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Componentes Pasivos
Clasificación según función:
– Conectores
– Acoplo entre fibras
– Componente de derivación (Acoplador)
– Multiplexor y demultiplexor de longitud de onda
– Filtro
– Aislador
– Atenuador
– Conmutador
– Otros
PRH
Conectores Comerciales
• Parámetros Característicos
• Tipos
• Contactos
PRH
1
Conectores de fibra óptica
Definición: Componente conectado un cable de fibra óptica o a una pieza de
un equipo para facilitar la interconexión /desconexión óptica frecuente.
Parámetros Característicos:
Parámetro
Condición de
Prueba
Pérdidas de
insercción
Mínim Típico Má Unida
o
x.
d
0,5 dB
- 30
dB
Pérdidas de retorno
Temperatura de
operación
Repetibilidad
-20
Después de
500 usos
60
ºC
+ 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
PRH
2
Reflexión de Fresnel
PE
n0
PT
n1
n1
PR
2
 n1 − n0 
P
 = R
r = 
PE
 n1 + n0 
Pérdidas = −10 log(1 − r )
• Pérdidas producidas por la luz reflejada en
el cambio de medio ⇒ Líquido adaptador
de índices.
PRH
Acoplador
Definición:
Componente pasivo (no selectivo en longitud de onda) con
tres o más puertos que comparten la potencia óptica entre sus
puertos de una forma previamente determinada sin realizar
ninguna amplificación, conmutación u otra modulación
activa. (13.1 CEI875-1)
Tipos más usuales:
Acoplador MxN
M
Acoplador en T
N
Estrella
PRH
3
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
Pexc = −10 log
• Pérdidas de exceso
Pe
∑ Pj
Pe = Pot. de entrada, j =1.....N todas las salidas
• Pérdidas de insercción
Pins = −10 log
Pi
Pj
i = entrada, j = salida
• Relación o coeficiente
de acoplo
• Directividad
Rr (%) =
D = 10 log
Pr
r = salida
∑ Pj
Pi
Pk
k , i = entradas
PRH
4
Filtros
Definición
Banda Ancha
Componente Pasivo utilizado para
modificar la radiación óptica que le
atraviesa, alterando la distribución
espectral (6.35 de CEI 1931-1)
Paso Bajo
a i c n a t i ms n a r T
Paso Alto
Parámetros característicos
• Pérdidas de insercción en la
banda de paso
• Aislamiento (mínimo 40 dB)
Banda Estrecha
• Reflectancia
•
Longitud de onda de operación
Notch
Longitud de onda
PRH
Multiplexor y Demultiplexor
Dispositivo de derivación selectivo en
longitud de onda (utilizado en sistemas
de transmisión WDM (wavelength
division multiplexing) en el que las
señales ópticas pueden transferirse entre
dos puertos predeterminados
dependiendo de la longitud de onda de
la señal. (6.51 de CEI 1931-1).
λ1
λn
λ
AO
D
E
M
U
X
Multiplexor: Dispositivo de derivación con dos o más puertos de entrada y un
puerto de salida en el que la señal luminosa en cada puerto de entrada se limita a
longitud de onda previamente seleccionada y la salida es la combinación de las
señales luminosas procedentes de los puertos de entrada. (6.52 de CEI 1931-1).
Demultiplexor: Dispositivo que lleva a cabo la operación inversa del
multiplexor, en el que la entrada es una señal óptica que comprende dos o más
longitudes de onda y la salida de cada puerto es una gama de longitudes de onda
preseleccionada distinta. (6.53 de CEI 1931-1).
PRH
5
Parámetros Característicos WDM
1
1
2
2
1
2
1
2
1
1
2
2
• Gama de longitudes de onda de
funcionamiento
• Pérdidas a la longitud de onda de
trabajo
• Diafonía o Telediafonia: Parte de
potencia óptica que sale por un
puerto a una longitud de onda no
deseada.
 Pj (λi )
FC j (λi ) = −10 log

 Pi (λi ) 
j≠i
PRH
Fabricación
Tecnologías:
Basados en la tecnología de
fabricación de:
• Dispositivos Todo-Fibra
•Acopladores selectivos en λ
• Óptica Integrada
•Red de Difracción
• Microóptica
•Red de Bragg
•Red de Difracción Periodo-Largo
• Fabry-Perot
• Mach-Zehnder
• Filtros Dieléctricos Multicapa
• Acusto-Óptico Sintonizable
PRH
6
Fabricación: Todo-Fibra
Fusionados
Se fabrican mediante la fusión y el
estirado de fibras ópticas.
Campo evanescente
Se pueden fabricar mediante técnicas
de:
– Pulido
– Ataque químico
PRH
Fabricación: Óptica Integrada
Inconvenientes
•Alineamiento a fibra crítico
•Fabricación complicada
•Dependencia con T
Ventajas:
•Posibilidad de sintonía
•Integración con otros componentes
•Diseño versátil
• Principio de funcionamiento
basado en:
– Campos evanescentes
– Interferencia modal
• Análisis similar a
dispositivos Todo-Fibra con
guías planas
PRH
7
Fabricación: Microóptica
Utilizan elementos como:
• Lentes
• Lentes GRIN
• Componentes dieléctricos
• Divisores de haz, etc
(a)
Dieléctrico
lentes
GRIN
(b)
PRH
Interferenciales y Red de Difracción
PRH
8
Comparación
Técnicas de Fabricación
Pérdidas (dB)
Directividad (dB)
Posibilidad de
Integración
Posibilidad de
MxN
Estabilidad
térmica
Robustez
Coste
Microópticos
0.5
30
Fusionado
< 0.5
> 50
Buena
Sí
Pobre
Sí
Buena
Poca
Medio
TODO-FIBRA
Evanescente
Químico
Pulido
<1
<1
> 40
> 50
Sí
No aconsejable
Muy Buena
Alta
Moderado
Integrados
<5
> 50
Media
Medio
Sí
Aceptable
Alta
Elevado
PRH
9
Filtro Fabry-Perot
•Principio de Operación: Cavidad resonante Fabry-Perot
•Fabricación (Todo-Fibra): Fibras terminadas en superficies semireflectantes, enfrentadas mediante un transductor piezoeléctrico.
•Posibilidad de sintonía: Variación de la distancia entre las caras
transversales de las fibras aplicando sobre el piezoeléctrico la tensión
adecuada.
•Aplicaciones: Filtro de banda estrecha en Sistemas WDM.
PRH
Interferómetro Mach-Zehnder (MZI)
E1
E3
E2
E4
•Fabricación (Óptica Integrada o Todo-Fibra): Conexión de dos
acopladores (2x2) con un retardo de fase en una de sus ramas.
•Principio de Operación: Cambio de fase por diferencia de caminos
ópticos entre las ramas del interferómetro. (Cambio de longitud o índice
de refracción)
•Posibilidad de sintonía: Mediante control de la diferencia de caminos
PRH
10
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 de
caminos 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 retardo
de fase en una de ellas.
PRH
11
AWG (Arrayed-waveguide Grating)
Fabricación: Dos acopladores en estrella unidos por un array de
guiaondas de distintas longitudes y curvaturas,
fabricados sobre un mismo substrato (SiO2/Si)
(GaAs/AlGaAs) (InGaAlAs/InP)
Aplicaciones: Multiplexor y demultiplexor de gran número de
canales separados del orden de pocos nm
Acoplador en estrella
NxM
Acoplador en estrella
MxN
PRH
WGR (Waveguide Gratings Routers)
•Fabricación similar a los AWG, con
acopladores planos con longitud focal
R y guías de longitud incremental
(L+∆L)
•Funcionamiento se basa en
interferometría (MZI)
•Aplicaciones: Multiplexor y
demultiplexor. “Encaminador” en
función de λ.
Potencia transmitida en un dispositivo
1x10 para dos puertos de salida
adyacentes.
PRH
12
Aislador
Definición:
Dispositivo óptico no recíproco destinado a bloquear la transmisión en una
dirección, presentando pérdidas de inserción mínimas en el sentido de
transmisión deseado.
Principio de operación:
Suelen basar su funcionamiento en el
bloqueo 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 los
sistemas que utilizan láseres y
amplificadores.
PRH
Circulador
Principio de funcionamiento: similar al aislador, excepto que
tienen múltiples puertos.
1
2
3
PRH
13
Atenuador
Definición:
Componente pasivo que produce
una atenuación controlada de la
señal en una línea de transmisión
de fibra óptica
Parámetros Característicos:
• Reflectancia (-40 dB)
• Pérdidas dependientes de la
Polarización
• Longitud de onda de operación
• Atenuación incremental (en
variables)
PRH
14
Red de Difracción de Bragg
• Una red de Bragg es una perturbación periódica en el
medio de propagación. En general se realiza mediante la
variación del índice de refracción del medio.
• Principio de operación: Interferencia de señales ópticas
originadas por una misma fuente, pero con un
desplazamiento de fase relativo diferente.
Los lóbulos laterales se
pueden suavizar diseñando la
red con una variación del
índice de refracción no
uniforme
PRH
Red de Bragg en fibra
• Principio de Funcionamiento: Reflexión de cierta longitud de
onda que depende de las características de la fibra y del periodo de
la 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 dos
haces UV
Aplicaciones:
Filtrado
Funciones add/drop
Compensación de la dispersión
Ecualización de la ganancia en A.O
Longitud de onda de Bragg
λ1 λB
PRH
λn
λ incidente
Ventajas:
Bajas pérdidas
Fácil acoplo a fibra
Baja sensibilidad a la polarización
λB = 2neffΛ
λ- λB
Λ, período de la red
λ1
λn
λB
15
Aplicación Red de Bragg en Fibra (I):
Filtro de banda estrecha
Fabricación:
Acoplador(2x2) Fusionado
con Redes de Bragg en
ambos puertos de salida
PRH
Aplicación Red de Bragg en Fibra (II):
Add/Drop
Aplicación: Fabricación de elementos ópticos de extracción
/inserción (add/drop)
PRH
16
Aplicación Red de Bragg en Fibra (III):
Compensación de la Dispersión
• Red de Bragg de periodo no constante + Circulador
PRH
Conmutador Óptico
Definición:
Componente pasivo con uno o más puertos que de forma selectiva
transmite, dirige o bloquea la potencia óptica en una línea de
transmisión de fibra óptica. (1.3.1 de CEI 876-1).
Conmutador realizado en
Óptica Integrada
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
PRH
17
Conmutador Óptico Espacial
Los Moduladores Espaciales de Luz (SLM) han abierto un
nuevo camino para la implementación de conmutadores,
interconexión óptica y, en general, para el procesamiento en
paralelo de la señal óptica.
PRH
OXC con MEMS (Micro-ElectroMechanical Systems)
18
Modulador
•Aplicaciones:
•Modulación externa de un láser con objeto de evitar cambios en la
frecuencia emitida (chirp) y partición modal.
•Principio de operación: Generalmente, modulación de la luz
por cambio en el índice de refracción.
•Tipos: Según el mecanismo utilizado para modular el índice de
refracción se pueden clasificar en dos tipos:
• Electro-ópticos (EO): Indice de refracción modulado por una
señal eléctrica.
•Acusto-ópticos (AO): Indice de refracción modulado por una
onda acústica.
PRH
Modulador Electro-óptico (I)
Óptica Integrada (LiNbO3)
Basado en un Interferómetro Mach-Zehnder
PRH
19
Modulador Electro-óptico (II)
SEED
Basado en las propiedades de
absorción de una estructura
de Pozo Cuántico Múltiple
(MQW)
PRH
20