PRCTICA 1: FIBRAS MULTIMODO

Fibra Dimetro Ncleo (m) Minimum Modal Bandwidth at 850 nm

OM1 62,5 200

OM2 50 500

OM3 50 2000

OM4 50 4700

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PRCTICA 2: LAS FIBRAS MONOMODO

SMF estn diseadas para soportar un slo modo mediante un ncleo reducido de hasta 8 a 10 m, se propaga nicamente el modo

LP01 (modo fundamental).

Se consigue evitar la dispersin intermodal y por lo tanto aumentar la velocidad de propagacin.

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PRCTICA 3: LIGHT EMITTING DIODE (L.E.D)

Caracterstica luz-corriente: Potencia de salida, linealidad P-I.

Comportamiento dinmico: Respuesta escaln, tiempo de subida.

La emisin luminosa en las fuentes pticas semiconductoras est basada en la recombinacin hueco-electrn. La recombinacin

puede liberar energa en forma de fotn (recombinacin radiativa), o simplemente en forma de recombinacin no radiativa. En el

caso de los LED, la recombinacin de los electrones con los huecos ocurre de forma espontnea, produciendo emisin incoherente,

La potencia entregada a la fibra es un producto entre las anteriores eficiencias cunticas, la energa del fotn, la tasa de

recombinacin de portadores y el volumen de la zona activa.

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PRCTICA 4: LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION (LASER)

Un LASER es un dispositivo que emite luz coherente mediante el proceso de emisin estimulada, y en las comunicaciones pticas,

predominan los lseres de semiconductor.

En el proceso de emisin estimulada, la recombinacin electrn-hueco que libera los fotones es estimulada por los mismos fotones

liberados, generando ms fotones durante los mltiples rebotes entre los espejos del LSER.

Las prestaciones del LASER dependen, entre otras cosas, del tipo de espejo utilizado, sencillo en el caso de un LASER Fabry-Perot y

ms sofisticado (tipo Bragg) en el caso de un DFB o un VCSEL. No es slo por el hecho de generar ms fotones que destacan los

LSER, sino que estos fotones estn emitidos de manera coherente en espacio y en tiempo.

El rendimiento de un LASER es muy superior al rendimiento del LED, aunque hay que aadir que su implementacin es ms costosa,

especialmente cuando hay que mantener la emisin de forma precisa a una determinada longitud de onda.

Generalmente los LASER DFB tienen mejores prestaciones, por ejemplo la anchura de lnea puede ser 100 veces menor que la de

los LASER Fabry-Perot. Los VCSEL tienen ventajas adicionales en cuanto a coste de fabricacin y facilidad de acoplamiento a fibras

(por la forma cilndrica de su zona activa) y se encuentran actualmente en aplicaciones de redes Fast Ethernet (100-Base/T)

utilizando la longitud de onda de 850nm sobre distancias de hasta centenares de metros.

Objetivos:

- Caractersticas luz-corriente: Potencia de salida, corriente umbral, linealidad.

- Medida de anchura de lnea LASER.

- Estudio de la dependencia frecuencia de emisin-corriente.

- Medida de ruido relativo de intensidad (RIN).

- Comportamiento dinmico: respuesta de modulacin.

La solucin de las ecuaciones de ritmo lleva a las siguientes relaciones vistas en clase:

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PRCTICA 5: RUIDO DE INTENSIDAD EN LSERES

Ruido de Intensidad Relativo o RIN, (Relative Intensity Noise) de un lser es una especificacin concebida en el dominio elctrico.

La definicin elctrica de RIN: RIN es la varianza en la densidad espectral de corriente elctrica respecto al promedio de la potencia

elctrica detectada.

Como se ha indicado en la ecuacin anterior, la medida de RIN requiere la potencia de ruido elctrico () sobre un ancho de banda elctrica equivalente .

Interpretacin ptica: La varianza en el nmero de fotones emitidos durante un segundo por un lser, relativa al cuadrado del

promedio de fotones emitidos en el mismo tiempo. Sin embargo, esta definicin falla en dos aspectos; (1) no dice nada de la polarizacin - debe incluir ambas polarizaciones en el lser? (2) falta un factor de 4 para que la medida corresponda con la densidad

de ruido elctrico (banda lateral nica).

Una versin modificada para medidas pticas, y que est de acuerdo con la definicin elctrica es:

Como es el costumbre medir RIN en el dominio elctrico con un ESA, se encuentra explicaciones como "Intensity noise is caused by

optical interference between the laser signal and spontaneous emission within the cavity."

Unidades de RIN son dB/Hz ya que la potencia de ruido depende del ancho de banda utilizado.

RIN normalmente se especifica cerca de la frecuencia de emisin. Se tiene que buscar una medida de ruido que no incluye el ruido

de fase.

Ruido de fase de un lser puede convertirse en ruido de intensidad al pasar por una fibra con suficiente dispersin.

Algunos fabricantes de lseres simplemente especifican RIN como...

=()2

2

donde es la media cuadrtica o valor cuadrtico medio (RMS) del ruido y es la potencia media emitida.

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PRCTICA 6: FOTODETECTORES

Los dos tipos de fotodiodos utilizados en comunicaciones pticas son los diodos PIN (PIntrnsicoN) y los diodos APD (Avalanche

Photo Diode).

El fotodiodo APD ofrece una mayor sensibilidad respecto al PIN aunque por contra es ms ruidoso y el ancho de banda intrnseco

es menor.

La anchura de gap de los semiconductores determina la longitud de onda de operacin del fotodiodo. Debido a la mayor anchura

de gap del silicio, fotodiodos de silicio generan menos ruido que los de Germanio aunque slo son aptos en primera ventana.

Material (nm) K M

Silicio 1901100 0,002-0,06 500-100

Germanio 8001700 0,9 10

(InGaAs) 8002600 0,45 10

Los parmetros fundamentales de los fotodiodos son:

Responsividad o Respuesta (Eficiencia A/W))

Ruido (trmico, shot, dark current)

En los APD, la amplificacin M y el factor de ruido F(M) .

SEAL:

La corriente elctrica detectada es dada por el producto entre la Responsividad (o respuesta) y la potencia ptica que se entrega al

detector.

I =Po PIN I = MPo APD

La potencia entregada en un ohmio es el cuadrado de la corriente

I 2 = (Po )2 PIN I 2 = (MPo )2 APD

RUIDO TRMICO:

El ruido trmico se produce despus del proceso de deteccin en los componentes electrnicos (el mismo diodo receptor, las

resistencias y los transistores en las siguientes etapas de amplificacin).

El ruido trmico proviene de las fluctuaciones aleatorias en la masa de los portadores elctricos liberados por la agitacin trmica de

los tomos.

El ruido trmico depende del BWel, la KB y T.

El espectro de ruido trmico es prcticamente uniforme hasta 300GHz y la potencia de ruido trmico es dada por la siguiente

expresin dnde se suele tomar el valor de la resistencia R =1.

R = 4kTBe

RUIDO SHOT O CUANTICO:

El ruido shot elctrico se origina en la naturaleza cuntica y aleatoria del flujo de fotones, dando lugar a fluctuaciones aleatorias en

el flujo de carga elctrica producida por la conversin fotn-electrn.

El ruido shot depende del ancho de banda elctrico Be y de la intensidad de corriente elctrica I producido en el detector, que a su vez

depende de la respuesta y la potencia ptica Po entregada al detector. Tambin tiene un espectro uniforme en la banda y la potencia en un ohmio se corresponde con la siguiente expresin en el caso de un detector PIN:

ish2 = 2qIBe = 2qPoBe

En un detector APD la intensidad de corriente elctrica, tanto ruido como seal como corriente de oscuridad, se amplifica por un

factor M debido al proceso de avalancha. La potencia elctrica asociado con la corriente por tanto se multiplica por M 2 . La potencia

de ruido shot se multiplica por M 2 y el factor de ruido F(M) que depende de la amplificacin M y el coeficiente de ionizacin ki .

RUIDO DE CORRIENTE DE OSCURIDAD:

El ruido de corriente de oscuridad normalmente es despreciable respecto a los otros tipos de ruido. Este tipo de ruido por su

naturaleza es independiente de la potencia ptica incidente en el fotodiodo.

La potencia de ruido de la corriente de oscuridad tiene las siguientes expresiones para los fotodiodos PIN y APD:

Donde Id,m representa la corriente de oscuridad (multiplicada), de valor Id,m = 0,1nA tpicamente.

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PRCTICA 7: EL AMPLIFICADOR PTICO DE SEMICONDUCTOR (SOA)

Relacin ganancia ptica con potencia ptica de entrada. Saturacin. Potencia ptica de salida de saturacin. Potencia ptica de

entrada vs potencia ptica de salida. Dependencia de ganancia ptica con corriente de polarizacin.

Factor de ruido. Medida de Factor de ruido en el domino ptico.

Medida de Factor de ruido en el domino elctrico.

El valor promedio de la ganancia ptica Pav est relacionado con el coeficiente de ganancia total gtot mediante la ecuacin:

La solucin en rgimen permanente de la ecuacin de ritmo que relaciona la densidad de portadores, ganancia y corriente elctrica

da una segunda ecuacin para la potencia media del SOA:

La solucin de las ecuaciones anteriores facilita el clculo de la ganancia ptica del SOA. La figura 1 demuestra la variacin tpica de

ganancia ptica en funcin de potencia ptica de entrada para diferentes valores de corriente de polarizacin. La potencia ptica

de salida donde la ganancia ha disminuido 3db se llama la potencia de salida de saturacin.

Figura 1: Ganancia ptica de un SOA en funcin de la potencia ptica de entrada

Figura de ruido:

La figura de ruido se define en trminos de la relacin seal a ruido elctrico como

donde se presupone que el ruido dominante detectado a la entrada del amplificador es ruido shot.

Medidas en el dominio ptico:

Se mide la potencia de ruido ASE total (ambas polarizaciones) PASE en un ancho de banda ptico Bo . Se mide la ganancia ptica, G.

El factor de ruido se calcula mediante:

Medidas en el dominio elctrico:

El objetivo es encontrar la densidad de potencia ptica de ruido ASE de manera indirecta mediante medidas elctricas. Complica

este proceso el hecho de que haya diferentes tipos de ruido elctrico aadidos como ruido trmico, ruido batido ASE-ASE y ruido

shot. Supondremos que el ruido batido S-ASE domina en la salida del detector de salida y que el ruido ptico de entrada es

despreciable, entonces la densidad de ruido ptico ASE y la densidad de ruido elctrico S-ASE se relacionan mediante:

donde Pe es la potencia ptica que entra en el amplificador ptico de ganancia ptica G.

Si no es el caso en que el ruido batido S-ASE domina, luego el ruido batido ASE-ASE tiene un efecto importante, entonces (una

polarizacin):