Fundamentos y Tecnologías de la Comunicación Óptica
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Fuentes Luminosas en Comunicaciones Ópticas
Diodos Láser de Inyección (ILD)
Ventajas:
- Distribución de irradiación más dirigida, facilitando el acoplamiento en fibra óptica.
- Mayor potencia radiante de salida comparado con los LED.
Desventajas:
- Costo aproximadamente 10 veces mayor que los LED.
- Menor duración debido a las mayores potencias de operación.
Tipos de Láseres
- Láseres de gas: Utilizan mezcla de gases como helio y neón.
- Láseres de líquido: Emplean colorantes orgánicos como medio activo.
- Láseres de sólido: Usan cristal sólido como medio activo.
- Láseres de semiconductor: Similares a los LEDs, operan como láseres al alcanzar una corriente de umbral.
Diodos LED
Emiten luz mediante emisión espontánea, utilizada en comunicaciones ópticas para generar luz a través de la recombinación de electrones y huecos.
Componentes Clave en Sistemas Ópticos
Fotodetectores
- Diodo PIN: Fotodiodo de capa de agotamiento, comúnmente usado como detector de luz.
- Responsividad: Medida de la eficiencia de conversión de un fotodetector.
- Corriente oscura: Corriente de reposo en un fotodiodo sin entrada luminosa.
- Tiempo de tránsito: Tiempo que tarda un portador inducido por la luz en cruzar la región de agotamiento.
- Respuesta espectral: Rango de longitudes de onda utilizables con un fotodiodo específico.
Amplificadores Ópticos
- EDFA (Amplificador de Fibra Dopada con Erbio): Alta ganancia, alta potencia de saturación, opera en la región de 1530-1565nm, bajo factor de ruido, independiente de la polarización.
- Amplificador RAMAN: Utiliza la dispersión Raman para amplificar la señal óptica.
Multiplexores y Demultiplexores Ópticos
- Multiplexor Óptico: Combina luz de varias fuentes en una sola fibra.
- Demultiplexor Óptico: Separa las portadoras ópticas para la detección de señales individuales.
Otros Componentes
- Aisladores: Bloquean la transmisión de luz en una dirección.
- Acopladores: Combinan o dividen señales ópticas entre fibras.
Tecnologías de Redes Ópticas
- OTN (Redes Ópticas de Transporte): Manejan señales Ethernet a altas velocidades (10/40/100 Gbps).
- ASON (Redes Ópticas Conmutadas Automáticamente): Proporcionan calidad de servicio y flexibilidad.
- PON (Redes Ópticas Pasivas): Extienden el acceso de alta velocidad a hogares y empresas.
- VLC (Comunicación con Luz Visible): Utiliza LEDs blancos para seguridad física adicional.
Parámetros de Rendimiento
Comparación entre LED, Láser FP, Láser DFB y VCSEL
| Parámetro | LED | LASER FP | LASER DFB | VCSEL |
| Long. de onda nm | 850 y 1310 | 1310 y 1550 | 1310 y 1550 | 850 y 1310 |
| Pot. emitida dBm | 0 | 15 | 20 | 10 |
| Atenuación de acoplamiento dB | 15 ~ 20 | 3 ~ 5 | 3 ~ 5 | 3 ~ 5 |
| Pot acoplada dBm | < 15 | < 10 | < 16 | < 7 |
| Ancho espectr nm | 25 ~ 160 | 2 ~ 3 | < 0.001 | < 0.1 |
| Tasa de Tx binaria Máxima Mbps | 622 | 3000 | 30000 | 15000 |
| Compatibi DWDM | No | No | Sí | Sí |
| Costo | El menor | Bajo | Alto | Bajo |
| Aplicación | Sis de SH y Baja Capa de Tx | Sis LH y Elevada Capa de Tx | Sis VLH y Elevada Capac de Tx | Sis SH y Elevada Capac de Tx |
Comparación entre EDFA, ROA y SOA
| Parámetro | EDFA | ROA | SOA |
| Longitud de Onda nm | 1530~1565 | 1280~1650 | 1280~1650 |
| Ancho de Banda nm | 30~40 | 30~35,más para múltiple bomb | 30~40 |
| Ganancia dB | 30~50 | >20 | 20~30 |
| Pot. de Bombeo mW | 20~100 | >30 | < 400 mA |
| Longitud de onda de Bombeo nm | 980, 1480 | 100 nm, por debajo de la longit de onda de la señal | NA |
| Pot. de Saturación (a 3 dB) dBm | 10~25 | 0,75 x Potencia de bombeo | 5~10 |
| Figura de Ruido dB | 4~6 | 3~5 | 7~12 |
| Sensibilidad a la Polarización | No | No | Sí |
| Diafonía WDM | No | Sí | Sí |
Construcción y Fabricación
Construcción de un Láser
Incluye cara especular, tubo de destello, medio activo, salida de rayo láser, fuente de poder y disparador.
Fabricación de Cables Ópticos
Proceso que involucra gránulos de materia prima, fibra entrante, tornillo rotatorio alimentador, calentamiento eléctrico y distribución del material.
Construcción de una FBG (Fibra con Rejilla de Bragg)
Utiliza un núcleo fotosensitivo y exposición lateral a un patrón de interferencia de haz de luz ultravioleta.
Transmisión de Señales
Sin Repetidoras
Fuente de señal, transmisor óptico (LED o ILD), cable de fibra, receptor óptico (APD) y destino de la señal.
Con Repetidoras
Fuente de señal, transmisor óptico (LED o ILD), cable de fibra, repetidora (amplificador o regenerador), cable de fibra, receptor óptico (APD) y destino de la señal.
Conceptos Clave
- Potencia Acoplada Mínima y Máxima: Límites de potencia que un transmisor óptico puede inyectar en una fibra óptica.
- ORL (Pérdida de Retorno Óptico): Máxima potencia reflejada que un transmisor óptico puede tolerar.
- 3R (Regeneration, Reshaping & Reclocking): Proceso de amplificación, regeneración y sincronización de la señal óptica.
- Potencia Óptica: Tasa de transferencia de energía luminosa por ondas electromagnéticas.
Aplicaciones y Tendidos
- FTTH (Fibra hasta el Hogar): Conexión de fibra óptica directa a hogares.
- FTTA (Fibra hasta la Antena): Conexión de fibra óptica a antenas de telecomunicaciones.
- FTTN (Fibra hasta el Nodo): Conexión de fibra óptica hasta un nodo cercano al usuario final.
- Tendido de Fibra Óptica: Puede ser aéreo, subterráneo o marítimo.
Centrales Ópticas
:Reducen costos al evitar la necesidad de conmutación en puntos de intercambio, facilitando el intercambio de tráfico entre redes. Absorción: Mecanismo utilizado en fotoreceptores para convertir luz en señales eléctricas. Diodos LED: Emiten luz mediante emisión espontánea, proceso utilizado en comuni ópticas para generar luz con la recombinación de electrones y huecos. Potencia Acoplada Mínima y Máxima: Son los límites de la potencia que un transmisor óptico puede inyectar en una fibra óptica durante su vida útil. ORL: Máxima potencia reflejada que un transmisor óptico puede tolerar para operar dentro de parámetros específicos. Amplificador óptico: Amplifica la señal mediante emisión estimulada al propagarse a través de la región activa del dispos Diodo PIN: Un diodo PIN es un fotodiodo de capa de agotamiento y es probable que sea el dispositivo más usado como detector de luz. Responsividad: La responsividad es una medida de la eficiencia de conversión de un fotodetector. Corriente oscura: La corriente oscura es la corriente de reposo que pasa por un fotodiodo cuando no hay entrada luminosa. Tiempo de tránsito: Es el tiempo que tarda un portador inducido por la luz en cruzar la región de agotamiento. Respuesta espectral: Es el intervalo de longitudes de onda que se puede usar con determinado fotodiodo. Fuentes luminosas: diodos emisores de luz (LED) y diodos de láser de inyección. Potencia óptica: En términos radiométricos, la potencia óptica mide la tasa con la que las ondas electromagnéticas transfieren energía luminosa. FTTH:La fibra hasta el hogar. FTTA:La fibra hasta la antena. FTTN:La fibra hasta el nodo. Multiplexor Óptico: Acopla la luz procedente de varias fuentes ópticas en una sola fibra de transmisión. Demultiplexor Óptico: Separa las diferentes portadoras ópticas antes de la fotodetección de las señales individuales. Aisladores: dispositivo no recíproco diseñado para bloquear la transmisión de luz en una dirección, mientras presenta mínimas pérdidas de inserción en sentido de transmisión deseado. Conductores: huecos y rellenos Acompladores: es un dispositivo que combina o divide señales ópticas entre varias fibras.
Parámetro | LED | LASER FP | LASER DFB | VCSEL |
Long. de onda nm | 850 y 1310 | 1310 y 1550 | 1310 y 1550 | 850 y 1310 |
Pot. emitida dBm | 0 | 15 | 20 | 10 |
Atenuación de acoplamiento dB | 15 ~ 20 | 3 ~ 5 | 3 ~ 5 | 3 ~ 5 |
Pot acoplada dBm | ||||
Ancho espectr nm | 25 ~ 160 | 2 ~ 3 | ||
Tasa de Tx binaria Máxima Mbps | 622 | 3000 | 30000 | 15000 |
Compatibi DWDM | No | No | Sí | Sí |
Costo | El menor | Bajo | Alto | Bajo |
Aplicación | Sis de SH y Baja Capa de Tx | Sis LH y Elevada Capa de Tx | Sis VLH y Elevada Capac de Tx | Sis SH y Elevada Capac de Tx |
Parámetro | EDFA | ROA | SOA |
Longitud de Onda nm | 1530~1565 | 1280~1650 | 1280~1650 |
Ancho de Banda nm | 30~40 | 30~35,más para múltiple bomb | 30~40 |
Ganancia dB | 30~50 | >20 | 20~30 |
Pot. de Bombeo mW | 20~100 | >30 | |
Longitud de onda de Bombeo nm | 980, 1480 | 100 nm, por debajo de la longit de onda de la señal | NA |
Pot. de Saturación (a 3 dB) dBm | 10~25 | 0,75 x Potencia de bombeo | 5~10 |
Figura de Ruido dB | 4~6 | 3~5 | 7~12 |
Sensibilidad a la Polarización | No | No | Sí |
Diafonía WDM | No | Sí | Sí |
Construcción de un laser: caraespecular(100%reflexión nterna). Tubo de destello. Medio activo, salida de rayo láser. fuente de poder, Disparador.
Diodo láser de inyección: Entrada. Salida de rayos de luz, extremo pulido
Sin repetidoras: Fuente de señal, Transmisor óptico(LED o ILD), Cable de fibra, Receptor óptico(APD), Destino de la señal.
Con repetidoras: Fuente de señal, Transmisor óptico(LED o ILD), Cable de fibra, Repetidora(amplificador o regenerador), Cable de fibra, Receptor óptico(APD), Destino de la señal.
Fabricación de cables ópticos: Gránulos de materia prima. Fibra entrante. Tornillo rotatorio alimentador de material. Calentamiento eléctrico hasta 200ºC. El calor distribuye el material alrededor de la periferia.
Partes de un EDFA: Fibra dopada con erbio(10-50m). luz de 3ª o 4ª ventana. Aislante óptico. Acoplador WDM. Acoplador WDM. Filtro óptico. Aislante Óptico. luz de 3ª o 4ª ventana Láser de bombeo a 980nm. Láser de bombeo a 1480 nm
Amplificador RAMAN: Aislador. Fibra Óptca. Acoplador. λ's de bombeo. λ's amplificadas. Láser de bombeo.
Construcción de una FBG: Núcleo Fotosensitivo. 244nm Ultravioleta. Exposición latral a un patrón de Interferencia de haz de luz ultravioleta. Cobertura