Comunicaciones por Fibra Óptica 2006

Transcripción

1 Tecnologías en dispositivos WDM Comunicaciones por Fibra Óptica 2006 Presentador: Miguel Olave Cáceres Profesor: Ricardo Olivares V.

2 Contenido Introducción y aspectos Generales Estandares Fuentes lásers Conectores Acopladores Aisladores Circuladores Filtros / Mux y Demux Amplificadores

3 Introducción La implementación de WDM se debe a la creación y perfeccionamiento de varios componentes pasivos y activos. Componentes adecuados para transportar en forma eficiente distintos canales en una fibra óptica. consiste en combinar varias longitudes de onda dentro de la misma fibra. Acontinuación se presentaran algunos dispositivos utilizados en redes de fibra optica

4 Aspectos Generales en Fibras WDM Posibilidad de transmitir diferentes portadoras ópticas independientes sobre la misma fibra. Se pueden Tx muchas longitudes de onda simultáneamente a través de una sola fibra, donde cada una de estas porta una información diferente. Conceptualmente el esquema de WDM es el mismo que el de FDM, pero como se trata de luz es más apropiado hablar de la longitud de onda de esta misma.

5 Separando... 2da ventana : λ=1310 [nm] λ={ }[nm] Bw=14 [Thz] 3ra ventana : λ=1550 nm Δλ={ }[nm] Bw=15[Thz] BW total=29 THz = c 2 Canales espaciados a: 200[GHz] (1.6[nm]) 100[GHz] (0.8[nm]) 50[GHz] (0.4[nm])

6 Separando... Wavelength Division Multiplexing: canales con separación de 0.8 ó 1.6 [nm] Dense Wavelength Division Multiplexing: canales con separación de 0.8 ó 0.4 [nm], en bandas C, S ( [nm] ) o L ( [nm])

7 Conceptos básicos Perdida de Insersión Es la variación de potencia entre la señal de entrada y la salida. Insertion loss (db) = -10lg (P out /P in ) minimizar Típicamente (0.1~1 db) Perdida de retorno Es la variación entre la potencia retornada y la de entrada ( high return loss low reflection). Return loss (db) = -10lg(P ref / P in ) maximizar Típicamente >= 60dB Input signals Reflected signals Component Output signals

8 Conceptos básicos Crosstalk Ocurre cuando la potencia del canal X se combina con la potencia del canal Y, y ésta es comparable con la potencia de X o Y. Crosstalk (db) =10lg(P X Y /P X ) Aislamiento Aislamiento(dB) = -10lg (P' X Y /P X Y ) Direction isolation = Return loss P X Channel X P X P Y X P Y P' X Y Channel Y P Y P X Y

10 Estandares IEEE El estándar para 10Gbit Ethernet es IEEE ae Especifica 10 Gigabit Ethernet a través deluso de la Subcapa de Control de Acceso al Medio (MAC) IEEE 802.3, por medio de Acceso Múltiplecon Detección de Portadora y Detección de Colisiones (CSMA/CD), conectada a través de unainterfaz Independientedel Medio Físico de 10 Gbps (XGMII) a una entidad de capa física tal como10gbase SR, 10GBASE LX4, 10GBASE LR, 10GBASE ER, 10GBASE SW, y 10GBASE EW,

11 10GBase-R Es la implementación más común de 10GBE y utiliza el método de codificación64b/66b, en el cual 8 octetos de datos se codifican (decodifican) en (de) blocks de 66 bits, los cuales son transferidos en forma serial al medio físico a una velocidad de 10 Gbps. 1octeto 1octeto... 1octeto = 64 bits + 2 bits 66 bits Son TX a 10Gbits

12 10GBASE W 10GBASE W es unaopción que, mediante el encapsulamiento de las tramas 10GBASE R en tramas compatibles con SONET y SDH, permite la conexión a la WAN.

13 10GBASE X utiliza el método de codificación 8B/10B, dividiendo las tramas de datos de 32 bits y 4 bits de control en 4 grupos de 10 bits que se transmiten en forma simultanea e independiente, cada uno a una velocidad de 2.5 Gbps, mediante Multiplexación por División de Largo de Onda (Wavelength División Multiplexed Lane, WDM). 32 bits + 4 bytes = 36 bits Se separan los 36 bits en 4 paquetes de8 bits 8 bits + 2 bits Paquetes de 10 bits transmitidos a 10Gbps 10 bits

14 Las letra S, L y E hacen referencia al largo de onda de operación (S=Short Wavelength Serial 850 nm, L=Long Wavelength Serial 1300/1310 nm, E=Extra Long Wavelength Serial 1550 nm). Cabe destacar que en ninguno de estos casos se hace referencia explícita a un tipo de medio físico (tipo de fibra óptica) específico.

16 Láser Fabry-Perot. Funciona en la segunda y tercera ventana, en conexiones de corta y media distancia. Ancho espectral: 3-20 nm VCSEL s lásers. Nueva estructura. Diferentes materiales semiconductores hacen de espejo por encima y debajo de la zona activa (Donde se produce la luz) Emisión monocromática. Muy alta eficiencia. Tamaño muy reducido.

17 Ejemplo de Laser en el mercado LFO-17-i. is a series of optical modules based on Mitsubishi 1310nm MQW InGaAsP/InP Fabry-Perot laser diode and coupled with multimode optical fiber Absolute maximum ratings: Laser diode Max. output power (mw) 3.0 Reverse voltage (V) 2.0 Monitor photodiode Reverse voltage (V) 10 Forward current (ma) 1.5 Environment Operating temperature range (ос) Storage temperature range (ос) Assembly Pin soldering temperature (ос) 200 Pin soldering time (sec) 3.0

18 LFO-17-i

20 ST Straight Tip mecanismo de sujeción en forma de bayoneta que fija la conexión al dar un cuarto de vuelta SC Subscription Channel Es de encaje directo de tipo Push Pull. LC Lucent Connector tiene un tamaño pequeño para aplicaciones de alta densidad, incorpora un único mecanismo de cierre generando estabilidad en el sistema de montaje en racks.

21 FC onectador óptico de la fibra con un cuerpo roscado que fue diseñado para el uso en ambientes de la alto-vibración. MTRJ es un conectador óptico de la fibra pequeña del forma-factor que se asemeja al conectador RJ-45 usado en redes de Ethernet.

22 Ejemplo de conector SCReal

24 Acopladores Cuando hay que distribuir la luz de una a varias fibras, se usa un acoplador. Este divide el foco luminoso en dos o más partes y las inyecta en las fibras correspondientes. Podemos hablar de dos familias de acopladores: Los acopladores en T o árbol distribuyen la señal de una a doso más fibras, mientras que los acopladores en estrella la distribuyen en varias fibras. Se plantean diversos problemas, debido a que se reduce la potencia óptica y de margen dinámico, pues la potencia necesaria para llegar a los destinos más lejanos puede ser excesiva para los más cercanos

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26 Algunos parametro importantes en Acopladores

27 Acopladores

28 Acopladores 1 4 或或

29 Contenido Introducción. Aspectos generales en Fibras WDM Estandares Fuentes lásers Conectores Acopladores Aisladores Circuladores Filtros Mux y Demux Integrados

30 Aisladores Función Sin Perdidas en un una orientación y alta perdida en la otra Remover la influencia del retorno óptico Clasificación Aisladores dependientes de la polarización Aisladores independientes de la polarización Requerimientos Baja Perdida de inserción Alto Aislamiento Baja PDL(Polarization dependent loss)

31 Aisladores por polarización Operación bajo el principio de polarización π/4 Light Input π/2 π/4 Reflected light

32 Estructura de una polarización independiente de la aislación óptica(hacia adelante) Glass tube GRIN lens Birefrigent Wedge Faraday rotator Birefrigent Wedge

33 Ailadores Estructura de una polarización independiente de la aislación óptica(hacia atrás)

34 Polarización independiente de la aislación optica

35 Ejemplo de Aislador

37 Circuladores Basados en aisladores. Se utilizan principalmente en aplicaciones Add/Drop. También para separar señales de propagación forward y backward >50 db Aplicaciones Trasmisión bidireccional en una fibra Usando circuladores en el puerto de tranmisión y recepcción OADM Optical Add/Drop Multiplexer Con circuladores + Fiber grating Compensador de dispersión

38 Ejemplo de Circulador

40 Filtros Ópticos Permiten seleccionar una o varias longitudes de onda de portadora (Canales). Existen Filtros sintonizables y fijos. Requieren de un mecanismo de selección de longitud de onda. Interferencia óptica Difracción

41 Propiedades de un buen filtro Amplio rango de selección. Crosstalk despreciable. Mecanismo de selección de canal rápido. Baja pérdida de inserción. Insensibilidad a la polarización. Estabilidad independiente del ambiente. Bajo costo de producción

42 Filtro Fabry-Perot Cavidad resonante de Fabry-Perot. Filtro de banda estrecha en WDM. Para sintonizar el filtro, se varía la distancia entre los espejos de la cavidad con un piezoeléctrico.

43 Filtro Fabry-Perot Frecuencia seleccionada. ng es el índice de refracción del material al interior de la cavidad. L es la distancia entre los espejos. Se produce interferencia constructiva en el canal seleccionado, destructiva en los otros casos.

44 Filtro Mach-Zehnder Basado en el interferó- metro Mach-Zehnder. Sintonización por cam- bios en el retardo. Principio de Operación: Cambio de fase por diferencia de caminos ópticos entre las ramas del interferómetro. (Cambio de longitud o índice de refracción)

45 Filtro Thin Film Consiste en una delgada capa de material dieléctrico. Esta capa mide unos pocos λ s y genera interferenciadestructiva en su interior, como una cavidad. Cada capa selecciona una longitud de onda.

46 Filtro Thin Film Consiste en una delgada capa de material dieléctrico. Esta capa mide unos pocos λ s y genera interferenciadestructiva en su interior, como una cavidad. Cada capa selecciona una longitud de onda.

47 WDM (Film Interference Filter) Configuración básica Input λ 1 λ 2 GRIN lens GRIN lens Transmitted λ 1 Reflected λ 2 Interference filter 47

48 WDM (Film Interference Filter) Principle of thin film interference filter Input λ 1 λ 2 Reflected λ 2 H L H L H H L H L H Transmitted λ 1 48

49 WDM (Film Interference Filter) DEMUX con 8 canales λ 1 λ 3 Input λ 1 ~λ 8 λ 5 λ 7 lens λ 2 λ 4 λ 6 λ 8 < nm/ o C 49

50 WDM (Fiber Grating) Operation of fiber grating filter Λ λ 1, λ 2. λ n λ 2. λ n λ 1 Good wavelength selection λ 1 =2n Λ 50

51 WDM (Fused Fiber Coupler) Multiplexaxión por cascada de acopladores -3dB -3dB 8:1-3dB 51

52 WDM (Fiber Grating) Fiber grating + Circulator λ 1, λ 2. λ n λ 2. λ n Fiber Grating λ 1 52

53 WDM (Fiber Grating) Fiber grating + acoplador λ 1, λ 2. λ n Isolator λ 2. λ n λ 1 53

54 Filtro FGB Ventajas: Bajas pérdidas Fácil acoplo a fibra Baja sensibilidad a la polarización Aplicaciones: Filtrado Funciones add/drop Compensación de la dispersión Ecualización de la ganancia en A.O.

55 Ejemplo de Multiplexor

57 Amplificadores WDM Amplificación en el dominio óptico. Deben tener ancho de banda adecuado.

58 EDFA - Erbium-doped fibre amplifier

59 Amplificadores ópticos EDFA: Problemas con ganancia no uniforme Entrada Salida

60 Se aplica un filtro ecualizador de ganancia. Se obtiene la siguiente señal de salida.

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62 Amplificador Raman Usan como base SRS. Tienen una gran ancho espectral de ganancia (sobre 6 Thz). Se pueden amplificar varios canales con la misma fuente de bombeo. Amplificación en ambos sentidos. Es preferible bombeo reverso respecto del directo (mejor SNR)