En el artículo anterior (CONECtrónica número 93, enero 2006, pág. 12 a 14) se explicó el procedimiento para realizar la caracterización optoelectrónica de un diodo láser, utilizando para ello un sistema de test LIV. Este test resulta de gran importancia para comprobar posibles fallos de funcionamiento en los dispositivos, así como obtener sus curvas de modulación.

 

A continuación, en el presente artículo se extenderá el análisis a los parámetros espectrales de fuentes ópticas, para lo cual se utilizará un analizador de espectros óptico (optical spectrum analyzer, OSA). La precisión de las medidas depende en gran parte de la correcta calibración del instrumento, por lo que también se comentará brevemente uno de los procedimientos utilizados para la calibración de los analizadores de espectros ópticos.

Caracterización espectral de una fuente óptica

Como se ha comentado, para la caracterización espectral de una fuente óptica se utiliza un analizador de espectros óptico. Con este instrumento de medida se pueden obtener múltiples parámetros de la fuente, tales como longitud de onda central, potencia de pico, densidad espectral de ruido, ancho de banda, separación entre modos, etc. La práctica totalidad de los analizadores cubren un gran margen de longitudes de onda (p. ej. 600 a 1700 nm), por lo que se puede medir cualquiera de las fuentes ópticas que se utilizan en los transmisores de los sistemas de comunicaciones (primera, segunda y tercera ventana de transmisión). Dependiendo del tipo de fuente, las medidas a realizar pueden llegar a ser muy diferentes, pues en cada caso se debe prestar especial atención a determinadas características. A continuación se resumen algunas de ellas.

Láseres DFB
En los láseres DFB, los principales parámetros a medir son: longitud de onda de pico, amplitud/potencia de pico, anchura de banda eliminada (A), desplazamiento central (B), desplazamiento de modo (C), ancho de banda, anchura de banda eliminada y relación de supresión de modos (D) o SMSR (side mode suppression ratio). En la figura 1 se muestra como ejemplo el espectro de un láser DFB junto con sus parámetros característicos medidos con un analizador de espectros óptico. En la misma figura también se representan gráficamente algunos de estos parámetros.

Láseres Fabry-Perot
A diferencia del láser DFB, el espectro de un láser Fabry-Perot está compuesto por toda una serie de modos longitudinales. En este caso, los parámetros típicos que suelen medirse son: longitudes de onda de pico y media, amplitud/potencia de pico, potencia total, espaciado entre modos (A), FWHM (B) y sigma. El parámetro sigma se define como el valor RMS del ancho espectral y viene dado por FWHM = 2,355 x sigma. En la figura 2 se muestra un ejemplo de medida para un láser Fabry-Perot típico.
LED
Por último, otro tipo de fuente óptica muy característica es el LED. Sus principales parámetros espectrales son: longitud de onda de pico, FWHM, sigma, potencia total o densidad de potencia de pico. En la figura 3 se puede observar el espectro de un LED junto con la medida de sus parámetros característicos. Cuando se mide un LED en un analizador de espectros óptico, el ancho espectral de la fuente es mucho mayor que el ancho de banda de resolución (RBW) del analizador. Luego los puntos de la traza representan valores de densidad espectral de potencia (mW/nm) y no potencias absolutas. En el caso de las medidas de la figura 3, la densidad de potencia de pico se ha especificado para un ancho de banda de 0,1 nm.

Calibración del analizador de espectros
Para realizar medidas de precisión como las comentadas con anterioridad, resulta imprescindible que el analizador se encuentre perfectamente calibrado. Esto es algo que se realiza siempre previamente a su adquisición, si bien resulta recomendable en muchos casos realizar una calibración de forma periódica. Uno de los procedimientos típicos se basa en el empleo de celdas de gas como fuentes de referencia de longitud de onda. Una celda de gas consiste simplemente en un tubo relleno de un gas o mezcla de gases de pureza y presión conocidas. A este tubo se le suelen acoplar cables de fibra óptica y se hace pasar una señal óptica de banda ancha (normalmente proveniente de una fuente de ruido ASE) a través del dispositivo. Dado que las moléculas de gas se caracterizan por una serie de líneas de absorción situadas a unas determinadas longitudes de onda específicas y conocidas, el espectro óptico de salida de la celda de gas puede utilizarse como fuente de referencia para la calibración de un analizador de espectros ópticos. Además, como ventaja adicional, estas líneas de absorción son muy estables frente a cambios en las condiciones ambientales, tales como variaciones de temperatura y presión o presencia de campos electromagnéticos.

La celda de acetileno (C2H2) es una de las principales referencias de longitud de onda para la banda C, pues su espectro de absorción cubre el margen de 1510 a 1540 nm. El NIST (National Institute of Standards & Technology), organismo gubernamental de estandarización de los Estados Unidos, dispone de toda una serie de notas de referencia (SRM, Standard Reference Material) que recogen las características que deben cumplir las celdas de gas para ser certificadas como fuentes de referencia para la calibración de instrumentos ópticos. Como ejemplo, en el caso de la celda de acetileno se tiene la SRM2517. El espectro de absorción de una de estas celdas se muestra en la figura 4 (Fabricante: Wavelength References). Como se puede observar en dicha figura, existen toda una serie de picos de absorción que se sitúan a determinadas longitudes de onda. La precisión de las longitudes de onda es de unos 0,3 pm, y su variación con la temperatura es inferior a 0,01 pm/ºC. Precisamente por estas características, y debido además a su bajo coste, las celdas de acetileno constituyen un dispositivo muy adecuado para la calibración de analizadores de espectros ópticos.

 

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Autor:

Francisco Ramos Pascual. Doctor Ingeniero de Telecomunicación

Profesor Titular de la Universidad Politécnica de Valencia