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El atenuador óptico variable (VOA) tiene una amplia gama de aplicaciones en la comunicación óptica, y su función principal es reducir o controlar la señal óptica.
Las características básicas de una red de fibra óptica deben ser variables, especialmente con la aplicación de sistemas de transmisión DWDM y EDFA en comunicaciones ópticas. Esto requiere aplanamiento o ecualización de la ganancia de múltiples señales ópticas en el canal de transmisión y potencia del canal en el receptor óptico. Además del control de saturación dinámica, las redes ópticas también requieren el control de otras señales, lo que convierte al VOA en un componente clave indispensable. Además, el VOA puede combinarse con otros componentes de comunicación óptica, lo que le confiere las características de un módulo de alto nivel.
En los últimos años han aparecido muchas tecnologías para la fabricación de atenuadores ópticos variables, incluidos VOA mecánicos, VOA magneto-ópticos, VOA LCD, VOA MEMS, VOA termo-ópticos y VOA acústico-ópticos.
Tipos de VOA
VOA mecánica
El principio es utilizar un filtro de gradiente neutro de arrastre de motor paso a paso, cuya potencia óptica de salida cambia según una regla de atenuación predeterminada cuando el haz de luz pasa por el filtro en diferentes posiciones, para así ajustar la atenuación. También existe un atenuador óptico polarizado mecánico. Su principio básico es que el haz de luz emitido desde el puerto de entrada se refleja en la lámina reflectante hacia el puerto, y la eficiencia de acoplamiento del reflector entre ambos puertos se controla mediante el ángulo de inclinación de la lámina reflectante, lo que permite ajustar la atenuación de la luz. La inclinación de la lámina reflectante se controla mediante diversos mecanismos. El atenuador óptico mecánico es una solución más tradicional; hasta ahora, la aplicación VOA en el sistema utiliza el método mecánico más utilizado para lograr la atenuación. Este tipo de atenuador óptico cuenta con tecnología madura, propiedades ópticas, baja pérdida de inserción, pérdida dependiente de la polarización y no requiere control de temperatura, entre otras características. La desventaja es que, al tener componentes estructurales más grandes y complejos, la tasa de respuesta no es alta y la producción es difícil de automatizar, lo que no favorece la integración.
VOA magnetoóptico
El VOA magnetoóptico consiste en el uso de ciertas sustancias en el campo magnético, lo que se refleja en cambios en las propiedades ópticas. Por ejemplo, el efecto de rotación magnética (efecto Faraday) permite atenuar la energía luminosa y ajustar la señal óptica. El efecto magnetoóptico del material, en combinación con otras técnicas, permite crear un atenuador óptico de alto rendimiento, pequeño tamaño, alta respuesta y estructura relativamente simple. Este dispositivo LLL utiliza tecnología discreta para producir atenuadores ópticos, lo que representa un desarrollo avanzado en este campo.
Pantalla LCD VOA
El uso de anisotropía del índice de refracción del cristal líquido en el VOA muestra birrefringencia. Al aplicar un campo eléctrico externo, la orientación de las moléculas del cristal líquido se reorganiza, lo que modifica sus características de transmisión. La atenuación se logra modificando la intensidad de la luz mediante el control de voltaje aplicado a los dos electrodos del cristal líquido. El atenuador óptico de cristal líquido VOA permite miniaturizar y ofrecer una alta respuesta. Sin embargo, al mismo tiempo, el material de cristal líquido presenta mayores pérdidas y el proceso de producción es relativamente más complejo, especialmente debido a la influencia de factores ambientales. Su ventaja es su bajo costo y la disponibilidad de lotes comerciales.
MEMS VOA
MEMS es la tecnología de las nuevas aplicaciones en esta área. Tras varios años de desarrollo, el proceso de producción de chips MEMS ha madurado, lo que ha impulsado considerablemente la aplicación del atenuador óptico MEMS. En las aplicaciones de redes ópticas, los productos basados en tecnología MEMS también presentan ventajas evidentes en precio y rendimiento. El VOA MEMS ha alcanzado una madurez considerable, con producción en masa y aplicaciones a gran escala. Debido a problemas de rendimiento y precio, también se enfrentan a desafíos. Además, la fiabilidad de los componentes microelectromecánicos a veces no es la ideal. Los primeros VOA MEMS, que utilizaban soldadura láser para fabricar dispositivos de mayor tamaño, presentaban una baja eficiencia de producción y altos costes de montaje. Actualmente, se ha introducido en el mercado la tecnología plástica VOA MEMS, una buena solución a este problema.
VOA termoóptico
El VOA termoóptico aprovecha principalmente los cambios en las propiedades ópticas del material, como las variaciones de temperatura causadas por el cambio del índice de refracción termoóptico. Según su estructura, se divide en dos categorías: VOA de fuga y de luz abierta. El VOA termoóptico, debido al calentamiento y enfriamiento del dispositivo, es relativamente complejo. La función matemática entre el campo de temperatura y el índice de refracción del medio fotoconductor es compleja y difícil de cuantificar y controlar con precisión. Su largo tiempo de respuesta dificulta su aplicación en las comunicaciones ópticas modernas.
VOA acústico-óptico
El principio básico consiste en utilizar la deformación cíclica, lo que produce una variación periódica del índice de refracción, lo que crea una red de fase para el cristal acústico-óptico generada por la acción de ondas ultrasónicas, que puede modularse mediante el haz de trama. Algunas empresas ya afirman haber desarrollado el atenuador variable para cristales acústico-ópticos (AVOA). Si bien la adquisición del material para cristales acústico-ópticos no supone un problema, en este momento el coste total es elevado, de entre el 4 y el 5 %.
Conclusión:
El atenuador óptico variable es uno de los dispositivos ópticos más importantes en los sistemas de comunicación óptica. Con el paso del tiempo, se ha mantenido en un nivel mecánico. Debido a su tamaño, no es propicio para la integración, generalmente solo es adecuado para la atenuación de un solo canal. Con el desarrollo del sistema DWDM y la flexibilidad para actualizar el multiplexor óptico reconfigurable de adición y extracción (ROADM), la potencial gran demanda del mercado ha generado la necesidad de más canales y una matriz de atenuadores ópticos variables de tamaño pequeño, en particular el producto VOA integrado. Los métodos mecánicos tradicionales no pueden resolver estos problemas. Con el desarrollo de las redes de fibra óptica, las tendencias de desarrollo de VOA son: bajo costo, alta integración, tiempos de respuesta rápidos e integración híbrida con otros dispositivos de comunicación óptica.
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