domingo, 25 de julio de 2010

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
C.I 1790172
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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
C.I 1793072
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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
C.I 17930172
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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
C.I 17930172
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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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Mejores fibras opticas con tierras raras

La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos. Es un hilo muy fino de material transparente, vidrio o material plástico, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente encapsulado en su interior y se propaga por el núcleo de la fibra con un ángulo de reflexión (en las paredes internas de este cilindro translúcido) por encima del ángulo límite de reflexión total, según la ley de Snell. La fuente de luz que genera la transmisión de los datos habitualmente es un láser o un LED. Las fibras se utilizan de manera generalizada en telecomunicaciones ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de un enlace vía radio o a través de un conductor físico. Son líneas de transmisión por excelencia al ser inmunes a las interferencias electromagnéticas. También se utilizan para redes locales donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión.

El haz láser viaja por el interior de la fibra óptica con la menor atenuación posible
Las fibras ópticas están siendo utilizadas en la construcción de la mayoría de las redes de cable del mundo y, por este motivo, han pasado a ser una parte esencial de la vida moderna. Para mantenerse al día con las demandas del público y el crecimiento exponencial de los usuarios de cualquier medio de telecomunicación (que exige cada vez mayor ancho de banda), los científicos están trabajando para mejorar los amplificadores ópticos utilizados en las cabeceras de transmisión que introducen en la fibra óptica las señales que viajarán largas distancias hasta el receptor de destino.

La investigación en el área de los amplificadores ópticos se centra en el hallazgo de un modelo eficaz de fibra de vidrio dopada con elementos de tierras raras. Los elementos tales como el iterbio y el erbio tienen la propiedad de amplificar las señales de luz cuando son excitados por un haz láser. Muchas combinaciones diferentes de elementos están siendo ensayadas para lograr optimizar los amplificadores que operan en bandas de frecuencia de comunicación. Sin embargo, la posibilidad de amplificar la señal de manera efectiva en esos iones de tierras raras dentro de la propia fibra óptica es un reto y requiere de materiales avanzados y una tecnología de fabricación muy específica y cuidada. Además, para ser de utilidad comercial, el vidrio utilizado en la construcción de la fibra óptica debe ser estable y debe tener pocas pérdidas de modo tal que necesite muy poca energía para impulsar las señales.

Los emisores láser son los más utilizados con fibras ópticas
Un tipo de vidrio experimental desarrollado por un equipo de la Universidad Politécnica de Dalian (China) y la City University (Hong Kong) resuelve algunos de estos problemas de fabricación. Los investigadores están ensayado con la incorporación de metales pesados y alcalinos o elementos alcalino-térreos como el plomo, bismuto, galio, litio, potasio y bario en un vidrio dopado con iones trivalentes de óxido de samario, elemento considerado dentro del grupo de las “tierras raras”. Entre cristales de óxido, la energía fonón máxima de estos materiales es casi la más baja. Sin duda alguna, esto puede inducir a una mejora evidente de la eficiencia cuántica de los iones de samario.

Durante las pruebas de laboratorio, se demostró que el cristal del samario permite circular con total libertad la energía infrarroja en una longitud de onda de los 1185 nanómetros (dentro de la ventana de la fibra óptica) en medio de otras longitudes de onda. Los resultados, publicados en el Journal of Applied Physics por el Instituto Americano de Física (AIP), indican que vale la pena estudiar la utilización del samario en los galatos (sales o ésteres de ácido gálico) empleados tanto en los diseños de fibras ópticas como en los propios emisores láser.

Las fibras ópticas han reemplazado al cobre en las grandes redes de datos
El samario es un elemento químico de símbolo Sm y número atómico 62. Es miembro del grupo de las tierras raras; es relativamente estable en el aire y se convierte en gas a los 150ºC. El óxido de samario es de color amarillo pálido y es muy soluble en la mayor parte de los ácidos, dando sales de tonalidad amarillo-topacio en solución. Las tierras raras se componen de mezcla de óxidos e hidróxidos de los elementos del bloque "F" de la tabla periódica de los elementos y van desde el lantano al lutecio, además de escandio e itrio.

Aunque la denominación "tierras raras" podría llevar a la conclusión de que se trata de elementos con escasa abundancia en la corteza terrestre, esto no es así. Algunos elementos como el cerio, el itrio y el neodimio son más abundantes que el plomo, y el tulio (el más escaso) es aún más abundante que el oro o el platino. El término "rara" surgió porque a principios del siglo XX, ante la dificultad de separar los elementos constituyentes de los minerales, éstos eran raramente utilizados para algo. El término "tierra" es una antigua denominación para los óxidos. Los elementos de este grupo se utilizan para fabricar imanes permanentes fuertes (ej. samario-cobalto o neodimio-hierro-boro), materiales superconductores, láser, etc.
Rafel vivas
C.I 1793172
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Sensores de fibra óptica

Las ventajas de los sensores de fibra óptica resuelven muchos de los inconvenientes presentados por los dispositivos de medida tradicionales. En el caso de la medida de voltaje y corriente, resultan especialmente interesantes características como el carácter dieléctrico de la fibra óptica y su inmunidad frente a la interferencia electromagnética, ya que eliminan la necesidad de incorporar complejos sistemas de aislamiento, que muchas veces incluyen sustancias peligrosas o contaminantes.

Esta tesis muestra una nueva concepción de sensores de fibra óptica de voltaje y corriente, para señales de corriente alterna y sistemas de alta tensión, cuya característica principal es la codificación en frecuencia de la medida. El tipo de codificación utilizado soluciona los problemas asociados con las múltiples causas que perturban la intensidad de la luz en un sistema de fibra óptica (como el envejecimiento de la fuente de luz o el desajuste de conectores), y que suelen afectar a los sensores codificados en amplitud.

En el desarrollo de los sistemas propuestos se ha tenido en cuenta su aplicación final en las redes de distribución de energía eléctrica.

La modulación de fase de una señal de luz que se propaga por una fibra óptica monomodo modifica las propiedades de su espectro en frecuencia. La información sobre la modulación de fase aplicada aparece como una codificación en frecuencia en su espectro, que podemos recuperar mediante un proceso de detección coherente. Una manera sencilla de realizar un procedimiento de detección homodina consiste en construir una configuración interferométrica Mach-Zehnder. Aunque los sensores presentados constituyen un interferómetro de este tipo, la medida se mantiene insensible a la deriva de fase o a los desajustes de polarización, gracias a las propiedades de la codificación utilizada. Además, la configuración Mach-Zehnder nos permite obtener de forma sencilla sensores que calculan ópticamente la suma y resta de señales, como comprobamos experimentalmente.

El punto esencial en que se sustenta esta nueva propuesta de sensor codificado en frecuencia es la posibilidad de emplear moduladores de fase de alta eficiencia y elevado rango dinámico controlados por voltaje o corriente, para conseguir así sensores de gran sensibilidad. Conseguimos este objetivo mediante la utilización de transductores formados por cerámicas piezoeléctricas y materiales magnetostrictivos, sobre los que bobinamos una gran longitud de fibra. Estos materiales experimentan una deformación cuando se les aplica un campo eléctrico o magnético respectivamente, generando una tensión mecánica en la fibra bobinada sobre ellos.

Hemos prestado una especial atención a los bobinados de fibra sobre tubos piezoeléctricos. De hecho, hemos desarrollado un modelo teórico sencillo que predice la modulación de fase generada en función de las características particulares de los tubos empleados, que ha sido verificado experimentalmente con los resultados obtenidos a partir de elementos de diferentes geometrías y tipos de material. En total, hemos bobinado treinta tubos piezoeléctricos. Por su parte, los sensores fundamentados en la magnetostricción están formados por núcleos de acero al silicio, de los empleados en los transformadores de medida de corriente.

Muchos de los bobinados sobre tubos piezoeléctricos contienen múltiples capas de fibra, incrementándose todavía más su eficiencia. La construcción de bobinados multicapa de gran calidad y eficiencia, sin pérdidas de luz significativas, ha sido posible gracias a una bobinadora semiautomática diseñada y construida por nosotros.

La memoria describe el trabajo de montaje de los diferentes conjuntos sensores y muestra las dos técnicas de calibración básica empleadas: la medida de la frecuencia media de modulación de la luz (mediante el recuento de las franjas de interferencia en un semiperíodo con un contador) y de su anchura espectral, utilizando un analizador de espectro eléctrico. También se estudian otros procedimientos para caracterizar los sensores construidos (curvas de histéresis y respuesta en frecuencia). Los diferentes resultados conseguidos verifican el comportamiento lineal y sin histéresis de los transductores piezoeléctricos, y el comportamiento no lineal y con una histéresis acusada de los transductores magnetostrictivos.

Esta tesis también aborda la estabilidad térmica de los sensores, relevante para la aplicación práctica de los sistemas que, al tener que trabajar a la intemperie, estarán sometidos a temperaturas que oscilan entre los –30 y los +70 ºC. Hemos identificado la contribución principal a la dependencia con la temperatura de la modulación de fase, que para tubos como los empleados proviene de la variación del coeficiente piezoeléctrico d31, frente a la que el resto de contribuciones resulta despreciable.

Hemos estudiado experimentalmente esta dependencia de la respuesta de nuestros dispositivos de medida con la temperatura. Con una cámara de temperatura hemos medido el comportamiento de sensores montados con cuatro tipos distintos de cerámicas piezoeléctricas, y de los núcleos magnéticos, y lo hemos comparado con las especificaciones aportadas por los fabricantes de esos materiales. Basándonos en estos resultados, proponemos y demostramos experimentalmente un método de compensación pasiva de la dependencia con la temperatura del sensor de voltaje, reduciéndola a una variación del ±1%. El método está basado en la utilización de materiales piezoeléctricos de opuesto coeficiente térmico. Asimismo, desarrollamos una propuesta de medida simultánea de la temperatura para corregir sus efectos en los datos de voltaje.

Finalmente, la forma específica de codificación del sensor nos facilita el desarrollo de métodos sencillos de decodificación de la salida del sistema, con el objetivo de poder medir tanto la amplitud de las señales de voltaje y corriente como su forma en función del tiempo. Con los programas informáticos que hemos implementado, demostramos la posibilidad de recuperación en tiempo real de las señales de excitación de los sensores de voltaje, tanto si son perfectamente sinusoidales como si se trata de señales realistas claramente inarmónicas, mientras que la histéresis y no linealidad de los materiales magnetostrictivos dificulta la aplicación de estos métodos al sensor de corriente.
Rafael Vivas
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Red de fibra óptica

Las redes de fibra óptica se emplean cada vez más en telecomunicación, debido a que las ondas de luz tienen una frecuencia alta y la capacidad de una señal para transportar información aumenta con la frecuencia.
En las redes de comunicaciones por fibra óptica se emplean sistemas de emisión láser. Aunque en los primeros tiempos de la fibra óptica se utilizaron también emisores LED, en el 2007 están prácticamente en desuso.

Aplicaciones
LAN de fibra son ampliamente utilizadas para comunicación a larga distancia, proporcionando conexiones transcontinentales y transoceánicas, ya que una ventaja de los sistemas de fibra óptica es la gran distancia que puede recorrer una señal antes de necesitar un repetidor o regenerador para recuperar su intensidad. En la actualidad, los repetidores de los sistemas de transmisión por fibra óptica están separados entre sí unos 100 km, frente a aproximadamente 1,5 km en los sistemas eléctricos. Los amplificadores ópticos recientemente desarrollados pueden aumentar todavía más esta distancia.
Una aplicación cada vez más extendida de la fibra óptica son las redes de área local, comúnmente abreviadas LAN, del idioma inglés Local Area Network. Las redes de área local están formadas por un conjunto de computadoras que pueden compartir datos, aplicaciones y recursos, por ejemplo impresoras. Las computadoras de una red de área local están separadas por distancias de hasta unos pocos kilómetros, y suelen usarse en oficinas o campus universitarios. Una LAN permite la transferencia rápida y eficaz de información entre un grupo de usuarios y reduce los costes de explotación. Este sistema aumenta el rendimiento de los equipos y permite fácilmente la incorporación a la red de nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes electroópticos y de óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de fibra.
Otros recursos informáticos conectados son las redes de área amplia o redes WAN y las centralitas particulares (PBX). Las WAN son similares a las LAN, pero conectan entre sí computadoras separadas por distancias mayores, situadas en distintos lugares, desde donde transmiten datos de corta duración empleados por la mayoría de las aplicaciones informáticas. Al momento de conectar las WAN, lo hacemos a través de sus interfaces seriales, para lo que a su vez se conectan los encaminadores con cada ordenador personal a través de los medios correspondientes (ethernet, red inalámbrica, etc.)

Rafael Vivas
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sábado, 26 de junio de 2010

Propiedades de transmisión de la fibra óptica

Las principales características de transmisión de las fibras ópticas son la atenuación, el ancho de banda, el diámetro de campo modal y la longitud de onda de corte.

Atenuación
Significa la disminución de potencia de la señal óptica, en proporción inversa a la longitud de fibra. La unidad utilizada para medir la atenuación en una fibra óptica es el decibel (dB).

A = 10 log P1 / P2

Donde:

P1 potencia de la luz a la entrada de la fibra

P2 potencia de la luz a la salida de la fibra

La atenuación de la fibra se expresa en dB/Km. Este valor significa la perdida de luz en un Km.

El desarrollo y la tecnología de fabricación de las fibras para conseguir menores coeficientes de atenuación se observa en el siguiente gráfico.


Los factores que influyen en la atenuación se pueden agrupar en dos.

Factores propios.- Podemos destacar fundamentalmente dos.

Las pérdidas por absorción del material de la fibra, son debido a impurezas tales como iónes metálicos, níquel variado (OH)- , etc. ya que absorben la luz y la convierten en calor. El vidrio ultrapuro usado para fabricar las fibras ópticas es aproximadamente 99.9999% puro. Aún así, las pérdidas por absorción entre 1 y 1000 dB/Km son típicas.

Las pérdidas por dispersión (esparcimiento) se manifiesta como reflexiones del material, debido a las irregularidades submicroscópicas ocasionadas durante el proceso de fabricación y cuando un rayo de luz se esta propagando choca contra estas impurezas y se dispersa y refleja.

Dentro de estas pérdidas tenemos

Pérdidas por difusión de Rayleigh (por fluctuaciones térmicas del índice de refracción).
Imperfecciones de la fibra, particularmente en la unión núcleo-revestimiento, variaciones geométricas del núcleo en el diámetro
Impurezas y burbujas en el núcleo (como superficie rugosa a λ pequeños)
Impurezas de materiales fluorescentes
Pérdidas de radiación debido a microcurvaturas, cambios repetitivos en el radio de curvatura del eje de la fibra

Factores externos.- El principal factor que afecta son las deformaciones mecánicas. Dentro de estas las más importantes son las curvaturas, esto conduce a la pérdida de luz por que algunos rayos no sufren la reflexión total y se escapan del núcleo.

Las curvas a las que son sometidas las fibras ópticas se pueden clasificar en macro curvaturas (radio del orden de 1cm o más) y micro curvaturas (el eje de la fibra se desplaza a lo sumo unas decenas de micra sobre una longitud de unos pocos milímetros)

OTDR
Para obtener una representación visual de las características de atenuación de una fibra óptica alo largo de toda su longitud se utiliza un reflectómetro óptico en el dominio en tiempo (OTDR). El OTDR dibuja esta característica en su pantalla de forma gráfica, mostrando las distancias sobre el eje X y la atenuación sobre el eje Y. A través de esta pantalla se puede determinar información tal como la atenuación de la fibra, las pérdidas en los empalmes, las pérdidas en los conectores y la localización de las anomalías.

El ensayo mediante el OTDR es el único método disponible para determinar la localización exacta de las roturas de la fibra óptica en una instalación de cable óptico ya instalado y cuyo recubrimiento externo no presenta anomalías visibles. Es el mejor método para localizar pérdidas motivadas por empalmes individuales, por conectores, o por cualquier anomalía en puntos concretos de la instalación de un sistema. Permite determinar si un empalme está dentro de las especificaciones o si se requiere rehacerla.

Cuando está operando el OTDR envía un corto impulso de luz a través de la fibra y mide el tiempo requerido para que los impulsos reflejados retornen de nuevo al OTDR. Conociendo el índice de refracción y el tiempo requerido para que lleguen las reflexiones, el OTDR calcula la distancia recorrida del impulso de la luz reflejada:


Ancho de Banda
Determina la capacidad de transmisión de información, considerando pulsos luminosos muy estrechos y separados en el tiempo. La capacidad viene limitada por una distorsión de la señal que resulta por ensanchamiento de los pulsos luminosos al transmitirse a lo largo de la fibra. Los factores que contribuyen dicho ensanchamiento son:

  • Dispersión intermodal
  • Dispersión intramodal

La dispersión es la propiedad física inherente de las fibras ópticas, que define el ancho de banda y la interferencia ínter simbólica (ISI).

Dispersión intermodal ó modal
Es causada por la diferencia en los tiempos de propagación de los rayos de luz que toman diferentes trayectorias por una fibra. Tiene lugar solo en las fibras multimodo, se puede reducir usando fibras de índice gradual y casi se elimina usando fibras monomodo de índice de escalón. Esta dispersión causa que un pulso de luz se recibe en el receptor ensanchado, como en la siguiente figura.



  • Dispersión intramodal
  • Del material
  • De la guía
  • Producto cruzado
  • La dispersión intramodal del material

La dispersión intramodal del material o cromática resulta por que a diferentes longitudes de onda de la luz se propagan a distintas velocidades de grupo a travéz de un medio dado (material de la fibra). Como en la práctica las fuentes de luz no son perfectamente monocromáticas, se ocasiona por esta causa un ensanchamiento de pulso recibido. Este efecto aparece en las fibras multimodo y monomodo. Esta dispersión cromática se puede eliminar usando una fuente monocromática tal como un diodo de inyección láser (ILD)

Dispersión intramodal de la guía de onda.

Es función del ancho de banda de la señal de información y la configuración de la guía generalmente es más pequeña que la anterior y se la puede despreciar.

Producto cruzado

Es pequeño y se desprecia excepto cuando no se desprecia el de la guía.

Diámetro de campo modal.- Da idea de la extensión de la mancha de luz del modo fundamental a la salida de la fibra. Su valor aumenta conforme la longitud de onda de la luz guiada es mayor, es de gran importancia en las características de la fibra monomodo. A partir de él se puede calcular posibles pérdidas en empalmes, pérdidas por microcurvaturas y dispersión cromática de la fibra.

Longitud de onda de corte.- La fibra óptica, llamada monomodo no guía un único rayo para todas las longitudes de onda. Solo a partir de una longitud de onda óptica se comporta como monomodo, para longitudes de onda por debajo de ese valor la fibra óptica guía varios rayos de luz y se comporta como multimodo. La longitud de onda en la que se produce la separación entre monomodo y multimodo para una fibra óptica se llama longitud de onda de corte.

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Empalmes y conexión de fibra óptica

Para la instalación de sistemas de fibra óptica es necesario utilizar técnicas y dispositivos de interconexión como empalmes y conectores.

Los conectores son dispositivos mecánicos utilizados para recoger la mayor cantidad de luz. Realizan la conexión del emisor y receptor óptico.

En caso de que los núcleos no se empalmen perfecta y uniformemente, una parte de la luz que sale de un núcleo no incide en el otro núcleo y se pierde. Por tanto las perdidas que se introducen por esta causa pueden constituir un factor muy importante en el diseño de sistemas de transmisión, particularmente en enlaces de telecomunicaciones de gran distancia.

Los empalmes son las uniones fijas para lograr continuidad en la fibra.

En las fibras monomodo los problemas de empalme se encuentran principalmente en su pequeño diámetro del núcleo Dn = 10μm, esto exige contar con equipos y mecanismos de alineamiento de las fibras con una mayor precisión.

Las pérdidas de acoplamiento se presentan en las uniones de:

Emisor óptico a fibra, conexiones de fibra a fibra y conexiones de fibra a fotodetector.

Las pérdidas de unión son causadas frecuente mente por una mala alineación lateral, mala alineación de separación, mala alineación angular, acabados de superficie imperfectos y diferencias ya sea entre núcleos o diferencia de índices, como los indicados en la figura.

Técnicas de empalme
Existen fundamentalmente 2 técnicas diferentes de empalme que se emplean para unir permanentemente entre sí fibras ópticas.

La primera es el empalme por fusión que actualmente se utiliza en gran escala, y la segunda el empalme mecánico.

Empalme por fusión
Se realiza fundiendo el núcleo, siguiendo las etapas de:

  • Preparación y corte de los extremos
  • Alineamiento de las fibras
  • Soldadura por fusión
  • Protección del empalme

Empalme mecánico
Este tipo de empalme se usa en el lugar de la instalación donde el desmontaje es frecuente, es importante que las caras del núcleo de la fibra óptica coincidan exactamente. Consta de un elemento de auto alineamiento y sujeción de las fibras y de un adhesivo adaptador de índice que fija los extremos de las fibras permanentemente.

Después de realizado el empalme de la fibra óptica se debe proteger con:

  • Manguitos metálicos
  • Manguitos termoretráctiles
  • Manguitos plásticos.

En todos los casos para el sellado del manguito se utiliza adhesivo o resina de secado rápido.


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Redes de fibra óptica

Las redes de fibra óptica se emplean cada vez más en telecomunicación, debido a que las ondas de luz tienen una frecuencia alta y la capacidad de una señal para transportar información aumenta con la frecuencia.

En las redes de comunicaciones por fibra óptica se emplean sistemas de emisión láser. Aunque en los primeros tiempos de la fibra óptica se utilizaron también emisores LED, en el 2007 están prácticamente en desuso.

LAN de fibra son ampliamente utilizadas para comunicación a larga distancia, proporcionando conexiones transcontinentales y transoceánicas, ya que una ventaja de los sistemas de fibra óptica es la gran distancia que puede recorrer una señal antes de necesitar un repetidor o regenerador para recuperar su intensidad. En la actualidad, los repetidores de los sistemas de transmisión por fibra óptica están separados entre sí unos 100 km, frente a aproximadamente 1,5 km en los sistemas eléctricos. Los amplificadores ópticos recientemente desarrollados pueden aumentar todavía más esta distancia.

Una aplicación cada vez más extendida de la fibra óptica son las redes de área local, comúnmente abreviadas LAN, del idioma inglés Local Area Network. Las redes de área local están formadas por un conjunto de computadoras que pueden compartir datos, aplicaciones y recursos, por ejemplo impresoras. Las computadoras de una red de área local están separadas por distancias de hasta unos pocos kilómetros, y suelen usarse en oficinas o campus universitarios. Una LAN permite la transferencia rápida y eficaz de información entre un grupo de usuarios y reduce los costes de explotación. Este sistema aumenta el rendimiento de los equipos y permite fácilmente la incorporación a la red de nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes electroópticos y de óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de fibra.

Otros recursos informáticos conectados son las redes de área amplia o redes WAN y las centralitas particulares (PBX). Las WAN son similares a las LAN, pero conectan entre sí computadoras separadas por distancias mayores, situadas en distintos lugares de datos de corta duración empleados por la mayoría de las aplicaciones informáticas. Al momento de conectar las WAN lo hacemos a través de sus intefaces seriales, mas luego para conectar router con pc a través de las interface ethernet.

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Fabricación de la Fibra óptica

Una vez obtenida mediante procesos químicos la materia de la fibra óptica, se pasa a su fabricación.Proceso continuo en el tiempo que básicamente se puede describir a través de tres etapas; la fabricación de la preforma, el estirado de esta y por último las pruebas y mediciones. Para la creación de la preforma existen cuatro procesos que son principalmente utilizados.
La etapa de fabricación de la preforma puede ser a través de alguno de los siguientes métodos:

M.C.V.D Modified Chemical Vapor Deposition
Fue desarrollado originalmente por Corning Glass y modificado por los Laboratorios Bell Telephone para su uso industrial. Utiliza un tubo de cuarzo puro de donde se parte y es depositado en su interior la mezcla de dióxido de silicio y aditivos de dopado en forma de capas concéntricas. A continuación en el proceso industrial se instala el tubo en un torno giratorio. El tubo es calentado hasta alcanzar una temperatura comprendida entre 1.400 °C y 1.600 °C mediante un quemador de hidrógeno y oxígeno.Al girar el torno el quemador comienza a desplazarse a lo largo del tubo. Por un extremo del tubo se introducen los aditivos de dopado, parte fundamental del proceso, ya que de la proporción de estos aditivos dependerá el perfil final del índice de refracción del núcleo.La deposición de las sucesivas capas se obtienen de las sucesivas pasadas del quemador, mientras el torno gira; quedando de esta forma sintezado el núcleo de la fibra óptica. La operación que resta es el colapso, se logra igualmente con el continuo desplazamiento del quemador, solo que ahora a una temperatura comprendida entre 1.700 °C y 1.800 °C. Precisamente es esta temperatura la que garantiza el ablandamiento del cuarzo, convirtiéndose así el tubo en el cilindro macizo que constituye la preforma. Las dimensiones de la preforma suelen ser de un metro de longitud útil y de un centímetro de diámetro exterior.

V.A.D Vapor Axial Deposition
Su funcionamiento se basa en la técnica desarrollada por la Nippon Telephone and Telegraph (N.T.T), muy utilizado en Japón por compañías dedicadas a la fabricación de fibras ópticas.La materia prima que utiliza es la misma que el metodo M.C.V.D, su diferencia con este radica, que en este último solamente se depositaba el núcleo, mientras que en este además del núcleo de la FO se deposita el revestimiento. Por esta razón debe cuidarse que en la zona de deposición axial o núcleo, se deposite más dióxido de germanio que en la periferia, lo que se logran a través de la introducción de los parámetros de diseño en el software que sirve de apoyo en el proceso de fabricación. A partir de un cilindro de vidrio auxiliar que sirve de soporte para la preforma, se inicia el proceso de creación de esta, depositándose ordenadamente los materiales, a partir del extremo del cilindro quedando así conformada la llamada "preforma porosa".Conforme su tasa de crecimiento se va desprendiendo del cilindro auxiliar de vidrio.El siguiente paso consiste en el colapsado, donde se somete la preforma porosa a una temperatura comprendida entre los 1.500 °C y 1.700 °C, lográndose así el reblandamiento del cuarzo.Quedando convertida la preforma porosa hueca en su interior en el cilindro macizo y transparente, mediante el cual se suele describir la preforma.
Entre sus ventajas, comparado con el método anterior (M.C.V.D) permite obtener preformas con mayor diámetro y mayor longitud a la vez que precisa un menor aporte energético.Como inconveniente se destaca como uno el de mayor cognotación, la sofisticación que requiere en equipo necesarios para su realización.

O.V.D Outside Vapor Deposition
Desarrollado por Corning Glass Work.Parte de una varilla de substrato cerámica y un quemador.En la llama del quemador son introducidos los cloruros vaporosos y esta caldea la varilla.A continuación se realiza el proceso denominado síntesis de la preforma, que consiste en el secado de la misma mediante cloro gaseoso y el correspondiente colapsado de forma análoga a los realizados con el método V.A.D, quedando así sintetizados el núcleo y revestimiento de la preforma.

Entre las Ventajas, es de citar que las tasas de deposición que se alcanzan son del orden de 4.3g / min, lo que representa una tasa de fabricación de FO de 5km / h, habiendo sido eliminadas las pérdidas iniciales en el paso de estirado de la preforma. También es posible la fabricación de fibras de muy baja atenuación y de gran calidad mediante la optimización en el proceso de secado, porque los perfiles así obtenidos son lisos y sin estructura anular reconocible.

P.C.V.D Plasma Chemical Vapor Deposition
Es desarrollado por Philips, se caracteriza por la obtención de perfiles lisos sin estructura anular reconocible.Su principio se basa en la oxidación de los cloruros de silicio y germanio, creando en estos un estado de plasma, seguido del proceso de deposición interior.

Estirado de la preforma
Sea cualquiera que se utilice de las técnicas que permiten la construcción de la preforma es de común a todas el proceso de estirado de esta.Consiste básicamente en la existencia de un horno tubular abierto, en cuyo interior se somete la preforma a una temperatura de 2.000 °C, logrando así el reblandamiento del cuarzo y quedando fijado el diámetro exterior de la FO. Este diámetro se ha de mantener constante mientras se aplica una tensión sobre la preforma, para lograr esto precisamente la constancia y uniformidad en la tensión de tracción y l ausencia de corrientes de convección en el interior del horno, son los factores que lo permiten. En este proceso se ha de cuidar que en la atmósfera interior del horno esté aislada de partículas provenientes del exterior para evitar que la superficie reblandecida de la FO pueda ser contaminada, o se puedan crear microfisuras, con la consecuente e inevitable rotura de la fibra.También es aquí donde se aplica a la fibra un material sintético, que generalmente es un polimerizado viscoso, el cual posibilita las elevadas velocidades de estirado, comprendidas entre 1m / sg y 3m / sg, conformándose así una capa uniforme sobre la fibra totalmente libre de burbujas e impurezas.Posterioremente se pasa al endureciemiento de la protección antes descrita quedando así la capa definitiva de polímero elástico.Esto se realiza habitualmente mediante procesos térmicos o a trávés de procesos de reacciones químicas mediante el empleo de radiaciones ultravioletas.

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Investigan nuevas recubrimientos nanométricas para sensores de fibra óptica

Pamplona. Una investigación sobre nuevos recubrimientos a escala micro y nanométrica y su aplicación en sensores de fibra óptica ha mostrado que éste es un campo con "un potencial enorme, ya que permite interactuar directamente con la materia a nivel molecular", según Carlos Ruiz Zamarreño.

Autor de la tesis doctoral "Contribución al desarrollo de sensores de fibra óptica basados en recubrimientos micro y nanoestructurados", presentada en la UPNA, Zamarreño destaca que se trata de un avance que permite "experimentar propiedades que sobrepasan los límites de la física tradicional, acercándose más al comportamiento físico-cuántico de la materia".

Describe así en su tesis interacciones que se producen al incidir una radiación electromagnética, como la luz, sobre esas estructuras ordenadas a escala nanométrica, lo que permite la aparición de efectos ópticos de gran interés en el desarrollo de nuevas aplicaciones.

En particular, el trabajo de la tesis se centra en la fabricación de recubrimientos nanoestructurados sobre fibra óptica, de manera que la luz que viaja a través de la guía-onda óptica pueda incidir directamente sobre estas estructuras.

"Se trata de una técnica utilizada frecuentemente para la fabricación de sensores, que pueden proporcionar la misma o mejor respuesta que muchos de los sensores convencionales", afirma el investigador en un comunicado enviado por la UPNA, en el que añade además que esta configuración en fibra presenta varias ventajas frente a los sensores electrónicos tradicionales.

Entre ellas cita la inmunidad a ruidos originados por campos electromagnéticos, la posibilidad de reemplazar las señales eléctricas por señales luminosas en ambientes peligrosos y altamente inflamables, el pequeño tamaño para su utilización en aplicaciones biomédicas, la gran capacidad de multiplexación (diferentes informaciones pueden compartir un mismo canal de comunicaciones) o la posibilidad de realizar medidas remotas y monitorización a muy largas distancias entre otras.

El despegue de esta tecnología también se ve potenciado por el desarrollo de dispositivos ópticos cada vez más baratos, como leds, láseres o espectrómetros de bajo coste, lo cual ha aumentado su uso en ámbitos en los que el coste económico es un factor determinante.

Las técnicas empleadas para la fabricación de los recubrimientos incluyen, entre otras, Layer-by-Layer, sol-gel o dip-coating, mediante las cuales se han obtenido dispositivos basados en diferentes principios de sensado, como fluorescencia, colorimetría, interferometría de luz blanca o resonancias electromagnéticas.

Ruiz Zamarreño completa su estudio teórico con la fabricación experimental y caracterización de sensores reales de pH y humedad basados en las técnicas descritas anteriormente, destacando los puntos fuertes y los inconvenientes que presenta cada uno de ellos.

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http://www.abc.es/agencias/noticia.asp?noticia=423745

Un sistema de fibra óptica capaz de imitar al cerebro

El Instituto de Física de Cantabria, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Cantabria (UC), acogieron la visita de investigadores europeos que trabajan en un sistema óptico que trata de imitar al cerebro a través del proyecto 'Phocus, towards a PHOtonic liquid state machine based on delay-CoUpled Systems' ('Hacia una máquina de estado líquido fotónico basada en sistemas acoplados con retraso temporal').

Financiado por la Comisión Europea, a través del Séptimo Programa Marco, y coordinado por la Universitat de las Islas Baleares, el proyecto tiene como objetivo principal el estudio de un nuevo sistema óptico capaz de imitar la forma en la que el cerebro procesa la información y cuyo objetivo es hacer ciertas tareas, como el reconocimiento de una imagen o una voz, de forma eficiente y rápida. La iniciativa se inició en enero de este año y durará hasta diciembre de 2012.

Organizado por el IFCA, el congreso reúne a veinte expertos en el campo de la fotónica, la neurociencia, la dinámica no lineal, los sistemas complejos y los sistemas electrónicos. Todos ellos trabajan, dentro de Phocus, en el diseño de un nuevo sistema óptico que imitará ciertas características de las redes neuronales con un conjunto de láseres de semiconductores acoplados (dispositivos que se emplean en los lectores de DVD o en los escáneres de los supermercados).

Mil veces más rápido

Ante un estímulo sensorial se generan una serie de corrientes eléctricas que viajan a través de las neuronas. En Phocus, la gran cantidad de neuronas que están implicadas en el procesamiento cerebral serán 'sustituidas' por aproximadamente una docena de láseres. Menos cantidad pero a mayor velocidad, porque frente al pulso neuronal que dura una milésima de segundo, el del láser es diez mil veces más rápido. El nuevo sistema, que también ayudará a hacer cálculos matemáticos, servirá para el reconocimiento o autenticidad de escrituras y para memorizar series temporales climatológicas y predecir su futuro, entre otras cosas.

En el proyecto, además del IFCA, participan la Universidad de las Islas Baleares, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas y otros centros internacionales como el Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt (Alemania), la Universidad de Franche-Comté (Francia), el Instituto para la Investigación del Impacto Climático de Potsdam (Alemania), y la Universidad Libre de Bruselas (Bélgica).

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http://www.eldiariomontanes.es/v/20100622/cultura/universidad-cantabria/sistema-fibra-optica-capaz-20100622.html

viernes, 25 de junio de 2010

Redes ópticas basadas en OCDMA

OCDMA es un claro ejemplo de extrapolación al dominio óptico de una tecnología ampliamente utilizada en los sistemas inalámbricos actuales. Concretamente, analizaremos su capacidad para aumentar el ancho de banda y mejorar la privacidad de las comunicaciones en redes de área local sobre fibra óptica.

Avances recientes en tecnologías tales como WDM y TDM han potenciado el despliegue de redes ópticas de alta velocidad en los entornos MAN y WAN. Sin embargo, las redes de área local se caracterizan por una serie de requisitos que no pueden cumplirse fácilmente por WDM y TDM. A su vez, los sistemas WDM y TDM imponen el uso de protocolos y hardware en los nodos de distribución que añaden complejidad y encarecen innecesariamente la red de área local. En un sistema de acceso TDMA, el volumen total de tráfico se encuentra limitado por el producto entre el número de usuarios y sus respectivas tasas de transmisión, puesto que sólo uno de ellos puede transmitir en un momento dado. Por ejemplo, si 100 usuarios desean transmitir a 1 Gbit/s, necesitaríamos un equipamiento capaz de sostener una capacidad de 100 Gbit/s. Adicionalmente, los sistemas TDMA muestran latencias significativas, dado que se requiere una gran coordinación desde el nodo central para asignar los slots de tiempo en que se permite transmitir a cada usuario. A diferencia de TDMA, un sistema de acceso WDMA permite transmitir a cada usuario a la tasa máxima del hardware de la red, puesto que cada canal se transmite sobre una longitud de onda reservada. Un sistema WDMA puede soportar fácilmente una capacidad de 1 Tbit/s, pero desafortunadamente, resulta difícil construir un sistema WDMA para un grupo de usuarios dinámico. En este caso, los canales de control y los esquemas de detección de colisiones requerirían una cantidad de ancho de banda significativa.

Afortunadamente existe una alternativa a los esquemas de acceso TDMA y WDMA, los sistemas OCDMA (optical code-division multiple access), los cuales no requieren ningún tipo de sistema de gestión del tiempo o la frecuencia. OCDMA funciona de forma asíncrona, sin un control centralizado, y además no se producen colisiones de paquetes. Como consecuencia de ello, los sistemas OCDMA se caracterizan por unas latencias inferiores a las de TDMA o WDMA. Adicionalmente, dado que no se necesita asignar de forma individualizada los slots de tiempo y frecuencia (longitud de onda) a cada usuario, se consigue una mejora de prestaciones con la multiplexación. En definitiva, los sistemas OCDMA son la mejor opción para el despliegue de redes ópticas de área local de alta velocidad. En este artículo describiremos los fundamentos básicos de los sistemas OCDMA y presentaremos algunas arquitecturas para su implementación práctica.

Códigos ortogonales

El funcionamiento de un sistema OCDMA se basa habitualmente en la utilización de técnicas de espectro ensanchado y códigos ortogonales, mediante los cuales se pueden discriminar las señales de datos de cada uno de los usuarios de la red. Básicamente, OCDMA es similar al esquema CDMA utilizado en radiofrecuencia, con la única particularidad de que utiliza unos códigos especiales. Sin lugar a dudas, las propiedades de dichos códigos determinan las características y prestaciones de la red. El esquema del sistema se muestra en la figura 1 para el caso particular de 2 usuarios. Como se puede ver, cada uno de ellos emplea un código distinto para codificar las señales a transmitir. Posteriormente, éstas se combinan y se transmiten sobre el mismo medio (fibra óptica). En recepción, las señales recibidas se discriminan empleando decodificadores basados en correlación, cada uno adaptado al código de un usuario concreto.

Red OCDMA de 2 usuarios.

Un código ortogonal es una familia de secuencias de datos con buenas propiedades de autocorrelación y de correlación cruzada. Éstos se definen para obtener un nivel máximo de autocorrelación (código del usuario, señal útil) y un nivel mínimo de correlación cruzada (códigos de otros usuarios, interferencias). Supongamos dos códigos representados por C1 = {0, 1, 4} (mod 13) y C2 = {0, 2, 7} (mod 13), es decir,
sendas secuencias de chips (0, 1) de longitud 13 y donde existen 3 chips a "1" en las posiciones indicadas. Dichos códigos y sus funciones de correlación se muestran en la figura 2. Se observa que la autocorrelación proporciona un nivel de salida máximo de amplitud 3, mientras que la correlación cruzada de ambos códigos siempre proporciona valores de amplitud 1 como máximo. Resulta pues sencillo discriminarlos colocando si
mplemente un detector de umbral ajustado a una amplitud de 2. De este modo, en el transmisor cada bit de información se codifica con una trama de 13 chips con el código correspondiente (C1 ó C2). En este caso, en el transmisor del Usuario 1 un bit "1" se codifica con la secuencia {0, 1, 4} (mod 13) donde cada chip a "1" representa un pulso óptico, mientras que un bit "0" se codifica con ausencia de pulsos ópticos. En recepción, la correlación de la secuencia de entrada con sendos códigos producirá pulsos ópticos por debajo del umbral,
excepto en el caso de que se haya transmitido un bit a "1" y coincida con el código empleado, obteniéndose un pulso óptico que superará el umbral. Esto permite que cada receptor pueda sintonizarse en código para recibir las señales de datos de un usuario determinado, evitando que la señal transmitida por otro usuario pueda causar interferencias. El proceso puede extenderse de forma similar para más de 2 usuarios.

Ejemplo de sendas secuencias de códigos de longitud 13, C1 = {0, 1, 4} y C2 = {0, 2, 7}, y sus funciones de autocorrelación y correlación cruzada.

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