Emisores y detectores de luz.
Los emisores y receptores de luz son dispositivos que se encuentran en lados opuestos de un sistema de transmisión óptico. Los emisores de luz son dispositivos que están del lado del transmisor y convierten señales eléctricas en pulsos de luz. Los detectores de luz hacen la función inversa de los emisores. Son dispositivos que están del lado del receptor que convierten pulsos de luz en señales ópticas.
Emisores
Los emisores de luz usados en un sistema óptico es un factor muy importante a considerar ya que estos pueden ser los elementos más costosos del sistema. Además sus características frecuentemente imponen una gran limitación en el desempeño final del enlace óptico.
En las redes ópticas se usan 2 tipos diferentes de dispositivos, los LEDs y los láser.
LED
Los LEDs generalmente se utilizan con fibra multi-modo y su capacidad de ancho de banda es relativamente pequeña, por el orden del Gb/s. Adicionalmente la luz que produces es muy ancha en el espectro como para ser usada en DWDM.
Láser
Los láser a diferencia de los LEDs tienen características de desempeño que se adaptan mejor a fibras mono-modo. Su luz es mas monocromática (menos ancha en el espectro), tiene mayor potencia que los LEDs y mayor capacidad de ancho de banda.
La siguiente figura muestra el principio de lanzar un láser en una fibra. El láser emite la señal hacia ambos lados del chip emisor, una señal va a la fibra y la otra a un foto-diodo que se encarga de monitorear la señal de salida del láser para poder hacer ajustes.
Entre los requerimientos de un láser tenemos longitud de onda precisa, espectro angosto, suficiente potencia y control de chirp (cambio de la frecuencia de la señal en el tiempo). Los láser semiconductores cumplen los 3 requerimientos iniciales, sin embargo el chirp puede verse afectado por el tipo de modulación que se utilice.
2 tipos de láser semiconductores son ampliamente usados, monolithic Fabry-Perot láser y distributed feedback láser (DFB). Este ultimo tipo de láser (DFB) se adapta muy bien para su uso en tecnologías DWDM debido a que emite luz que esta muy cerca de ser monocromática, tiene gran potencial en cuanto a ancho de banda, tiene una relación señal/ruido muy favorable y su linealidad es superior a los demás láser. Los DFB tienen frecuencias cercanas a los 1310 nm y 1520 a 1565 nm. Este último rango de longitudes de onda es compatible con los EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier). Existen otra gran cantidad de tipos de láser pero en su mayoría no son convenientes para ser usados con DWDM ya que su espectro es muy ancho, entre 100 y 200 GHz.
Detectores de luz
En el lado del receptor es necesario recuperar la señal transmitida a diferentes longitudes de onda. Debido a que los foto detectores son aparatos de banda ancha por naturaleza la señal óptica debe ser demultiplexada antes de llegar al detector.
Existen principalmente 2 tipos de foto detectores los positive-intrinsic-negative (PIN) photodiode y los avalanche photodiode (APD). Los PIN funcionan como los LEDs pero con funciones inversas, esto es, la luz es absorbida en vez de ser emitida y los fotones se convierten a electrones con una relación 1:1. APD son dispositivos similares a los PIN photodiodes pero con la diferencia de que tienen una ganancia de potencia debido a un proceso de amplificación. Un fotón libera varios electrones. Los foto diodos PIN son baratos y confiables mientras que los APD son más sensibles y precisos pero su funcionamiento se ve afectado por la temperatura. Sin embargo estos últimos pueden encontrar uso en sistemas con requerimientos especiales.
Amplificadores ópticos
Debido a la atenuación que sufre la señal cuando viaja por la fibra, la distancia que puede alcanzar la señal con potencia suficiente para ser detectada correctamente del lado del receptor esta limitada. Antes de la llegada de los amplificadores ópticos había que tener un amplificador por cada señal transmitida. Los amplificadores ópticas hicieron posible amplificar todas las señales de una sola vez si tener que hacer conversiones óptico-eléctrica-óptica (OEO).
Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA)
Los EDFA fue una tecnología clave en el desarrollo de los sistemas DWDM.
El erbio es un elemento terrestre que no es muy común que cuando es excitado emite luz alrededor de los 1540 nm (la longitud de onda de baja perdida usada en DWDM). La siguiente figura muestra el funcionamiento de un EDFA. Una señal débil entra en la fibra dopada con erbio, ahí un láser inyecta una luz a 980 o 1480 nm. Esta luz estimula los átomos de erbio que liberan su energía almacenada como luz adicional a 1550 nm. Este proceso continúa a lo largo de toda la fibra haciendo que la señal se vuelva más fuerte. Este proceso también añade ruido a la señal.
Los parámetros de importancia de un amplificador son la ganancia, uniformidad de la ganancia, el nivel de ruido y el poder de salida. Los EDFA típicos producen ganancias de 30 dB o más y tienen potencia de salida de +17 dB o más. De estos parámetros nombrados los más importantes son el nivel de ruido, que debe ser bajo y el gain flatness ya que todas las señales deben ser amplificadas uniformemente. La amplificación hecha por los EDFA es dependiente de la longitud de onda pero puede ser corregida con filtros.
El nivel de ruido debe ser bajo ya que el ruido, al igual que la señal, es amplificado. Este efecto es acumulativo y no puede ser filtrado. La relación señal/ruido es un factor limitante en el numero de amplificadores que pueden ser concatenados. En la práctica una señal puede viajar sin ser amplificada por 120 Km. A distancias mayores de 600 Km la hay que regenerar la señal, no basta solo con amplificarla. Los EDFA solo amplifican la señal y no realizan las funciones 3R (reshape, retime, retransmit). Los EDFA están disponibles para las bandas C y L.
Multiplexadores y demultiplexadores
Como las señales de los sistemas DWDM vienen de varias fuentes y van hacia una fibra, es necesario un mecanismo que permita combinar las señales. Esto es hecho por un multiplexador quien agarra las señales ópticas de diferentes fuentes y las junta en una sola señal. En el lado del recibidor el sistema debe ser capaz de descomponer la señal en sus componentes originales para que cada señal inicial pueda ser detectada. El proceso de demultiplexar debe ser realizado antes de que la señal sea detectada ya que los foto detectores son dispositivos de banda ancha y no pueden seleccionar una longitud específica de una señal multiplexada.
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