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

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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http://www.radioptica.com/ocdma/

Ley de Snell

La ley de Snell es una fórmula simple utilizada para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz (o cualquier onda electromagnética) con índice de refracción distinto. El nombre proviene de su descubridor, el matemático holandés Willebrord Snel van Royen (1580-1626). Le pusieron "Snell" debido a su apellido pero le pusieron dos "l" por su nombre Willebrord el cual lleva dos "l". La ley de snell es muy utilizada en muchos casos. La misma afirma que el producto del índice de refracción por el seno del ángulo de incidencia es constante para cualquier rayo de luz incidiendo sobre la superficie separatriz de dos medios. Aunque la ley de Snell fue formulada para explicar los fenómenos de refracción de la luz se puede aplicar a todo tipo de ondas atravesando una superficie de separación entre dos medios en los que la velocidad de propagación de la onda varíe.

Consideremos dos medios caracterizados por índices de refracción y separados por una superficie S. Los rayos de luz que atraviesen los dos medios se refractarán en la superficie variando su dirección de propagación dependiendo del radio entre los índices de refracción y .

Para un rayo luminoso con un ángulo de incidencia sobre el primer medio, ángulo entre la normal a la superficie y la dirección de propagación del rayo, tendremos que el rayo se propaga en el segundo medio con un ángulo de refracción cuyo valor se obtiene por medio de la ley de Snell.

n1sinθ1=n2sinθ2

Obsérvese que para el caso de θ1=0 (rayos incidentes de forma perpendicular a la superficie) los rayos refractados emergen con un ángulo θ2=0 para cualquier n1 y n2.

La simetría de la ley de Snell implica que las trayectorias de los rayos de luz son reversibles. Es decir, si un rayo incidente sobre la superficie de separación con un ángulo de incidencia θ1 se refracta sobre el medio con un ángulo de refracción θ2, entonces un rayo incidente en la dirección opuesta desde el medio 2 con un ángulo de incidencia θ2 se refracta sobre el medio 1 con un ángulo θ1.

Una regla cualitativa para determinar la dirección de la refracción es que el rayo en el medio de mayor índice de refracción se acerca siempre a la dirección de la normal a la superficie. La velocidad de la luz en el medio de mayor índice de refracción es siempre menor.

La ley de Snell se puede derivar a partir del principio de Fermat, que indica que la trayectoria de la luz es aquella en la que los rayos de luz necesitan menos tiempo para ir de un punto a otro. En una analogía clásica propuesta por el físico Richard Feynman, el área de un índice de refracción más bajo es substituida por una playa, el área de un índice de refracción más alto por el mar, y la manera más rápida para un socorrista en la playa de rescatar a una persona que se ahoga en el mar es recorrer su camino hasta ésta a través de una trayectoria que verifique la ley de Snell, es decir, recorriendo mayor espacio por el medio más rápido y menor en el medio más lento girando su trayectoria en la intersección entre ambos.

Un rayo de luz propagándose en un medio con índice de refracción incidiendo con un ángulo sobre una superficie sobre un medio de índice n2 con n1>n2 puede reflejarse totalmente en el interior del medio de mayor índice de refracción. Este fenómeno se conoce como reflexión interna total o ángulo límite y se produce para ángulos de incidencia θ1 mayores que un valor crítico cuyo valor es:

sinθc = n2/n1

En la ley de Snell:

n1sinθ1=n2sinθ2

si n1>n2, entonces θ2>θ1. Eso significa que cuando θ1 aumenta, θ2 llega a π/2 radianes (90°) antes que θ1. el rayo refractado (o transmitido) sale paralelo a la frontera. Si θ1 aumenta aún más, como θ2 no puede ser mayor que π/2, no hay transmisión al otro medio y la luz se refleja totalmente.

La reflexión es realmente total (100%) y sin pérdidas. Es decir, mejor que los espejos metálicos (plata, aluminio) que solo reflejan 96% de la potencia luminosa incidente.

Rafael Vivas C.I 17930172

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http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Snell