Fibras pticas con reticulado de Bragg

Fibras pticas

FIBRAS PTICAS CON REDES DE BRAGG1. INTRODUCCIN1.1 Mtodo de correccin de dispersin cromtica

2. FABRICACIN

3. CARACTERIZACIN

3.1 Medida del espectro de reflexin y transmisin

4. APLICACIONES

4.1 Multiplexadores y demultiplexadores de WDM

4.2 Filtros selectores de longitudes de onda

4.3 Sensores de temperatura

1. INTRODUCCINEn una fibra ptica con reticulado de Bragg se ha modificado el ncleo mediante una variacin peridica de ndices de refraccin, de modo que se presente una variacin senoidal segn el eje axial. Dicha variacin provoca un comportamiento especial en transmisin espectral.

Fig. 1. Esquema de una fibra ptica con red de Bragg

Las ondas con i (i=1,.,n) que entren por el extremo izquierdo se encuentran con el reticulado de Bragg que est establecido con = 2 n 2,( funcin de chirp o perodo de la red de difraccin) de modo que actan como cavidades resonantes para 2, produciendo una interferencia destructiva para 2 en el sentido de la propagacin, es decir, refleja toda la luz que entre en fase con las distancias entre las estructuras, mientras que para el resto de i (i=1,3,4,n) no afecta a su propagacin.La efectividad de las reflexiones conseguidas por este mtodo son cerca del 100%.

Se muestra la relacin de potencia de una onda con una distribucin continua de que se propaga por una fibra con red de Bragg.

Fig. 2. Distribucin de la potencia incidente, reflejada y transmitida.

La onda con = B (siendo B =2 neff ) se refleja.

La onda con B se transmite.Dado que en las fibras con red de Bragg, la longitud de onda que establece el reticulado es reflejada, es til emplear circuladores para obtener la onda filtrada.

Un circulador es un elemento de tres puertas, que permite que la luz que entra por el puerto uno salga por el dos y la que entra por el dos, salga por el tres.

Fig. 3. Circulador

Una de las caractersticas de las fibras con red de Bragg es la flexibilidad a la hora de conseguir diversas respuestas espectrales. Para ello se pueden modificar diversos parmetros fsicos de su estructura, como su longitud, apodizacin, chirp e ndice de refraccin.

Si el intervalo entre los diferentes ndices de refraccin de la red de Bragg no es constante, sino que el perodo de la red vara a lo largo de su eje axial, se llaman fibras con red chirp, con esto se consiguen anchuras de banda mayores.

Fig. 4. Fibra ptica con chirp

Por otro lado si el perodo de la red es el mismo, pero la variacin de ndice es diferente a lo largo de la fibra se llama red apodizada.1.1 Mtodo de correccin de dispersin cromtica

Normalmente para multiplexar y demultiplexar seales que utilizan multiplexado por divisin de longitud de onda (WDM) se emplean mtodos que producen dispersin cromtica de la seal luminosa que degrada la calidad de la misma.

Las fibras pticas presentan una dispersin cromtica, por lo que a lo largo del trayecto por la fibra, se producir ensanchamiento y deformacin del pulso luminoso transmitido.Al usar fibras pticas con redes de Bragg chirp se puede eliminar el problema de la dispersin cromtica.

En estas fibras, la frecuencia de variacin del ndice de refraccin cambia linealmente con la distancia. Como la longitud de onda reflejada es proporcional al perodo de variacin del ndice de refraccin, se logra que distintas longitudes de onda sean reflejadas en distintos puntos de la gua.

En la fig.6, la seal se propaga de izquierda a derecha, las longitudes de onda menores se reflejan al comienzo de la red, mientras que las longitudes de onda mayores son reflejadas al final, por lo que ambas recorren un camino diferente para reflejarse y por tanto adquieren distintos retardos. Esto se aprovecha para compensar la dispersin cromtica y algunas no linealidades que aparecen en la transmisin, de modo que las longitudes de onda que salen de las fibras, sufren una compresin del ancho de banda espectral con respecto al ancho de banda original.

Fig 5. Perfil de ndice de refraccin de una fibra con chirp.Fig. 6. Compensacin de la dispersin cromtica mediante fibra chirp y circulador

2. FABRICACIN

La base del grabado del reticulado en una fibra de Bragg es una fibra ptica fotosensible a la luz UV, la cual cambia permanentemente el ndice de refraccin en el ncleo de la fibra cuando se ilumina con luz lser UV.

El reticulado de la fibra ptica se realiza con cuarzo dopado con germanio, este material se ilumina con luz UV, la cual provoca en el ncleo de la fibra, la ruptura de los enlaces atmicos del cristal xido de silicio dopado con germanio.

Se usa un interfermetro de Talbot en el que dos haces crean un patrn de interferencia, cuya intensidad se modula sinusoidalmente a lo largo del eje axial y con una longitud determinada que cumple = 2 n produciendo una modulacin del ndice efectivo de refraccin a lo largo de una longitud establecida.

El perodo de la red es equivalente al perodo del patrn de iluminacin de la interferencia .

La longitud de onda de Bragg B es la longitud de onda de mxima reflexin en la fibra y est relacionada con el perodo del reticulado y el ndice de refraccin efectivo por la condicin de Bragg B = neff . La longitud de onda de Bragg se puede seleccionar cambiando el ngulo entre los haces que interfieren.

Fig.7: Mtodo de fabricacin de una fibra por reticulado de BraggLos mtodos de grabacin de redes con chirp ms extendidos son adaptaciones de las dos tcnicas bsicas para la grabacin de redes uniformes: el mtodo interferomtrico y el de la mscara de fase, ambos basados en la irradiacin de patrones peridicos de luz UV sobre fibra fotosensible.

3. CARACTERIZACINLas caractersticas de transferencia y reflexin en una fibra con red de Bragg son de gran importancia en muchas aplicaciones, adems de ser necesario conocer el tiempo que podr mantener dichas condiciones.Hay muchos factores que pueden afectar al buen funcionamiento de una fibra de Bragg, entre ellos la temperatura.

Por todo ello es importante caracterizarlas correctamente.3.1 Medida del espectro de reflexin y transmisin

El mtodo ms sensible para detectar redes es por reflexin, mostrando la seal en una analizar de espectro ptico.Un sistema bsico de anlisis de red de Bragg por reflexin y transmisin, es el siguiente:

Fig. 8. Sistema para medir el espectro de reflexin y transmisin de una fibra de Bragg

Cuando se realiza un grabado en la fibra, aparece un pico de reflexin para una determinada longitud de onda. A la vez, el espectro de transmisin no muestra variacin hasta que la reflectividad de la red alcance cierto porcentaje.A continuacin se muestran los espectros de reflexin y retardo de una fibra de Bragg con las condiciones indicadas en la table siguiente:

Fig. 9. Reflectividad

Fig. 10. Retardo

4. APLICACIONES

4.1 Multiplexadores y demultiplexadores de WDM

En caso de que se quieran separar diversas seales, en un receptor de WDM, se introducen varios circuladores los cuales van a permitir la extraccin de la longitud de onda deseada tal como se muestra a continuacin.

Fig. 11. Separador de seales WDM

4.2 Filtros selectores de longitudes de onda

Existen aplicaciones en las cuales se desea visualizar nicamente algunas componentes del espectro visible , para lo cual, se integran en una misma fibra varios reticulados correspondientes a las longitudes de onda a filtrar

Fig. 12. Separacin de longitudes de onda.

4.3 Sensores de temperatura

Dado que la longitud de onda de Bragg es sensible a la temperatura, pueden ser utilizadas como sensores.

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