DISPERSION DE MODO DE POLARIZACION – PMD
Cuando se realizaron las primeras discusiones sobre la Dispersión de Modo de polarización en el año 1986, solo unos cuantos investigadores consideraron que este efecto llegaría a formar parte de las restricciones del negocio de las comunicaciones por fibra óptica. La PMD puede distorsionar la señal, hasta hacer inmanejables los bits, destruyendo la integridad de una red.
El problema principal es que el núcleo de la fibra no es perfectamente redondo, lo que origina dispersión a un grado tal que puede dejar a la señal en un estado que difícilmente pueda ser leído Cuando la luz viaja en una fibra monomodo hacia el receptor, tiene dos modos de polarización que viajan en dos ejes, y se mueven formando un ángulo recto uno del otro. En una fibra ideal las dos polarizaciones se propagarían a la misma velocidad de fase pero en realidad cualquier asimetría, curvatura o torsión hace que las dos polarizaciones se propaguen a diferente velocidad. La causa de la PMD[ ] es una pequeña diferencia en el índice de refracción en una pareja particular de estadoS de polarización ortogonal, a esta propiedad se denomina birrefrigencia . Esto quiere decir que la velocidad de la luz depende de la ruta que toma a lo largo de la fibra.
La figura 11.1 muestra las causas de la birrefrigencia.
Figura 11.1 Sección transversal de fibra ópticas ilustrando las causas de birrefrigencia
En contraste a la fibra ideal, mostrado en lado izquierdo de la figura 1, una fibra real exhibe diferentes tipos de imperfecciones; de derecha a izquierda: torsión o curvatura, impurezas en la fibra, y asimetría de la fibra. Las imperfecciones son parte inherente del proceso de fabricación de la fibra y son en parte causado por las condiciones ambientales y la calidad del despliegue ó instalación de la fibra. La simetría en la configuración de las fibras es casi constante en el tiempo lo cual causa una PMD constante. La curvatura y tensión de la fibra puede variar en el tiempo debido a los cambios de la temperatura y aún mostrar fluctuaciones diurnas (Día/Noche) de la torsión y causar variaciones de la PMD. Las vibraciones pueden causar cambios dinámicos en la curvatura, y como resultado variar la PMD en fibras que se instalan cerca de líneas de un tren y asimismo las fibras aéreas pueden mostrar un cambio en la tensión y curvatura debido al movimiento causado por el viento. Todos estos efectos contribuyen a que la PMD no sea constante, por lo que el máximo PMD que puede ocurrir solamente puede ser aproximado. Con respecto a la Dispersión del Modo de Polarización es importante entender que la causa real de la degradación de la señal es el retardo diferencial de grupo (también denominado la PMD instantánea) y que el termino PMD es realmente la media del valor de la DGD (Differential group delay) a una longitud de onda y en un tiempo determinado. Cuando la luz es acoplada en una fibra, toma diferentes rutas conforme viaja a través de ella, la figura 2 muestra como el retardo diferencial de grupo es la diferencia en el tiempo de los componentes del pulso de luz que viaja a través de la fibra dependiendo de las rutas que tomen.
Figura .11 2 Elementos de la fibra con eje rápido y lento y DGD de pulsos de luz rápidos y lentos
La parte del pulso de luz marcado con una X viaja en el eje lento y la otra parte del pulso viaja en el eje rápido de la fibra. En el punto final de la fibra se presentará una diferencia de tiempo de las dos partes del pulso de luz, a esto se denomina el retrazo diferencial de grupo (DGD). En un tipo especial de fibra denominado fibra mantenedora de polarización (PMF polarization maintainig fiber), las diferentes partes de los pulsos de luz viajan por diferentes rutas, pero no cambian esta ruta durante todo su recorrido por la fibra. Este tipo de fibra puede ser fácilmente compensada en su DGD (PMD) mediante el uso de un polarizador para filtrar una parte del pulso de luz, ya sea la parte marcada con X o la otra parte representada en la figura 2 ( La figura 2 representa un tramo de fibra siempre y cuando la fibra fuera PMF). Una fibra de telecomunicaciones real puede representarse como una serie de elementos de fibras birrefrigentes del tipo ilustrado en la figura 2, concatenados con una orientación aleatoria de los ejes, tal como se muestra en la figura 3
Figura 11.3. Concatenación aleatoria de elementos birrifrigentes como representación de una fibra
Cada sección de la fibra exhibe un eje rápido y otro lento que son rotados aleatoriamente en relación uno del otro. Entre secciones, la luz es acoplada desde una pareja de ejes rápido y lento a otra pareja de ejes, a través de un proceso denominado modo de acoplamiento. Debido al modo aleatorio de la orientación de los ejes rápidos y lentos y del modo de acoplamiento para los diferentes elementos de la fibra, la PMD es de naturaleza estadística, y no es posible tener un modo simple de compensación, La PMD y el DGD se miden en picosegundos, Debido a la naturaleza estadística de la PMD, la PMD no es linealmente proporcional a la longitud de la fibra pero si lo es a su raíz cuadrada. El coeficiente de la PMD esta dado en ps/km ½, Para ilustrar el comportamiento temporal de la PMD y DGD, la figura 3.4 muestra las mediciones durante un periodo largo de la DGD/PMD en una fibra de dispersión desplazada en un periodo de 36 días. En la figura 4, el retardo diferencial de grupo se le da un código de colores. El color azul oscuro corresponde a DGD bajos < 0.5 ps, y el rojo oscuro corresponde a DGD elevados > 5.5 ps. La PMD puede ser obtenida tomando el promedio de la DGD en un punto particular de longitud de onda en un periodo de tiempo. Sin embargo, las mediciones tienen que ser tomadas sobre un periodo lo suficientemente largo para obtener resultados precisos de los promedios. Los cambios de la PMD en el tiempo (promediada en una longitud de onda o promedio de DGD) es solamente cercano al +/- 10 %, además los cambios de la DGD en el tiempo a una longitud de onda particular es mucho mayor. Esto muestra que para cualquier punto dado en el tiempo un sistema de transmisión puede tener un alto retardo causado por un alto tasa de error de bits a una longitud de onda mientras muestra una baja tasa de errores de bit en otras longitudes de onda. Debido a que los cambios de la DGD con las longitudes de onda y el tiempo, se tiene que tomar en cuenta la estadística para describir el valor de la DGD y conocer la perfomance de un sistema. La probabilidad que la DGD de una sección de fibra tenga un cierto valor en un tiempo particular sigue una distribución de Maxwell .
Figure 11.4 Medición de PMD en fibra durante un periodo largo de tiempo, sobre un tramo de 127 KM de fibra de dispersión desplazada: from Karlsson[ ], JLT, 18, 7, 941 (2000)
Degradación en el Sistema y limites de la PMD
La PMD causa serios disturbios a la capacidad de transmsisón. En la Figura 5, se muestra el modelo de pulso en el tiempo y el diagrama del ojo para una señal sin retardo diferencial de grupo (sin ningún PMD).El patrón de pulso tiene buena forma, y el diagrama de ojo esta bien abierto, dando por resultado una baja ” tasa de error de bit”. La figura 6 muestra la señal bajo la influencia de 100 ps de DGD con una potencia distribuida uniformemente en los ejes rápido y lento. De ambas figuras queda claro que la DGD, y la PMD, influye en el funcionamiento de sistema.
Las tolerancias de los sistemas a la PMD tiene que ver mucho con las diferentes velocidades de bits, un método intuitivo para limitar los efectos de la PMD se da en la tabla 11.1
