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  1. 1. Memorias XI Encuentro Nacional de ÓpticaII Conferencia Andina y del Caribe en Óptica y sus AplicacionesEscuela Regional de ÓpticaUniversidad de Pamplona, Noviembre 10 – 14 de 2008Pamplona-Colombia http://enocancoa2008.unipamplona.edu.co Implementación a Pequeña Escala de una Red de Comunicaciones de Fibra Óptica con la Técnica WDM Nicolas Gómez, Fabio Suarez, Alberto Ciro, Claudia Serpa Instituto Tecnológico Metropolitano,Institución Universitaria A.A 65958, Medellín Antioquia Facultad de Ciencias, Instituto Tecnológico Metropolitano, Medellín, ColombiaRESUMENSe diseño una red de comunicación óptica, capaz de enviar cinco longitudes de onda moduladas en amplitud por unamisma fibra óptica, la multiplexación de las longitudes de onda se realizo mediante una lente y la desmultiplexación serealizo mediante una rejilla de difracción. Cada uno de los canales después de desmultiplexado se amplifico y serecupero la información inicialmente enviada. Mediante esta implementación, puede mostrarse de una forma didácticacomo funciona la tecnología WDM Y DWDM, utilizada en los sistemas reales de comunicación.ABSTRACTWe designed a network of optical communication, able to send six wavelengths in amplitude modulated by the samefiber optic multiplexing of wavelengths; this was performed by a lens and dismultiplexation was performed by a grid ofdiffraction. Each channel after dismiltiplexing is amplified and retrieved as information originally sent. Through thisimplementation it may show a way of teaching how DWDM and WDM technology, used in real communication systemsis useful.Keywords: Multiplexation, Dismultiplexation, Fiber Optics, Diodo Light emitter, Photodetector, Diffraction grate, líne,WDM. 1. INTRODUCCIÓNLas comunicaciones comerciales por fibras ópticas; básicamente se fundamentan a través de dos tecnologías la WDM(Multiplexación por división de Onda) y la DWDM (Multiplexación por división de longitud de onda denso); cada unade ellas se diferencia básicamente por la cantidad de longitudes de onda que pueden transmitir por una fibra óptica yclaro está por los diversos sistemas ópticos que utilizan cada una de las tecnologías. Disponer de los elementosesenciales en los que se basan estas tecnologías para explicar los fundamentos ópticos en la cual descansa , es bastantecomplicado debido a la complejidad de la tecnología, esto es al empaquetamiento de los dispositivos y además a que sondispositivos muy costosos.Dada la importancia de los conceptos ópticos involucrados en estas tecnologías, y además a que se fundamentan enconceptos y dispositivos sencillos que por lo general se encuentran en todo laboratorio de óptica; decidimos implementaruna pequeña red de comunicación a fibra óptica en la cual pudiéramos transmitir cinco longitudes de onda diferentes,cada una de ellas modulada con diferente información, el reto estaba en poder enviar por una sola fibra óptica las cincolongitudes de onda al mismo tiempo y recuperar la información enviada. Otra condición era que la red así formada nospermitiera servir de entrenamiento para los cursos de comunicaciones ópticas en las carreras de Ingeniería deTelecomunicaciones e Ingeniería Electrónica, donde los estudiantes observaran el funcionamiento de los dispositivosópticos involucrados, y a su vez transmitir información.En un paper publicado en el magazin Optic Photonic News1 se muestra la construcción de un sistema parecido, solo queallí la decodificación se hace mediante la utilización de filtros, que sintonizan la frecuencia deseada, y la cantidad defuentes de luz es muy limitada. Nosotros dispusimos de una fibra óptica multimodo de tres metros de largo comomedio para soportar la información; luego sobre una tarjeta de circuito impreso colocamos seis diodos emisores de luzcomerciales de diferente color tres de ellos modulados por tres fuentes de audio, y otros tres modulados por señalesdigitales TTL a baja frecuencia, esto es entre un kilohertz y diez kilohertz. Mediante una lente plástica mezclamostodos los colores y colocando luego la fibra óptica a la distancia focal la luz se propago a través de la fibra. Pararecuperar la información probamos con varios dispositivos ópticos que teóricamente nos sirven para desmultiplexar la
  2. 2. Nicolas Gómez, et al. / Mem. XI Enc. Nal. Ópt. & II CANCOA, (2008)luz proveniente de la fibra, como por ejemplo un prisma de acrílico, una rejilla de difracción. El prisma tiene ladificultad de que por su tamaño se presenta mucha atenuación, entonces se descarto; luego probamos con una rejilla queencontramos en uno de los kit que distribuye la OSA, pero no nos sirvió mucho debido a que el número de líneas porpulgada es bastante bajo. Una rejilla de difracción óptica de miles de líneas por segundo era difícil de utilizar debido asu gran precio; entonces se busco una rejilla económica pero que nos brindara la capacidad de abrir el haz de luzproveniente de la fibra. La rejilla final que se utilizo en este proyecto fue una película de difracción holográfica de25400 líneas por pulgada, con ángulo de dispersión de 36°, tipo A40 – 267de la Edmund optics. Luego de que el haz deluz proveniente de la fibra fuera difractado por la rejilla, mediante una lente los haces de luz eran llevados a losrespectivos fotodetectores y la señal óptica convertida a eléctrica, luego amplificada y reproducida. La filosofía delsistema implementado se muestra en la figura 1. 2. TEORIAUna lente tiene la capacidad de enfocar los rayos de luz que provienen de una imagen en el infinito sobre un punto que seencuentra generalmente a la distancia focal, considerando la lente un dispositivo delgado, y libre de aberraciones. Enteoría una imagen enfocada sobre una fibra óptica puede viajar a través de ella. Entonces los haces de luz que emitenun grupo de leds, y que son enfocados por medio de una lente, pueden viajar a través de este medio. La lente nos sirvecomo un multiplexor, la luz que obtenemos a la salida de la fibra tiene una tonalidad blanca y distinguir los diferentescolores no es posible. Una forma de recuperar el color individual emitido por los diodos es mediante un prisma omediante una rejilla de difracción. Un prisma dispone de una geometría y de unas propiedades del material quepermiten que un haz de luz policromatico sea refractado, permitiendo de esta manera que los componentes de los hacesde luz sean separados por un pequeño ángulo. El ángulo de cada una de las componentes frecuencias con el hazcompuesto original es conocido como el ángulo de deflexión ε . Esto es el ángulo de deflexión varía con la frecuencia,ver figura 2. Cuando el índice de refracción es n1 = 1 la ley de Snell es.Figura 1. Filosofía del sistema de comunicación por fibra óptica que se fundamenta en la tecnología WDM y DWDM implementadopor los autores. Sen[(Θ 2 + ε ) / 2] n2 = , (1) Sen(Θ 2 / 2)Donde Θ 2 es el ángulo del vértice superior, y ε es el ángulo de deflexión. La variabilidad angular de cada una delas componentes de frecuencia del prisma se conoce como la dispersión angular y esta dada por dθ / dλ = [(dθ / dn ) / (dn / dλ )] , (2)Donde n es el índice de refracción y λ la longitud de onda. El primer término depende de la geometría del prisma,mientras que el segundo término depende del material2.Una rejilla de difracción es un dispositivo óptico pasivo que difracta un haz de luz incidente en una dirección especifica Pág. 2 de 4
  3. 3. Nicolas Gómez, et al. / Mem. XI Enc. Nal. Ópt. & II CANCOA, (2008)de acuerdo al ángulo de incidencia sobre la rejilla, la longitud de onda del haz de luz incidente, y las características dediseño de la rejilla esto es el espaciamiento de línea, y el ángulo de blaze Θ B ver figura 2. El ángulo de baze Θ B ,la longitud de onda λ , y el espaciamiento de línea d están relacionados por Θ B = Sen −1 (λ / 2d ) , (3) 3. CONSTRUCCIÓNEn la figura 3 se muestra la construcción del prototipo utilizado en este trabajo, los elementos utilizados son todos fácilesde conseguir. Las fuentes de audio fueron dos radios a transistores, los cuales mediante un circuito electrónico modulanlos diodos emisores de luz. La luz de los diodos es enfocada mediante una lente en la fibra óptica, la cual luego de serenfocada sobre una rejilla de difracción permite la separación de los canales. (a) (b)Figura 2. Ilustración del principio de desmutiplexación mediante un prisma y una rejilla. En (a) se utiliza laspropiedades geométricas y del material para obtener el efecto difractivo. En (b) se utiliza el efecto de la cantidad delíneas (a) (b) (c) Pág. 3 de 4
  4. 4. Nicolas Gómez, et al. / Mem. XI Enc. Nal. Ópt. & II CANCOA, (2008)Figura 3. Disposición de los diferentes elementos que conforman la red óptica. En (a) se muestra las fuentes demodulación analógica, el modulador electrónico (verde) y el acoplador a la fibra. En (b) se muestra el conector de lasfuentes de luz a la fibra óptica, obsérvese además la luz difractada por la rejilla de difracción, y en (c) las fuentes de luzencendidas 4. CONCLUSIONESSe diseño y construyó un prototipo de una red de comunicaciones por fibra óptica que se fundamenta en lamultiplexación por división de longitud de onda WDM, los dispositivos ópticos empleados todos fueron de fácilconsecución, el objetivo principal de que fuera una red donde se muestre los conceptos básicos en que se fundamenta losmodernos sistemas de comunicación óptico se logro. AGRADECIMIENTOSLos autores desean agradecerle al Instituto Tecnologico Metropolitano, su valiosa colaboración en la realización de estetrabajo. REFERENCIAS1.Justin Blows, Justin Elsey, Geoffrey Genn, John Ingram, Philip Hambley, Ross McKerracher and Lionel Rajesekera ,“Lesson at the Speed of light”, Optics and Photonics News, Vol. 14, Nª 8, pp.14, 16, August 2003.2.Stamatios V. Kartalopoulos, “Introduction to DWDM Technology” , IEEE PRESS, 2000 Pág. 4 de 4

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