Circulador Óptico
La comunicación por fibra óptica nos ha traído una nueva sociedad de Internet. Para soportar mejor una red óptica, se necesita una variedad de componentes ópticos y tecnologías relacionadas. Han contribuido a la evolución de la comunicación óptica, al tiempo que mejoran las funcionalidades, la confiabilidad y la eficiencia económica de las redes ópticas. Los componentes ópticos pasivos son la piedra angular de los sistemas de redes ópticas, y el circulador es uno de ellos. Este tutorial lo presentará de manera integral.
¿Qué es el circulador de fibra óptica? ¿Cómo funciona un circulador?
Fiber Circulator es un dispositivo no recíproco que dirige una señal óptica de un puerto al siguiente, en una sola dirección a la vez. Si bien la dirección de la señal óptica se puede redirigir según sea necesario, la señal óptica debe pasar a través de los puertos secuencialmente (es decir, desde el puerto 1 al puerto 2, antes de viajar al puerto 3). Además, se puede utilizar para lograr una transmisión bidireccional a través de una sola fibra. Debido a su alto aislamiento de las potencias ópticas de entrada y reflejadas y su baja pérdida de inserción, se usa ampliamente en sistemas de comunicación avanzados y aplicaciones de sensores de fibra óptica.
¿Cómo funciona el circulador de fibra óptica?
Funciona de manera similar al aislador óptico que también utiliza rotadores de Faraday, sin embargo, su construcción es más compleja. Su onda de luz de propagación inversa se dirige a un tercer puerto para la salida, en lugar de perderse. La figura 1(a) muestra un circulador de fibra óptica de tres puertos. Una señal de entrada (λ1) en el puerto 1 sale por el puerto 2, una señal de entrada (λ2) en el puerto 2 sale por el puerto 3 y una señal de entrada (λ3) en el puerto 3 sale por el puerto 1. De la misma manera, en un circulador de cuatro puertos, como se muestra en la Figura 1(b), idealmente podría tener cuatro entradas y cuatro salidas. En la práctica, muchas aplicaciones no necesitan cuatro entradas y cuatro salidas. Por lo tanto, en un circulador de cuatro puertos, es común tener tres puertos de entrada y tres puertos de salida. Esto se hace haciendo que el Puerto 1 sea un puerto de solo entrada, los Puertos 2 y 3 sean puertos de entrada y salida, y el Puerto 4 sea un puerto de solo salida.
Figure 1. 3-port Circulator and 4-port Circulator
Tipos de circuladores
Según el número de puertos, los circuladores de fibra óptica se pueden clasificar normalmente en tres tipos: 3 puertos, 4 puertos y 6 puertos. En general, los circuladores de 3 y 4 puertos son bastante comunes, mientras que los circuladores de 6 puertos se usan con menos frecuencia. Independientemente del tipo de puerto de los circuladores de fibra óptica, la luz óptica que se transmite desde cualquiera de los puertos de dichos circuladores se puede redirigir a cualquier otro puerto.
Además, los circuladores de fibra óptica también se pueden clasificar en dos tipos en el mercado: mantenimiento de polarización (PM) e insensible a la polarización (PI). El circulador PM está fabricado con fibra de mantenimiento de polarización, lo que lo hace ideal para aplicaciones de mantenimiento de polarización, como sistemas de 40 Gbps o aplicaciones de bomba Raman. También se utilizan en amplificadores de doble paso y en módulos de compensación de dispersión (DCM). El circulador de fibra PI es un componente de onda de luz compacto y de alto rendimiento. Este componente proporciona alto aislamiento, baja pérdida de inserción, baja pérdida dependiente de la polarización (PDL) y alta estabilidad y confiabilidad. Es ampliamente utilizado en combinación con rejillas de fibra y otros componentes reflectantes en sistemas de multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM), sistemas de alta velocidad y sistemas de comunicación bidireccional.
Aplicaciones de los circuladores de fibra óptica
El circulador de fibra óptica admite puertos bidireccionales y permite utilizar una única fibra tanto para la transmisión como para la recepción de una señal óptica. Es ampliamente utilizado en muchas aplicaciones, como redes DWDM, dispersión de modo de polarización, compensación de dispersión cromática, multiplexores ópticos de adición y caída (OADM), amplificadores ópticos y sensores de fibra óptica.
Redes DWDM
El circulador Fibermart se puede usar para colocar un canal óptico desde un sistema DWDM usando una rejilla de Bragg de fibra (FBG) (que se muestra en la Figura 2). Los canales DWDM de entrada se acoplan al puerto 1 del dispositivo con un dispositivo FBG conectado al puerto 2. La longitud de onda única reflejada desde el FBG luego vuelve a ingresar al circulador Fibermart en el puerto 2 y se enruta en consecuencia al puerto 3. Las señales restantes pasan a través del FBG y salida por la fibra superior.
Además, el circulador de fibra óptica también se usa para separar las señales de propagación hacia adelante y hacia atrás con 50 dB de aislamiento (protección de la fibra de entrada contra la energía de retorno mientras se emplea la luz rechazada) en sistemas DWDM. El circulador de fibra óptica también proporciona un nivel de diafonía (la relación entre la potencia de salida producida por la entrada deseada y la potencia de salida producida por las entradas no deseadas) de más de 60 dB. Esto permite que una sola fibra transmita efectivamente una señal bidireccional. (Mostrado en la Figura 3)
OADM
OADM se basa en un circulador FBG y dos de fibra. 4 canales, representados como 4 colores, inciden en un FBG a través de un circulador de FO. El FBG se establece en uno de los canales, aquí el Canal 4, que se refleja de regreso al circulador donde se dirige hacia abajo y se "cae" fuera del sistema. Dado que el canal se ha descartado, se puede "agregar" otra señal en ese canal en el mismo punto de la red. Se muestra en la Figura 4)
Figure 4. FO circulator used in OADM
Dispersión del modo de polarizaciónAlgunos sistemas de fibra óptica experimentan dispersión por modo de polarización (PMD), una propiedad inherente de todos los medios ópticos. La PMD es causada por la diferencia en las velocidades de propagación de la luz en los estados de polarización principal ortogonal del medio de transmisión. Si el pulso óptico contiene ambos componentes de polarización, entonces los diferentes componentes de polarización en los circuladores de FO viajarán a diferentes velocidades y llegarán en diferentes momentos, difuminando la señal óptica recibida. Con acopladores ópticos, los circuladores ópticos pueden corregir la PMD girando el campo eléctrico y magnético de la señal óptica. (Mostrado en la Figura 5)
Figure 5. Polarization Mode Dispersion (PMD)
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Compensación de dispersión cromática
El circulador de fibra óptica compensa la dispersión cromática mediante el uso de un FBG (reflector dependiente de la longitud de onda) astillado. Una sección de fibra óptica se trata o se dopa con un material que cambia el índice de refracción de la fibra, provocando reflejos dependientes de la longitud de onda. Los FBG astillados tienen varias rejillas desplazadas a lo largo de una fibra y permiten la compensación de la dispersión cromática. (Mostrado en la Figura 6)
amplificadores ópticos
Los amplificadores ópticos crean una amplificación directa de una señal sin necesidad de convertirla en una señal eléctrica. Los circuladores Fibermart envían la señal de entrada al amplificador, reciben la señal amplificada y redirigen la señal a un puerto de salida. En esta aplicación, el circulador proporciona retroalimentación suprimida desde la cavidad. La figura 7 muestra este proceso.
Sensores de fibra óptica
Los sensores de fibra óptica se utilizan para medir parámetros como la tensión, la temperatura y la presión. Utilizan circuladores de fibra óptica para redirigir las señales. El alto aislamiento entre la entrada y la potencia óptica reflejada junto con una baja pérdida de inserción hacen que el circulador de fibra óptica sea el componente preferido para interactuar con sensores de fibra óptica. La figura 8 muestra la configuración utilizada para calibrar los FBG con circulador óptico.
aplicación de sensor de fibra óptica con circulador
Cosas a tener en cuenta al comprar un circulador óptico
Al comprar un circulador de fibra óptica, un componente clave que se utiliza para dirigir la luz de manera unidireccional dentro de las redes de fibra óptica, se deben considerar varios factores esenciales para garantizar una funcionalidad y compatibilidad óptimas con su sistema. Los circuladores de fibra óptica desempeñan un papel vital en varias aplicaciones, como telecomunicaciones, detección de fibra óptica e instrumentos de prueba, por lo que seleccionar el correcto es primordial.
Tipo de configuración: según la aplicación, es posible que se requieran diferentes configuraciones de circulador, como 3 puertos o 4 puertos. Comprender la necesidad exacta de su red lo guiará en la elección del tipo correcto.
Rango de longitud de onda: diferentes circuladores ópticos están diseñados para rangos de longitud de onda específicos. Asegúrese de que el dispositivo coincida con la longitud de onda operativa requerida para la compatibilidad con su sistema existente.
Pérdida de inserción: una menor pérdida de inserción se traduce en una mayor eficiencia. Compare diferentes modelos de circuladores ópticos para encontrar un equilibrio entre el costo y la pérdida mínima de señal.
Aislamiento: el alto aislamiento garantiza que la luz no deseada se suprima de manera efectiva, lo que mejora el rendimiento. Busque un circulador óptico que ofrezca un aislamiento óptimo para su aplicación particular.
Sensibilidad a la temperatura: Los factores ambientales, como la temperatura, pueden afectar el rendimiento del circulador. Considere su entorno operativo y opte por un circulador óptico con la estabilidad de temperatura adecuada.
Precio y reputación del fabricante: la calidad a menudo se correlaciona con el precio, pero eso no significa que el más caro sea el mejor para sus necesidades. Investigue la reputación de los fabricantes y considere las revisiones para encontrar un producto confiable dentro de su presupuesto.
Cumplimiento y estándares: asegúrese de que el circulador cumpla con los estándares relevantes de la industria, ya que el incumplimiento podría generar problemas de compatibilidad y seguridad.
Equilibrar estos factores con las consideraciones de costos y la reputación del fabricante puede conducir a una selección que se adapte perfectamente a su sistema de fibra óptica.
Soluciones de circulación óptica de Fibre-MART
Fiber-Mart ofrece circuladores PI y PM (que funcionan en longitudes de onda de 1310, 1550 o 1064 nm) con 3 o 4 puertos. Nuestros circuladores ópticos cuentan con alto aislamiento, baja pérdida de inserción y excelente estabilidad ambiental. Además, cualquier otra longitud de onda, sin o con ningún conector, se puede personalizar según los requisitos de los clientes.
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