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Posted in Conceptos Básicos Fibra de Optica | 0 comments

La dispersión cromática en la fibra óptica

El término Dispersión Cromática se refiere al retardo(deformación) espectral de un pulso óptico conforme se propaga por la fibra. La Fibra Optica convencional tiene un coeficiente de dispersión positivo; Esto quiere decir que a mayores longitudes de ondas se tiene un mayor tiempo de tránsito a través de la fibra comparado con las longitudes de ondas cortas. Este diferencial de retardo hace que el pulso se deforme. (vea fig. 1).

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En la transmisión digital, un pulso esta formado de una serie de longitudes de ondas, cada uno de ellas viajando a diferentes velocidades dependiendo de las propiedades del vidrio.

En tramos largos de fibra la dispersión cromática puede dar por resultado pulsos que se deforman de tal manera que se sobresolapan, causando interferencia inter– símbolica, en el receptor que ve incrementado la tasa de error. (ver fig. 2).

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La sensibilidad a la dispersión se incrementa linealmente con la distancia y hace que se incremente cuadráticamente con la velocidad, eso quiere decir que cuando incrementemos la velocidad de bits desde 2.5 Gbps a 10 Gbps, la dispersión cromática se incrementa en un factor de 16, nuestras fibras standard están optimizada para poder transmitir a 1310 nm. donde la dispersión es mínima; pero transmitimos a 1550 nm, donde la atenuación es mínima, en este punto se genera una dispersión que va desde los 16-20 ps/nm-km.

La respuesta inicial de la industria a este problema de la dispersión cromática fue el desarrollo de la Fibra de dispersión desplazada que reduce la dispersión en la región de los 1550nm.

La dispersión cromática no era un problema en los primeros sistemas de transmisión por una variedad de razones:

  • Las velocidades de transmisión no eran lo suficiente rápida como para que los pulsos pueda extenderse lo suficiente para que interfieran con pulsos adyacentes.
  • La única longitud de onda de transmisión se localizó cerca de la longitud de onda de dispersión mínima que significativamente disminuyó la distorsión del pulso en una distancia dada.
  • Antes que la potencia de la señal óptica llegue por debajo de un nivel crítico, la señal atraviesa un regenerador. Aunque la función primaria del regenerador es de aumenta la potencia de la señal, también sincroniza y reformaba la señal original y elimina los efectos de dispersión cromática cada 60 o 70 km.

La dispersión cromática es el resultado combinados de dos efectos diferentes: la dispersión del material y la dispersión de guía de onda. En el vidrio de sílice, la velocidad de la luz (ó el índice refractivo) es dependiente de la longitud de onda de la señal. La dispersión del material explica el ensanchamiento de un pulso óptico debido a las velocidades diferentes de las frecuencias ópticas que constituyen un pulso. La dispersión de guía de onda se refiere a las diferencias en la velocidad de la señal que dependen de la distribución de la potencia óptica sobre el núcleo y el cladding de la fibra óptica. Conforme la frecuencia de la señal óptica disminuye, la mayoría de la señal óptica es transportada en el cladding que tiene un índice refractivo diferente que el núcleo de la fibra.

La dispersión material y dispersión de guía de onda tienden efectos opuestos (vea Figura 3). Los fabricantes de fibra pueden manipular estos efectos para cambiar la situación y obtener curvas suaves de dispersión cromática.

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Figure3. La dispersión cromática es el resultado combinado de la dispersión del material y la dispersión de la guía de onda que tienden a tener efectos opuestos.

La unidad de medida para la dispersión cromática es del ps/(nm-km) que indica que un pulso con una anchura espectral de un nanometro se ensanchara por un picosegundo por cada kilómetro que viaja. Por ejemplo, para calcular la dispersión de un pulso de 1550-nm con un 20-pm (0.02 nm) de anchura espectral (FWHM) cuando viaja hasta 10-km longitud en una fibra que tiene una dispersión de 17 ps/nm-km a 1550nm, se calculara un retardo de:

(17 ps/nm-km) x (0.02nm) x (10 km) = 3.4 ps

Dispersión Cromática en Fibras Monomodos standard

Inicialmente en las fibras monomodo se uso una señal de1310 nm, para estas fibras sé tenia la longitud de onda de dispersión cero a 1310 nm. A esta longitud de onda la dispersión cromática se minimizaba.

En estas fibras, conocidas como fibras standard, la dispersión cromática aumenta gradualmente arriba de los 1310 hasta que alcance aproximadamente 17 ps/(nm-km) a los 1550 nm.

Dispersión Cromática en Fibras de dispersión desplazada

El aumento en la dispersión era un problema para los proveedores de red de fibra que quisieron usar la atenuación baja de la ventana de los 1550 nm para la transmisión de gran velocidad en los tramos largos. La Fibra de dispersión desplazada (DSF) es un esfuerzo por perfeccionar esa longitud de onda para la transmisión de gran velocidad desplazando la longitud de onda de dispersión cero a los 1550 nm. DSF trabaja bien, con tal, que sólo una longitud de onda se transmita en la fibra.

Sin embargo, cuando se intento usar en DSF la DWDM, los problemas se elevaron. Porque el índice refractivo es parcialmente dependiente de la intensidad de la señal, las longitudes de onda adyacentes con la misma fase pueden interactuar recíprocamente para producir señales espurias que disminuyen las potencias de las señales y producen ruido. Este fenómeno es conocido como la mezcla de cuatro ondas. En la ausencia de dispersión cromática, los canales ópticos con fases estrechamente cercanas pueden interactuar recíprocamente sobre distancias largas dentro de la fibra.

Para prevenir la mezcla de la cuarta onda, los fabricantes de fibra cambiaron la longitud de onda de dispersión cero fuera del rango de DWDM. Este cambio fue hecho para proporcionar una cantidad mínima de dispersión cromática en el rango de DWDM y reducir la longitud sobre la cual las longitudes de onda puedan entrar en fase y minimizar la mezcla de la cuarta onda. Sin embargo, cuando el rango de DWDM se continúa extendiendo, la longitud de onda de dispersión cero que ha mantenido una dispersión cromática suficiente para los primeros sistemas de DWDM llega a ser un problema en los nuevos.

Prueba de la dispersión cromática

Hay tres métodos para determinar la dispersión cromática: por el pulso, por el cambio de la fase, y el OTDR.

El método del pulso mide el diferencial de retraso entre los pulsos ópticos de varias longitudes de onda y usa un transmisor de multiples longitudes de onda en un extremo de la fibra y un receptor al otro extremo.

Un método simple para realizar esto es tener un banco de cuatro u ocho laseres que puedan ser activados desde un generados de pulso simple. La primera lóngitud de onda del láser puede ser usado como referencia del retardo de tiempo. Los tiempos de retardos son ploteados sobre un grafo, y la curva es completada con estos puntos y por diferenciación se obtiene la curbva de la dispersión cromática.

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El método de cambio de fase proporciona un método muy exacto de medida de dispersión cromática. Una de las principales ventajas de este método es el que puede usar un sintonizador simple como selector de longitud de onda. Y desde que este instrumento puede ser colocado en diferentes posiciones, una multitud de puntos de pruebas puede ser obtenidos. Este método usa una fuente modulada de longitud de onda variable y mide las variaciones de los cambios de fase en la modulación con la longitud de onda. Este método tiene dos variantes:

Método desplazamiento diferencial de fase: Este método, usa una fuente de luz modulada sinusoidal (x= Asen(wt+fase) donde w es la frecuencia modulada) acoplada a la fibra bajo prueba,

Método de desplazamiento de fase :La idea principal de este método es medir los cambios de fases relativo a una referencia

El método de OTDR, fue desarrollado inicialmente por Anritsu. Necesita acceder sólo a un extremo de la fibra para hacer una medida, el método de OTDR es ideal para medir dispersión cromática de fibras en el campo.

Dese que el CD afecta la capaciad del ancho de banda de la fibra existen valores máximos aceptable para diferentes velocidades de transmisión.

Bit Rate ———Max CD
(Gbit/s) ———-(ps/nm)
2.5 —- —— — 18 817
10 —————- 1176
40 —————- 73.5

 

Bibliografía
1. Optical-fiber selection considerations with evolving system technologies. Author(s)*Jim Ryan – Lightwave on September 10, 1999.
2 Optical-fiber designs evolve.Kevin M. Able-Lightwave February 01, 1998

 

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