Filtros ópticos

FILTROS ÓPTICOS
Sergio Estrada C
http://www.fortunecity.es/expertos/profesor/74
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ARICA−CHILE
FILTROS ÓPTICOS.
1 Introducción.
2 Características de los filtros ópticos.
3 Filtros interferométricos de Fabry−Perot.
4 Filtros interferométricos de Mach−Zehnder.
5 Filtros de difracción.
6 Filtros acustoópticos.
7 Filtros electroópticos.
8 Filtros de múltiples capas interferentes.
9 Filtros activos a semiconductor.
1 Introducción.
Los filtros ópticos constituyen un importante bloque de una red FDM pues realizan el proceso de selección de
un determinado canal en los bloques receptores cuando se trabaja con modulación en intensidad y detección
directa, además de esto, auxilia el ruido de emisión espontánea (ASE)[10] generado por los amplificadores
ópticos (esto último no será considerado en este trabajo).
2 Características de los filtros ópticos.
Un filtro óptico ajustable puede ser representado por una caja negra, según se ve en la figura 1, el que posee
en su entrada diferentes señales, cada cual a su frecuencia óptica, y que tiene en su salida, debido al proceso
selectivo, sólo una señal.
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Fig 1 Función básica de un filtro sintonizable en la selección de una de entre muchas entradas a diferentes
frecuencias.
Todos los dispositivos descritos en esta sección realizan la selección del canal en longitud de onda a través de
procesos de interferencia. Así, cuando un canal es ajustado al dispositivo, su señal es reforzada por
interferencia constructiva y enviado al bloque receptor, los demás canales a su vez son atenuados a niveles
despreciables a través de interferencia destructiva.
Cuando se analiza el desempeño de un filtro óptico se debe tomar en consideración los siguientes
requerimientos:
• Número máximo de canales sintonizables.
• Tiempo de acceso en la sintonía del canal.
• Pérdidas causadas por inserción y diafonía.
• Atenuación.
• Controlabilidad del dispositivo.
• Dependencia del dispositivo con la polarización.
• Tamaño, consumo de potencia y ambiente de operación del dispositivo.
• Costos.
El número de canales sintonizables tal vez sea el más importante requerimiento de un filtro óptico, pues
determina cuantos canales de una red FDM/WDM pueden ser seleccionados en los bloques receptores.
Se puede analizar este requerimiento sobre dos aspectos: primero en cuanto al rango al cual el filtro es
ajustado y en segundo lugar en cuanto a la selectividad de respuesta en frecuencia cuando el filtro es ajustado.
El rango ideal en el cual el filtro será ajustado para atender las necesidades de las redes FDM/WDM debería
ser de 200 nm correspondiente a la tercera ventana (1350 − 1550 nm) donde se tienen los más bajos valores de
atenuación de la fibra monomodo.
A su vez la selectividad de la respuesta en frecuencia determina cual debe ser el espaciamiento mínimo entre
los canales, para que una vez seleccionado el canal se tengan las menores penalidades debido al crosstalk.
La velocidad con la cual un filtro óptico puede ser ajustado de una frecuencia a otra, dentro de su rango de
ajuste, se determina por su tiempo de acceso y también constituye un importante aspecto en el análisis de
aplicabilidad del dispositivo en la red.
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Otro importante factor de desempeño del filtro es su pérdida por atenuación pues ésta contribuye con el
aumento de la penalidad del enlace.
Un filtro óptico debe ser estable de tal modo que una vez ajustada una frecuencia dada, factores térmicos o
mecánicos no causen un desvío en el ajuste mayor que una pequeña fracción de la longitud de onda del canal,
además de ser fácilmente reajustable para cualquier valor de frecuencia, por esto la controlabilidad del filtro
es un factor importante.
Para evitar el uso de complejos sistemas de control de polarización , uno de los requerimientos de los filtros
ópticos es que éstos sean insensibles a la polarización de la señal.
Es posible clasificar de un modo general los diversos tipos de filtros, en cuanto a sus aspectos constructivos
como:
• Filtros interferométricos de Fabry−Perot.
• Filtros interferométricos de Mac−Zender.
• Filtros de difracción.
• Filtros acusto−ópticos.
• Filtros electro−ópticos.
• Filtros de múltiples capas interferentes.
• Filtros activos semiconductores DFB o DBR.
Conviene decir que, a pesar que en muchos casos, estos dispositivos funcionan sólo como filtros,
seleccionando una señal con una longitud de onda dada, también pueden actuar como dispositivos
multiplexores /demultiplexores.(ver figura 6)
3 Filtros interferométricos de Fabry−Perot.
Los primeros informes del interferómetro de Fabry−Perot (FP) datan del siglo pasado, fue solamente después
de la invención del láser, en la década del sesenta, que este dispositivo pasó a ser ampliamente empleado en
investigaciones en las áreas de la física, astronomía y más recientemente su principio de funcionamiento fue
empleado en la construcción de filtros ópticos.
Un filtro interferométrico de fabry−perot es, según se observa en la figura 2, constituido por una cavidad
resonante formada por un medio óptico de longitud x, denominado etalón, colocado entre dos espejos
idénticos de reflectividad R. Su principio de funcionamiento es bastante simple: la luz incidente en el
dispositivo es alineada atravesando la cavidad siendo reflejada por la capa reflectora, esta señal reflejada a su
vez atraviesa la cavidad en sentido contrario y es reflejada por la otra capa reflectora atravesando nuevamente
la cavidad, así el rayo luminoso incidente sufre, al entrar en la cavidad, múltiples reflexiones. Las señales
reflejadas a su vez interfieren con la señal incidente, en este caso éstas poseen una longitud de onda que será
un múltiplo entero de la señal sufriendo interferencia constructiva y es transmitida fuera de la cavidad, en caso
contrario la interferencia es destructiva y la señal es atenuada.
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Fig2. Estructura básica del interferómetro de Fabry−Perot.
El ancho de la cavidad x .
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