Amplificadores de fibra dopada

Amplificadores en fibra son amplificadores ópticos que usan fibra dopada, normalmente con tierras raras. Estos amplificadores necesitan de un bombeo externo con un láser de onda continua a una frecuencia óptica ligeramente superior a la que amplifican. Típicamente, las longitudes de onda de bombeo son 980 nm o 1480 nm y para obtener los mejores resultados en cuanto a ruido se refiere, debe realizarse en la misma dirección que la señal1 .

Un amplificador óptico es capaz de amplificar un conjunto de longitudes de onda (WDM, wavelength division multiplexing).

Amplificador de fibra dopada con Erbio (EDFA)

Diagrama esquemático de un amplificador de fibra dopada.

El amplificador de fibra dopada más común es el EDFA (del inglés, Erbium Doped Fiber Amplifier) que se basa en el dopaje con Erbio de una fibra óptica.

Algunas características típicas de los EDFAs comerciales son:

• Frecuencia de operación: bandas C y L (approx. de 1530 a 1605 nm).
• Para el funcionamiento en banda S (below 1480 nm) son necesarios otros dopantes.
• Baja figura de ruido (típicamente entre 3-6 dB).
• Ganancia entre (15-40 dB).
• Baja sensibilidad al estado de polarización de la luz de entrada.
• Máxima potencia de salida: 14-25 dBm.
• Ganancia interna: 25-50 dB.
• Variación de la ganancia: +/- 0,5 dB.
• Longitud de fibra dopada: 10-60 m para EDFAs de banda C y 50-300 m para los de banda L.
• Número de láseres de bombeo: 1-6.
• Longitud de onda de bombeo: 980 nm o 1480 nm2.
• Ruido predominante: ASE (Amplified Spontaneous Emission).

Amplificador óptico de semiconductor (Semiconductor optical amplifier, SOA)

Los amplificadores ópticos de semiconductor tienen una estructura similar a un láser Fabry-Perot salvo por la presencia de un antireflectante en los extremos. El antireflectante incluye un antireflection coating y una guía de onda cortada en ángulo para evitar que la estructura se comporte como un láser.

El amplificador óptico de semiconductor suele ser de pequeño tamaño y el bombeo se implementa de forma eléctrica. Podría ser menos caro que un EDFA y puede ser integrado con otros dispositivos (láseres, moduladores...).

Sin embargo, en la actualidad, las prestaciones no son tan buenas como las que presentan los EDFAs. Los SOAs presentan mayor factor de ruido, menos ganancia, son sensibles a la polarización, son muy no lineales cuando se operan a elevadas velocidades...

Su elevada no-linealidad hacen atractivos los SOAs para aplicaciones de procesado como la conmutación todo óptica o la conversión de longitud de onda. También se está estudiando su uso para implementar puertas lógicas.

Rafael Vivas

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Tecnologia PON

PON es una tecnología punto-multipunto. Todas las transmisiones en una red PON se realizan entre la unidad Óptica Terminal de Línea (OLT –Optical Line Terminal-), localizada en el nodo óptico o central y la Unidad Óptica de Usuario (ONU). Habitualmente la unidad OLT se interconecta con una red de transporte que recoge los flujos procedentes de varias OLTs y los encamina a la cabecera de la red. La unidad ONU se ubica en domicilio de usuario, configurando un esquema FTTH (fibra hasta el usuario, Fiber To The Home).

Existen varios tipos de topologías adecuadas para el acceso a red, incluyendo topologías en anillo (no muy habituales), árbol, árbol-rama y bus óptico lineal. Cada una de las bifurcaciones se consiguen encadenando divisores ópticos 1x2 o bien divisores 1xN.

En algunos casos, dependiendo de la criticidad del despliegue, a red de acceso puede requerir protección.

Todas las topologías PON utilizan monofibra para el despliegue. En canal descendente una PON es una red punto multipunto. El equipo OLT maneja la totalidad del ancho de banda que se reparte a los usuarios en intervalos temporales. En canal ascendente la PON es una red punto-a punto donde múltiples ONUs transmiten a un único OLT. Trabajando sobre monofibra, la manera de optimizar las transmisiones de los sentidos descendente y ascendente sin entremezclarse consiste en trabajar sobre longitudes de onda diferentes utilizando técnicas WDM (Wavelength Division Multiplexing). La mayoría de las implementaciones superponen dos longitudes de onda, una para la transmisión en sentido descendente (1290nm) y otra para la emisión a la cabecera (1310nm) –sentido ascendente-. La evolución de la tecnología óptica ha permitido miniaturizar los filtros ópticos necesarios para esta separación hasta llegar a integrarlos en los transceivers ópticos de los equipos de usuario. Se utilizan estas portadoras ópticas en segunda ventana (en lugar de trabajar en tercera ventana) para contener al máximo los costes de la optoelectrónica.

Al mismo tiempo las arquitecturas PON utilizan técnicas de multiplexión en tiempo TDMA para que en distintos instantes temporales determinados por el controlador de cabecera OLT, los equipos ONU puedan enviar su trama en canal ascendente. De manera equivalente el equipo de cabecera OLT también debe utilizar una técnica TDMA para enviar en diferentes slots temporales la información del canal descendente que selectivamente deberán recibir los equipos de usuario (ONU).

Las arquitecturas PON también han tenido que resolver otro aspecto importante: la dependencia de la potencia de transmisión del equipo OLT con la distancia a la que se encuentra el equipo ONU, que como se ha detallado anteriormente, puede variar hasta un máximo de 20Km. Evidentemente un equipo ONU muy cercano al OLT necesitará una menor potencia de su ráfaga para no saturar su fotodiodo. Los equipos muy lejanos necesitarán que su ráfaga temporal se transmita con una mayor potencia. Esta prestación también ha sido introducida recientemente en los transceptores ópticos PON, que han simplificado notablemente la electrónica anteriormente necesaria para actuar sobre un control de ganancia externo al transceptor. La nueva óptica miniaturiza, integra y simplifica el trabajo con ráfagas de diferente nivel de potencia.

Raael Vivas

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La fibra óptica podría sustituir al USB

Intel, que presentó a finales del año pasado esta tecnología capaz de unir dispositivos mediante cables ópticos, cree que Light Peak tomará el relevo de USB 3.0. Se espera poder unir todo tipo de dispositivos, como ordenadores, teléfonos móviles, discos duros o cámaras digitales, de la misma forma que ahora hace el USB.

Light Peak puede transferir datos a una velocidad de 10Gbps (una película en Blu-ray podría ser enviada en menos de medio minuto), mientras que la última versión de USB, 3.0, trabaja a 5Gbps. Además, Light Peak es una tecnología en desarrollo, por lo que podría llegar a aumentar su velocidad de transferencia de datos en diez veces durante la próxima década. Respecto a las conexiones, un único cable de fibra óptica podría sustituir a 50 de cobre.

No obstante, Intel cree que ambas tecnologías, USB y Light Peak, son complementarias, y en un futuro se espera que las dos coexistan en el mercado, incluso puede que implementadas en la misma plataforma.

Intel prevé que esta tecnología esté disponible a finales de este año y espera que sus socios empiecen a incluirla en sus productos el año próximo.

Rafael Vivas

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Presentan un sensor de fibra óptica que ayuda a prevenir el riesgo de derrumbe de los edificios y puentes.

El Instituto de Telecomunicaciones y Aplicaciones Multuimedia (iTEAM) y el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universidad Politécnica de Valencia han desarrollado un nuevo sensor de fibra óptica que ayudará a prevenir el riesgo de derrumbe de edificios, puentes y carreteras.

El sensor de fibra óptica ayudará a prevenir el riesgo de derrumbe de edificios. Foto: SINC.

Este dispositivo de encapsulado óptico, patentado por la UPV, es más barato, robusto y sencillo que los sensores que existen actualmente en el mercado e incorpora la más avanzada tecnología óptica. El desarrollo del nuevo sensor estuvo coordinado por los investigadores Salvador Sales (iTEAM) y Pedro Antonio Calderón (ICITECH).

Según apunta Salvador Sales, estos sensores ofrecen una información determinante sobre la “salud” de la estructura del edificio, avisando cuando empieza a deteriorarse su estructura, “por lo que resultan una herramienta de prevención de gran valor”, incide.

Insertados en las paredes, vigas o cualquier punto débil de un edificio, estos dispositivos registran toda la información sobre su estado de conservación y resistencia, permitiendo conocer de este modo la tensión que soporta, o lo que es lo mismo, saber si su estructura se está sobrecargando mucho y delimitar dónde se está produciendo dicha sobrecarga.

Asimismo, con estos dispositivos se ha demostrado, junto con el grupo de investigación del AIDICO, que es posible medir también el pH de los materiales constructivos. “Un cambio de pH en el hormigón indica si el material se está corroyendo, lo que provoca que su deterioro vaya a más. Por tanto, estos dispositivos nos ayudarán a actuar con mayor celeridad para garantizar la seguridad del edificio”, apunta Salvador Sales. El investigador del iTEAM destaca además que la fibra óptica permite una monitorización continuada –“incluso en segundos”- de unos y otros parámetros, y por tanto “un mayor control sobre el edificio”.

Otra de las aplicaciones posibles de estos sensores de fibra óptica sería para predecir un posible colapso y derrumbe de un puente. “Se trata de una estructura que, en un momento dado, y pudiendo estar provocado por múltiples causas, puede deteriorarse e incluso irse al suelo. Así, por ejemplo, en las riadas de hace dos años, los sensores fotónicos podrían haber ayudado a predecir ese riesgo en el puente”, asegura Sales.

Por último, el investigador del iTEAM apunta otro campo de aplicación: el sector espacial y aeronáutico. “Se puede colocar en el fuselaje del satélite, o en los aviones, para saber si dicho fuselaje se está agrietando. Estos sensores pueden medir la tensión y, si detecta alguna anomalía o riesgo, avisarnos de ello”, explica el profesor Salvador Sales.

Rafael Vivas

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La fibra óptica alumbra las temperaturas en productor de crudo pesado

Sistema permanente de vigilancia por fibra óptica para estimar la distribución del flujo de betún asfáltico y agua en un productor que usa el método de extracción.

En Canadá, el betún asfáltico de alta viscosidad está siendo extraído con éxito en arenas de crudo pesado usando una pareja de pozos especializados perforados por Total E&P Canadá.

Estos pozos, conocidos como SAGD o pozos de drenaje de gravedad asistido por vapor, han sido colocados horizontalmente a través de la Formación McMurray en el yacimiento Joslyn Field, Alberta.

Los pozos SAGD están emparejados, con un orificio horizontal de perforación para la inyección de vapor colocado por encima del pozo inferior productor. La vigilancia de la temperatura es crítica para el éxito de este proyecto de inyección de vapor.

En su intervención en la conferencia técnica y exposición anual de la Sociedad de Ingenieros de Petróleo (SPE) de 2006, el ingeniero de Schlumberger Brent Brough describió las características y capacidades de un sistema de fibra óptica para la vigilancia permanente instalado en el pozo productor. Este sistema de temperatura distribuida (DTS) proporciona lecturas de temperatura en cada contador del orificio del pozo. "Las mediciones DTS permitieron a la operadora estimar la distribución del flujo del betún asfáltico y del agua a lo largo de la longitud del intervalo de producción," manifestó Brough.

El método SAGD requiere la inyección de vapor en la parte superior del pozo horizontal, calentando así la formación en la zona de los alrededores de la formación y reduciendo la viscosidad del betún asfáltico. El betún asfáltico y el vapor condensado entonces fluyen descendiendo por gravedad hacia el pozo productor situado 5 metros por debajo del pozo inyector, y desde el cual son bombeados a la superficie.

La fibra óptica

El DTS fue instalado en un tubo de acero de ¼ de pulgada insertado dentro de una sarta de tubo bobinado en el pozo. La fibra óptica es bombeada al interior de este tubo de ¼ de pulgada, que se desplaza a lo largo de la longitud del intervalo del yacimiento del pozo horizontal productor. Una pulsación de luz láser es enviada por el interior de la fibra óptica, y los componentes de su retrodispersor, sensibles a las temperaturas, son procesados en la superficie para obtener las mediciones de temperatura. Las variaciones de temperatura efectúan el seguimiento del movimiento del fluido que pasa por el interior del orificio de perforación.

Antes de extraer fluidos del pozo inferior, vapor fue inyectado en ambos pozos durante varios meses, calentando el betún asfáltico entre el pozo inyector y el productor. Más adelante, la sarta del instrumento DTS y la bomba fueron instalados en el pozo inferior productor. Con la inyección continuada de vapor en el pozo superior, se consiguió producción por el pozo inferior. El DTS fue vital para comprender el rendimiento del pozo en estas arenas de crudo pesado, comentó Brough.

Agregó que "se comprobó que la temperatura entre los pozos inyector y productor, que determina la viscosidad del betún asfáltico, era el parámetro principal que controla el flujo en la región de estos pozos."

Rafael Vivas

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Cableado del backbone

El propósito del cableado del backbone es proporcionar interconexiones entre cuartos de entrada de servicios de edificio, cuartos de equipo y cuartos de telecomunicaciones. El cableado del backbone incluye la conexión vertical entre pisos en edificios de varios pisos. El cableado del backbone incluye medios de transmisión (cable), puntos principales e intermedios de conexión cruzada y terminaciones mecánicas. El cableado vertical realiza la interconexión entre los diferentes gabinetes de telecomunicaciones y entre estos y la sala de equipamiento. En este componente del sistema de cableado ya no resulta económico mantener la estructura general utilizada en el cableado horizontal, sino que es conveniente realizar instalaciones independientes para la telefonía y datos. Esto se ve reforzado por el hecho de que, si fuera necesario sustituir el backbone, ello se realiza con un costo relativamente bajo, y causando muy pocas molestias a los ocupantes del edificio. El backbone telefónico se realiza habitualmente con cable telefónico multipar. Para definir el backbone de datos es necesario tener en cuenta cuál será la disposición física del equipamiento. Normalmente, el tendido físico del backbone se realiza en forma de estrella, es decir, se interconectan los gabinetes con uno que se define como centro de la estrella, en donde se ubica el equipamiento electrónico más complejo.

El backbone de datos se puede implementar con cables UTP o con fibra óptica. En el caso de decidir utilizar UTP, el mismo será de categoría 5 y se dispondrá un número de cables desde cada gabinete al gabinete seleccionado como centro de estrella. Actualmente, la diferencia de costo provocada por la utilización de fibra óptica se ve compensada por la mayor flexibilidad y posibilidad de crecimiento que brinda esta tecnología. Se construye el backbone llevando un cable de fibra desde cada gabinete al gabinete centro de la estrella. Si bien para una configuración mínima ethernet basta con utilizar cable de 2 fibras, resulta conveniente utilizar cable con mayor cantidad de fibra ( 6 a 12 ) ya que la diferencia de costos no es importante y se posibilita por una parte disponer de conductores de reserva para el caso de falla de algunos, y por otra parte, la utilización en el futuro de otras topologías que requieren más conductores, como FDDI o sistemas resistentes a fallas. La norma EIA/TIA 568 prevé la ubicación de la transmisión de cableado vertical a horizontal, y la ubicación de los dispositivos necesarios para lograrla, en habitaciones independientes con puerta destinada a tal fin, ubicadas por lo menos una por piso, denominadas armarios de telecomunicaciones. Se utilizan habitualmente gabinetes estándar de 19 pulgadas de ancho, con puertas, de aproximadamente 50 cm de profundidad y de una altura entre 1.5 y 2 metros. En dichos gabinetes se dispone generalmente de las siguientes secciones: Acometida de los puestos de trabajo: 2 cables UTP llegan desde cada puesto de trabajo. Acometida del backbone telefónico: cable multipar que puede determinar en regletas de conexión o en “patch panels”. Acometida del backbone de datos: cables de fibra óptica que se llevan a una bandeja de conexión adecuada. Electrónica de la red de datos: Hubs, Switches, Breidges y otros dispositivos necesarios. Alimentación eléctrica para dichos dispositivos. Iluminación interna para facilitar la realización de trabajos en el gabinete. Ventilación a fin de mantener la temperatura interna dentro de límites aceptables.

Rafael Vivas

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OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)

Un OTDR es un reflectómetro óptico en el dominio tiempo. Es un instrumento de medición que envía pulsos de luz, a la l deseada (ejemplo 3ra ventana:1550 nm), para luego medir sus “ecos”, o el tiempo que tarda en recibir una reflexión producida a lo largo de la FO.

Estos resultados, luego de ser promediadas las muestras tomadas, se grafican en una pantalla donde se muestra el nivel de señal en función de la distancia.

Luego se podrán medir atenuaciones de los diferentes tramos, atenuación de empalmes y conectores, atenuación entre dos puntos, etc.

También se utiliza para medir la distancia a la que se produjo un corte, o la distancia total de un enlace, o para identificar una fibra dándole una curvatura para generar una fuga y observando en la pantalla del OTDR ver si la curva se “cae”.

OTDR Hewlett Packard y bobina fantasma

OTDR EXFO FTB7000

OTDR Tektronix NetTek

Parámetros de medición:

• Indice de refracción
• Ancho de pulso
• Rango de medición en Km
• l (longitud de onda)
• Cantidad de muestras
• Monomodo, multimodo, etc.

Mediciones de:

• Atenuación entre 2 puntos
• Pérdida en empalme
• Pérdida de retorno
• Atenuación por tramo
• Distancias a empalmes, cortes, tramos, etc

OTDR Tektronix NetTek

• Plataforma PC / Windows CE
• Pantalla sensible al tacto
• Optimización automática de los parámetros de testeo
• Umbrales de medición preprogramados (valor mínimo al cual se considerará un evento)
• Módulos de potencia (hasta 4 de 9 disponibles)
• Hasta 200 km de alcance (rango de medición)
• Tabla de eventos (conector, empalme, tramo)
• Puerto de impresora, puerto serie, puerto para teclado, disquetera
• Puertos PCMCIA
• Batería de hasta 8 hs de duración
• Software para PC para reveer las curvas o exportar reportes a diversos formatos
• Puede realizarse una medición directa con el ajuste automático o pueden ajustarse los parámetros manualmente.

Rafaael Vivas

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