Comunicaciones por Fibra Óptica 2006

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)
●