Lunes, 24 Agosto 2009

El chirp presente en el transmisor de un sistema de comunicaciones ópticas, cuando se combina con la dispersión cromática de la fibra, limita enormemente la tasa de transmisión que puede alcanzarse. En este artículo estudiaremos la forma de medirlo, con el fin de predecir sus efectos y poder arbitrar mecanismos para contrarrestarlos.

En el anterior artículo se describieron los fundamentos básicos del chirp, tanto en el caso de láseres como de moduladores externos. A continuación se presentarán algunas de las principales técnicas de medida que se utilizan para la caracterización del chirp de transmisores ópticos, así como ejemplos de instrumentación de laboratorio.

Técnicas de medida de chirp.
Existen diversos métodos para caracterizar el chirp de los transmisores ópticos en el laboratorio. Para el caso de medidas en el dominio temporal, se requiere modular el láser con el mismo patrón de datos que se utilizará en el sistema real. Adicionalmente, se necesita proporcionar una señal de sincronismo o trigger. Seguidamente se describen las técnicas de medida disponibles.

Método del discriminador de potencia.
Como se muestra en la figura 1, esta técnica utiliza un interferómetro Mach-Zehnder como discriminador de frecuencia. Con este dispositivo se consigue una conversión FM-IM que permite posteriormente realizar la medida de la modulación de frecuencia o chirp empleando un osciloscopio digital. El retardo diferencial entre ambos trayectos provoca una respuesta de amplitud senoidal frente a las variaciones de frecuencia. El período de la respuesta se conoce como FSR (free spectral range). El retardo variable debe ajustarse para que la frecuencia nominal del láser se sitúe sobre el intervalo de subida y de bajada de la función senoidal. De este modo, a partir de los términos suma (FM) y diferencia (IM) a la salida del interferómetro se puede calcular el chirp mediante:

Opcionalmente, el interferómetro Mach-Zehnder puede sustituirse por un esquema basado en fibra birrefringente para conseguir un retardo diferencial entre los estados principales de polarización.

Método de la puerta óptica.
El principio en el que se basa esta técnica de medida es sencillo, si bien su implementación práctica resulta compleja. El esquema del montaje de laboratorio se representa en la figura 2. Por medio de una puerta óptica se captura un determinado intervalo temporal, al tiempo que se realiza un barrido en frecuencia en un analizador de espectros óptico (OSA). Entonces, a partir de la información de potencia en función de la frecuencia y del tiempo es posible estimar el chirp de la señal de entrada mediante la siguiente fórmula:

La puerta óptica se desplaza ligeramente en el tiempo y el proceso se repite hasta que se han capturado todos los datos de la tabla I. La resolución temporal de la medida depende de la anchura del pulso de control de la puerta óptica, así como de su precisión en el posicionamiento temporal. Por otro lado, la repetibilidad del barrido de frecuencia del OSA y su precisión de amplitud determinan la resolución de frecuencia y potencia, respectivamente. Uno de los principales inconvenientes de este método es que suele consumir bastante tiempo de cómputo, pues para cada muestra temporal se necesita un barrido del OSA. Adicionalmente, para realizar medidas sobre intervalos temporales grandes con buena resolución se requieren relaciones de extinción para la puerta óptica superiores a los 50 dB.

Método del monocromador.
Otra técnica que también se emplea habitualmente para medir el chirp es la mostrada en la figura 3, donde se hace uso de un OSA (con salida de fibra) y de un osciloscopio. En este caso, el procesado frecuencial precede al temporal, si bien el principio de funcionamiento es muy similar al de la técnica anterior. El OSA localiza la señal a medir y determina la lista de longitudes de onda por medio de un barrido. Posteriormente, el filtro del OSA se desplaza de forma secuencial sobre cada una de estas longitudes de onda, donde el osciloscopio captura una traza temporal. Finalmente, los datos capturados se corrigen para compensar la posible dispersión del filtro óptico y se introducen por columnas en la tabla I. En la figura 4 se representa de forma esquemática un posible montaje de medida.
Las principales ventajas de esta técnica de medida se resumen a continuación. Por una parte, presenta una reducida dependencia con la polarización de la señal de entrada, lo que le confiere una gran repetibilidad. A su vez, permite la medida sobre señales WDM. Adicionalmente, la utilización de un EDFA a la entrada del OSA posibilita la medición de señales de niveles tan bajos como -35 dBm, ya que los filtros del monocromador eliminan gran parte del ruido ASE.

Instrumentos de laboratorio.
En realidad, el número de equipos de medida de chirp que se encuentran disponibles comercialmente es más bien escaso. El motivo puede ser que se trata de instrumentación para un propósito muy concreto, existiendo métodos alternativos que hacen uso de instrumentación general, como se ha visto anteriormente (figura 4). En todo caso, sí que pueden encontrarse algunas opciones.
Entre ellas tenemos el AP2440A de la empresa APEX Technologies (figura 5), que entre sus características destaca el hecho de poder realizar medidas de chirp hasta 640 Gbit/s. Se trata de un analizador de espectros complejo, el cual puede realizar directamente medidas de la fase óptica. El análisis se basa en realizar un muestreo del espectro del campo, capturando información de fase y amplitud parachirp de la señal.