sistema han sido referenciadas con
las letras A, B, C y D. A continuación se detalla cada una de estas secciones:
-
A: En esta sección del sistema, se genera el ruido necesario para simular
un sistema real. La sección se compone de tres EDFAs dispuestos en
serie y sin ninguna señal conectada en el puerto de entrada del primer
amplificador de la cadena, de modo que estos tres amplificadores sólo
generan ruido ASE.
-
B: En esta sección del sistema, se genera la señal óptica sobre la que se
van a tomar las medidas para demostrar que las señales Partial DPSK
presentan mejores prestaciones que señales con otros formatos de
modulación cuando la CD neta del sistema es distinta de cero.
-
C: En esta sección del sistema, se introduce CD de forma controlada en
el canal óptico a través de un módulo de dispersión.
-
D: En esta sección del sistema, se recibe la señal y se calcula su BER. A
través del cómputo de la BER, se evalúa la calidad de la señal recibida, lo
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Apéndice C. Caso práctico. Experimento
que permite valorar la mejora en el OSNR que presenta una señal Partial
DPSK frente a una señal DPSK común cuando la CD neta del canal de
comunicación es no nula.
Antes de llevar a cabo el experimento, es necesario caracterizar el MZI para
encontrar la relación entre el valor fijado en el micrómetro y el valor del rango
espectral libre (Free Spectral Range, FSR) del dispositivo, que está relacionado
directamente con el retraso relativo entre sus dos brazos.
C.2.- Caracterización del MZI del receptor
El objetivo del proceso de caracterización aquí descrito es encontrar una
expresión matemática que cuantifique el retraso introducido por la diferencia de
longitudes entre los dos brazos del MZI. Esta diferencia de longitudes es
controlada por medio de un micrómetro que se encuentra localizado en una de
las caras laterales de la caja que contiene al interferómetro, como se muestra
en la Fig. C.2.
Figura C.2. Detalle del micrómetro que controla la diferencia de longitudes entre los dos caminos ópticos del
interferómetro.
Conforme varía la posición del micrómetro, uno de los dos caminos ópticos
mostrados en la Fig. C.3 cambia su longitud (mediante la variación de la
posición del espejo asociado), mientras que la longitud del otro camino
permanece constante, creando diferentes patrones de interferencia en las
salidas 1 y 2.
Puesto que la variación (el giro) del micrómetro modifica el patrón de
interferencia producido en los puertos de salida del MZI, dicha variación
modificará también el valor del FSR del dispositivo. Por otra parte, el retraso
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Apéndice C. Caso práctico. Experimento
relativo entre los dos brazos del MZI, τ, está relacionado con el FRS por medio
de la expresión
1
(C.1)
por lo que, una vez obtenido el FSR, puede calcularse el valor de τ.
Figura C.3. Diferencia de longitudes entre los caminos ópticos del MZI.
Para medir el FSR del MZI, se utiliza el montaje mostrado en la Fig. C.4.
Figura C.4. Sistema utilizado para caracterizar el MZI.
El objetivo de disponer tres EDFAs en serie es generar un ruido de banda
ancha, que se inyecta en el puerto de entrada del MZI para cubrir
completamente su rango de frecuencias de operación. Por otro lado, el
propósito del atenuador es limitar la potencia de la señal que llega al OSA y, de
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Proyecto Fin de Carrera
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este modo, evitar que se queme el detector óptico que éste tiene en su
entrada.
Utilizando el esquema descrito, el proceso de caracterización sigue los
siguientes pasos:
-
Mediante el micrómetro mostrado en la Fig. C.2, se fija un valor para la
diferencia de longitudes entre los dos caminos del MZI. Este valor será
referenciado como ∆.
-
Se mide el valor del FSR del MZI para el valor de ∆ fijado en el paso
anterior. Esta medida se hace mediante el OSA, como se indica en la Fig.
C.5. El valor medido está dado en nm.
-
El valor del FSR medido con el OSA se transforma de nm a GHz haciendo
uso de la expresión (C.2).
|∆ |
∆
(4.2)
donde el valor de λ es 1550 nm, ya que es esa la longitud de onda de la
fuente de luz utilizada para llevar a cabo el experimento.
-
Se aplica la expresión (C.1) para obtener el retraso relativo asociado al
valor del FSR calculado en el paso anterior.
Los pasos anteriores se repiten para cada uno de los valores fijados para el
parámetro ∆. Estos valores varían entre 3 y 8, con un paso de 0.20.
Figura C.5. Medida del FSR del MZI.
Una vez obtenido el conjunto de valores [∆, τ], se representa dicho conjunto en
un gráfico, como muestra la Fig. C.6. Esta figura también muestra la expresión
matemática de la recta de regresión de la nube de puntos representada,
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permitiendo obtener el valor de τ para cualquier valor de ∆ dado, lo que será de
utilidad para la realización del experimento, detallada en el siguiente apartado.
60,00
y = 6,6776x ‐ 0,8788
R² = 0,9987
Time delay (ps)
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
8,00
10,00
∆L
(a)
60,00
y = 6,6224x ‐ 0,5996
R² = 0,999
Time delay (ps)
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0,00
2,00
4,00
6,00
∆L
(b)
Figura C.6. Valor de
τ frente al valor de ∆. (a) Salida 1 del MZI. (b) Salida 2 del MZI.
Las ecuaciones de las rectas de regresión para los puertos 1 y 2 del MZI son las
siguientes:
Salida 1:
6.6776
0.8788
(C.3)
Salida 2:
6.6224
0.5996
(C.4)
Una vez que se ha caracterizado el MZI, es posible proceder con el
experimento.
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C.3.- Realización del experimento
El sistema mostrado en la Fig. C.1 fue estudiado para CD netas de 0 y 100
ps/nm.
Para obtener resultados útiles para los dos valores de CD neta citados, el OSNR
se estableció a 20.8 dB (medido en un ancho de banda de 0.1 nm) y la
potencia de la señal recibida se mantuvo igual a 2 dBm.
Se midió la BER de la señal recibida para valores de retraso relativo entre los
brazos del MZI que variaron entre el 40% y el 100% de Tb. Por otra parte, el
ancho de banda del filtro de recepción se hizo variar entre 31,20 GHz y 80,00
GHz, que son los valores mínimo y máximo, respectivamente, que permite
configurar el filtro OTF-950, de Santec, que es el que se utilizó para lleva a
cabo el experimento.
Para medir la BER, se procedió del modo siguiente:
A través del módulo de dispersión, se estableció el valor de la CD neta
del sistema.
Para cada uno de los valores fijados para la CD neta del sistema, se
realizaron las siguientes acciones:

Se fijó el valor del retraso relativo entre los brazos del MZI.
Para cada uno de los valores fijados para el retraso relativo entre
los brazos del MZI, se procedió del modo siguiente:

Se fijó el valor del ancho de banda del filtro de recepción.

Se ajustó el valor del atenuador que sigue el filtro para
mantener la potencia de la señal recibida a 2 dBm.

Se ajustó el receptor para que la BER fuera medida en el
punto de máxima apertura del ojo, de modo que el valor
leído fuera óptimo.
C.4.- Resultados
La Fig. C.7 muestra el resultado obtenido tras optimizar el ancho de banda del
filtro de recepción y el retraso relativo entre los brazos del MZI para el sistema
mostrado en la Fig. C.1.
En dicha figura se ha representado un mapa de colores que muestra el
logaritmo decimal de la BER de la señal recibida frente al valor del ancho de
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banda del filtro de recepción y al valor del retraso relativo entre los brazos del
MZI del receptor, expresado éste con respecto al valor de Tb.
(a)
(b)
Figura C.7. Resultados obtenidos tras analizar en el laboratorio el sistema mostrado en la Fig. C.1. (a) Dispersión
neta de 0 ps/nm. (b) Dispersión neta de 100 ps/nm.
Según se aprecia en la Fig. C.7(a), para que la recepción de la señal transmitida
sea óptima en un canal de comunicación cuya CD neta es nula, el retraso
relativo entre los brazos del MZI debe ser igual al periodo de bit de la señal
transmitida y el ancho de banda del filtro de recepción debe estar en torno a 70
GHz.
Por otra parte, la Fig. C.7(b) pone de manifiesto que, para que se produzca una
recepción óptima de la señal de información en un canal de comunicación cuya
CD neta es 100 ps/nm, el valor del retraso relativo entre los brazos del MZI
debe ser igual, aproximadamente, al 70% de Tb, mientras que el ancho de
banda del filtro de recepción debe rondar los 50 GHz.
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