fibra optica amplificadores

Trabajo de Práctico de Investigación Nº Autor: Guillen, MatíasAMPLIFICADORES DE FIBRA ÓPTICA 6to 1ra – Grupo Nº 2

ELECTRÓNICA APLICADA IIIELECTRÓNICA APLICADA III

AMPLIFICADORES DE FIBRA ÓPTICA

Introducción:

Cuando una señal se propaga por la fibra óptica se necesitan emplear regeneradores para amplificar la señal debido a los efectos de la atenuación y la dispersión, así como de la longitud máxima permitida para la fibra entre transmisor y receptor, que no alcanza para cubrir todo la distancia del enlace.

Al principio se empleaban regeneradores o repetidores electrónicos. Estos realizan una conversión de la señal del dominio óptico al eléctrico, amplifican la señal eléctrica, la resincronización, recuperan su forma y realizan una conversión del dominio eléctrico al óptico. Atendiendo al procesado que se efectúa sobre una señal, los regeneradores se clasifican en tres tipos, como se muestra en la figura:

1R, Regeneración. Amplificación de la señal. Son por tanto transparentes al formato de la modulación y se pueden aplicar a señales analógicas. Contra, añaden ruido y no contrarrestan los efectos de la dispersión y de las no linealidades.

2R, Regeneración & Reshaping. Además de amplificar, se recupera de la forma de la señal. Por tanto sólo son aptos para señales digitales.

3R, Regeneración, Reshaping & Reclocking. Además de amplificar y regenerar la señal, la sincroniza. Este tipo de regeneradores cancela los efectos de las no linealidades y de la dispersión.

Fig.2.8.1.: Ondas a la salida de los diferentes de tipos de regeneradores

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Estos regeneradores que actúan en el dominio eléctrico no son adecuados cuando se trabaja con sistemas con varias longitudes de onda y de alta velocidad, además de ser caros y complejos debido al uso de electrónica de alta frecuencia. Por ello surgen los amplificadores ópticos.

Los amplificadores ópticos:

Estos dispositivos generan una réplica de la señal de entrada pero con mayor nivel de potencia, operando completamente en el dominio óptico. Además pueden emplearse en otros procesos como la conmutación, la demultiplexación, o bien en la conversión de longitud de onda, aprovechando su comportamiento no lineal.

Las ventajas de estos dispositivos frente a los regeneradores:

Funcionamiento independiente del tipo de modulación de la señal. Tiene un amplio ancho de banda, por lo que amplifica varias longitudes de onda

simultáneamente. Mayor simplicidad y por tanto menor probabilidad de fallos y menor coste que los

regeneradores. Permiten emplear reflectómetros ópticos para el testeo y supervisión de las líneas de

fibra óptica. Pueden ser integrados.

Las limitaciones más importantes que supone su empleo son:

Introducen un ruido adicional que es amplificado junto con la señal. Al no regenerar la señal se produce un efecto acumulativo de la dispersión. Su ancho de banda es finito por lo que limita el número de canales en los sistemas

WDM. Su ganancia no es uniforme en todo el rango de amplificación, por lo que debe ser

ecualizada.

Introducción histórica:

El fenómeno físico responsable de la amplificación es la emisión estimulada, que fue introducida por Albert Einstein en 1917. A diferencia de lo que ocurre con la emisión espontánea, que se reparte por igual en todas las direcciones del espacio, la emisión estimulada solamente tiene lugar en la misma dirección y sentido del haz de luz estimulador. Además, los fotones emitidos por emisión estimulada tienen las mismas características que los fotones estimuladores, lo que los hace indistinguibles de éstos.Por ello, un haz de luz puede amplificarse, al pasar por un medio material en el que se provoquen más emisiones estimuladas que absorciones. Para ello, es preciso excitar a los átomos que componen el medio material, mediante lo que se llama energía de bombeo, parte de la cual se transfiere al haz de luz que se amplifica. Si uno de tales medios se encierra en una cavidad formada por dos superficies reflectantes enfrentadas, se puede producir un haz de luz láser, originado por el fenómeno de amplificación de la fluorescencia emitida por los átomos excitados, cuando ésta pasa múltiples veces por el medio amplificador [1].La realización práctica de estas ideas no llegó inmediatamente, pues la tecnología todavía no estaba preparada y además hubo que medir las energías y vidas medias de los niveles de muchos átomos y moléculas para encontrar aquellos que cumplían las condiciones necesarias para obtener amplificación. Hacia 1940 la información obtenida sobre estos parámetros era



suficiente. En cuanto a las dificultades tecnológicas, éstas crecían al disminuir la longitud de onda de la radiación láser, debido al aumento de la proporción de emisión espontánea frente a la de emisión estimulada. Por otra parte, durante la segunda guerra mundial se dedicó una atención muy especial a las microondas, por motivos militares. Todo esto llevó a la longitud de onda de operación del primer amplificador de ondas electromagnéticas al dominio de las microondas. Así apareció, en 1954, el máser (acrónimo inglés de amplificación de microondas mediante emisión estimulada de radiación) que había sido desarrollado por Charles Townes y sus colaboradores. En 1958, Charles Townes y Arthur Schawlow consideraron que podía conseguirse la extensión de este dispositivo a zonas del espectro visible e infrarrojo, a pesar de las dificultades añadidas que aparecía en esta zona del espectro. Esto motivó el comienzo de las investigaciones, por parte de varios laboratorios, en lo que primero se llamó máser óptico y después láser (amplificación de luz mediante emisión estimulada de radiación).El primer láser apareció en el verano de 1960 y fue desarrollado por Theodore Maiman, utilizando una barra de rubí bombeada mediante una lámpara pulsante. En1961 apareció el primer láser de gas, el láser de helio-neón, que emitía menos potencia pero lo hacía en régimen continúo. Durante el resto de los años sesenta los investigadores probaron los más variados métodos para obtener acción láser y consiguieron desarrollar la mayor parte de los tipos de láseres que conocemos, aunque éstos necesitaron de un perfeccionamiento posterior. Por ejemplo, en 1962 se consiguió poner en funcionamiento el primer láser de semiconductor (aunque éste trabajaba a bajas temperaturas), en 1964 se obtuvieron los primeros resultados de amplificación en una fibra óptica dopada con neodimio y en 1965 en una fibra dopada con erbio (aunque el bombeo se hacía con una lámpara que rodeaba a la fibra y era muy poco eficiente). En definitiva, la tecnología del láser permitió disponer de fuentes de alta intensidad, con divergencias del haz inferiores al milirradián y muy monocromáticas. Si a esto añadimos el desarrollo que experimentaron los detectores de estado sólido, es fácil de comprender que en los años sesenta se emprendiese el desarrollo de los sistemas de comunicaciones ópticas, basados en láseres trabajando en el espectro visible y propagándose en la atmósfera. ¿Pero qué había sido de las fibras ópticas que podían proporcionar otra alternativa? En 1950, en Estados Unidos, se consiguió la transmisión de una imagen a través de un haz de fibras ópticas. No obstante su uso práctico no llegó hasta 1953, cuando se consiguió fabricar fibras ópticas con recubrimiento. Esto originó una importante mejora en las propiedades de transmisión de las fibras ópticas y permitió que en los haces de fibras éstas pudiesen estar en contacto, con la consiguiente reducción del grosor del haz. Durante los años que siguieron hubo un considerable desarrollo de los endoscopios de fibra óptica para aplicaciones médicas y, hasta 1970, ésta fue su principal aplicación. El primer estudio detallado sobre la posibilidad de uso de fibras ópticas en comunicaciones fue hecho en Inglaterra, en 1966, por Charles Kao (premio Nobel de Física en 2009) y sus colaboradores, que sentaron las bases de las comunicaciones por fibra óptica. No obstante, en aquellos tiempos las mejores fibras ópticas originaban atenuaciones del orden de 1000 dB/km, mientras que en un día claro la atenuación atmosférica era del orden de 1 dB/km. Por ello se consideró que las comunicaciones por fibra óptica no serían prácticas a no ser que se consiguiesen atenuaciones de 20 dB/km. Ello permitiría la transmisión de señales a distancias de 2 km (espaciado habitual de los repetidores en comunicaciones eléctricas) con una reducción de potencia de 40dB, que se consideraba podría ser aceptable. Por el momento quedaba la propagación en atmósfera como el único medio real para transmitir información por vía óptica.El gran cambio llegó en 1970, cuando Corning Glass anunció la obtención de una fibra óptica con una atenuación de 20 dB/km para la longitud de onda de 633 nm, correspondiente al láser de helio-neón. Además, en el mismo año se consiguió hacer funcionar un láser de semiconductor, en régimen continuo y a temperatura ambiente. A partir de aquel momento se inició una carrera, en los laboratorios más importantes, para tratar de minimizar la atenuación. Esto se llevó a cabo por dos caminos:



1. Perfeccionando los vidrios y los métodos de fabricación de fibras ópticas2. Desarrollando láseres de semiconductor que pudiesen emitir en zonas del espectro

infrarrojo, donde la atenuación de los vidrios era menor.

En 1973 se consiguió una atenuación de 2 dB/km en 850 nm (primera ventana de comunicaciones ópticas), en 1976 la atenuación bajó a 0.5 dB/km en 1300 nm (segunda ventana) y en 1979 se llegó a 0.2 dB/km en 1550 nm (tercera ventana), que se redujo en 1982 a 0.15 dB/km.Esto significaba que la luz podía propagarse en el interior de una fibra óptica hasta distancias del orden de los cien kilómetros, sin necesidad de repetidores, frente a la corta distancia necesaria en comunicaciones eléctricas.Debido a estos progresos, en la década de los ochenta se llevó a cabo, de forma masiva, la instalación de fibra óptica para comunicaciones. Primero se usaron fibras multimodo de step index o de salto de índice, luego se desarrollaron fibras multimodo graded index o de gradiente de índice (adecuada para distancias cortas, como por ejemplo redes LAN o sistemas de videovigilancia) y finalmente, fibras monomodo (diseñadas para sistemas de comunicaciones ópticas de larga distancia y fáciles de manejar y conectar, propiedades que las hacen deseables en el mercado, tanto las LAN como WAN).Este proceso permitio incrementar la capacidad de transmisión de información en fibras ópticas, hasta alcanzar valores muy por encima de la capacidad comunicaciones eléctricas. Por este motivo cada vez más se disemino el uso de las fibras.Esto alcanzo a los repetidores, cuando la señal era transmitida por una fibra óptica se atenuaba hasta alcanzar los niveles mínimos de potencia permitidos, se convertía la señal óptica en eléctrica mediante un receptor, posteriormente se amplificaba y regeneraba mediante dispositivos electrónicos y luego se la convertía nuevamente en señal óptica para que pueda viajar por la fibra.Este método presentaba importantes inconvenientes para las redes del futuro:En primer lugar, era muy complejo tecnológicamente y en segundo lugar, no presentaba transparencia al método de codificación, lo que significaba que si cambiaba la codificación, debía cambiar los repetidores.Por este motivo a finales de los años 80 se comenzó a plantear la posibilidad de amplificar directamente la señal óptica, mediante el empleo de amplificadores de luz, que brindarían la independencia del tipo codificación utilizado en la comunicación.



Tipos de amplificadores:



Tipos de amplificadores ópticos según su aplicación:

La siguiente figura muestra las principales tipos de amplificadores según su aplicación:



Fig.2.8.2.: Tipos de amplificadores según su aplicación; (a) amplificador de línea; (b) preamplificador; (c) amplificador de potencia tras la fuente óptica; (d) amplificador de potencia

delante de un divisor

Como amplificador de línea en un enlace con fibra monomodo, como el que se muestra en la figura (a), se emplea para elevar el nivel de potencia de la señal y compensar así las pérdidas sufridas por la propagación de la señal. Frecuentemente se instalan varios amplificadores en cascada a lo largo de la línea.

Como preamplificador front-end en un receptor, como muestra la figura (b), su misión es amplificar la señal antes de ser detectada por el fotodetector para mejora así la relación señal ruido.

Como amplificador de potencia situándose a continuación de la fuente láser, se emplea para elevar el nivel de potencia de la señal e incrementar la distancia de transmisión. En la configuración de la figura (c) su objetivo es compensar las pérdidas debidas al modulador externo. En la configuración de la figura (d) busca compensar las pérdidas que sufre una señal al atravesar un divisor.



AMPLIFICADORES BASADOS EN LÁSERES DE SEMICONDUCTOR (SOAS)

Los SLAs (Semiconductor Laser Amplifier) se basan en la estructura convencional de un láser con reflectividades en los espejos menores de lo habitual. Pueden utilizarse tanto en modo lineal como no lineal.Hay varios tipos dentro de los SLAs entre los que cabe destacar los de cavidad resonante (Fabry-Perot o FPA), los de onda viajera (travelling waveo TWA) y los cuasi onda viajera (near traveling waveo NTWA) que son amplificadores sin cavidad resonante. Estos dispositivos son capaces de amplificar la señal óptica (entre 15 y 35dB) con poco consumo de potencia y son adecuados para uso con fibra monomodo. La clasificación de los amplificadores láser se basa en las reflectividades de sus espejos, por ello se dividen en los FPA por un lado y los TWA y NTWA por otro.

Amplificadores Fabry-Perot

Cuando los espejos que forman una cavidad láser tienen unas reflectividades de alrededor del 30% se obtiene un FPA. Como la reflectividad es suficiente se produce resonancia óptica en su interior, pero sólo para las longitudes de onda que cumplen.Por lo que las características de transmisión tienen la forma de la figura 8.2 donde el espaciado entre las bandas amplificadas puede obtenerse con la ecuación 8.1. Las condiciones de trabajo del FPA son la inyección de corriente por debajo de, no hay generación óptica interna para emisión láser aunque ya hay inversión de población y por tanto la emisión estimulada es generada por los fotones que penetran en la estructura desde la fibra. La luz es amplificada aunque además de la amplificación se genera un ruido debido a la emisión de luz propia de FPA. Otro aspecto que cabe resaltar es el filtrado de longitudes de onda que aunque útil en determinadas aplicaciones tiene el problema de que será muy sensible a fluctuaciones térmicas.



Amplificadores de onda viajera o pogresiva

Uno de estos dispositivos se consigue eliminando la reflectividad de los espejos al aplicar capas antirreflectantes sobre éstas. Depositando una capa delgada de dióxido o nitruro de silicio se puede reducir la reflectividad por debajo de 30%10.La eliminación de la cavidad resonante convierte a estos dispositivos en sistemas en que los fotones atraviesan la estructura estimulando la emisión de nuevos fotones coherentes con ellos y al llegar a la otra cara de la estructura la atraviesan. Este tipo de dispositivo tendrá una ganancia menor ya que no se aprovecha la resonancia de la cavidad, pero la eliminación de la resonancia también consigue que su amplificación sea prácticamente plana en función de la frecuencia del fotón evitando lo que se aprecia en la figura 8.2. También se elimina la dependencia frente a la temperatura o cualquier otro factor externo. Así pues los TWA son superiores a los FPA en aplicaciones lineales y en cuanto a menor ruido. En estos dispositivos al reducir tan fuertemente la resonancia de la cavidad la emisión se incrementa con lo que el punto de trabajo está muy lejos del inicio de la emisión láser propia.El amplificador de onda viajera es el tipo de SOA más empleado en la actualidad debido a sus prestaciones en saturación, ancho de banda y ruido. Su estructura consiste en una unión pn polarizada en directa con los extremos de la zona activa recubiertos con un material antirreflectante, como se muestra en la siguiente figura.

Fig.2.8.4.: Estructura de un SOA de onda viajera

Otros esquemas son los siguientes dos esquemas.



Fig.2.8.5.: Estructura de un SOA de onda viajera, en la izquierda el medio activo se sitúa de forma no ortogonal a las caras de entrada y salida; en la derecha las caras no son paralelas

El esquema de la izquierda consiste en situar el plano activo en una posición no ortogonal a las caras de entrada y salida. El objeto de esto es que la señal que incide sobre la superficie de salida no lo haga formando un ángulo de 90º con ésta, de forma que la poco señal reflejada por la cara de salida no se realimente. En el último esquema, que tiene la misma misión que el anterior, las caras extremas no están paralelas entre sí.

Sus principales ventajas son:

La posibilidad de integración por su reducido tamaño. La facilidad de construcción a distintas longitudes de onda variando la composición del material.

Sus principales inconvenientes son:

Su geometría rectangular produce pérdidas al acoplarlo con la fibra, y no amplifica por igual las dos polarizaciones de la señal.

Cuando las señales transmitidas poseen ciertos niveles de potencia aparecen fenómenos de naturaleza no lineal que producen distorsión y diafonías. Por ejemplo, debido a la saturación de la ganancia la señal de un canal puede modular la ganancia instantánea del amplificador de forma que la información de esta señal pase a las señales del resto de canales, esto es la modulación cruzada de ganancia (XGM, Cross-Gain Moulation). Otro efecto similar al anterior que puede producirse en la fase es la modulación de cruzada de fase (XPM, Cross-Phase Modulation).

Los efectos debido a los fenómenos no lineales son útiles para implementar, a partir de los amplificadores ópticos, convertidores de longitud de onda. Se aprovechan estos fenómenos para pasar la información de una señal en una longitud de onda a otra con distinta longitud de onda.

AMPLIFICADORES DE FIBRA OPTICA DOPADA CON TIERRAS RARAS:

En este tipo de amplificadores, los iones de tierra rara (introducidos como dopantes en el interior del núcleo de la fibra) proporcionan dos niveles (niveles inferior y superior de la transición láser) entre los que se producen transiciones de absorción y emisión, a la longitud de onda para la que se quiere conseguir amplificación. Para ello es preciso que domine la emisión estimulada frente a la absorción, lo que, en términos de niveles no degenerados, significa que en el nivel superior de la transición láser la población debe ser mayor que la que existe en el nivel inferior. Teniendo en cuenta que en el equilibrio térmico ocurre lo contrario, debido a la ley de Boltzman que regula la distribución de poblaciones, la situación requerida para que haya amplificación se denomina inversión de población. Para conseguir esta inversión es preciso que intervenga en el proceso al menos un tercer nivel del ion dopante (nivel de bombeo) situado por encima de los niveles correspondientes a la transición láser, y que presente unas características muy peculiares. En el caso de los amplificadores de fibra óptica, debe existir una transición radiactiva intensa desde el nivel fundamental del ion al nivel de bombeo, que sea capaz de subir muchos iones a dicho nivel, mediante absorción de luz. Además debe de haber una transición no radiativa (por mecanismos colisiónales) desde el nivel de bombeo hasta el nivel superior de la transición láser, que permita un trasvase muy rápido de iones a dicho nivel. Pero esto no serviría de mucho si los iones no fuesen capaces de permanecer un tiempo considerable en este nivel (nivel de vida media larga) para así conseguir en él una acumulación, que permita una inversión de población con el nivel inferior de la transición láser. Este mecanismo de consecución de la inversión de población se denomina bombeo óptico. Cuando el nivel inferior de la transición láser coincide con el fundamental, el esquema de bombeo se llama de tres niveles. En caso contrario es preciso la participación de un cuarto nivel (por debajo de los tres primeros) para permitir que el nivel inferior de la transición láser se despueble rápidamente (por desexcitación no radiativa) lo que facilita la inversión de población del superior respecto al inferior. Este esquema de bombeo se llama de cuatro niveles y requiere mucha menos energía de bombeo, porque no hay que producir la inversión de población respecto al nivel fundamental que está muy poblado, sino respecto a un nivel poco poblado.Para entender los detalles finales del mecanismo de bombeo es preciso recordar que, en el caso de iones de tierras raras en el interior de fibras ópticas, hay que considerar los mecanismos de ensanchamiento de los niveles, que los convierten en bandas de energía. El campo eléctrico creado, sobre cada ion de tierra rara, por los diferentes iones



que lo rodean (los de la matriz vítrea que compone la fibra y los propios del dopante) desdobla cada nivel energético en varios subniveles Stark. Las energías de estos subniveles cambian, en cada punto, debido a fluctuaciones térmicas de los iones. Esto es equivalente, desde un punto de vista estadístico, a un ensanchamiento de cada uno de dichos subniveles, denominado ensanchamiento homogéneo. Por otra parte, el campo eléctrico cambia de un punto a otro, debido a inhomogeneidades en la distribución de iones, lo que origina un ensanchamiento efectivo adicional, denominado ensanchamiento inhomogéneo. La suma de los tres efectos comentados origina la transformación de cada nivel de energía de los iones de tierra rara en una banda de energía de cierta anchura. Esto permite la existencia aparente de esquemas de bombeo entre dos niveles (lo cual es estrictamente imposible) que realmente corresponden a esquemas de bombeo entre dos bandas.En la práctica, hay que considerar una serie de fenómenos, cuyo conocimiento nos puede permitir mejorar las prestaciones del amplificador. La luz de bombeo se acopla a la fibra amplificadora por uno o por ambos extremos. De esta forma, el bombeo, al propagarse de forma guiada a lo largo de la fibra, va invirtiendo la población. Por ello, la señal, que debe acoplarse a la fibra por uno de sus extremos, es amplificada, debido al predominio de la emisión estimulada (que tiene lugar en la dirección de la fibra) frente a la absorción. La producción de inversión de población a lo largo de la fibra, va debilitando progresivamente la intensidad del bombeo, hasta que éste comienza a ser incapaz de producirla. Este fenómeno condiciona la longitud que debe tener la fibra, llamada longitud óptima, para no desaprovechar su capacidad de amplificación, si se hace más corta, y evitar que parte de la fibra sea absorbente, si se hace más larga. Por otra parte, los iones que se encuentran en el nivel superior de la transición láser, no solamente pasan al nivel inferior por emisión estimulada, sino que también lo hacen por emisión espontánea, que se distribuye por igual en todas las direcciones del espacio. Parte de esta emisión espontánea queda acoplada en la fibray se amplifica al propagarse en ambos sentidos, constituyendo lo que se denomina fluorescencia amplificada copropagante y contrapropagante, que se superpone a la señal, siendo la causa principal del ruido del amplificador. Por ello, cuando la aplicación para la que va a usarse el amplificador lo permite, se colocan filtros espectrales que eliminen la mayor cantidad posible de fluorescencia, sin deteriorar la señal. Además, si la fluorescencia amplificada se refleja en los extremos del amplificador, puede producir emisión láser, al amplificarse en pasos sucesivos por la fibra dopada, lo que resulta tremendamente perjudicial, al superponerse con la señal. Para evitar este efecto, se colocan aisladores ópticos (basados en el efecto Faraday) en uno o ambos extremos del amplificador, para de esta manera evitar los retornos no deseados.Otro fenómeno a tener en cuenta, para conseguir un funcionamiento óptimo del amplificador, es la influencia de la concentración del dopante. A primera vista, parece más cómodo (por problemas de espacio) utilizar fibras cortas altamente dopadas, que fibras largas débilmente dopadas. Pero este argumento deja de ser válido cuando se tiene en cuanta que las altas concentraciones provocan interacciones entre los iones dopantes, que los desexcitan y contribuyen a destruir la inversión de población, lo que disminuye la eficiencia del amplificador. Esta es la razón por la cual se usan fibras amplificadoras largas (de unas decenas de metros), con baja concentración de dopante (algunas centenas de partes por millón en peso). Incluso a estas concentraciones, se suelen añadir codopantes en el núcleo de la fibra, tales como aluminio, fósforo o germanio, que permiten que el dopante amplificador se diluya mejor, evitando así la formación de agregados. Finalmente, hay que procurar evitar efectos como la absorción desde estados excitados, consistente en transiciones radiativas desde el nivel de bombeo o desde el nivel excitado de la transición láser. En el primer caso parte de los iones dopantes van a niveles superiores de energía en lugar de ir al nivel excitado de la transición láser. En el segundo caso son los iones que ya han llegado a este nivel los que van a niveles superiores. En ambos casos se reduce la inversión de población y, por ello, la eficiencia en la amplificación.

EDFA, Erbium Doped Fiber Amplifier

El EDFA es el amplificador de fibra dopada más empleado en la actualidad, ya que es posible amplificar señales en la tercera ventana (1550nm). El motivo puede deducirse del diagrama de niveles del erbio.



Fig.2.8.6.: Diagrama de niveles energéticos del Erbio

Se puede ver en el diagrama de niveles de energía del erbio que la transición entre los niveles 4I13/2 y 4I15/2 corresponde a una longitud de onda comprendida entre 1530nm y 1560nm aprox. Luego al provocar una inversión de población entre dichos niveles se puede amplificar señales en la tercera ventana. El primer nivel excitado, 4I13/2 , desde el que las frecuencias de transición se corresponden con la tercera ventana, tiene un tiempo de vida medio de unos 10ms, mientras que en los dos superiores es de 0.001ms, por lo que el nivel 4I13/2 es un estado metaestable. Por lo tanto todo ión que llegue a estos niveles por medio del bombeo acabara cayendo al nivel 4I13/2 por emisión espontánea, y a su vez cara al nivel fundamental por emisión estimulada, produciéndose así la amplificación.

Al dopar con iones de erbio el núcleo de una fibra óptica se provoca un ensanchamiento de las bandas de transición. Esto a su vez provoca un ensanchamiento considerable del rango de longitudes de onda que pueden ser amplificadas. Este efecto puede mejorarse añadiendo al núcleo, aluminio y óxido de germanio.

Las dos longitudes de onda de bombeo más adecuadas son 1480nm (mediante un diodo láser de InGaAsP) y 980nm (mediante un diodo láser de InGaAs). El empleo de una u otra longitud de onda depende de ciertas características del proceso de absorción en cada uno de estos niveles, derivadas de los diferentes tipos de ruido al que pueden originarse, de la disponibilidad de las fuentes de bombeo o de la saturación de ganancia. El bombeo a 1480nm supone un amplificador más ruidoso pero más inmune a la saturación de ganancia. Mientras que el bombeo a 980nm proporciona un amplificador con prestaciones de ruido excelentes pero es más proclive a la saturación de ganancia. En ambos casos es posible obtener ganancias entre 30 y 50 dB.



Configuraciones de bombeo:

Los elementos básicos para implementar un EDFA son:

El medio activo donde se produce la inversión de población. Formado por un tramo de fibra óptica de Si0 2 con el núcleo dopado con iones de erbio.

La fuente de bombeo óptico a 1480 o 980nm, formada por un láser semiconductor.

Fig.2.8.7. : Configuraciones de un EDFA

En la figura anterior se muestran las configuraciones posibles del EDFA. La primera configuración es la más empleada hoy en día. La señal que hay que amplificar y la señal de bombeo se inyectan al EDFA combinadas por medio de un acoplador. El primer aislador se emplea para impedir la propagación hacia fuera del EDFA del emisión espontánea (ruido ASE) que se genera y se propaga en sentido contrario al de la transmisión. El bombeo y la amplificación se realizan en el mismo sentido que la propagación. A la salida se coloca otro aislador que evita la entrada al EDFA y por tanto su amplificación de cualquier señal reflejada. Finalmente se emplea un filtro óptico para filtrar el ruido ASE, generado en el amplificador, que se encuentre fuera de la banda de la señal útil.

La siguiente configuración se diferencia de la anterior en que la señal de bombeo se inyecta al EDFA en sentido contrario a la propagación. El aislador de la entrada además de cumplir las funciones anteriores, tiene la misión de evitar la propagación de la señal de bombeo fuera del amplificador. La ventaja de esta configuración es permite ganancias más altas, pero sus características de ruido son peores.

La tercera configuración es una combinación de las dos anteriores. Consiste en un doble bombeo, por lo que se denomina bombeo dual o bidireccional . La ganancia por tanto puede llegar a duplicarse. Este esquema es muy empleado en la implementación de amplificadores repetidores.



Ganancia de un EDFA

La siguiente figura presenta la ganancia de un EDFA en función de la longitud de onda para diferentes valores de potencia de entrada, con una señal de bombeo a 1480nm.

El EDFA no presenta una ganancia uniforme con la longitud de onda. Debido a la saturación según crece la potencia de entrada la ganancia disminuye hasta llegar a un punto en que se mantiene constante. El máximo de ganancia se alcanza alrededor de los 1530-1535nm. Como puede verse en la figura a potencias altas la respuesta de la ganancia en todo el rangote la banda C (1530-1565nm) es bastante plano lo cual no sucede a potencia de entrada más bajas. Esto es un grave inconveniente en los sistemas WDM, ya que no todos los canales se amplifican por igual.

Fig.2.8.8. : Representación de la ganancia de un EDFA respecto de la longitud de onda

Las características técnicas que hacen del EDFA el amplificador más utilizado son:

Como consecuencia de su geometría cilíndrica sus pérdidas de inserción en las uniones con la fibra óptica son muy reducidas.

Debido también a su geometría su ganancia es poco sensible a la polarización de la señal. El ruido que genera es bajo. La saturación de la ganancia no ocasiona distorsión.

Su principal inconveniente es que sólo opera en la tercera ventana, aunque se existen dispositivos similares pero dopados con otros elementos que pueden operar en otra ventana. Otro problema es que su ganancia no es uniforme para todas las longitudes de onda, aunque esto se solventa trabajando cerca de su saturación, pues la curva de ganancia es más plana.

La siguiente tabla resume los parámetros típicos de un amplificador EDFA.



Longitud de onda de bombeo 1480 nm 980 nm

Eficiencia de bombeo (dB/mW) 5 10

Figura de ruido (dB) 5.5 3-4.5

Potencia de salida de saturación (dBm) 20 5

Ganancia (dB) 40 50

Potencia de bombeo (mW) 50-200 10-20

Amplificador de fibra dopada de Erbio, EDFA comercial

El siguiente dispositivo se trata de amplificador de fibra dopada de Erbio, EDFA, del fabricante JDS Uniphase que opera en la banda C. Este EDFA proporciona una ganancia plana de 10 a 16dB y ofrece tres variantes, con preamplicador, como amplificador de línea y como amplificador de potencia

www.jdsu.com

Las características del EDFA se recopilan en la siguiente tabla para cada una de sus tres variantes,

En la siguiente imagen se muestra la nomenclatura de este dispositivo seguida por el fabricante


http://www.jdsu.com/


PDFA, Praseodymiun Doped-Fiber Amplifier

A pesar de las buenas prestaciones de los amplificadores de erbio y de su régimen de operación en tercera ventana, que es la que más interés presenta para comunicaciones a larga distancia, hay que considerar que una parte muy importante de las redes de larga distancia que están instaladas, están formadas por fibras ópticas optimizadas para la propagación de luz con longitud de onda de 1.3 mm, que corresponde a la segunda ventana de comunicaciones ópticas. Por ello es también interesante disponer de amplificadores ópticos que operen en esta ventana.En este momento las mejores prestaciones se obtienen con el amplificador de praseodimio. La amplificación en segunda ventana se lleva a cabo mediante la emisión estimulada desde la banda 1G4 hasta la 3H5. Cuando el praseodimio se introduce como dopante en el núcleo de una fibra de sílice, aparecen transiciones no radiativas muy fuertes desde la banda 1G4, que impiden la inversión de población con la banda 3H5, y por lo tanto imposibilitan la amplificación. Para solventar este problema es preciso recurrir a fibras de ZBLAN, que es una mezcla de fluoruros de circonio, bario, lantano, aluminio y sodio. Esto origina un fuerte encarecimiento del amplificador. El bombeo se hace, desde la banda fundamental 3H4 hasta la 1G4, mediante absorción de luz de 1.02mm, emitida por diodos láser. Este bombeo resulta poco eficiente, ya que es absorbido, junto con la señal, desde la banda 1G4. Para compensar estos efectos hay que emplear potencias de bombeo de varios cientos de milivatios, que son unas diez veces superiores a las potencias de bombeo necesarias en los amplificadores de erbio. No obstante, se consiguen así del orden de 30 dB de ganancia (en régimen de baja señal de entrada) lo que puede resultar suficiente para amplificar las señales en red.

Amplificadores de Raman

Este amplificador se basa en el efecto Raman, SRS Stimulated Raman Scattering. Esta no linealidad de las fibras ópticas tiene lugar cuando ésta es atravesada por una radiación monocromática de alta intensidad. Bajo ciertas condiciones, la radiación interactúa con el material dando como resultado la aparición de una nueva longitud de onda, de mayor intensidad que la inicial.

El efecto Raman estimulado, en principio es similar a una emisión estimulada, fenómeno en el cual se basan los amplificadores de fibra dopada. En la emisión estimulada, el fotón que interactúa con el medio provocando la emisión estimulada de otro fotón sigue presente. En el caso del Raman estimulado, después de la interacción entre el fotón y el medio, se genera un nuevo fotón de menor energía (menor frecuencia) y la diferencia de energía se transfiere al material dando lugar a vibraciones moleculares, desapareciendo el fotón inicial.

Las frecuencias que se pueden generar dependen las frecuencias características de las moléculas que componen el material. Si al tiempo que pasa por la fibra óptica la señal de bombeo pasa otra señal con una frecuencia característica del material, esta frecuencia será estimulada. En el caso de un material amorfo, como es una fibra óptica, las frecuencias características del material son un todo casi continuo, es decir, no son un conjunto de frecuencias claramente diferenciadas como ocurre con los materiales monocristalinos.

Gracias a este concepto se obtiene un nuevo método de amplificar una señal óptica. La señal que provoca la amplificación será la propia señal que transmite la información. Además, si por la



fibra se transmite más de un canal, cada uno dará lugar al efecto Raman en su propia frecuencia, produciéndose la amplificación, siempre que estas frecuencias estén dentro del rango de frecuencias características del material.

Los principales inconvenientes que presentan estos amplificadores es la necesidad de una alta potencia de bombeo, cercana al vatio. Por el contrario una de sus ventajas es que cubre un margen de longitudes de onda no cubierto por los EDFA, por lo que pueden emplearse de forma complementaria. Este hecho queda reflejado en la siguiente figura, en la que se representa de forma aproximada las zonas de trabajo de cada uno. Como se ve empleando ambos amplificadores se obtiene en el rango comprendido entre los 1530 y 1600 nm una curva ganancia prácticamente plana.

Fig.2.8.9.: Obtención de una ganancia constante con la longitud de onda, empleando un EDFA junto con un amplificador Raman

Los amplificadores Raman suelen emplearse en una configuración de:

Contra-propagación.

Es decir, las longitudes de onda de bombeo Raman se introducen desde el extremo final del tramo de fibra, viajando en sentido contrario al de las señales DWDM. De este modo se asegura que la mayor parte de la amplificación ocurra al final del trayecto de fibra, donde los niveles de señal son más bajos, evitando a su vez que los niveles de potencia a la salida de cada tramo de amplificación superen el umbral de efectos no lineales (figura 1). Igual que los EDFAs, la amplificación Raman distribuida contribuye a añadir:

Ruido al sistema.

No obstante, a diferencia de los primeros, en este caso se utiliza una definición distinta:

La figura de ruido efectiva.



Este concepto equivale a reemplazar la combinación de amplificación Raman distribuida + EDFA por un único amplificador discreto con su figura de ruido efectiva.

Se puede comprobar que la amplificación Raman reduce los efectos del:

Ruido ASE (emisión espontánea) generado en los EDFAs.

Mejorando la relación señal a ruido óptica (OSNR) del sistema completo. Por ejemplo, se pueden obtener figuras de ruido efectivas inferiores a 3 dB o incluso negativas, valores que son imposibles de conseguir por separado en los EDFAs.

En general, aumentando la ganancia Raman se consiguen figuras efectivas de ruido inferiores, si bien existe un límite. Si se aumenta en exceso la ganancia, se producen problemas en la fibra asociados al scattering de Raylegh (dispersión de Raylegh).

Conforme aumenta la ganancia, se dispersa mayor potencia de señal en el interior de la fibra, apareciendo señales que se propagan en sentido contrario. Éstas, a su vez, pueden volver a reflejarse y producir señales “fantasma” en el receptor que llegan con un cierto retardo respecto a la señal principal. Adicionalmente, la amplificación: Raman depende de la polarización

De tal modo que señales polarizadas ortogonalmente a la fuente Raman no experimentan ganancia. Por ello, los módulos amplificadores Raman deberían poseer una salida despolarizada para minimizar el ruido.

Una fuente despolarizada proporciona la misma potencia en cada eje de polarización de la fibra.

Por lo que un canal WDM se amplifica en la misma cantidad independientemente de su estado de polarización. En la práctica, una fuente despolarizada se consigue multiplexando en polarización dos láseres de bombeo, a la vez que se asegura un balanceo preciso de la potencia de cada fuente.

Otra posible opción consiste en el empleo de un despolarizador de fibra. Éstos funcionan separando la luz polarizada en sus dos componentes ortogonales por medio de una fibra mantenedora de polarización.

A pesar de que el principio fundamental de diseño de un:

Amplificador Raman es sencillo. Cada longitud de onda de bombeo Raman proporciona ganancia a una frecuencia 13,5

THz inferior.

Las interacciones entre las longitudes de onda Raman y las señales DWDM pueden resultar complicadas.

La complejidad proviene del hecho de que los mismos canales DWDM pueden actuar como bombeos Raman para otras señales de longitudes de onda superiores, a pesar de su nivel de potencia óptica mucho más reducido. Esto crea múltiples regiones de ganancia Raman 13,5 THz por debajo de la frecuencia de cada señal (unos 100 nm en tercera ventana).

En sistemas convencionales que solamente transportan:



Tráfico en la banda C (1530-1560 nm).

Estas interacciones no tienen demasiada influencia. Sin embargo:

La situación es distinta cuando se utiliza amplificación Raman en presencia de. Canales tanto en banda C como en banda L.

En este caso, los bombeos Raman:

De banda C pierden mucha potencia en amplificar los bombeos Raman de banda L.

Al mismo tiempo, los canales de banda C proporcionan cierta amplificación a los canales de banda L.

El resultado es una cierta pendiente en la potencia óptica de los canales (menor potencia a longitudes de onda más cortas y mayor potencia a longitudes de onda más largas) que se necesita ecualizar.

Por ello, los bombeos Raman:

De banda C requieren una mayor potencia que los de banda L.

Y esto se debe tener en cuenta incluso en el caso de un sistema que solamente transmita tráfico en banda C, pues en el futuro se limitaría la utilización de la banda L si las fuentes de bombeo no tuvieran capacidad para generar potencias superiores. Adicionalmente, la interrelación entre las potencias de los bombeos y las señales DWDM obliga a ajustarlas en el caso de modificar la potencia de alguno de los bombeos.

Efecto Raman:

Cuando una señal óptica de bombeo encuentra una fibra óptica, experimenta un cierto grado de dispersión espacial causada por vibraciones moleculares (o fotones).

Esta luz dispersada se encuentra desplazada en frecuencia un valor:

Igual a la diferencia entre las frecuencias del bombeo y de la vibración molecular del cristal.

La señal desplazada se conoce con el nombre de campo de Stokes.

Y que el efecto no lineal se denomina dispersión o scattering Raman.

Este campo de Stokes puede mezclarse nuevamente con la señal óptica para proporcionar frecuencias adicionales. A su vez, estas señales dirigen las vibraciones del cristal. El resultado final es un campo de Stokes más intenso, y al proceso se le denomina:

Dispersión estimulada de Raman.



El desplazamiento de Stokes determina la frecuencia (con respecto a la señal original) a la que se produce la ganancia Raman. Esta frecuencia depende del material, y en el caso de fibras de sílice es de aproximadamente 13,5 THz.

Esto significa que un bombeo típico de 1440 nm producirá ganancia en torno a los 1550 nm. Debido a la estructura molecular del cristal, existen varias frecuencias de vibración molecular, por lo que la región de ganancia presenta un ancho espectral de unos 30 nm aproximadamente. De este modo, es posible conseguir ganancia para cualquier longitud de onda de una fibra estándar, simplemente escogiendo adecuadamente la longitud o longitudes de onda de bombeo. En la figura 2 se ilustra gráficamente esta cuestión de diseño.El scattering no lineal que conduce a la amplificación Raman es débil en el caso de fibras ópticas de sílice, por lo que se necesitan grandes longitudes (varios kilómetros) para obtener un valor de ganancia razonable. Sin embargo, pueden utilizarse también otro tipo de fibras, como las de dispersión desplazada, en donde los efectos no lineales son más acusados.

Láseres de bombeo:

El diseño de un amplificador Raman es más simple que el de un EDFA de banda ancha. Escogido las longitudes de onda y las potencias de los bombeos, se reduce a una cuestión de cómo diseñar una unidad capaz de generar estas salidas y multiplexarlas en el interior de un sistema de fibra. El módulo se compone básicamente de una serie de fuentes láser, un esquema de multiplexación (longitud de onda y polarización), un sistema de monitorización óptica y un multiplexor de fibra (figura 3).Las fuentes láser de bombeo son el principal motor del mercado de los amplificadores Raman. Se necesitan láseres de bombeo con altas potencias de salida en el margen de longitudes de onda de 14xx nm para la amplificación de señales en banda C y banda L. Múltiples fabricantes ofrecen láseres de bombeo de alta eficiencia con potencias entre 300 y 500 mW (figura 4). También se han demostrado láseres con más de 1 W de potencia a múltiples longitudes de onda y más de 700 mW en la fibra. Adicionalmente, algunas empresas comercializan módulos de bombeo con integración híbrida que proporcionan más de 400 mW. Por ejemplo, dos chips láser de bombeo de 400 mW multiplexados en polarización pueden proporcionar 720 mW a una única longitud de onda con un haz de salida despolarizado. Pueden encontrarse también módulos con varios láseres de bombeo multiplexados en longitud de onda. La seguridad ocular (eye-safety) es



una de las principales preocupaciones asociadas a los amplificadores Raman, ya que típicamente se trata de dispositivos láser de Clase 4 (potencias de salida superiores a los 500 mW).

Para evitar riesgos en el caso de una rotura de la fibra, se instala un monitor de reflexiones en el interior de las unidades.Adicionalmente, resulta esencial una alta estabilidad y precisión de la longitud de onda de estos láseres, para lo cual se suelen emplear técnicas de enganche basadas en redes de Bragg. Como la temperatura tiene una alta influencia sobre las prestaciones, la temperatura de los chips láser se controla por medio de enfriadores termoeléctricos (TECs), que pueden disipar potencias superiores a los 10 W.

Características de los Amplificadores Raman:

Mencionamos algunas características a las ya referidas:

Raman se basan en un una interacción no lineal entre la señal óptica y la señal de bombeo de alta potencia.

De esta forma, la fibra convencional ya instalada puede ser usada como medio con ganancia para la amplificación Raman.

Es mejor emplear fibras especialmente diseñadas (fibra altamente no lineal) en las que se introducen dopantes y se reduce el núcleo de la fibra para incrementar su no linealidad.

La señal de bombeo se puede acoplar a la fibra tanto en la misma dirección en la que se transmite la señal (bombeo codireccional) o en el sentido contrario (bombeo contradireccional).

Es más habitual el bombeo contradireccional para evitar la amplificación de las componentes no lineales.

El máximo de ganancia se consigue 13 THz (unos 100 nm) por debajo de la longitud de onda de bombeo.

Para obtener una buena amplificación es necesario usar:

Potencias de bombeo elevadas (de hasta 1 W y hasta 1,2 W para amplificación en banda L en fibra monomodo estándar).

Normalmente se emplean más de dos diodos de bombeo.

El nivel de ruido que se obtiene es bajo especialmente cuando se usa junto con EDFAs.

Los amplificadores Raman tienen anchuras espectrales de hasta 40nm para las longitudes de onda de interés.

Ganancias que alcanzan los 40dB.

Las aplicaciones de estos amplificadores pueden llegar a los sistemas de WDM.

La potencia óptica de bombeo necesaria para producir a ganancia está alrededor de 1W (una potencia óptica muy elevada) aunque para ganancias menores (5dB)



Puede bajar hasta los 50mW.

La otra variable es el tamaño del amplificador, para ganancias ópticas respetables se hacen necesarias longitudes de:

Fibra del orden de 50Km (es la zona en la que aún no se ha absorbido totalmente la potencia del láser de bombeo).

La ventaja principal de la amplificación de Raman es su capacidad de proporcionar la amplificación distribuida dentro de la fibra de la transmisión.

La posición del pico del espectro se encuentra desplazado 13 Thz del punto en que se realiza el bombeo

Ej. Con un láser de bombeo a 1450 nm, el centro de la ventana Raman estará a 1550 nm.



Un nuevo amplificador óptico:

Uno de los principales problemas de las comunicaciones ópticas a muy largas distancias es el relacionado con la amplificación de la señal original, que se va atenuando en la fibra a medida que circula por el enlace, necesitando ser amplificada y/o regenerada cada cierta distancia para mantener sus características iniciales.

Hoy hemos conocido un avance importante en este campo, llevado a cabo por investigadores de la Universidad de Tecnología de Chalmers en Suecia, que promete revolucionar el mundo de los amplificadores ópticos (aquellos que amplifican directamente la señal óptica sin tener que convertirla primero al dominio eléctrico), al lograr alcances de hasta 4.000 Km entre dos nodos con un sólo amplificador.

En concreto, se trata de un amplificador denominado PSA (phase-sensitive fiber-optic parametric amplifier) que es capaz de reducir la figura de ruido hasta aproximadamente 1 dB, mucho mejor que los cerca de 3 dB de otros tipos de amplificadores usados actualmente, como por ejemplo los EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier).

Esto permitirá transmitir señales ópticas en enlaces de hasta 4.000 Km, pudiendo situar los nodos amplificadores mucho más separados entre sí, algo que resultará especialmente útil en tramos que por ejemplo crucen océanos o mares. Además es compatible con todas las modulaciones y transmisores usados en la actualidad, y los principios teóricos del nuevo amplificador son extensibles a otras longitudes de onda, como por ejemplo el espectro visible o el infrarrojo

REDES SUBMARINAS DE FIBRA OPTICA:

Un poco de historia

El primer cable telegráfico submarino internacional fue instalado en Europa en 1850 uniendo Inglaterra y Francia, mientras que el primer cable telefónico trasatlántico fue instalado en el año 1956 y era capaz de transmitir 36 canales telefónicos analógicos simultáneos.

Después de 30 años de cables submarinos coaxiales, los años 80 trajeron dos cambios radicales, la transmisión digital y la fibra óptica lo que permitió transmitir digitalmente sobre un medio de gran ancho de banda, con alta calidad y confiabilidad.

Los años 90 trajeron dos nuevos avances para los enlaces submarinos de fibra óptica, el amplificador óptico y la multiplexación en longitud de onda densa (DWDM) que permiten



amplificar la luz y enviar por una misma fibra óptica varias señales de alta velocidad en diferentes “colores” (longitudes de onda) de la luz en forma simultánea.

La amplificación óptica y el adecuado manejo de los efectos degradantes de la fibra óptica que deformaban los pulsos de información permitieron eliminar la necesidad de regeneradores electrónicos, mejorando la confiabilidad y permitiendo cambios en las velocidades de transmisión sin cambiar las características de los repetidores submarinos que son de alto costo.

La introducción de las nuevas tecnologías hizo abaratar los costos de una forma dramática, interesando a cada vez más actores a participar en nuevos proyectos, ya que a mediados de los noventa el retorno de la inversión era muy rápido. Es así que se verificó la disminución del costo del circuito de voz por año desde US$ 40.000. En el TAT-1 en 1956, a US$ 20. En el TAT-12 en 1995.

Estos últimos avances permitieron hacer crecer la capacidad ofrecida en forma explosiva, satisfaciendo con creces el extraordinario aumento de la transmisión de datos debido al advenimiento de la Internet e introduciendo una positiva sinergia entre oferta y demanda. Por ejemplo, la capacidad ofrecida entre los años 1988 a 1998 se multiplicó por 64.

En la actualidad, existen instalados en el mundo un millón de kilómetros de cable submarino, bastante para rodear el globo 30 veces, formando una red de enlaces de fibra óptica que llevan grandes volúmenes de tráfico entre los continentes.

Se ha demostrado la factibilidad real de sistemas transoceánicos que operan a 10 Gbit/s con 32 longitudes de onda, lo que significa una capacidad de 320 Gbit/s por fibra, suficiente para transmitir más de 15 millones de circuitos de voz simultáneos en un cable submarino típico de cuatro pares de fibras ópticas.

La explosión del mercado internacional de las redes de cable submarino se produjo en la década de 1990 a 2000, e incluyeron una gran actividad a través del Océano Pacífico. Las razones que provocaron la tremenda y urgente necesidad del aumento en la conectividad transpacífica provino del tráfico de Internet que creció a tasas del 100% en esos años, mucho más del 10% anual de crecimiento telefónico. Se agregó a esto el aumento del tráfico anual de las intranets debido a la globalización de los negocios, que incluye video conferencia, transmisión de datos en tiempo real y aplicaciones multimediales (imágenes de video, imágenes gráficas en colores y sonido de alta fidelidad).

Un ejemplo del volumen del negocio lo representa el proyecto China-USA de 950 millones de dólares que consiste de un anillo auto-protegido de 30.000 Km. y que une China, Japón y Korea con USA contando con 9 puntos en tierra y una derivación a Uam y que puede llegar a una capacidad global en torno a 1,5 Terabits/s.

El excesivo optimismo sobre el crecimiento de Internet y la integración de muchos nuevos actores en los proyectos llevó inexorablemente a que el mercado de los sistemas de fibra óptica submarina se comenzara a contraer bruscamente después de varios años de excesiva inversión (28 billones de dólares hasta el año 2002 a nivel mundial) dejando como inversiones factibles en el corto plazo principalmente los up-grades de los sistemas ya instalados.



¿Qué es una Red submarina de fibra óptica?

Una red submarina de fibra óptica está compuesta de enlaces realizados con cables de fibra óptica formando anillos que permiten unir ciudades dentro de un continente y con otras ubicadas en otros continentes. Normalmente la conectividad global mundial se consigue a través de la interconexión de anillos de menor envergadura.

Un enlace submarino de fibra óptica se compone de dos grandes partes: La Planta seca en tierra y la Planta húmeda o bajo el mar.

La Planta húmeda está compuesta por los elementos que se encuentran bajo el mar y que son principalmente el cable que transportan las señales luminosas de información de una estación a otra, los repetidores que permiten amplificar la señal luminosa a medida que se desgasta y las unidades de derivación, que posibilitan integrar estaciones secundarias a la troncal sin arriesgar la confiabilidad del sistema.

En la Red Seca se encuentran los componentes que permiten transmitir, recibir y controlar las comunicaciones que se envían a través de los segmentos de enlaces submarinos. Estos componentes son el Equipo terminal de línea para transmitir y recibir la información, el equipo de generador de potencia para alimentar con corriente eléctrica a los repetidores, el cable terrestre para unir la Estación de tierra con el Cable submarino y el Cable de tierra que permite cerrar el circuito eléctrico a través del mar.

Para instalar los cables submarinos bajo el mar, se realiza primero un levantamiento topográfico del fondo marino que permita elegir la ruta del cable más adecuada que evite las fosas, montañas y otras dificultades que imponen el medio ambiente en que será instalado, por ejemplo faenas de pesca, anclas y ataque de peces. En zonas en las cuales sea necesario, el cable puede ser enterrado y/o fijado para evitar movimientos que pudiesen afectar su integridad física.

¿Cómo se consigue la gran confiabilidad de las redes submarinas de fibra óptica?

Dado que hoy en día existe una gran conectividad mundial a través de cables submarinos formando anillos, las redes submarinas de fibra óptica cuentan normalmente con protecciones en caso de falla de equipos o corte de un cable; sin embargo debido a la gran cantidad de información que transportan se hace vital restablecer lo antes posible el equipo o cable dañado, dado que mientras no haya sido solucionada la falla el sistema permanecerá sin respaldo, produciéndose una crisis de proporciones en caso de producirse una nueva falla en otro lugar del anillo.

Para cumplir con el propósito anterior las estaciones de cable submarino se conectan utilizando un anillo de “trabajo” y uno de “respaldo”, En caso normal, sin falla, el tráfico prioritario es llevado por el anillo de trabajo, mientras que por el anillo de protección se lleva tráfico de baja prioridad. En caso de falla, existirá una conmutación de segmento (sólo entre dos estaciones y por falla de equipos), o conmutación de anillo, que implica una re-configuración total del anillo en forma de “banana” (cuando se trata de un corte de cable). Cuando se realiza una conmutación que utiliza el anillo de protección, el tráfico no prioritario se pierde.

La tecnología de anillos aprovecha además lo explicado antes en el sentido que es posible enviar por una misma fibra óptica varias señales de alta velocidad en diferentes “colores” de la luz en forma simultánea, por lo que si se usan 16 “colores” y considerando que se disponen de 4 pares



de fibras, se podrán construir un total de 64 anillos independientes. (Posteriormente esa cantidad podría ser ampliada agregando nuevos “colores” o sea nuevas longitudes de onda).

Gracias a la cantidad de anillos disponibles, la flexibilidad y confiabilidad del sistema crece enormemente, facilitando además el mantenimiento preventivo y correctivo.

En las redes de submarinas de fibra óptica normalmente existe un centro remoto de operación que tiene por función supervisar la red las 24 horas del día y los 365 días del año. Todo tipo de actividad de mantenimiento correctivo, debe contar con la autorización y dirección del Centro de operación de red de manera que nada sea hecho sin un adecuado registro y supervisión.

Las comunicaciones de servicio (mantenimiento) entre los computadores de las diferentes estaciones de cable submarino, se realizan a través de canales de transmisión de datos mediante routers bajo protocolo TCP-IP. Dichos canales de datos se envían dentro de la misma señal de alta velocidad que sale por el terminal de línea respectivo.

Es interesante destacar que para fines de mantenimiento preventivo y correctivo es necesario realizar mediciones y enviar órdenes a los repetidores que están bajo el mar. Esto se realiza variando levemente (sobre-modulando) la señal luminosa de acuerdo a la señal de datos de baja velocidad que contiene los mensajes enviados o recibidos hacia o desde los repetidores.

Para la rápida localización de un punto de corte del cable se utiliza un instrumento (reflectómetro óptico coherente) que envía pulsos de luz y mide el tiempo de retorno de dichos pulsos al reflejarse en el corte, presentando errores que pueden ser tan bajos como un 0,1% y un alcance de hasta 15.000 kilómetros.

En algunos casos se producen fallas eléctricas de aislación en el cable submarino y no pueden usarse métodos de reflectometría óptica como el explicado antes; en ese caso existen métodos eléctricos de localización, pero dado que dependen de muchos parámetros variables y particulares de cada enlace pueden presentar un error tan grande como 1%.

Importancia de las redes submarinas de fibra óptica.

Quizá la mayor importancia de las redes de cable submarino de fibras ópticas sea la reducción del costo de las comunicaciones de larga distancia que se deriva de las siguientes causas principales:

- La extraordinaria capacidad que presenta la tecnología permite abaratar los costos por circuito.

- La gran oferta de capacidad ofrecida en la actualidad debido a las cuantiosas inversiones realizadas.

- La existencia de alta competencia entre las empresas explotadoras de las redes de cable submarino.

La importancia global de las redes submarinas de fibra óptica es que permiten crear, junto a las redes terrestres de fibra óptica una poderosa columna vertebral que enruta las señales de telecomunicación a través de todo el planeta sin que se produzcan cuellos de botella ni degradación de la calidad de la transmisión. (Como sucedía con las comunicaciones punto a punto vía satélite anteriormente). En este sentido cabe destacar:



- Todas las señales de larga distancia intercontinentales y en muchos caso regionales y cualquiera sea su origen, (teléfono fijo o celular, datos de Internet, datos privados, etc), desembocan ineludiblemente en la columna vertebral que forman las redes submarinas y terrestres de fibra óptica.

- Dada la estructura en base de anillos auto-curables de las redes submarinas de fibra óptica, siempre existirá un camino para que la información llegue a su destino y con alta calidad.

Las redes submarinas de fibra óptica trabajan en forma silenciosa y eficiente, asegurando una disponibilidad altísima e inmediata y, protegidas por un medio que no presenta cambios que afecten su integridad. Es labor de las administraciones de telecomunicaciones comprender y explotar a cabalidad las enormes potencialidades que presentan en lo técnico y económico.

Antecedentes históricos:

En general se denomina cable submarino al constituido por conductores de cobre o fibras ópticas, instalado sobre el lecho marino y destinado fundamentalmente a servicios de telecomunicación.

No obstante, también existen cables submarinos destinados al transporte de energía eléctrica, aunque en este caso las distancias cubiertas suelen ser relativamente pequeñas.

En lo relativo al servicio de telecomunicación los primeros cables, destinados al servicio telegráfico, estaban formados por hilos de cobre recubiertos de un material aislante denominado gutapercha, sistema desarrollado, en 1847, por el alemán Werner von Siemens. Con este sistema se logró tender, en 1852, el primer cable submarino que unía el Reino Unido y Francia a través del Canal de la Mancha.

En 1855 se aprobó el proyecto para tender el primer cable trasatlántico, empleándose para ello el mayor barco existente en ese entonces, el Great Eastern (Figura 01). Este cable no llegaría a funcionar hasta el año 1866 y unía Irlanda y Terranova. Las dificultades de tendido fueron considerables, así como las de explotación, debido a las elevadas atenuaciones que sufrían las señales como consecuencia de la capacitancia entre el conductor activo y tierra, así como por los problemas de aislamiento.

Figura 01: Buque cablero Great Easten.



El descubrimiento de aislantes plásticos posibilitó la construcción de cables submarinos para telefonía, dotados de repetidores amplificadores sumergidos, con suministro de energía a través de los propios conductores por los que se transmitía la conversación.

Posteriormente, en la década de los 60, se instalaron cables submarinos formados por pares coaxiales, que permitían un elevado número de canales telefónicos analógicos, del orden de 120 a 1 800, lo que para la época era mucho. Finalmente, los cables submarinos de fibra óptica han posibilitado la transmisión de señales digitales portadoras de voz, datos, televisión, etc. con velocidades de transmisión de hasta 2,5 Gbps, lo que equivale a más de 30 000 canales telefónicos de 64 kbps.

* Primer cable trasatlántico.

Aunque los satélites de comunicaciones cubren una parte de la demanda de transmisión, especialmente para televisión e Internet, los cables submarinos de fibra óptica siguen siendo la base de la red mundial de telecomunicaciones.

CABLE SUBMARINO FIBRA ÓPTICA

La principal función del cable es proteger la fibra óptica a lo largo de la vida útil del sistema, incluyendo las operaciones de tendido, enterrado y recuperación. Una segunda función es que los elementos metálicos internos sean usados para monitorear el estado del sistema de transmisión y localizar las roturas del cable, además, los materiales utilizados para su construcción están pensados para no tener algún impacto nocivo al medio, de hecho, se trata de materiales que se pueden integrar de forma casi natural al entorno.

ESTRUCTURA DE LA FIBRA ÓPTICA



Figura 02: Estructura de cable submarino fibra óptica.

Una sección transversal de un cable de comunicaciones submarino.1. Polietileno.2. Cinta de mylar.3. Alambres de acero trenzado.4. Barrera de aluminio resistente al agua.5. Policarbonato.6. Tubo de cobre o aluminio.7. Vaselina.8. Fibras ópticas.

1. EL POLIETILENO

El polietileno (PE) es un material termoplástico blanquecino, de transparente a translúcido, y es frecuentemente fabricado en finas láminas transparentes. Las secciones gruesas son translúcidas y tienen una apariencia de cera. Mediante el uso de colorantes pueden obtenerse una gran variedad de productos coloreados.

Como aislante para los cables submarinos. En esta aplicación, la escasa permitividad y la resistencia al agua son de especial utilidad. En 1940, era usado como aislante en los cables de alta frecuencia usados especialmente en las instalaciones de radar, y en este caso es el factor de potencia el que tiene la máxima importancia. Muchos otros tipos de cables para usos militares y civiles han empleado también el PE como aislante. Más recientemente, una salida importante para el PE se ha encontrado en la construcción de cables en los cuales el polímero se usa no como aislante eléctrico, sino como envoltura exterior. En este caso puede considerarse como sustitutivo del plomo.

2. CINTA DE MYLAR

El Tereftalato de Polietileno, Politereftalato de etileno o Polietileno Tereftalato (más conocido por sus siglas en inglés PET, Polyethylene Terephtalate). Es un tipo de plástico muy usado en envases de bebidas y textiles. Algunas compañías manufacturan el PET y otros poliésteres bajo diferentes marcas comerciales, por ejemplo, en los Estados Unidos y Gran Bretaña usan los nombres de Mylar y Melinex.


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

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Pl%C3%A1stico

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Submarine_cable_cross-section_3D_plain.svg


Como algunos de los aspectos positivos que encontramos para el uso de este material podemos destacar:

Que actúa como barrera para los gases, como el CO2, humedad y el O2. Es transparente y cristalino, aunque admite algunos colorantes.

Liviana.

Impermeable.

Resistencia esfuerzos permanentes y al desgaste, ya que presenta alta rigidez y dureza.

Alta resistencia química y buenas propiedades térmicas, posee una gran indeformabilidad al calor.

Totalmente reciclable.

Estabilidad a la intemperie.

Baja absorción de humedad que lo hacen muy adecuado para la fabricación de fibras.

3. ALAMBRES DE ACERO TRENZADO

Los cables de fibra óptica submarina también tiene una capa de alambre de acero el cual forma una especie de armazón que le da mayor resistencia a las quebraduras producidas por la pesca de arrastre, la presión del agua y las mordidas de tiburones.

4. BARRERA DE ALUMINIO RESISTENTE AL AGUA.

Podemos decir, la barrera de aluminio resistente al agua. Es de color blanco brillante, con buenas propiedades ópticas y un alto poder de reflexión de radiaciones luminosas y térmicas.

Tiene una elevada conductividad eléctrica comprendida entre 34 y 38 m/(Ω mm2) y una elevada conductividad térmica (80 a 230 W/(m·K)).

Resistente a la corrosión, a los productos químicos, a la intemperie y al agua de mar, gracias a la capa de Al2O3 formada. Además es:

Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas. Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos.

Material soldable.

5. POLICARBONATO

El policarbonato es un grupo de termoplásticos fácil de trabajar, moldear, y son utilizados ampliamente en la manufactura moderna. El nombre "policarbonato" se basa en que se trata de polímeros que presentan grupos ffuncionales unidos por grupos carbonato en una larga cadena molecular.

APLICACIONES


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

http://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero

http://es.wikipedia.org/wiki/Termopl%C3%A1stico

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


El policarbonato empieza a ser muy común tanto en los hogares como en laboratorios y en la industria debido a sus tres principales cualidades: gran resistencia a los impactos y a la temperatura así como a sus propiedades ópticas. El policarbonato viene siendo usado en una gran variedad de campos:

Óptica: usado para crear lentes para todo tipo de gafas. Electrónica: se utilizan como materia prima para CDs, DVDs y algunos componentes de

los ordenadores.

Seguridad: cristales antibalas y escudos anti-disturbios de la policía.

Diseño y arquitectura: cubrimiento de espacios y aplicaciones de diseño.

6. TUBO DE COBRE O ALUMINIO

Son unos tubos que se utilizan para proteger las fibras ópticas, debido a que cobre posee muy buena ductilidad y maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos.

7. V ASELINA O GRASA DE PETRÓLEO

Para facilitar la instalación, el tendido puede realizarse con la ayuda de lubricantes que disminuyen el rozamiento entre el cable y el conducto.

Esta sustancia untuosa e inodora consiste en una mezcla de hidrocarburos sólidos y líquidos producida a partir de los residuos de petróleo, a veces se le denomina Gelatina de Petróleo y se compara este producto a las grasas animales por su comportamiento físico. Entre sus múltiplos usos, es interesante hacer notar que sirve como lubricante en la producción de fibras ópticas.

EQUIPOS DE CABLE SUBMARINO FIBRA ÓPTICA

1. UN REPETIDOR

Un repetidor es un dispositivo electrónico que recibe una señal débil o de bajo nivel y la retransmite a una potencia o nivel más alto, de tal modo que se puedan cubrir distancias más largas sin degradación o con una degradación tolerable.

El término repetidor se creó con la telegrafía y se refería a un dispositivo electromecánico utilizado para regenerar las señales telegráficas. El uso del término ha continuado en telefonía y transmisión de datos.

Los repetidores se utilizan a menudo en los cables transcontinentales y transoceánicos ya que la atenuación (pérdida de señal) en tales distancias sería completamente inaceptable sin ellos. Los repetidores se utilizan tanto en cables de cobre portadores de señales eléctricas como en cables de fibra óptica portadores de luz.

Asimismo, se utilizan repetidores en los enlaces de telecomunicación punto a punto mediante radioenlaces que funcionan en el rango de las microondas, como los utilizados para distribuir las señales de televisión entre los centros de producción y los distintos emisores o los utilizados en redes de telecomunicación para la transmisión de telefonía.



En comunicaciones ópticas el término repetidor se utiliza para describir un elemento del equipo que recibe una señal óptica, la convierte en eléctrica, la regenera y la retransmite de nuevo como señal óptica. Dado que estos dispositivos convierten la señal óptica en eléctrica y nuevamente en óptica, estos dispositivos se conocen a menudo como repetidores electroópticos.

Figura 03: Repetidor submarino



1. BRANCH UNIT

Figura 04: Unidad de derivación submarina

Su principal función es derivar cable de fibra óptica desde el trunk o tramo principal hacia los branch o ramales. La siguiente figura ilustra esta función del branch unit, el cable principal o trunk está conformado por cuatro pares de fibra óptica y a través del branch unit un par de fibra es desviado desde el tramo principal hasta uno de los puntos destino de la información que viaja por el cable submarino. Este desvío de la fibra es la rama que luego se incorpora nuevamente al trunk por medio de otro branch unit.

Es un sistema de conmutación de energía que permite reconfigurar la alimentación de los repetidores en caso de roturas en los cables o de fallas de alimentación.

2. CAJAS DE EMPALME

Permite unir diferentes cables de fibra (cables con diferentes protecciones) incluyendo el conductor de corriente y la protección. Esto se debe a que como a medida que van cambiando la profundidad y las condiciones ambientales a la que estará expuesto el cable se hace necesario distintos niveles de protección en el cable por lo cual la caja de empalme hace la transición entre un tipo de cable y otro.

Una caja de empalmes de fibra óptica comprende: Una carcasa (12) que tiene extremos opuestos y al menos un puerto de cable dentro de ella para recibir al menos un cable de fibra óptica a través de ella, teniendo también dicha carcasa lados opuestos que se extienden entre los



extremos opuestos, comprendiendo dicha carcasa primeras y segundas secciones de carcasa en contacto (14, 15) aseguradas juntas de modo desmontable; Un soporte (25) conectado a un interior de la primera sección de carcasa (14) adyacente a un lateral de esta, incluyendo dicho soporte secciones que definen una pluralidad de ubicaciones de montaje pivotantes;

Un apoyo del almacenamiento de elementos sueltos (30) que se conecta de forma pivotante a una primera ubicación de montaje pivotante de dicho soporte y que se desplaza de forma pivotante entre una posición de almacenamiento y una posición elevada, siendo dicho apoyo del almacenamiento de elementos sueltos, cuando se encuentra en la posición de almacenamiento, generalmente paralelo a y manteniendo una relación distanciada de las secciones interiores adyacentes de la primera sección de carcasa (14) para definir un área de enrutamiento de fibra (32) entre ellas, facilitando dicho apoyo del almacenamiento de elementos sueltos (30), cuando se encuentra en la posición elevada, el acceso al área de enrutamiento de fibra (32); y al menos un organizador de empalmes (45) que se conecta de forma pivotante a dicho soporte en una ubicación de montaje pivotante encima de la primera ubicación de montaje pivotante y que se desplaza de forma pivotante entre posiciones de almacenamiento y elevada; en la que dicha carcasa (12) define un eje longitudinal de la carcasa; y en la que dicho apoyo del almacenamiento de elementos sueltos (30) comprende un panel de base (31) y secciones de pared (32) que se extienden hacia fuera desde allí, caracterizada porque la conexión pivotante de dicho apoyo del almacenamiento de elementos sueltos define un eje de pivote paralelo generalmente al eje longitudinal de la carcasa y porque dichas secciones de pared (32) definen una dirección de acceso desde abajo para colocar fibras sueltas en dicho apoyo del almacenamiento de elementos sueltos (30) cuando se encuentra en la posición elevada.

Figura 05: Caja de empalme de cable submarino fibra óptica.

3. CABLE LIGERO O LIVIANO

Es un cable que se usa en grandes profundidades, llegando incluso a los 7.000 metros .Su protección es menor que la del cable armado dado que en los lugares donde es aplicado no recibe grandes daños por parte de agentes externos.



Figura 08: Cable liviano submarino

4. CABLE ARMADO.

Este cable es utilizado para el cableado de poca profundidad (aproximadamente hasta los 1.500 metros). El nivel de protección usado en este tipo de cable es de máxima seguridad pues, al estar en profundidades más bajas, se hallan expuestos a los agentes externos más dañinos para su integridad, como ser la pesca y las distintas especies marinos, principalmente los tiburones.

Figura 09: Cable armado submarino.

Una ruta interoceánica puede estar construida con uno de los tipos de cable mencionados anteriormente, o por una combinación de ellos. La elección depende del análisis de costos y del tipo de ruta interoceánica.

INSTALACIÓN DE CABLE SUBMARINO

Las grandes inversiones requeridas originaron que tradicionalmente el sector del cable submarino estuviese liderado por empresas con un potente músculo financiero, operando frecuentemente en régimen de monopolio.



La importancia de los cables de fibra submarinos es enorme. Los cables submarinos concentran la mayor parte de los datos transmitidos en el mundo, con alrededor del 90% del tráfico. El 10% restante se transmite mediante satélites.

Tender un cable submarino es tan complicado como poner un satélite en órbita.El cable y los repetidores son muy caros, el tendido lo realizan barcos especiales en una operación controlada al centímetro por computador.El cable es almacenado y probado en grandes tanques cilíndricos situados en las fábricas, antes de ser cargado a bordo del barco de tendido de cable.

Figura 10: Prueba de la fibra y puesta en cilindros para su carga.

Es necesario tener una estación terminal que es la que controla las operaciones y en donde se encuentra el equipo alimentador. También hay que construir diferentes estaciones terrestre entre los lugares que se van a conectar, estás se llaman estaciones de amarre.

a) b)

Figura 11: a) Estación terminal, b) Dentro de la estación.

Luego de su verificación, los cilindros se cargan en los barcos, dejando un extremo del cable en la orilla. El tendido físico del cable es bastante complejo. Los problemas de encauzamiento se pueden minimizar con el empleo de barcos especializados que llevan a cabo una investigación geofísica y geotécnica de la ruta propuesta y, si se localizan obstáculos, trabajan para encontrar las mejores alternativas.La ruta definida se debe ejecutar con una precisión de alrededor de 100 metros, incluso cuando el cable se tiende a profundidades de hasta 8000 metros.



Se hace necesario conectar la estación terminal con la playa, entonces existe una parte del cableado que va en forma terrestre.

Las operaciones marinas comienzan situando el cable a flote desde el barco de cableado hasta la posición de tierra. Una vez que el extremo del cable está asegurado en la orilla, las bolsas de flotación se retiran permitiendo al cable asentarse en el mar.

Figura 12: Cargado de la fibra a bordo del barco de tendido.

El barco de cableado sigue entonces su ruta predeterminada: o con el cable enterrado en el lecho marino, lo que ayuda a prevenir peligros de rastreadores o anclas de barcos o bien, tendido en la superficie, conforme sea requerido.

El cable que permanece en tierra se va introduciendo en bolsas de flotación antes de ser colocado en el lecho del mar.

Figura 13: Cable dentro de las bolsas de flotación.

Los ajustes para tensar el cable y para posicionar el barco se hacen de forma continuada para asegurar la conformidad con la ruta del cable. Cuando el cable llega a su punto de tierra de destino, un extremo del mismo que ha sido previamente instalado y mantenido a flote se lleva a bordo y se empalma al cable que está siendo tendido.

Además los cables son frágiles. Un fallo en el aislamiento puede inutilizar los repetidores o



deteriorar las fibras. Las corrientes submarinas, terremotos, anclas y las redes de arrastre son un peligro constante. Barcos de reparación están en constante estado de alerta en todo el mundo.

Figura 14: Esquema de puesta del cable submarino en el lecho del mar.



Figura 15: Elementos de un enlace submarino.

Figura 16: Elementos de un enlace submarino.



REPARACIÓN DE CABLE SUBMARINO

Para el buen funcionamiento y evitar las caídas de las telecomunicaciones mediante cable submarino, existen convenios internacionales que protegen todos los redes de cables submarinas y es por eso que existen barcos que están constantemente en reparación y mantenimiento de rupturas o daños provocados por fenómenos naturales como tormentas, olas, agentes externos, anclas, mordidas de tiburones e incluso los piratas quienes roban el cable para venderlo luego como chatarra.

Las obras se llevan a cabo mediante artefactos submarinos teledirigidos.

Muchas veces puede suceder que en un enlace se produzca una falla y se tenga que hacer un nuevo empalme. El 21 de noviembre de 2000, se produzco un gran daño cuando unos 39.000 kilómetros de cable que unen a Australia, Asia y Europa se vieron interrumpidas. Como resultado, millones de usuarios se vieron afectados y se encontraron ante un enorme cuello de botella en el tráfico de sus comunicaciones.

La ruptura del cable provocó la pérdida del acceso a Internet a gran parte de Asia así como a algunos países europeos. La propietaria del cable era la empresa australiana Telstra Corp. que confirmó haber perdido un 65% de su ancho de banda internacional por la ruptura de su cable y manifestó que la causa de la rotura pudo haber sido por un terremoto o el ancla de un barco.

Llevar a cabo una reparación resulta sumamente antieconómico, ya que dadas las características del medio, las interrupciones pueden llegar a ser de larga duración, lo que implica grandes pérdidas para la empresa propietaria.

Luego de que la ubicación de una falla se detecta, un equipo es enviado por barco al sitio de reparación. La recuperación del enlace suele llevarse a cabo en tiempos de 1 a 2 días según la profundidad del tendido. Se estima que un barco se demora en promedio entre 10 días y 2 semanas en llegar, pero esta puede variar según la importancia de la falla.

A continuación se presenta el esquema cronológico básico de reparación de fallas submarinas:



Figura 17: Esquema de solución de fallas.

Figura 17: Barco de tendido de la firma Alcatel.

REDES DE CABLE SUBMARINO FIBRA ÓPTICA EN EL MUNDO

En la actualidad, el teléfono e Internet son indispensables e importantes para la economía mundial, por lo que se debe certificar la correcta funcionalidad de las redes mundiales pues según Georges Krebs: "Los cortes de red para un país, incluso por unas pocas horas, son completamente intolerables”.



Los cables submarinos, cuyo despliegue se ha producido en 20 años, están repartidos alrededor del mundo por más de un millón de kilómetros, equivalente a 25 veces alrededor de la tierra.

Éste es un mapa que demuestra la distribución total de los cables submarinos alrededor de todo el mundo.

Figura 18: Cable submarino en el mundo.



EL FUTURO DEL CABLE SUBMARINO

El crecimiento de Internet y con ello el aumento del tráfico de voz y datos ha hecho crecer exponencialmente la instalación de sistemas de telecomunicaciones por cable submarino. Es debido a que estos sistemas permiten la introducción de las nuevas tecnologías de fibra óptica que aumentan la capacidad de los cables y por ello, permiten reducir los precios de transmisión.

Se puede decir que un país que no tiene instalaciones de cable submarino, no tiene suficiente capacidad para las comunicaciones internacionales. Los sistemas de telecomunicación por cable submarino constituyen, hoy en día, la estructura básica de transporte de comunicaciones entre continentes, por medio de la constitución de enlaces transoceánicos en, prácticamente, todos océanos del planeta. Las redes de cable submarino actualmente extendidas son capaces de facilitar conexiones con cualquier lugar del mundo.

Después de décadas de crecimiento caracterizadas por una expansión a nivel mundial y continuos avances tanto en tecnología como en capacidad y un relativo equilibrio entre la oferta y la demanda, la industria de cable submarino se enfrenta a nuevos tiempos en los que superar grandes retos. El más importante cómo adaptarse a una demanda tan deprimida como la actual.

La industria de cables submarinos se ha beneficiado de los numerosos avances tecnológicos que han cambiado el modo en que se planifican y construyen las redes de cable. Lo que una vez fue el “punto a punto”, con conexiones con capacidad fija, sólo hace diez años, se ha transformado en redes multipunto, con capacidad variable. Esto ha sido posible gracias a los avances tecnológicos, que además han incidido en el aumento de capacidad y en la reducción del coste por “bit”. Estos avances, y las consiguientes reducciones de costes, se han logrado por los siguientes factores:



La tecnología WDM permite un uso más efectivo del ancho de banda de la fibra. Esto ha resultado en un factor de mejora en el ancho de banda por par de fibra de 2.000 veces en los últimos diez años.

Los sistemas de ocho pares de fibras, utilizando componentes miniaturizados en los repetidores sumergidos, han mejorado el ancho de banda por sistema en unas 2 ó 3 veces, en los últimos diez años.

El Standard 10-Gbps ha permitido una mayor velocidad de transmisión, resultando una mejoría en banda ancha de 20 veces por cada canal.

CONCLUSIONES

Los avances logrados en el área de la óptica, han posibilitado la aparición de tecnologías en este campo, para trasportar grandes volúmenes de información de manera eficiente, así como un desarrollo significativo durante los últimos años, manteniéndose esta tendencia por un largo tiempo, debido a las ventajas de las señales luminosas. El reto es mejorar los sistemas de telecomunicaciones existentes, con la finalidad de mejores y más eficientes servicios de telecomunicaciones demandado por sus usuarios. Esto permite el avance en el área de telecomunicaciones, donde el centro de todo este desarrollo apunta a un solo horizonte: satisfacer las necesidades de comunicación de los clientes.

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Sistemas y Redes Ópticas de Comunicaciones . Editorial Pearson,2004. [MIg04] Ignacio de Miguel.

Apuntes de Comunicaciones Ópticas . E.T.S. Ingenieros de Telecomunicación. Universidad de Valladolid, ,2004.

ÍNDICE

AMPLIFICADORES DE FIBRA ÓPTICA.....................................................................................................................................1

Los amplificadores ópticos:..........................................................................................................................................................2Tipos de amplificadores:...............................................................................................................................................................5Tipos de amplificadores ópticos según su aplicación:.................................................................................................................7

Amplificadores basados en láseres de semiconductor (SOAS)........................................................................................................9

Amplificadores Fabry-Perot.........................................................................................................................................................9Amplificadores de onda viajera o pogresiva..............................................................................................................................10

AMPLIFICADORES DE FIBRA OPTICA DOPADA CON TIERRAS RARAS:.......................................................................11

EDFA, Erbium Doped Fiber Amplifier.....................................................................................................................................12Configuraciones de bombeo:.........................................................................................................................................................................14Ganancia de un EDFA...................................................................................................................................................................................15Amplificador de fibra dopada de Erbio, EDFA comercial........................................................................................................................16PDFA, Praseodymiun Doped-Fiber Amplifier............................................................................................................................................17

Amplificadores de Raman...........................................................................................................................................................17Efecto Raman:................................................................................................................................................................................................20

Un nuevo amplificador óptico:...................................................................................................................................................23

REDES SUBMARINAS DE FIBRA OPTICA:.............................................................................................................................24

Un poco de historia.....................................................................................................................................................................24¿Qué es una Red submarina de fibra óptica?............................................................................................................................25¿Cómo se consigue la gran confiabilidad de las redes submarinas de fibra óptica?...............................................................26Importancia de las redes submarinas de fibra óptica................................................................................................................27Antecedentes históricos:.............................................................................................................................................................28CABLE SUBMARINO FIBRA ÓPTICA.................................................................................................................................29ESTRUCTURA DE LA FIBRA ÓPTICA..................................................................................................................................29

1. EL POLIETILENO.............................................................................................................................................................................302. CINTA DE MYLAR............................................................................................................................................................................303. ALAMBRES DE ACERO TRENZADO...........................................................................................................................................314. BARRERA DE ALUMINIO RESISTENTE AL AGUA..................................................................................................................31



5. POLICARBONATO............................................................................................................................................................................316. TUBO DE COBRE O ALUMINIO....................................................................................................................................................31

EQUIPOS DE CABLE SUBMARINO FIBRA ÓPTICA.........................................................................................................321. UN REPETIDOR.................................................................................................................................................................................321. BRANCH UNIT...................................................................................................................................................................................332. CAJAS DE EMPALME......................................................................................................................................................................343. CABLE LIGERO O LIVIANO..........................................................................................................................................................354. CABLE ARMADO..............................................................................................................................................................................35

INSTALACIÓN DE CABLE SUBMARINO.............................................................................................................................36REPARACIÓN DE CABLE SUBMARINO..............................................................................................................................40REDES DE CABLE SUBMARINO FIBRA ÓPTICA EN EL MUNDO.............................................................................42EL FUTURO DEL CABLE SUBMARINO...............................................................................................................................44

Conclusiones....................................................................................................................................................................................44

Bibliografía:.....................................................................................................................................................................................44

ÍNDICE............................................................................................................................................................................................46

INTEGRANTES..............................................................................................................................................................................46

INTEGRANTES

6to 1ra - GRUPO Nº:2Canepusia, BrunoGuillén, Matías

Molina, AlejandroSayago,


fibra optica amplificadores

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