Desafíos de Transmisión
La transmisión de luz en la fibra óptica presenta varios desafíos que deben ser tratados. Existen tres amplias categorías:
Atenuación. Decaimiento de la fuerza de la señal, o perdida del poder de la luz, mientras esta viaja por la fibra-
Dispersión cromática. Esparcimiento de los pulsos de luz mientras esta viaja por la fibra -
No linealidades. Efectos acumulativos producto de la interacción de la luz con el material por donde viaja, resultando en cambios en las ondas de la luz y la interacción entre estas.
Cada uno de estos efectos tiene varias causas, no todo lo cual afecta DWDM. La discusión en las secciones siguientes se dirige a aquellas causas que son relevantes a DWDM.
Atenuación
La atenuación en la fibra óptica es causada por factores intrínsecos, principalmente dispersión y la absorción, y por factores extrínsecos, incluyendo la tensión del proceso de la fabricación, el ambiente, y el doblamiento físico. La forma más común de dispersión, la dispersión de Rayleigh, es causada por pequeñas variaciones en la densidad de cristal cuando esto se enfría. Estas variaciones son más pequeñas que las longitudes de onda usadas y por lo tanto actúan como objetos dispersantes. La dispersión afecta longitudes de onda cortas más que longitudes de onda largas y limita el empleo de longitudes de onda debajo de 800 nm.
La atenuación debido a la absorción es causada por las propiedades intrínsecas del material mismo, las impurezas en el cristal, y cualquier defecto atómico en el cristal. Estas impurezas absorben la energía óptica, haciendo la luz hacerse más oscuras. Mientras la dispersión de Rayleigh es importante en longitudes de onda más cortas, la absorción intrínseca es un problema en longitudes de onda más largas y aumenta dramáticamente encima de 1700 nm. Sin embargo, la absorción debido a picos de agua introducidos en el proceso de fabricación de fibra está siendo eliminada en algunos nuevos tipos de fibra.
Dispersión
La dispersión es la extensión de pulsos de luz mientras ellos viajan la por la fibra. La dispersión causa la distorsión de la señal, que limita la amplitud de banda de la fibra.
Dos tipos generales de dispersión afectan sistemas DWDM. Uno de estos efectos, la dispersión cromática, es lineal mientras el otro, la dispersión de modo de polarización (PMD), es no lineal.
Dispersión cromática
La dispersión cromática ocurre porque longitudes de onda diferentes se propagan en velocidades diferentes. El efecto de dispersión cromática aumenta con el cuadrado de la tasa de transmisión. En la fibra monomodo, la dispersión cromática tiene dos componentes, la dispersión material y la dispersión de guía de ondas (waveguide).
La dispersión material ocurre cuando las longitudes de onda viajan en velocidades diferentes por el material. Una fuente luminosa, no importa que tan estrecha sea, emite varias longitudes de onda dentro de una gama. Así, cuando esta gama viaja de por un medio, cada longitud de onda individual llega a un tiempo diferente.
El segundo componente de dispersión cromática, dispersión waveguide, ocurre debido a los índices diferentes de refracción del corazón y el revestimiento de fibra. El índice eficaz de refracción varía con la longitud de onda así:
En longitudes de onda cortas, la luz bien es limitada dentro del corazón. Así el índice eficaz de refracción está cerca del índice de refracción del material principal.
En longitudes de onda medias, la luz se extiende ligeramente en el revestimiento. Esto disminuye el índice eficaz de refracción.
En longitudes de onda largas, la mayor parte de la luz se extiende en el revestimiento. Esto trae el índice eficaz de refracción muy cerca de él del revestimiento.
Aunque la dispersión cromática no sea generalmente un problema en velocidades debajo de OC-48 (2.488 Gbps), esta realmente aumenta con tasas de transmisión más altas debido a la anchura espectral requerida. Los nuevos tipos de fibras zero-dispersion-shifted, reducen enormemente estos efectos. El fenómeno también puede ser mitigado con compensadores de dispersión.
Solución:
General Terminal Interface devices (GTI),
Dispersión compensation fiber (DCF)
Dispersión compensation fiber braga Grating (FBG)
2-mode fiber
Electronic compensation
Dispersión de Modo de Polarización (PMD)
La mayor parte de fibras monomodo apoyan dos modos de polarización perpendiculares, uno vertical y uno horizontal. Como estos estados de polarización no son mantenidos, allí ocurre una interacción entre los pulsos que estropeando la señal.
La dispersión de modo de polarización (PMD) es causada por la ovalidad de la forma de la fibra como consecuencia del proceso de la fabricación o de tensiones externas. Como la tensión puede variar con el tiempo, PMD, a diferencia de la dispersión cromática, esta sujeta a cambiar en el tiempo. PMD no es generalmente un problema en velocidades debajo de OC-192 (10 Gbps).
Otros Efectos No lineales
Además de PMD, hay otros efectos no lineales. Como los efectos no lineales tienden a manifestarse cuando el poder óptico es muy alto, ellos se hacen importantes en DWDM.
Efectos lineales como la atenuación y la dispersión pueden ser compensados, pero los efectos no lineales se acumulan. Ellos son los mecanismos fundamentales restrictivos para la cantidad de datos que pueden ser transmitidos en la fibra óptica. Hay varios efectos no lineales pero el mas importante en DWDM es el four way mixing.
La mezcla de cuatro ondas (four way mixing) es causada por la naturaleza no lineal del índice de refracción de la fibra óptica. Interacciones no lineales entre canales de DWDM diferentes crean las bandas laterales que pueden causar la interferencia ínter canal.
El efecto del four way mixing es limitar la capacidad de los canales de un sistema DWDM. El four way mixing no puede ser eliminado filtrando, ópticamente o eléctricamente, y aumenta con la longitud de la fibra. Debido a su propensión para four way mixing, las fibras DSF son inadecuadas para usos DWDM. Esto incitó la invención de NZ-DSF, que aprovecha el hecho de que una pequeña cantidad de dispersión cromática puede ser usada para mitigar el four way mixing.
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