Pasivos - UPM · Conectores de fibra óptica Definición: Componente conectado un cable de fibra...
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PRH
Conectores Comerciales
• Parámetros Característicos• Tipos• Contactos
PRH
Clasificación según función:
– Conectores
– Acoplo entre fibras
– Componente de derivación (Acoplador)
– Multiplexor y demultiplexor de longitud de onda
– Filtro
– Aislador
– Atenuador– Conmutador
– Otros
Componentes Pasivos
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PRH
Conectores de fibra óptica
Definición: Componente conectado un cable de fibra óptica o a una pieza deun equipo para facilitar la interconexión /desconexión óptica frecuente.
Parámetros Característicos:Parámetro Condición de
PruebaMínim
oTípico Má
x.Unida
dPérdidas deinsercción
0,5 dB
Pérdidas de retorno- 30 dB
Temperatura deoperación
-20 60 ºC
RepetibilidadDespués de500 usos
+ 0,2
PRH
Tipos de Conectores
• Gran variedad de marcas comerciales:– FC (NTT, pérdidas de retorno bajas)
– SC
– E-2000 (Pérdidas de retorno muy bajas)
– DIN
– HMS-10 (Tipo SMA eléctrico)
– ST (ATT, tipo BNC)
– SMA (Fibra multimodo y corta distancia)
– Bicónico (Bell, aplicaciones telefónicas)
• Contactos: Plano, PC y SPC, APC
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PRH
Reflexión de Fresnel
• Pérdidas producidas por la luz reflejada enel cambio de medio ⇒ Líquido adaptadorde índices.
n1
n0n1
PE PT
PR
( )rPérdidas
PP
nnnn
rE
R
−−=
=
+−
=
1log10
2
01
01
P R H
Acoplador
Definición:Componente pasivo (no selectivo en longitud de onda) contres o más puertos que comparten la potencia óptica entre suspuertos de una forma previamente determinada sin realizarninguna amplificación, conmutación u otra modulaciónactiva. (13.1 CEI875-1)
Tipos más usuales:
M N
Acoplador MxN Acoplador en T
Estrella
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PRH
Parámetros Característicos
• Pérdidas
• Número de entradas y salidas• Relación de acoplo
• Sensibilidad a la longitud de onda
• Sensibilidad a la dirección de envío
• Tipo de fibra a usar
PRH
Parámetros de un Acoplador
• Pérdidas de exceso
• Pérdidas de insercción
• Relación o coeficientede acoplo
• Directividad
j
eexc P
PP
∑−= log10
Pe = Pot. de entrada, j =1.....N todas las salidas
j
iins P
PP log10−=
i = entrada, j = salida
( ) salidarP
PR
j
rr =
∑=%
entradasikPP
Dk
i == ,log10
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PRH
Parámetros característicos• Pérdidas de insercción en la
banda de paso
• Aislamiento (mínimo 40 dB)
• Reflectancia
• Longitud de onda de operación
FiltrosTr
an
smi
ta
nc
ia
(
%)
Longitud de onda
Banda Ancha
Paso Bajo
Paso Alto
Banda Estrecha
Notch
DefiniciónComponente Pasivo utilizado paramodificar la radiación óptica que leatraviesa, alterando la distribuciónespectral (6.35 de CEI 1931-1)
PRH
Multiplexor y Demultiplexor
Multiplexor: Dispositivo de derivación con dos o más puertos de entrada y unpuerto de salida en el que la señal luminosa en cada puerto de entrada se limita alongitud de onda previamente seleccionada y la salida es la combinación de lasseñales luminosas procedentes de los puertos de entrada. (6.52 de CEI 1931-1).
Demultiplexor: Dispositivo que lleva a cabo la operación inversa delmultiplexor, en el que la entrada es una señal óptica que comprende dos o máslongitudes de onda y la salida de cada puerto es una gama de longitudes de ondapreseleccionada distinta. (6.53 de CEI 1931-1).
Dispositivo de derivación selectivo enlongitud de onda (utilizado en sistemasde transmisión WDM (wavelengthdivision multiplexing) en el que lasseñales ópticas pueden transferirse entredos puertos predeterminadosdependiendo de la longitud de onda dela señal. (6.51 de CEI 1931-1).
λλ1 λn
AOAO
DDEEMMUUXX
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PRH
11
2
2
11
2 2
1 1
2
2
Parámetros Característicos WDM
• Gama de longitudes de onda defuncionamiento
• Pérdidas a la longitud de onda detrabajo
• Diafonía o Telediafonia: Parte depotencia óptica que sale por unpuerto a una longitud de onda nodeseada.
( ) ( )( ) ij
P
PFC
ii
ijij ≠
−=
λλ
λ log10
PRH
Tecnologías:• Dispositivos Todo-Fibra
• Óptica Integrada
• Microóptica
Fabricación
•Acopladores selectivos en λ
•Red de Difracción
•Red de Bragg
•Red de Difracción Periodo-Largo
• Fabry-Perot
• Mach-Zehnder
• Filtros Dieléctricos Multicapa
• Acusto-Óptico Sintonizable
Basados en la tecnología defabricación de:
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PRH
Fabricación: Todo-Fibra
FusionadosSe fabrican mediante la fusión y elestirado de fibras ópticas.
Campo evanescenteSe pueden fabricar mediante técnicasde:
– Pulido
– Ataque químico
PRH
• Principio de funcionamientobasado en:
– Campos evanescentes– Interferencia modal
• Análisis similar adispositivos Todo-Fibra conguías planas
Fabricación: Óptica Integrada
Ventajas:•Posibilidad de sintonía•Integración con otros componentes •Diseño versátil
Inconvenientes•Alineamiento a fibra crítico•Fabricación complicada•Dependencia con T
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PRH
Fabricación: Microóptica
(a)
(b)
lentes GRINDieléctrico
Utilizan elementos como:
• Lentes• Lentes GRIN
• Componentes dieléctricos
• Divisores de haz, etc
PRH
Interferenciales y Red de Difracción
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PRH
ComparaciónTécnicas de Fabricación
TODO-FIBRAEvanescente
Microópticos Fusionado Químico Pulido IntegradosPérdidas (dB) 0.5 < 0.5 < 1 < 1 < 5Directividad (dB) 30 > 50 > 40 > 50 > 50Posibilidad deIntegración
Buena Pobre Sí
Posibilidad deMxN Sí Sí No aconsejable Sí
Estabilidadtérmica Buena Muy Buena Aceptable
Robustez Poca Alta Media AltaCoste Medio Moderado Medio Elevado
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PRH
Filtro Fabry-Perot
•Principio de Operación: Cavidad resonante Fabry-Perot
•Fabricación (Todo-Fibra): Fibras terminadas en superficies semi-reflectantes, enfrentadas mediante un transductor piezoeléctrico.
•Posibilidad de sintonía: Variación de la distancia entre las carastransversales de las fibras aplicando sobre el piezoeléctrico la tensiónadecuada.
•Aplicaciones: Filtro de banda estrecha en Sistemas WDM.
PRH
E1
E2
E3
E4
Interferómetro Mach-Zehnder (MZI)
•Fabricación (Óptica Integrada o Todo-Fibra): Conexión de dosacopladores (2x2) con un retardo de fase en una de sus ramas.
•Principio de Operación: Cambio de fase por diferencia de caminosópticos entre las ramas del interferómetro. (Cambio de longitud o índicede refracción)
•Posibilidad de sintonía: Mediante control de la diferencia de caminos
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PRH
Mux/Demux M-Z
•Aplicaciones: Filtro banda-ancha o estrecha concatenando varios MZI,multiplexores, moduladores,
PRH
Interferómetro Michelson
•Principio de Operación: Cambio de fase por diferencia decaminos ópticos entre las ramas del interferómetro.
•Fabricación (Óptica Integrada o Todo-Fibra): Acoplador(2x2) con Red de Bagg en sus ramas de salida y un retardode fase en una de ellas.
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PRH
AWG (Arrayed-waveguide Grating)
Acoplador en estrellaNxM
Acoplador en estrellaMxN
Fabricación: Dos acopladores en estrella unidos por un array deguiaondas de distintas longitudes y curvaturas,fabricados sobre un mismo substrato (SiO2/Si)(GaAs/AlGaAs) (InGaAlAs/InP)
Aplicaciones: Multiplexor y demultiplexor de gran número decanales separados del orden de pocos nm
PRH
WGR (Waveguide Gratings Routers)
Potencia transmitida en un dispositivo1x10 para dos puertos de salidaadyacentes.
•Fabricación similar a los AWG, conacopladores planos con longitud focalR y guías de longitud incremental(L+∆L)
•Funcionamiento se basa eninterferometría (MZI)
•Aplicaciones: Multiplexor ydemultiplexor. “Encaminador” enfunción de λ.
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PRH
AisladorDefinición:Dispositivo óptico no recíproco destinado a bloquear la transmisión en unadirección, presentando pérdidas de inserción mínimas en el sentido detransmisión deseado.
Principio de operación:Suelen basar su funcionamiento en elbloqueo de un Estado de Polarización(SOP) de la luz que los atraviesa.
Parámetros característicos:•Pérdidas de inserción (típicas de 1 dB)•Aislamiento (entre 40 y 50 dB)•Pérdida dependiente de la polarización•Dispersión por modo de polarización
Aplicación: Evitar reflexiones en lossistemas que utilizan láseres yamplificadores.
PRH
Circulador
Principio de funcionamiento: similar al aislador, excepto quetienen múltiples puertos.
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PRH
Atenuador
Definición:Componente pasivo que produceuna atenuación controlada de laseñal en una línea de transmisiónde fibra óptica
Parámetros Característicos:• Reflectancia (-40 dB)
• Pérdidas dependientes de laPolarización
• Longitud de onda de operación
• Atenuación incremental (envariables)
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PRH
Red de Difracción de Bragg
• Una red de Bragg es una perturbación periódica en elmedio de propagación. En general se realiza mediante lavariación del índice de refracción del medio.
• Principio de operación: Interferencia de señales ópticasoriginadas por una misma fuente, pero con undesplazamiento de fase relativo diferente.
Los lóbulos laterales sepueden suavizar diseñando lared con una variación delíndice de refracción nouniforme
PRH
Red de Bragg en fibra
Ventajas:Bajas pérdidasFácil acoplo a fibraBaja sensibilidad a la polarización
Aplicaciones:FiltradoFunciones add/dropCompensación de la dispersiónEcualización de la ganancia en A.O
Longitud de onda de Bragg λB = 2neffΛ
λ incidente Λ, período de la red
λ- λB
λBλ1 λn
λB
λ1 λn
• Principio de Funcionamiento: Reflexión de cierta longitud deonda que depende de las características de la fibra y del periodo dela red de difracción.
• Tipos: Periodo corto y Periodo largo• Fabricación (Dispositivo Todo-Fibra) : Grabado de la red de
difracción en el núcleo de la fibra mediante la interferencia de doshaces UV
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PRH
Aplicación Red de Bragg en Fibra (I):
Fabricación:
Acoplador(2x2) Fusionadocon Redes de Bragg enambos puertos de salida
Filtro de banda estrecha
PRH
Add/DropAplicación: Fabricación de elementos ópticos de extracción
/inserción (add/drop)
Aplicación Red de Bragg en Fibra (II):
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Compensación de la Dispersión
• Red de Bragg de periodo no constante + Circulador
Aplicación Red de Bragg en Fibra (III):
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Conmutador Óptico
Definición:Componente pasivo con uno o más puertos que de forma selectivatransmite, dirige o bloquea la potencia óptica en una línea detransmisión de fibra óptica. (1.3.1 de CEI 876-1).
Parámetros Característicos:• Pérdidas de inserción• Reflectancia (- 40 dB)• Tiempo de Conmutación (20 ms
máx)• Diafonía• Directividad• Longitud de onda de
funcionamiento.• Dependencia con la polarización
Conmutador realizado en Óptica Integrada
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PRH
Conmutador Óptico EspacialLos Moduladores Espaciales de Luz (SLM) han abierto unnuevo camino para la implementación de conmutadores,interconexión óptica y, en general, para el procesamiento enparalelo de la señal óptica.
OXC con MEMS (Micro-ElectroMechanical Systems)
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Modulador
•Aplicaciones:
•Modulación externa de un láser con objeto de evitar cambios en lafrecuencia emitida (chirp) y partición modal.
•Principio de operación: Generalmente, modulación de la luzpor cambio en el índice de refracción.
•Tipos: Según el mecanismo utilizado para modular el índice derefracción se pueden clasificar en dos tipos:
• Electro-ópticos (EO): Indice de refracción modulado por unaseñal eléctrica.
•Acusto-ópticos (AO): Indice de refracción modulado por unaonda acústica.
PRH
Modulador Electro-óptico (I)Óptica Integrada (LiNbO3)
Basado en un Interferómetro Mach-Zehnder
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Modulador Electro-óptico (II)
SEEDBasado en las propiedades deabsorción de una estructurade Pozo Cuántico Múltiple(MQW)