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Tecnologías en dispositivos WDM
Comunicaciones por Fibra Óptica 2006
Presentador:Miguel Olave Cáceres
Profesor:Ricardo Olivares V.
ContenidoIntroducción y aspectos GeneralesEstandaresFuentes lásersConectores AcopladoresAisladoresCirculadoresFiltros / Mux y DemuxAmplificadores
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
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.
Separando...
Canales espaciados a: ● 200[GHz] (1.6[nm])● 100[GHz] (0.8[nm]) ● 50[GHz] (0.4[nm])
● 2da ventana : λ=1310 [nm]● λ={1270-1350}[nm] ● Bw=14 [Thz]●
● 3ra ventana : λ=1550 nm ● Δλ={1480-1600}[nm]● Bw=15[Thz]
● BW total=29 THz
= c2 ∣∣
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 (1460-1530 [nm] ) o L (1565-1625 [nm])
Conceptos básicos Perdida de Insersión
– Es la variación de potencia entre la señal de entrada y la salida.
– Insertion loss (dB) = -10lg(Pout/Pin) minimizar Típicamente (0.1~1 dB)
Component
Input signals
Reflected signals
Output signals
– Perdida de retorno Es la variación entre la potencia
retornada y la de entrada ( high return loss → low reflection). Return loss (dB) = -10lg(Pref / Pin)
– maximizar– Típicamente >= 60dB
Conceptos básicos
Channel X PX
PY
PX PY→X
PY PX→Y
– Aislamiento Aislamiento(dB) = -10lg
(P'X→Y/PX→Y)– Direction isolation = Return
loss
– Crosstalk Ocurre cuando la potencia del
canal X se combina con la po-tencia del canal Y, y ésta es comparable con la potencia de X o Y.
Crosstalk (dB) =10lg(PX→Y/PX)
Channel YP'X→Y
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Estandares IEEE● El estándar para 10Gbit Ethernet es IEEE
802.3 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,
10GBase-REs 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.
+ 2 bits
66 bitsSon TX a 10Gbits
...1octeto 1octeto 1octeto = 64 bits
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.
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
8 bits + 2 bitsSe separan los 36 bits en 4 paquetes de8 bits
10 bitsPaquetes de 10 bits transmitidos a 10Gbps
● 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.
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• 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 semi-
conductores hacen de es-pejo por encima y debajo de la zona activa (Donde se produce la luz)
• Emisión monocromática.• Muy alta eficiencia.• Tamaño muy reducido.
Ejemplo de Laser en el mercadohttp://www.roithner-laser.com/fiber.htm
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 fiberAbsolute maximum ratings:Laser diodeMax. output power (mW) 3.0Reverse voltage (V) 2.0Monitor photodiodeReverse voltage (V) 10Forward current (mA) 1.5EnvironmentOperating temperature range (оС) -40..+55Storage temperature range (оС) -40..+70AssemblyPin soldering temperature (оС) 200Pin soldering time (sec) 3.0
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● 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.
● 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.
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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
Contenido
Introducción.Aspectos generales en Fibras WDMEstandaresFuentes lásersConectores AcopladoresAisladoresCirculadoresFiltrosMux y DemuxIntegrados
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)
Aisladores por polarización● Operación bajo el principio de polarización
Light Input
Reflected light
π/4
π/4π/2
● Estructura de una polarización independiente de la aislación óptica(hacia adelante)
Glass tube
GRIN lens Birefrigent
Wedge
Faraday rotator
Birefrigent Wedge
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Circuladores● Basados en aisladores.Basados en aisladores.● Se utilizan principalmente en aplicaciones Se utilizan principalmente en aplicaciones
Add/Drop.Add/Drop.● También para separar señales de propagación También para separar señales de propagación
forward y forward y backward >50 dBbackward >50 dB● AplicacionesAplicaciones
– 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
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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
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
Filtro Fabry-Perot
Cavidad resonante Cavidad resonante de Fabry-Perot.de Fabry-Perot.
Filtro de banda Filtro de banda estrecha en WDM.estrecha en WDM.
Para sintonizar el filtro, se varía la distancia entre los espejos de la cavidad con un piezoeléctrico.
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.
Filtro Mach-Zehnder Basado en el interferóBasado en el interferó--
metro Mach-Zehnder.metro Mach-Zehnder. Sintonización por camSintonización por cam--
bios en el retardo.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)
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.
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.
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WDM (Film Interference Filter)● Configuración básica
Input λ1 λ2
Reflected λ2
Transmitted λ1
GRIN lens GRIN lens
Interference filter
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WDM (Film Interference Filter) ● Principle of thin film interference filter
Input λ1λ2
HLHLHHLHLH
Reflected λ2
Transmitted λ1
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WDM (Film Interference Filter)● DEMUX con 8 canales
λ7Input λ1 ~λ8
λ1
λ3λ5
λ8
λ6
λ4
λ2
lens
< 0.004 nm/o C
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WDM (Fiber Grating)● Operation of fiber grating filter
λ1, λ2 …. λn
λ1
λ2 …. λn
λ 1 =2n Λ
Good wavelength selection
Λ
Filtro FGB
Ventajas:• Bajas pérdidas• Fácil acoplo a fibra• Baja sensibilidad a la polarización
Aplicaciones:• Filtrado• Funciones add/drop• Compensación de la dis-persión• Ecualización de la ganan-cia en A.O.
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