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Compensación de la
Dispersión Cromática
utilizando pre-chirping
Jorge Antonio
Araya Araya
Introducción a la Dispersión
Cromática
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La dispersión cromática describe la tendencia para
diferentes longitudes de onda que viajan a diferentes
velocidades en una fibra. En longitudes onda donde la
dispersión cromática es alta, los pulsos ópticos tienden a
expandirse en el tiempo y provocar interferencia, lo cual
puede producir una inaceptable velocidad del bit,
bit, la figura
1 muestra como la dispersión cromática cambia con la
longitud de onda para tres diferentes tipos de fibra. La
dispersión cromática de una fibra consiste de dos
componentes – Material y Guía de OndaOnda- como se
muestra en la figura 2,
2, el componente material depende
de las características de dispersión de los dopantes y del
silicio de construcción. Estos materiales no ofrecen mucha
flexibilidad a ajustes significantes en la dispersión de la
fibra, así que ese esfuerzo se ha enfocado en alterar la
dispersión de guías de ondas de las fibras ópticas 2
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1
Gráfica de Dispersión Cromática
contra Longitud de Onda
(Figura 1)
2
Componentes de Dispersión de
los Materiales y Guías de Onda
(Figura 2)
3
2
Causas de Ensanchamiento de Pulsos
La dispersión en la fibra se produce ya que el índice de refracción
en una fibra óptica es depende de la longitud de onda. Debido a
esto, cuando se transmiten pulsos en una fibra, las componentes
con longitud de onda diferentes del pulso viajarán a velocidades
diferentes a lo largo de la fibra. Debido a esto resultará en un
pulso que se ensanchara lo que producirá una pérdida de datos.
En la figura de ve el caso cuando se opera en un rango de longitud
de onda 1550 nm, con una fibra óptica monomodo convencional
(G.652). La dispersión aquí es tal que los componentes azules
(frecuencias más altas / longitudes de onda más cortas) viajan a
mayor velocidad que las componentes
rojas.
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¿Que es Pre-Chirping?
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Es una técnica para variar
la frecuencia portadora o la
longitud de onda de un
transmisor usando un tipo
MachMach-Zender,
Zender, modulador
externo para mejorar la
forma de onda recibida
después de la transmisión
de fibra .La señal de prepreChirping se selecciona
según la combinación del
tipo de la fibra óptica,
longitud, y la energía
lanzada en la fibra .Tabla 2
demuestra los preprechirpings convenientes
para estas combinaciones.
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En la tabla 2 se asume que el nominal y el compensador
optimizado de la dispersión están utilizados juntos si está
requerido, generalmente hablando en la transmisión de fibra del
óptica de la alta energía, el positivo prepre-chirping es útil para
compensar para la degradación de la forma de onda causada por
modulación de fase (SPM) . SPM de la fase es chirping negativo en
la fibra óptica debido al efecto óptico de Kerr,
Kerr, que es un efecto
del no lineal de la fibra óptica.
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‹
Por otra parte, en una transmisión de fibra óptica de baja potencia
potencia
prepre-chirping teniendo la muestra opuesta a la del dispersión
cromática la fibra óptica que es utilizada es eficaz porque la
compresión del pulso se hace para cancelar el ensanchamiento
causado por la dispersión. Si un compensador cromático de
dispersión se utiliza en un sistema de baja potencia de la
transmisión de fibra óptica, la muestra del pulso de de la
dispersión cromática se podía considerar para ser la muestra de la
dispersión total de la fibra y del compensador de la dispersión. En
el diseño de una transmisión de 10 Gb/s.
Gb/s. optimizamos
generalmente el valor de prepre-chirping y del compensador de la
dispersión por numérico simulaciones no lineares.
Consecuentemente, podemos obtener una forma de onda casi nonodegradada, uniforme, por ejemplo, después de la transmisión
sobre varios cientos kilómetros de la fibra convencional del solo
solo
modo (SMF).
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Para el estudio siguiente este tipo de chirping será
será llamado
chirping positivo (la frecuencia portadora del pulso se incrementa
en la parte trasera). Como resultado de la dispersió
dispersión, un pulso
libre de chirping siempre será
será ensanchado. Un pulso con chirping,
chirping,
sin embargo, o puede ensancharse má
más aun que un pulso sin
chirping,
chirping, o puede ser comprimido inicialmente de tal forma que el
prepre-chirpimg cancela el chirping inducido por la dispersió
dispersión. Esto
dependerá
dependerá del signo del chirping.
chirping. Como se ha visto anteriormente,
cuando se opera en una fibra convencional en el rango de los
1550 nm es ventajoso el uso de pulsos con prepre-chirping negativo,
lo que quiere decir que las componentes rojos má
más lentos, será
serán
prepre-distribuí
distribuídos en la parte delantera del pulso mientras las
componentes azules las cuales son má
más rá
rápidos será
serán prepredistribuí
distribuídos en la parte trasera del pulso. Mientras la dispersió
dispersión de
la fibra influeye respecto al perfil temporal del pulso, es
importante notar que la anchura espectral permanece igual.
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Asumiremos que los pulsos, cuando ellos entran en la fibra tienen una
forma Gaussiana y ellos poseen un chirping lineal en la frecuencia
dado por:
 t2 
 ⋅ exp(iφ (t ) )
A(0, t ) = A0 exp −
 2T0 
donde
 t2 

 2T 2 
 0 
φ (t ) = −C 
La forma del pulso
(azul) y la frecuencia
de chirping ( ∂φ / ∂t ,
rojo).
T0 indica la mitad del ancho espectral en el punto de intensidad 1/e
(El ancho total a la mitad del máximo (FWHM) relaciona la anchura del
pulso con T0 como TFWHM=1,67T0 ), y C es el parámetro que describe
la magnitud de chirping. Cuando C = 0, se generan pulsos libres de
chirping.
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Es deseable que para cualquier anchura del pulso o dispersión, se
introduzca la longitud de dispersión, LD. Ésta simplemente es la
distancia sobre la que un pulso Gaussiano libre de chirping se
ensancharía por un factor de 2 = 1,41 , y es dado por LD=T02/β2.
donde es el parámetro de dispersión de la fibra. La anchura del pulso
después de la propagación puede ser ahora descrita como:
T ( L) = T0
(1 − CL / L D )2 + (L / L D )2
L=
C + 1 + 2C 2
1+ C2
LD
Cuando C=0 se tiene T(LD) = 2 T0
Si asumimos que el ensanchamiento aceptable para un pulso es
2 = 1,41 , uno encontrará que la opción mejor es C = 1 / 2 = 0,7 y este
correspondería a una mejora en distancia de transmisión (sobre el
caso libre de chirping) de un factor 1,41 (a 1,41LD ). Por supuesto, el
beneficio de este pre-chirping depende de un ensanchamiento
aceptable del pulso.
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Comparación del máximo ensanchamiento permitido respecto del
mejoramiento de LD
La curva de arriba (rojo) es el caso cuando el 100% del pulso se
ensancha ,la curva del medio (azul) corresponde al caso en que el
ensanchamiento del pulso es de 41%,, y la curva inferior (amarillo)
es el caso cuando sólo se permite que el 10% del pulso se ensanche.
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Mejoramiento relativo en veces dependiendo del ensanchamiento
permitido en los pulsos
Claramente el beneficio relativo del pre-chirping es claro cuando
los ensanchamientos permitidos de los pulsos son pequeños. Un
caso extremo sería cuando no es permitido ningún porcentaje de
ensanchamiento. El parámetro de chirping óptimo sería entonces
y
C = 1 y la distancia máxima de propagación es 1•LD
corresponde a una mejora infinita en comparación al caso libre de
chirping desde que ninguna distancia de la transmisión pudiera
lograrse entonces.
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Penalidad respecto a la distancia de transmisión con y sin
prepre-chirping
En forma general, duplicar la distancia de transmisión no es poco
realista, es decir, típicamente de 50 km a 100 km en fibra
convencional a 10 Gb/s es totalmente posible. Esto se muestra en la
figura en la cual se muestra la penalidad en la distancia de
transmisión para el caso con y sin el pre-chirping. Esto se muestra
para dos canales DWDM diferentes en azul y rojo.
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Para una fuente láser con pre-chirping, usando pulsos aproximadamente
Gaussianos, la anchura espectral se da por:
∆λ = ∆λ 0 ⋅ 1 + C 2
donde son los pulsos sin pre-chirping. Así, con un parámetro
de chirpimg C=0.7, se obtiene aproximadamente un 22% de
ensanchamiento espectral, en este caso ideal que asume
chirping lineal.
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Generación de pulsos con prepre-chirping
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Conclusiones
¾ PrePre-chirping es una técnica muy eficiente para extender las distancias
de transmisión significativamente.
¾ El parámetro de chirping óptimo está típicame
típicamente en el
el rango 0,50,5-0,9
dependiendo de los requisitos especíifcos.
especíifcos.
¾ La mejora relativa de usar el prepre-chirping depende del
ensanchamiento aceptable del pulso que va de 15% a un 140%
(ejemplos anteriores) con las mejoras más significativas cuando el
ensanchamiento permitido de los pulsos es pequeño.
pequeño
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Bibliografía
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Internet
http://magazine.fujitsu.com/us/vol35http://magazine.fujitsu.com/us/vol35-1/paper04.pdf
http://
www.elm.chalmers.se:16080/
:16080/fotonik
fotonik//fiber/l12dispcomp.
pdf
http://www.elm.chalmers.se
fiber/l12dispcomp.pdf
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Fin de la
Presentación
Jorge Antonio
Araya Araya
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