FIBRA OPTICA

Autor: DÍAZ HERRERA NATALIA.
Año: 2004.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID [www.ucm.es].
Centro de lectura: FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS.
Centro de realización: FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS.

Resumen: En este trabajo se ha incorporado la tecnología de los sensores de fibra óptica a la determinación y control automátíco in-situ de parámetros fisicos del medio acuático. En concreto, se han desarrollado y puesto a punto diversos sensores de fibra óptica para la determinación simultánea del grado de salínidad y la temperatura del agua, aplicables a cualquier entorno y capaces de funcionar de forma autónoma basados en efectos fisicos diferentes a los de los sensores comerciales. Los sensores fabricados, basados en fibras estrechadas por fusíón y estiramiento (tapers), se diseñaron para explotar las diferentes cualidades de estas fibras estrechadas con objeto de, por una parte, caracterizar el comportamiento de los tapers en función de dichas cualidades, y por otro lado, para comprobar el amplio abanico de posibilidades que ofrecen dichas fibras para su uso como sensores. Se ha caracterizado el comportamiento de fibras estrechadas de cuello uniforme respecto a sus dos características más importantes: la sensibilidad a cambios del índice de refracción exterior y la fuerte dependencia con la geometría del taper, mediante la elección de transductores adecuados que realzan dichos efectos con el propósito de medir tanto la temperatura como variaciones en el índice de refracción. Se ha ensayado una primera propuesta de sensor de temperatura consistente en el depósito de un material termocrómíco, lofina, sobre una fibra estrechada de cuello uníforme ya que este material es hídrófobo y cambia su absortancia con la temperatura. Se ha ensayado una segunda propuesta de sensor de temperatura, que aprovecha la gran sensibilidad a cambios en la curvatura de las fibras tapered, consistente en la fijación de un taper de cuello uniforme en el interior de un cilindro capilar. Se ha ensayado también una propuesta de sensor de índice de refracción, que aprovecha la sensibilidad que muestran las fibras tapered a cambios en el índice de refracción del medio externo, basado en la resonancia de plasmones superficiales debida al depósito de un doble recubrimiento asimétrico (metal - dieléctrico) sobre una fibra tapered de cuello uniforme. Asimismo, se han llevado a campañas de campo con el sensor de fibra óptica para la determinación in-situ del grado de salinidad desarrollado en el pasado por el grupo investigador, y ha demostrado con éxito su uso en condiciones reales de medida en campo. Los diseños de los sensores propuestos son simples y de pequeño tamaño, con vistas a que sean herramientas transportables, de fácil manejo, y aptas para el uso in-situ en diferentes escenarios, incluyendo alta mar, plataforma costera y cuencas fluviales.

Autor: MATEO RODRÍGUEZ EDUARDO FABÍA.
Año: 2004.
Universidad: SANTIAGO DE COMPOSTELA [www.usc.es].
Centro de lectura: ESCUOLA UNIVERSITARIA DE ÓPTICA Y OPTOMETRÍA.
Centro de realización: ESCUELA UNIVERSITARIA DE ÓPTICA Y OPTOMETRÍA.

Resumen: El trabajo de investigación recogido en la presente memoria se inscribe dentro del marco dedicado a la teoría y diseño de dispositivos ópticos integrados no lineales. Destinados a operar de forma totalmente óptica, su funcionamiento estará orientado a la realización de operaciones fundamentales en el marco de las comunicaciones y la computación totalmente ópticas. Partiendo del estudio de un nuevo tipo de guías integradas no lineales denominadas CKS (Coeficiente Kerr Gradual), basadas en la gradualidad del índice afectivo así como en la distribución inhomogenea de la no linealidad, se han estudiado nuevos regímenes de propagación, copropagación y contrapopagación (mediante una nueva formulación variacional del problema refractivo-disipativo) altamente específicos para dispositivos totalmente ópticos, en virtud de la influencia de dicha inhomogeneidad y del índice efectivo gradual sobre la propagación no lineal del campo óptico. Por otra parte, se ha propuesto la combinación del mecanismo de automodulación y modulación cruzada no lineal de amplitud en guías CKG con el mecanismo de modulación de intensidad mediante el denominado Acoplamiento Modal Transversal (AMT), confirmándose como una estrategia general y eficiente para proyectar y diseñar dispositivos integrados compatibles con fibras ópticas, ultrarrápidos e insensibles a fase y frecuencia. En definitiva, con el estudio de un nuevo tipo de guías integradas, una nueva formulación variacional del problema de propagación disipativo, y finalmente, un nuevo mecanismo óptico de modulación no lineal de intensidad por acoplamiento modal transversal, se ha mostrado la consecución de dispositivos biestables lógicos y de enrutado de alto valor estratégico en el desarrollo de sistemas de transmisión y procesado totalmente ópticos.

Autor: SPADARO SALVATORE.
Año: 2004.
Universidad: POLITÉCNICA DE CATALUÑA [www.upc.edu].
Centro de lectura: EDIFICI VÈRTEX, PRIMERA PLANTA, AULA 101.
Centro de realización: EDIFICI D6 DESPATX 206 Campus NORD.

Resumen: La arquitectura de las redes de transporte actuales está basada en la tecnología de transporte SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Las redes SDH se han diseñado y están optimizadas básicamente para el transporte del tráfico de voz. Actualmente, se está experimentando un crecimiento exponencial del volumen de tráfico de datos. Este crecimiento se debe a que el protocolo IP se está consolidando como capa de integración para servicios múltiples, algunos de ellos con requerimientos de Calidad de Servicio (QoS) y también a la introducción de tecnología de acceso de alta velocidad. Las características estadísticas del tráfico de datos son diferentes respecto a las del tráfico telefónico. De hecho, el tráfico IP se caracteriza no solo por su asimetría sino por su naturaleza dinámica, ya que presenta fluctuaciones o picos difíciles de predecir a priori. Como consecuencia, ha surgido la necesidad de emigrar desde las actuales redes hacia una estructura más flexible y dinámica, optimizada para el transporte de tráfico de datos. La evolución de las actuales redes de transporte incluye trasladar todas las funcionalidades de SDH (conmutación, monitorización de la calidad de la señal, protección frente a fallos) a nivel óptico. El resultado consistirá en una red de transporte óptica (Optical Transport Network, OTN) basada en tecnología DWDM, con Optical Cross Connects (OXC) para encaminar canales ópticos de forma permanente o conmutada (Automatic Switched Optical Network, ASON). Uno de los principales problemas a solucionar por las operadoras de red es la eficiente gestión de la capacidad disponible, y así evitar por un lado la necesidad de sobredimensionar la red de transporte y por el otro optimizar la utilización de los recursos mediante la definición de estrategias de ingeniería de tráfico. La introducción de las redes de transporte a conmutación automática (ASON), capaces de proporcionar conexiones ópticas bajo demanda, es considerada como la solución de red que puede proporcionar el rápido y flexible aprovisionamiento de ancho de banda. Tal funcionalidad, posible gracias a la definición de un plano de control basado en el paradigma GMPLS, puede ser usada para gestionar de manera dinámica los recursos disponibles, tanto a nivel SDH como a nivel óptico, respondiendo de forma eficiente a las fluctuaciones del tráfico generado por la red cliente. Sin embargo, el problema que surge es el diseño de un mecanismo para disparar automáticamente las peticiones de establecimiento de circuitos SDH/canales ópticos conmutados. En este sentido, la primera contribución de esta Tesis es el diseño de un mecanismo de disparo de peticiones de circuitos SDH/canales ópticos basado en la monitorización y predicción del tráfico de la red cliente (IP). Además, el mecanismo diseñado incluye la definición de políticas de ingeniería de tráfico para la optimización de la utilización del elevado ancho de banda proporcionado por las conexiones ópticas. Concretamente, el mecanismo diseñado se caracteriza por la interoperabilidad entre la capa cliente y la capa de transporte. La Tesis incluye también una contribución sobre el diseño de una metodología para el dimensionado de la redes ASON, basada en la caracterización del tráfico de llegadas de peticiones de establecimiento de conexiones, mediante su valor medio y el factor de peakedness. Por otro lado, la optimización de los recursos disponibles es muy crítica cuando se produce un fallo en la infraestructura de red debido a la necesidad de encontrar rutas alternativas para el tráfico afectado. Debido al gran volumen de tráfico a transportar, un fallo en la infraestructura de red puede tener graves consecuencias económicas .

Autor: GUALDA MANZANO EMILIO JOSE.
Año: 2005.
Universidad: POLITÉCNICA DE CATALUÑA [www.upc.edu].
Centro de lectura: Aula Teleensenyament-Edifici B-3-Campud Nord.
Centro de realización: EDIFICI D4 Campus NORD.

Resumen: El objetivo fundamental de esta Tesis, titulada Optimización de las prestaciones de enlaces ópticos submarinos de gran capacidad y larga distancia mediante el control de la dispersión es el análisis, caracterización, y optimización teórica y experimental de enlaces de fibra óptica submarinos de gran capacidad (centenares de gigabits por segundo) y larga distancia (miles de kilómetros). Los contenidos de esta tesis se dividirán en cuatro partes. En primer lugar, presentamos los fenómenos físicos relevantes que determinan las características de la propagación de la señal a través de la fibra óptica. En concreto, analizaremos la influencia de la dispersión de segundo y tercer orden, no linealidad de la fibra, atenuación, ganancia y el ruido introducido por los EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifiers), así como los efectos de PMD (Polarization Mode Dispersión). Se presentan los modelos de simulación numérica utilizados para la caracterización de todos los efectos mencionados anteriormente: método de propagación del haz (BPM, beam propagation method) que describe correctamente la propagación de la señal en la fibra, y teoría de modos acoplados, que describe el comportamiento de los FBG (Fiber Bragg Gratings). A continuación, consideramos un enlace óptico submarino de larga distancia (L=2000 kilómetros), con una capacidad de transmisión de 640 gigabits por segundo (64 canales, 10 gigabits por segundo por canal). Para que sea posible la transmisión de esta enorme cantidad de información, es necesario controlar la dispersión de la fibra mediante mapas de dispersión (Dispersion Management), es decir, enlaces que alternan secciones de fibra óptica con dispersión normal y anómala, de forma que la dispersión total sea cero o muy pequeña, permitiendo, al mismo tiempo, que la dispersión en cada punto del enlace sea distinta de cero. Con este esquema se consigue controlar la influencia negativa de la no linealidad de la fibra y de la interferencia entre canales (Four Wave Mixing, FWM). En este apartado, se han realizado análisis teóricos, simulaciones numéricas del enlace, y experimentos en los laboratorios de Pirelli Submarine Telecom Systems en Milán. Este es un ejemplo de la necesidad de simular adecuadamente el enlace para hacer el proceso de diseño eficiente y útil. En la tercera parte, analizamos un enlace óptico de un único canal con una capacidad de 100 Gbps, teniendo en cuenta los problemas que dicho aumento de la capacidad representa. Especialmente, son perjudiciales los efectos negativos de la PMD y de la dispersión de tercer orden. En concreto, nos centramos en la distorsión que sufren los pulsos con formato RZ (return to zero) debidos a la dispersión de tercer orden, identificando un régimen para el cual es imposible la transmisión sino se compensa la dispersión de tercer orden adecuadamente. Proponemos un esquema de compensación de la dispersión de tercer orden basado en la concatenación de dos Fiber Bragg Gratings (FBG), adecuadamente diseñados para mejorar las prestaciones del sistema. A pesar de las bajas perdidas de inserción, el comportamiento casi lineal y la versatilidad de diseño, las FBG presentan algunos inconvenientes, como son la degradación de la señal debido a los defectos en la fabricación de los FBG (Group Delay Ripples), cuya influencia será analizada y cuantificada. Finalmente, consideramos la generación de pulsos ultracortos, con gran ancho de banda, a través de la compresión de los pulsos generados con un láser Ti:zafiro tras propagarse en un segmento de fibra óptica monomodo. Se presenta dos nuevas técnica de caracterización de pulsos de corta duración que combina las prestaciones de los métodos interferométricos y de los métodos temporal-frecuenciales, CFROG y MEFISTO.

Autor: Chantada Santodomingo Laura.
Año: 2005.
Universidad: SANTIAGO DE COMPOSTELA [www.usc.es].
Centro de lectura: Facultad de Física.
Centro de realización: Facultade de Física y Escola Universitaria de Óptica e Optometría.

Resumen: El efecto Talbot temporal es la contrapartida temporal del bien conocido efecto Talbot espacial. Se trata por tanto de un fenómeno coherente que se presenta cuando una secuencia de pulsos periódica se propaga a través de un medio dispersivo lineal de primer orden. Cuando la dispersión acumulada es igual a una cierta escala básica, se obtiene una réplica del tren de pulsos original, en lo que se conoce como efecto Talbot entero. Cuando la dispersión acumulada es una fracción de dicha escala básica se obtiene una réplica del tren de pulsos original pero con una mayor razón de repetición, siempre y cuando los pulsos sean suficientemente estrechos como para evitar la superposición. Este efecto se conoce como efecto Talbot fraccionario. En este trabajo de tesis se presenta un análisis espectral del efecto Talbot. Desde este punto de vista, los dispositivos Talbot se comportan como filtros paso-banda múltiples, dónde cada banda pasante representa la interferencia entre pulsos separados un cierto número de períodos unidad. Así, las líneas Talbot fraccionarias filtran los armónicos del espectro de potencia que no pertenecen a la señal de salida, dando así lugar a un incremento de la razón de repetición del tren de pulsos. La supresión o el rechazo de estos armónicos solo es exacto para pulsos en el límite de transformada y dispositivos Talbot semi-enteros. En el caso particular de pulsos gaussianos, se derivan las condiciones que garantizan que el filtro Talbot proporciona un tren de pulsos sin fluctuaciones de intensidad incluso cuando el medio presenta dispersión de segundo orden. Se realiza también un análisis de la tolerancia y la estabilidad de los filtros Talbot ante pequeñas variaciones de la dispersión acumulada del medio y del período del tren de pulsos. Cuando el ancho de banda de la señal de entrada es grande, pequeñas variaciones en la dispersión dan lugar a un notable ensanchamiento de los pulsos del tren resultante, deteriorando así el funcionamiento del dispositivo Talbot debido a la interferencia entre pulsos. Por otra parte, cuando la anchura espectral del tren inicial es moderado, las variaciones de la dispersión deterioran notablemente el filtrado de los armónicos residuales (aquellos que no pertenecen al tren de salida) pudiendo generar así fluctuaciones de intensidad. Cuando el ancho de banda del tren de entrada, medido como su anchura a altura mitad (FWHM), es el doble que la razón de repetición del tren de salida la estabilidad del dispositivo resulta ser óptima. Una gran parte del trabajo está dedicada al estudio de los dispositivos Talbot como correctores o suavizadores de imperfecciones del tren de pulsos de entrada. En particular, se analiza un tren de pulsos con timing jitter y un tren de dados (tren de pulsos aleatoriamente distribuidos). En ambos casos el espectro de potencias está formado por una serie de bandas pasantes en torno a los armónicos que filtran el ruido de banda ancha. La reducción el ruido de timing jitter se analiza a través de la varianza y mediante integración de las faldas de ruido de radiofrecuencia en torno a los armónicos. Por último se analiza la influencia que tiene la coherencia de la fuente en los dispositivos Talbot. La falta de coherencia de la fuente se comporta como un filtro paso-baja que actúa sobre los armónicos de intensidad, lo que en el domino temporal se traduce en un suavizado del patrón de intensidades. El incremento de la dispersión o la reducción del tiempo de coherencia de la fuente, disminuyen el ancho de banda del filtro, dando así lugar a la perdida de información a pequeña escala de tiempos del patrón de intensidad. El análisis de la coherencia parcial de la fuente se realiza también desde un punto de vista matricial y entrópico.