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Febrero 2010

VI. Prctica E1: Analizador de Espectros pticos

En esta prctica se pretende estudiar y comprender el manejo de un Analizador

de Espectros pticos (OSA), as como familiarizarse con las tcnicas de medida que se

utilizan para la caracterizacin de componentes fotnicos activos y pasivos. En particular,

se medirn los espectros de emisin de diodos emisores de luz (LED) y diodos lser

(LD), y a partir de ellos se calcular la anchura espectral de estas fuentes de luz. Por otro

lado, se medirn las caractersticas de potencia en transmisin de la fibra ptica

(atenuacin) y demultiplexores para sistemas WDM (diafona entre canales). Por ltimo,

se medirn las caractersticas de una red de Bragg en fibra.

MATERIAL NECESARIO

Analizador de espectros ptico (OSA) Ordenador personal

Caja de emisores

Acoplador Plano Monomodo

Fibra de Bragg

1 polmetro + 2 bananas

Carrete de fibra MM (5Km)

Multiplexor / Demultiplexor WDM

Una memoria pen-drive

Latiguillo de fibra MM FC

3 acopladores FC-FC

Laboratorio de Comunicaciones pticas Dpto. Tecnologa Fotnica

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Conocimientos tericos previos

En primer lugar repase sus conocimientos de seales y sus espectros. Repase las

diferencias entre espectros discretos (amplitud y potencia de los armnicos) y continuos

(densidad espectral de amplitud y de potencia).

Repase adems el funcionamiento de las fuentes de luz LED y LD, y el proceso de

conversin electro-ptica en diodos lseres tipo Fabry-Perot, tanto en los que configuran

su caracterstica espectral (caractersticas geomtricas y pticas del resonador de Fabry-

Perot), como los que llevan a la generacin de luz coherente (transicin de emisin

espontnea a emisin estimulada,). Slo una parte de estos conceptos estn referidos en

la introduccin terica de este manual, por lo que le recomendamos que consulte la

bibliografa recomendada o sus apuntes de la asignatura Comunicaciones pticas.

Tendr tambin que conocer el comportamiento en frecuencia ptica de dispositivos

pasivos como la fibra ptica, los multiplexores en longitud de onda WDM y los filtros

Bragg as como sus parmetros caractersticos (diafona, aislamiento, etc.). La

introduccin terica de este manual revisa la fibra ptica, y los Anexos de Caractersticas

tcnicas de los componentes utilizados en las prcticas proporcionan algunos

parmetros medidos de WDMs, pero un repaso terico es conveniente.

Finalmente, consulte el Anexo1_E1 de esta prctica para familiarizarse con la utilizacin

del Analizador de Espectros pticos OSA.

Para guardar los resultados de la prctica, el alumno debe traer al laboratorio una

memoria pen-drive.

Antes de realizar la prctica, lea detalladamente el manual de utilizacin del programa

(Anexo2_E1) y familiarcese con las distintas opciones que ofrece.

La prctica se realiza en dos puestos que acceden en modo cliente-servidor al ordenador

que controla el OSA.

Recuerde anotar en su cuaderno de prcticas todos los valores medidos y calculados, as

como la respuesta a todas las cuestiones que se plantean en la prctica.

En algunas medidas se dan valores estimados o mrgenes de valores. Si los resultados

obtenidos al realizar la medida no coinciden, repase la medida. Si el error persiste consulte

a su profesor.

Prctica E1: Analizador de Espectros pticos

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VI.1. CARACTERIZACIN DE COMPONENTES ACTIVOS: MODO DE OPERACIN DIRECTO

Para la caracterizacin de componentes activos o fuentes de luz en el analizador

de espectros ptico se emplea el mtodo de medida modo de operacin directo es

decir, se conecta directamente la salida de la fuente de luz a la entrada del OSA,

extremo del latiguillo de fibra etiquetado como Optical Input (Fig. E1.1).

Fig. E1.1.- Diagrama de bloques para caracterizacin de componentes activos.

Modo de operacin directo.

NOTA: No debe tocar las entradas y salidas fsicas del OSA, ya que su uso continuo

podra llevar a su deterioro. USE SOLO EL ORDENADOR. NO DEBE TOCAR NINGN

MANDO DEL OSA

En la prctica que se llevar a cabo se caracterizarn dos tipos de fuentes de luz: los

diodos emisores de luz (LED) y los diodos lser (LD) Fabry-Perot. El objetivo ser la

medida del espectro de emisin de las distintas fuentes de luz que se utilizan en

comunicaciones pticas, identificar la ventana (1, 2 3 ventana) en que trabajan y

determinar sus parmetros caractersticos como su anchura espectral, longitud de onda

en el pico de emisin, etc., y cules son sus principales diferencias cuantitativas y

cualitativas.

A) ESPECTRO DE EMISIN DE LED 1300 nm

A.1) Comprobacin del equipo de laboratorio

Inicialice el equipo de laboratorio, y compruebe que el programa de control remoto del

OSA funciona correctamente. Para lo cual, visualice la traza que presenta el equipo en

ausencia de seal ptica de entrada.

Monitor

Monocromador

ANALIZADOR DE ESPECTROS PTICO (OSA)

Fuente de luz a caracterizar

Entrada del Monocromador


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A.2) Procedimiento Experimental.

Conecte la salida ptica del LED a 1300 nm de la caja de emisores al extremo del

latiguillo de fibra etiquetado como Optical Input mediante un latiguillo de fibra

multimodo. Seleccione el conmutador de modulacin en alta frecuencia DIG. (en esta

posicin el potencimetro de control de potencia est desactivado). Visualice ahora el

espectro de la fuente.

Como se puede observar, el espectro de emisin del LED queda parcialmente

enmascarado por el ruido, por lo cual se hace necesario seleccionar unas condiciones de

medida ms idneas.

A.3) Establecimiento de las condiciones de medida

Para una medida ms precisa del espectro de emisin de la fuente, se debern

establecer las siguientes condiciones de medida adecuadas en el OSA, centrando en

ambos ejes la zona de la traza a estudiar.

A.3.1) Eje de abcisas. Se fijar el centro de la zona de inters con el comando

Centro WL y la anchura de la zona con el comando Ancho WL (WLWaveLength-

longitud de onda).

Es absolutamente imprescindible introducir las unidades (u para m o n para nm)

Al fijar los parmetros Centro WL y Ancho WL, los parmetros de comienzo y final

de la traza (start WL y Stop WL) quedan fijados automticamente.

A.3.2) Eje de ordenadas. Observe en el display interactivo el valor mximo de la zona de

inters. Se introducir un valor ligeramente superior como valor de referencia (Ref Level-

Nivel de Referencia). Ajstese la escala de amplitud logartmica (Log Scaling) para

tener una amplitud adecuada de la traza y obtener las medidas en dBm. Si la medida

fuera todava muy ruidosa, siempre es posible ampliar la sensibilidad.

A.3.3) Utilizacin de Marcadores (Mkr.). Para maximizar la traza que se visualiza en

ambos ejes, podemos tambin hacer uso de los marcadores siguiendo el siguiente

procedimiento:

1. Visualice la traza

2. Site uno de los marcadores en el pico ms alto pulsando: MKYMax.-

Si ste no fuera el pico de la zona de inters muvalo con los botones

MKYSig.max.Drcha.- o MKYSig.max.Izqda.-

Los valores del marcador indican el pico de potencia de emisin en dBm (eje

vertical) y la longitud de onda de dicho pico en nm.

3. Fije el marcador


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4. Vuelva al men de configuracin y modifique las condiciones de medida:

a. Cambie el Nivel_referencia con los datos del marcador que haya fijado.

(as sita el nivel de referencia en el mximo de la seal a medir. En este

caso del LED.)

b. Cambie el Centro_WL con el valor fijado del mismo marcador. De esta

forma, tendr centrado en la pantalla el espectro de emisin de la fuente

de luz.

Los datos de configuracin pueden introducirse directamente sin necesitar fijar el

marcador.

A.4) Medida de parmetros caractersticos.

Realice la medida y a continuacin determine los parmetros caractersticos de la fuente

con ayuda de los cursores del Visualizador de Trazas. Los parmetros caractersticos

que se van a determinar a partir de la medida del espectro de emisin del LED sern:

Densidad espectral de potencia en el pico de emisin: Se define como la

relacin entre la potencia en el pico de emisin y el ancho de banda de resolucin

del filtro ptico sintonizable. RB, (dBm/nm)-,

Longitud de onda en el pico de emisin (nm): Se define como la longitud de onda a la cual se produce el pico del espectro del LED.

Ancho de banda a 3 dB o anchura espectral (nm).: Es el parmetro que se utiliza

para la medida de la anchura espectral de la fuente de luz. Se define como la

diferencia entre las longitudes de onda que estn 3 dB por debajo del pico de

emisin del LED.

Valores Tpicos: Resolucin del filtro: 10nm. Si tiene una resolucin distinta no est observando la seal con la mxima resolucin posible. Ajuste el parmetro Ancho WL (anchura de la traza) para ver la seal con la mxima resolucin. Longitud de onda en el pico de emisin: 1310 nm Potencia en el pico de emisin: entre -35 dBm y -37 dBm Anchura espectral de la fuente 140 nm 150 nm

A.5) Pantalla de resultados

Finalmente, imprima (guarde en la memoria pen-drive) la pantalla de resultados. Emplee

el botn Imprime Pantalla del panel de visualizacin de trazas. En el men de

impresoras elija PDF y la ubicacin. Guardar una imagen en formato PDF con las

trazas y todos los datos presentes en el panel de visualizacin de trazas. Si emplea el

botn Imprime Trazas nicamente guardar las trazas, sin el resto de datos de la

medida.


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B) ESPECTRO DE EMISIN DE LD 1500 nm

B.1) Procedimiento experimental.

Conecte la salida ptica del LD a 1500 nm al extremo del latiguillo de fibra etiquetado

como Optical Input mediante un latiguillo de fibra multimodo. Seleccione los

conmutadores, de modulacin en baja frecuencia AN. y de estabilizacin en corriente.

Fije una corriente de polarizacin del LD de 20mA, para lo cual debe de hacer

uso del voltmetro suministrado. Realice una medida y visualice la traza adquirida.

B.2) Establecimiento de las condiciones de medida.

Ajuste la traza visualizada a la zona de emisin del lser, tal y como lo hizo en la

caracterizacin del LED, centrando ambos ejes (N_Ref y Center_WL) y ajustando los

mrgenes (Ancho_WL). Vaya ampliando la traza poco a poco en el eje de abcisas,

disminuyendo el valor del parmetro "Ancho_WL" y midiendo, hasta llegar a un valor de

10nm. Observar como al ir reduciendo este parmetro van apareciendo los distintos

picos Fabry-Perot y simultneamente, aumenta automticamente la resolucin del filtro

(Res_BW Resolution Band Width Resolucin del ancho de banda, mostrado en

parmetros de la traza en el visualizador de trazas) hasta su mximo valor (0.1nm).

B.3) Medida de parmetros caractersticos.

Guarde la medida en una traza y determine los parmetros caractersticos de la fuente

con ayuda de los cursores del Visualizador de Trazas. A partir de la medida del espectro

de emisin del LD se determinarn los siguientes parmetros caractersticos:

Amplitud del pico de emisin (dBm): Nivel de potencia de la componente espectral

de pico del lser Fabry-Perot.

Densidad espectral de potencia en el pico de emisin (dBm/nm): Se define como la

relacin entre la potencia en el pico de emisin y el ancho de banda de resolucin del

filtro ptico sintonizable.

Longitud de onda en el pico de emisin (nm): Longitud de onda a la cual se

produce la componente espectral de pico del lser Fabry-Perot.

Ancho de banda a 3 dB del modo fundamental (nm): Anchura espectral del modo a

la cual se produce el mximo pico de emisin.

Espaciado entre modos (nm): Se define como la diferencia entre las componentes

espectrales a las que se producen los picos de emisin del lser Fabry-Perot.


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Valores Tpicos: Resolucin del filtro: 0,1nm. Si tiene una resolucin distinta no est observando la seal con la mxima resolucin posible. Tenga en cuenta que la luz emitida por cada modo es coherente y por tanto (casi) monocromtica. Ajuste el parmetro Ancho WL (anchura de la traza) para ver la seal con la mxima resolucin. Longitud de onda en el pico de emisin (modo fundamental): 1550 nm Potencia en el pico de emisin: entre -5 dBm y -15 dBm Anchura espectral del modo fundamental 0,09 nm 0,11 nm Espaciado entre modos: 0,7 nm 1,3 nm

A partir de la medida del espaciado entre modos, y sabiendo que el ndice de

refraccin del material activo del LD es igual a 3.5, haga una estimacin de la longitud

de la cavidad.

Valor tpico: 0,3 mm. Para el clculo de la longitud de la cavidad repase previamente la teora de

resonancia en una cavidad lser

Imprima (guarde en la memoria pen-drive en formato PDF) la pantalla de visualizacin de

resultados.

B.4) Medida de la corriente umbral del LD

Modifique la escala vertical a unidades lineales.

Modifique ahora la corriente de polarizacin del LD mediante el potencimetro de

control de corriente del LD llevndola al mnimo y aumentndola poco a poco. Observe

como el LD pasa de trabajar de rgimen de emisin espontnea a emisin estimulada.

Determine grosso modo el punto de paso de emisin espontnea a emisin estimulada

(el LD comienza a lasear) y determine, por tanto, la corriente umbral del LD.

Para ello cada vez que modifique la corriente de polarizacin del lser realice una

medida. Procure localizar el valor aproximado de la corriente umbral con dos o tres

medidas por todo el rango, y luego refine el resultado haciendo otras tres o cuatro

medidas alrededor del valor esperado de corriente umbral.

Esta medida puede realizarse conectando el voltmetro al sensor de corriente y

sabiendo que la cada de tensin en la resistencia V=10I. Para finalizar, baje al mnimo

la corriente de polarizacin del LD.

Opcionalmente, el alumno puede caracterizar el LED de 820nm y el lser VCSEL

que se encuentran en la misma caja de emisores. Este ltimo debe polarizarse a una

corriente de unos 5mA (su corriente umbral es de aprox. 3mA)


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C) ANALISIS DE LOS RESULTADOS

C.1. Rellene la siguiente tabla

Parmetro LED LD Unidades

Nivel de Referencia del OSA

Sensibilidad del OSA

Ancho de banda de resolucin del OSA

Longitud de onda en el pico de emisin

Ancho de banda a 3dB del pico

Densidad espectral de potencia en el pico

Separacin espectral entre modos N/A

Longitud de la cavidad FP N/A

Corriente umbral N/A

C.1. Compare los resultados obtenidos

- Respecto a la potencia del pico de emisin y la densidad espectral en el mismo

punto, Cul de los parmetros es caracterstico del LED y cul del mtodo de

medida?

- Y en el caso del LD?

- Cul es la relacin entre las dimensiones del LD y su espectro?

- Y en el LED? de qu depende el espectro?

- Qu fenmeno se produce en el LD a la corriente umbral que tiene efecto en su

espectro?

- Alguna de las medidas est distorsionada por la precisin o resolucin del

medidor?

VI.2. CARACTERIZACIN DE COMPONENTES PASIVOS: MODO DE OPERACIN ESTMULO RESPUESTA

La caracterizacin de los componentes pasivos se realiza mediante el modo de operacin

estmulo-respuesta, es decir, se excita el dispositivo a caracterizar mediante el espectro


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de emisin de una fuente de luz y se mide su caracterstica de transmisin en potencia.

La medida lgicamente depender de la fuente de luz utilizada por lo que deber ser

normalizada.

El OSA incorpora una fuente de luz blanca que se utilizar para la excitacin en

lasm medidas espectrales de dispositivos pasivos de amplio espectro, como la fibra y el

WDM. Tambin se puede usar una fuente externa: en la medida de la red de Bragg

utilizaremos un lser de 1550 nm. En otro tipo de medidas se usan diodos

superluminescentes o lseres de cavidad vertical VCSEL.

La fuente de luz blanca incorporada en el equipo tiene un espectro de emisin con

fluctuaciones relativamente escasas en el rango de 900 a 1600 nm, pero que en rangos

de longitudes de onda prcticos requiere la normalizacin del resultado respecto al

estmulo. En el caso de utilizar la fuente de luz blanca seguiremos los siguientes pasos:

En primer lugar se elige un margen de longitudes de onda entre los cuales el

espectro de luz blanca del OSA sea razonablemente plano.

Se fijan las condiciones de medida en particular la sensibilidad para que las

medidas sean comparables.

Se mide y almacena el espectro de la fuente de luz.

A continuacin se intercala el dispositivo pasivo a medir

Se adquiere el espectro (medida en dBm) y se resta el espectro de la fuente de

luz.

La medida resultante es la caracterstica de transmisin del elemento pasivo en

dB.

Como es lgico, la medida depender del espectro de la fuente de luz utilizada,

por lo que se hace necesario normalizar la medida respecto al espectro del

estmulo para que sea independiente de la fuente de luz que se est usando. Para

ello se restan las trazas. Note que si quiere representar el espectro de atenuacin

(por ejemplo de la fibra) deber restar entrada (fuente) menos salida, mientras

que si desea representar un espectro de transmisin (por ejemplo en el WDM u

otro tipo de filtro) deber restar salida menos entrada (fuente). La normalizacin

se hace estrictamente necesaria cuando se utilizan otras fuentes de luz ms

cromticas como diodos superluminiscentes o un amplificador de fibra dopada con

Erbio.

Se caracterizarn los siguientes dispositivos pasivos: fibra multimodo, multiplexores /

demultiplexores WDM, y una red de difraccin en fibra.


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El diagrama de bloques para el modo de operacin estmulo respuesta se

muestra en la Fig. E1.8.

Fig. E1.8.- Diagrama de bloques para caracterizacin de componentes pasivos.

Modo de operacin estmulo respuesta.

A) Fibra multimodo

Los parmetros principales que caracterizan el comportamiento de las fibras en

los sistemas de comunicaciones pticas son su atenuacin y dispersin. Los

analizadores de espectros pticos carecen de resolucin temporal, por lo que solamente

podremos medir la atenuacin de estas fibras. Se pretende medir la curva caracterstica

de atenuacin de la fibra multimodo, y por tanto, debern identificarse las diferentes

ventanas de transmisin utilizadas en los sistemas de comunicaciones pticas. A partir

de dicha medida se calcular la atenuacin en dB/km de cada una de ellas. Es importante

hacer notar que el OSA no mide la atenuacin directamente sino la caracterstica de

transmisin con respecto a una entrada conocida.

A.1) Montaje previo para la normalizacin de las medidas

Conecte el extremo del latiguillo de fibra etiquetado Source Output con el extremo del

latiguillo de fibra etiquetado Optical Input mediante un latiguillo de fibra multimodo.

Este latiguillo se aade para asegurar que el nmero de conexiones es el mismo que

con el carrete y as poder calcular con mayor precisin las prdidas de la fibra.

Emplee la configuracin por defecto y mida, con objeto de realizar un Reset del

OSA.

Monitor

Monocromador

ANALIZADOR DE ESPECTROS PTICO (OSA)

Dispositivo pasivo a caracterizar

Entrada del monocromador

Salida de Fuente de Luz


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A.2) Establecimiento de las condiciones de medida.

Las medidas se llevarn a cabo entre 900nm y 1600nm. (Ancho WL de 700nm,

centrado en 1250nm). Encienda la fuente de luz blanca (se hace por software). Fije la

sensibilidad, por ejemplo, a -60dB, mida y guarde la medida en una traza diferente a la

traza 0 (en el men Manejar Traza)

El espectro visualizado es el de emisin de la fuente de luz blanca en dBm. Esta

traza ser la que utilizaremos como referencia para la normalizacin de las medidas.

A partir de ahora no cambie las condiciones de medida de longitud de onda, ya

que si no, los resultados no sern vlidos y tendr que volver a comenzar todo el proceso

de medida.

A.3) Montaje para la caracterizacin del dispositivo pasivo

Conecte ahora el carrete de fibra multimodo entre los extremos de los latiguillos

de fibra etiquetados como Source Output y Optical Input.

Mida y visualice el espectro, de la seal transmitida por el carrete en la traza 0

(medida en dBm). Para conocer el valor en decibelios (dB) de la prdidas, reste el valor

de la potencia emitida por la fuente de luz blanca (en dBm), que almacen en otra traza,

al valor almacenado en la traza 0. El resultado guarda en la traza 0 la caracterstica de

transmisin en decibelios de la fibra. Para ello utilice el men Manejar Traza.

Tenga en cuenta que si realiza esta operacin al revs (es decir, restando la

salida en dBm a la entrada en dBm, obtendr la transmisin (10 log (Pout/Pin)) en lugar

de la atenuacin (10 log Pin/Pout)). Recuerde: Lo que entra menos lo que sale es lo que

se queda dentro.

A.4) Medida de parmetros caractersticos.

Una vez que se ha visualizado en la pantalla del OSA la caracterstica en

transmisin de la fibra multimodo, site los cursores en las longitudes de onda

correspondientes a la segunda y tercera ventanas de transmisin. A partir de los valores

medidos y de la longitud del carrete de fibra calcule la atenuacin en dB/km de cada

una de las ventanas (2 y 3 ventana) identificadas.

Recuerde que la atenuacin de la fibra se calcula como el cociente entre la

perdida de potencia en dB y la longitud de fibra considerada.

Valores tpicos:

Atenuacin en segunda ventana: 0,5 dB/km

atenuacin en tercera ventana: 0,2 0,3 dB/km


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Finalmente, imprima (guarde en disco en formato PDF) la pantalla de visualizacin de

resultados.

B) Multiplexor/Demultiplexor WDM

Los parmetros caractersticos que definen el funcionamiento del WDM son las

longitudes de onda que se multiplexan / demultiplexan y la diafona entre canales. Para

el caso particular de la prctica se trabajar con un multiplexor / demultiplexor de dos

canales para el cual se debern determinar:

Canales a multiplexar / demultiplexar: El nmero de canales, y las correspon-

dientes longitudes de onda, que puede multiplexar / demultiplexar el dispositivo.

Diafona entre canales: Se define como el rechazo (en dB) que presenta la seleccin

de una canal frente a los otros. En el laboratorio se trabajar con dispositivos WDM

de dos canales que coinciden con la primera y la segunda ventanas de

transmisin. La diafona se medir para cada una de las salidas como el cociente

(diferencia si se trabaja en dB) de las potencias normalizadas del canal deseado y del

canal rechazado.

Utilizando el modo de operacin estmulo - respuesta descrito para la

caracterizacin de la fibra multimodo, mida la caracterstica de potencia en transmisin de

la entrada 1 hacia la salida 2, y de la entrada 1 hacia la salida 3. A partir de las

medidas describa el funcionamiento del multiplexor/demultiplexor WDM y calcule la

diafona entre canales para cada una de las salidas.

Nota: la medida de diafona, al estar las medidas normalizadas respecto a la luz incidente, se corresponde con el aislamiento ya explicado en el captulo introductorio del manejo de la instrumentacin especfica del laboratorio.

B.1) Normalizacin de la medida

Puede utilizar la traza de referencia medida anteriormente (A.2) o volver a realizar la

medida de la fuente de luz blanca.

B.2) Medida de la caracterstica en transmisin.

Tomando la puerta 1 del multiplexor como entrada y la puerta 2 como salida, mida la

caracterstica en transmisin y calcule la diafona entre canales en esta salida. Para

ello suponga que la medida a 900nm es vlida para 1 ventana. Imprima los resultados.

Reste a la medida obtenida la traza de la fuente de luz blanca. Guarde el resultado de la

traza actual 0 en otra traza, distinta a la de la fuente de luz blanca, indicando que es la

caracterstica de transmisin del dispositivo WDM entre la entrada 1 y la salida 2, en dB.


VI-13

Repita la medida tomando la puerta 1 como entrada y la puerta 3 como salida,

restndole la traza de la fuente de luz blanca. En la traza 0 se encuentra ahora la

caracterstica en transmisin del dispositivo entre la entrada 1 y la salida 3, en dB.

Calcule de nuevo la diafona entre canales para la salida 3 e imprima la pantalla de

resultados. Visualice simultneamente las trazas de caracterizacin del dispositivo WDM.

Valores tpicos: > 20 dB (seal deseada/seal no deseada). La relacin es mayor en la puerta 2 que en

la puerta 3.

A partir de las medidas realizadas describa el funcionamiento del

multiplexor/demultiplexor WDM. Imprima guarde en disco las medidas.

C) ANALISIS DE LOS RESULTADOS

C.1. Rellene la siguiente tabla

Atenuacin de la fibra

Primera ventana: atenuacin: dB longitud de onda: nm

Segunda ventana: atenuacin: dB longitud de onda: nm

Tercera ventana: atenuacin: dB longitud de onda: nm

WDM

Canal 1: perdidas de insercin: dB; aislamiento: dB; diafonia dB

Canal 1: perdidas de insercin: dB; aislamiento: dB; diafonia dB

C.1. Compare los resultados obtenidos

- Indique cual es la componente de atenuacin dominante en cada una de las tres

ventanas de la fibra.

- Es el WDM simtrico, o muestra mejores caractersticas de transmisin a alguno

de los dos canales?

- Es bidireccional o muestra un diferente comportamiento como multiplexor que

como demultiplexor?

D) RED DE DIFRACCIN EN FIBRA (FILTRO PARA SISTEMAS WDM)

La ltima parte de la prctica consiste en observar el funcionamiento de una red de Bragg

en tercera ventana. Como fuente de excitacin se utilizar el Diodo Lser FP de 1550nm.

Una red de difraccin de Bragg es una perturbacin peridica del ndice de

refraccin del ncleo de la fibra, que refleja las longitudes de onda a las que las

microreflexiones producen interferencia constructiva y deja pasar el resto. Los parmetros

que definen la caracterstica en transmisin (reflexin) de este dispositivo son:


VI-14

Longitud de onda de Bragg: Definida como la longitud de onda a la cual se produce

el pico mnimo de transmisin (o el mximo de reflexin).

Reflectividad: Se define como el tanto por ciento de luz que se refleja a la longitud de

onda de Bragg. Hay que hacer notar que para dispositivos ideales sin prdidas, la

reflectividad (medida en potencia) es igual a uno menos la transmisividad (medida en

potencia).

Ancho de banda a 3 dB: Se define el ancho de banda a 3 dB referidos a la longitud

de onda de Bragg

Relacin de supresin de lbulos secundarios: Es la diferencia (en dB) entre el

mnimo de transmisividad (mximo de reflectividad) y el siguiente mnimo relativo.

Representa cmo es de ideal el filtro en amplitud.

Para realizar las medidas realice un montaje que le permita medir el funcionamiento tanto

en transmisin como en reflexin. Para ello utilice un acoplador plano 50/50

monomodo. Dibuje un esquema del montaje realizado.

Conecte el lser al OSA a travs del acoplador y observe y registre su espectro.

Conserve la traza.

Inserte ahora su montaje entre el LD y el OSA y observe y registre el espectro en

transmisin. No es necesario normalizar las medidas con respecto a la fuente.

Cual es la longitud de onda de Bragg? Conserve la traza sin eliminar la que

midi anteriormente directamente del LD.

Observe por ltimo la respuesta en reflexin. Compare las respuestas en reflexin

y transmisin de dos en dos y las tres juntas y la traza original superponiendo y

eliminado trazas .

Nota: Se recomienda polarizar el lser a una corriente cercana a la umbral. Es

recomendable traer preparado el esquema de ambos montajes. Si tiene dudas

consulte a su profesor.

D1. Rellene la siguiente tabla

Longitud de onda de Bragg: nm

Ancho de banda de la de Bragg a 3 dB nm

Relacion de supresin de lbulos secundarios dB


VI-15

D2. Compare los resultados obtenidos

- Cules de las medidas anteriores son fiables?

- A qu se deben las diferencias entre el espectro del lser y el espectro de

transmisin en los modos ms alejados de la de Bragg?

- A qu se deben los lbulos en el espectro de reflexin que no aparecen

atenuados en el espectro de transmisin? Explquelo sobre el esquema del

montaje.

POR FAVOR, AL ACABAR LA PRCTICA RECOJAN TODO Y DJENLO COMO ESTABA AL PRINCIPIO.

SUS COMPAEROS SE LO AGRADECERN.

Febrero 2010

ANEXO1_E1: Analizador de Espectros

pticos

ANEXO2_E1: CONTROL REMOTO DEL EQUIPO DE

LABORATORIO OSA


A1-VI-2

ANEXO1_E1: Analizador de Espectros pticos

A1.-1. INTRODUCCIN

El analizador de espectros

ptico (Optical Spectrum Analyzer,

OSA) se utiliza para realizar medidas

de potencia ptica en funcin de la

longitud de onda. Sus aplicaciones

incluyen la caracterizacin de

fuentes de luz (diodos de emisin

de luz, LED, y lser, LD) en cuanto a

su distribucin de potencia y pureza

espectral (anchura espectral); as

como la medida de la caracterstica

en transmisin de componentes

pticos pasivos. En la Fig. E1.1 se

muestra una medida tpica de la caracterizacin de una fuente de luz lser Fabry-Perot

en tercera ventana.

La anchura espectral de una fuente de luz es un parmetro muy importante en los

sistemas de comunicaciones pticas debido a la dispersin cromtica que presenta la

fibra y que limita el ancho de banda de modulacin del sistema. Este efecto de la

dispersin cromtica puede verse en el dominio del tiempo como un ensanchamiento en

la forma de onda del pulso digital. Debido a que la dispersin cromtica es funcin de la

anchura espectral de la fuente de luz, son deseables anchuras espectrales muy

estrechas para los sistemas de comunicaciones pticas de alta velocidad. Como

sabemos, los lseres Fabry-Perot no son estrictamente monocromticos, sino que

presentan una serie de lneas espectrales coherentes equiespaciadas con un perfil en

amplitud determinado por las caractersticas de la ganancia del medio. Esta caracteristica

espectral puede apreciarse en la Fig. E1.1, mediante la medida realizada con el OSA

puede deducirse. Para obtener lseres de un solo modo se utilizan estructuras especiales

como los Reflectores Bragg Distribuidos DBR. El OSA es un instrumento de suma utilidad

para determinar las caractersticas espectrales y evaluar su impacto en el alcance de

sistemas pticos.

Fig. E1.1.- Medida tpica del espectro de emisin de un LD en tercera ventana.


A1-VI-3

Por otro lado, el OSA se hace imprescindible en el testeo de las redes pticas

basadas en multiplexin por longitud de onda (Wavelength Division Multiplexing, WDM),

as como de los componentes fotnicos que se utilizan para su desarrollo

(multiplexores/demultiplexores, filtros, etc.).

A1.-2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El diagrama de bloques de un analizador de espectros pticos se muestra en la Fig. E1.2.

La luz que entra al analizador de espectros pticos pasa a travs de un filtro

ptico sintonizable en longitud de onda, llamado monocromador o interfermetro, el

cual selecciona las componentes espectrales individuales. A continuacin, el fotodetector

convierte la seal de potencia ptica en corriente elctrica proporcional a la seal

incidente. Una excepcin a esta descripcin ser el analizador de espectros ptico

basado en el interfermetro de Michelson y que ser presentado en el siguiente apartado.

La corriente en el fotodetector se convierte a tensin mediante el amplificador de

transimpedancia y seguidamente se digitaliza. Cualquier procesado posterior de la seal

se hace digitalmente.

La seal se aplica entonces al eje vertical como datos en amplitud. Un generador

en rampa determina la localizacin horizontal de la traza conforme se representa de

izquierda a derecha. Esta rampa tambin es la encargada de la sintonizacin del filtro

ptico para que la longitud de onda resonante sea proporcional a la posicin horizontal. El

resultado es la representacin de la traza de potencia ptica en funcin de la longitud de

Fig. E1.2.- Diagrama de bloques simplificado del analizador de espectros ptico.


A1-VI-4

onda. Es importante destacar que en la Fig. E1.2, la anchura espectral de cada modo del

lser es funcin de la resolucin espectral del filtro ptico sintonizable en longitud

de onda.

En este sentido, la calidad del analizador de espectros ptico vendr determinada

por los parmetros que caracterizan al filtro ptico paso-banda sintonizable en longitud

de onda. En la Fig. E1.3 se representan los principales de estos parmetros:

Resolucin en longitud de onda: Ancho de banda a 3 dB del filtro ptico paso-

banda.

Sensibilidad: Mnimo nivel de potencia ptica que puede detectar el analizador de

espectros.

Rango de operacin en longitud de onda: Rango de longitudes de onda en el que

puede sintonizarse el filtro ptico paso-banda.

Margen dinmico: Diferencia entre la mayor y menor potencia ptica que puede

detectar el analizador de espectros.

A1.-3. TIPOS DE ANALIZADORES DE ESPECTROS PTICOS

Los OSA pueden dividirse en tres categoras: los basados en redes de

difraccin, y dos tipos basados en estructuras interferomtricas, los analizadores

basados en el interfermetro Fabry-Perot y los basados en el interfermetro de

Michelson. Los dos primeros operan siguiendo el principio de funcionamiento descrito en

el apartado anterior. Su principal diferencia radica en el dispositivo utilizado como filtro

ptico paso-banda sintonizable. Sin embargo, el analizador de espectros pticos basado

en el interfermetro de Michelson calcula el espectro ptico mediante la transformada de

Fourier de un patrn de interferencia.

Fig. E1.3.- Parmetros significativos en las medidas realizadas por un OSA.


A1-VI-5

A) Analizador de espectros pticos basado en el interfermetro Fabry-Perot.

Un interfermetro Fabry-Perot, selecciona una componente espectral tal como se

presenta en la Fig. E1.4. El barrido a lo largo del rango espectral se consigue mediante

un giro en el resonador, o una variacin de su anchura por efecto piezoelctrico.

Fig. E1.4.- Analizador de espectros pticos basado en el interfermetro Fabry-Perot.

Como principales caractersticas presenta:

Resolucin en longitud de onda muy estrecha y fija del orden entre 10 y 100 GHz.

Se utilizan para medir el chirp de los lseres.

Su principal limitacin es el rango de operacin de longitudes de onda.

B) Analizador de espectros pticos basado en el interfermetro Michelson.

El principio de funcionamiento de este analizador se presenta en la Fig. E1.5. El

patrn de interferencia se mide en potencia mediante el fotodetector, que por tanto eleva

al cuadrado la suma de la seal con su desplazada y nos da un valor constante

correspondiente al cuadrado de la seal ms su rplica desplazada, y un trmino de

producto cruzado que es igual a la correlacin, en funcion del desplazamiento, de la seal

ptica procedente del espejo fijo con la seal ptica proveniente del espejo mvil. Su

transformada de Fourier proporciona el espectro ptico de la seal de entrada de luz.

Las peculiaridades ms sobresalientes de estos analizadores son:

Se utilizan para la medida de longitudes de coherencia.

Presentan una alta precisin en longitud de onda.

Tienen un rango dinmico pequeo debido a la superposicin de un fondo de

potencia constante a la seal de correlacin que deseamos medir.

Resonador

Espejos parcialmente

transparentes

Fotodetector

Salida

elctrica

Entrada

de luz


A1-VI-6

Fig. E1.5.- Analizador de espectros pticos basado en el interfermetro Michelson.

C) Analizador de espectros pticos basado en redes de difraccin.

En la Fig. E1.6 se muestra el esquema del filtro ptico paso-banda sintonizable del

analizador de espectros ptico basado en redes de difraccin que desvan cada longitud

de onda en una direccin de propagacin diferente. Un diafragma permite barrer una

porcin de este espectro que alcanza un fotodetector, como se indica en la figura, o bien

se proyecta la luz difractada sobre un CCD o array lineal de diodos obtenindose las

amplitudes relativas en cada direccion del espacio.

Fig. E1.6.- Analizador de espectros pticos basado en redes de difraccin.

Los rasgos caractersticos de este analizador son:

Son capaces de medir tanto espectros de luz coherente como incoherente. Presentan una resolucin en longitud de onda variable entre 0.1 y 5 10 nm. Presentan alto rango de operacin y alta sensibilidad. Son los ms comunes.

Fotodetector

Entrada

de luz

Divisor

de haz

Espejo

fijo

Espejo

mvil

Red de

difraccin Entrada

de luz

Fotodetector Apertura de

anchura variable

Septiembre 09

ANEXO2_E1: CONTROL REMOTO DEL EQUIPO DE LABORATORIO

OSA

En este apartado se pretende dar unas notas introductorias para la realizacin de

medidas con el analizador de espectros ptico. En el caso que presentamos, el

analizador estar controlado por un ordenador personal PC a travs de un bus de

comunicaciones GPIB. Por tanto, el alumno no deber usar los controles del

dispositivo fsico OSA.

VI.1. FUNCIONAMIENTO DEL PROGRAMA: PANTALLA INICIAL

Al arrancar el programa esclavo se accede a la pantalla principal de

funcionamiento, que se puede ver en la figura E1.6. En dicha pantalla se tiene en todo

momento el estado de los cinco registros de funcionamiento. Adems se puede observar

cmo en el momento inicial, el Registro de Configuracin se carga con la denominada

Configuracin por Defecto (conjunto de valores por defecto que se han introducido en la

configuracin), mientras que los otros cuatro, los Registros de Trazas, aparecen vacos.

Con respecto a los marcadores, se comienza con sus valores a 0.

En la figura E1.7 se observa otro ejemplo de dicha pantalla principal, pero ya con

los registros de traza llenos, con otra configuracin distinta a la anterior y en la que ya se

ha hecho uso de los marcadores. En dicha figura aparecen ya marcados los distintos

Fig. E1.6.- Panel principal del programa ESCLAVO nada mas arrancar el programa.


A2-VI-2

elementos de visualizacin y de seleccin de opciones con que cuenta esta pantalla

principal. Como elementos de visualizacin se tienen:

Nmero de puesto

Logo del Departamento de Tecnologa Fotnica

Displays con el contenido de los marcadores

Sealizaciones del estado de los registros de Configuracin y Trazas. En este caso se refleja en verde cuando ya han sido salvados, en rojo cuando estn sin salvar y en amarillo cuando estn vacos, salvo el de Configuracin, que dicho color significa que tiene cargada la Configuracin por Defecto.

Rtulos de los registros de Configuracin y Trazas

Los elementos de seleccin de opciones que se ofrecen son los siguientes:

Configurar OSA y/o Medir

Visualizar Trazas

Cargar Traza

Manejar Trazas

Salvar trazas

Crditos

Terminar

Fig. E1.7.- Ejemplo del panel principal fuera del momento inicial.


A2-VI-3

Salvo la opcin de Crditos, cuya misin es mostrar los mismos, el resto de las

opciones se vern a continuacin.

VI.2. CONFIGURAR OSA Y/O MEDIR

Accediendo a esta opcin se muestra el panel representado en la figura E1.8.

Los elementos de visualizacin de dicho panel son:

Displays con el contenido de cada uno de los campos del Registro de Configuracin, que se corresponden con los parmetros de configuracin del OSA. Se utilizarn cuando se efecte una solicitud medida. Adicionalmente se muestran tambin los valores de inicio y fin del espectro a medir para una mayor facilidad a la hora de realizar configuraciones, si bien stos no son parmetros directamente configurables, sino a travs del centro y el ancho de dicho espectro.

Displays con el contenido de los marcadores.

Las opciones seleccionables son las siguientes:

Se dispone de siete botones de acceso para cambiar los siete campos de configuracin de parmetros del O.S.A. Al pulsar cada uno de ellos se nos solicita el nuevo valor del campo, ofrecindonos previamente la posibilidad de coger el mismo de uno de los dos marcadores, en los parmetros que se haya configurado dicha posibilidad.

Salvar Configuracin.- Permite almacenar sobre archivo los valores de configuracin que en ese momento se tengan definidos.

Fig. E1.8.- Panel de la opcin Configurar OSA y/o Medir.


A2-VI-4

Cargar Configuracin.- Permite recuperar de un archivo los valores de configuracin y cargarlos sobre los correspondientes campos.

Cargar Configuracin por Defecto.- Carga en todos los campos de configuracin los valores por defecto de los mismos.

Medir.- Para solicitar una medida sobre el O.S.A. con los parmetros que en ese momento tengamos definidos en el Registro Configuracin. Al pulsar esta opcin se deshabilitan todas las dems opciones y se ofrece una nueva, la de DETENER MEDIDA, tal y como se muestra en la figura E1.9. Adems se visualiza la fecha y hora de comienzo de la solicitud de medida y el tiempo transcurrido. De esta opcin se sale con el correspondiente aviso de finalizacin de la medida, salvo que antes se pulse la opcin anterior.

Es importante resaltar que los resultados de la medida siempre se guardan sobre la Traza 0, borrando el contenido anterior que pudiera tener, de lo cual se da el correspondiente aviso antes de lanzar la medida. Adems en el campo de observaciones se introduce la fecha y hora de realizacin de la medida.

Volver.- Devuelve a la pantalla principal del programa.

Es importante resaltar que, por cada medida realizada, se graba en el archivo

Tiempos_de_medidaX.txt (X = Nmero de puesto) situado en el Directorio Local, la

fecha, hora del inicio y finalizacin de la medida, la duracin y los parmetros de

configuracin del OSA utilizados para la misma. Dicho archivo no se borra en ningn

momento de forma automtica, por lo que peridicamente se deber borrar

manualmente, para evitar que adquiera un tamao excesivo.

Fig. E1.9.- Pantalla durante la realizacin de una medida


A2-VI-5

VI.3. VISUALIZAR TRAZAS

Opcin para la visualizacin de las trazas contenidas en los Registros de Traza y que se

correspondern con medidas realizadas o con operaciones hechas sobre ellas. Su panel

se muestra en la figura E1.10.

La misin fundamental de esta opcin es la de mostrar grficamente las trazas

almacenadas en los correspondientes registros. Cada traza tiene asignado un color que

se utiliza para visualizar y localizar rpidamente todos los elementos asociados con ella.

Se dispone adems de dos puntos marcadores, que se pueden desplazar a

Fig. E1.10.- Panel de la opcin Visualizar Trazas


A2-VI-6

voluntad por cualquiera de las trazas y volcar sus coordenadas sobre los marcadores,

que posteriormente se pueden utilizar en la opcin de configuracin. Para desplazar

dichos puntos contamos con las correspondientes barras de desplazamiento, cada una

de ellas con sus botones de ajuste fino.

El elemento fundamental es el que se ha denominado el Elemento de

visualizacin de trazas, donde se representa la curva de cada traza en su respectivo

color. Este elemento permite hacer ampliaciones a voluntad de la parte que se desee, sin

ms que seleccionar el rectngulo de ampliacin con el ratn. En cualquier momento,

pulsando el botn Auto Scale, se vuelve de nuevo a la visualizacin completa de las

trazas.

Adems de dicha representacin grfica, se muestran tambin los siguientes

elementos:

Para cada traza se muestran los siguientes parmetros: Nivel de Referencia, Sensibilidad y Ancho de Banda de Resolucin, referidos a la medida cuyos resultados almacena la traza.

Tipo de escala visualizada en el eje Y (lineal o logartmica).

Estado y rtulos de las trazas. La visualizacin de estado sigue el mismo criterio de colores que en el panel principal.

Coordenadas de los puntos donde se encuentran situados los puntos marcadores, as como la posicin relativa de uno respecto al otro.

Contenido de los marcadores. Para la seleccin de opciones, se cuenta con las siguientes posibilidades:

Cuatro botones rotulados Traza X (X = nmero de traza), cada uno del color asociado a la traza que corresponda, para ver u ocultar cada una de las trazas.

Cambio de escala.- Cambia la escala del eje Y de logartmica a lineal y viceversa, segn el estado anterior en el que se encuentre. Para una correcta visualizacin, se hace necesario pulsar a continuacin el botn Redibuja y el botn Auto Scale.

Redibuja.- Actualiza la visualizacin, despus de un cambio de escala o de un cambio de ubicacin de algn punto marcador

MKY->Traza X.- Para situar el punto marcador Y sobre la traza X. Mediante un indicador verde al lado de cada botn, queda reflejado sobre qu traza se encuentra cada punto marcador. Es necesario pulsar dos veces el botn correspondiente o bien el botn Redibuja, para una correcta visualizacin grfica del punto sobre la traza.

MKY->Max.- Desplaza el punto marcador Y al mximo de la traza donde se encuentre.

MKY->Min.- Desplaza el punto marcador Y al mnimo de la traza donde se encuentre.

MKY->Sig.max.- Desplaza el punto marcador Y, al siguiente pico de nivel por debajo del punto donde est situado, dentro de la traza donde se encuentre.


A2-VI-7

MKY->Sig.max.Drcha.- Desplaza el punto marcador Y, al siguiente pico de nivel a la derecha del punto donde est situado, dentro de la traza donde se encuentre.

MKY->Sig.max.Izqda.- Desplaza el punto marcador Y, al siguiente pico de nivel a la izquierda del punto donde est situado, dentro de la traza donde se encuentre.

Fijar MKY.- Vuelca las coordenadas del punto marcador Y, sobre el marcador Y, solicitando las observaciones a incluir en el mismo.

Imprime Pantalla.- Lanza la impresin de toda la pantalla sobre la impresora que est configurada por defecto en el ordenador.

Imprime Trazas.- Lanza la impresin del Elemento de Visualizacin de Trazas sobre la impresora que est configurada por defecto en el ordenador.

VOLVER.- Vuelve a la pantalla principal del programa.

Cargar Traza

Opcin que sirve para recuperar una traza desde un archivo seleccionado por el

usuario, guardndola sobre uno de los cuatro Registros de Traza. El archivo debe ser de

idntico formato al utilizado por la opcin Salvar trazas (punto VII.2.6) para realizar el

proceso inverso.

Manejar trazas

Entrando en esta parte del programa se pueden realizar determinadas operaciones entre las distintas trazas. El panel que se presenta al acceder es el de la figura E1.11.

Fig. E1.11.- Panel de la opcin Manejar Trazas


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En la pantalla se presentan el estado y los rtulos de las trazas. Para el estado de las

trazas, de nuevo, se sigue el mismo criterio de colores que en el panel principal.

Los botones de ejecucin de las distintas operaciones son:

X=>>Y.- Copia el contenido de la traza X sobre la traza Y borrando el contenido anterior que pudiera tener esta. La traza X no puede estar vaca. Existen botones para todas las posibilidades de copiado.

XY.- Intercambia totalmente el contenido de las trazas X e Y. Ninguna de las trazas puede estar vaca. Existen botones para para todas las posibilidades de intercambio.

0 X=>0.- Resta al nivel de los puntos de la traza 0 el nivel de los puntos de la traza X, guardando el resultado sobre la traza 0. El resto de los datos de la traza 0 se mantienen con el valor anterior. Ambas trazas deben empezar y terminar en los mismos puntos, es decir abarcar exactamente el mismo rango del espectro y, lgicamente, no estar vacas.

0 + X=>0.- Suma al nivel de los puntos de la traza 0 el nivel de los puntos de la traza X, guardando el resultado sobre la traza 0. El resto de los datos de la traza 0 se mantienen con el valor anterior. Ambas trazas deben empezar y terminar en los mismos puntos, es decir abarcar exactamente el mismo rango del espectro y, lgicamente, no estar vacas.

Borra Traza X.- Borra totalmente el contenido de la traza X. Se pide confirmacin para la realizacin de esta operacin. Existen botones para borrar todas las trazas y, lgicamente, no pueden estar ya vacas.

Texto Traza X.- Introduce observaciones para la traza X, solicitndoselas al usuario y ofreciendo como valor por defecto las observaciones anteriores que pudiera contener la traza. Existen botones para todas las trazas.

Salvar trazas

Con esta opcin se puede guardar cualquiera de las trazas en el archivo y la ubicacin que se elija. En el caso de que el archivo elegido ya existiese, el programa

pedira confirmacin antes de eliminar el contenido anterior del mismo.

Terminar

Este ltimo botn de seleccin sirve para la finalizacin total del programa

ESCLAVO. Antes de finalizar se hace una comprobacin del estado de los cinco registros

y, en el caso de que exista alguna traza que no haya sido salvada o bien el registro de

configuracin no contenga la Configuracin por Defecto y tampoco haya sido salvada, se

da el aviso correspondiente pidiendo confirmacin para salir del programa sin salvar

dichos registros.

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