FILTROS ÓPTICOS

Sergio Estrada C

http://www.fortunecity.es/expertos/profesor/74

sestradac@hotmail.com

ARICA-CHILE

FILTROS ÓPTICOS.

1 Introducción.

2 Características de los filtros ópticos.

3 Filtros interferométricos de Fabry-Perot.

4 Filtros interferométricos de Mach-Zehnder.

5 Filtros de difracción.

6 Filtros acustoópticos.

7 Filtros electroópticos.

8 Filtros de múltiples capas interferentes.

9 Filtros activos a semiconductor.

1 Introducción.

Los filtros ópticos constituyen un importante bloque de una red FDM pues realizan el proceso de selección de un determinado canal en los bloques receptores cuando se trabaja con modulación en intensidad y detección directa, además de esto, auxilia el ruido de emisión espontánea (ASE)[10] generado por los amplificadores ópticos (esto último no será considerado en este trabajo).

2 Características de los filtros ópticos.

Un filtro óptico ajustable puede ser representado por una caja negra, según se ve en la figura 1, el que posee en su entrada diferentes señales, cada cual a su frecuencia óptica, y que tiene en su salida, debido al proceso selectivo, sólo una señal.

Fig 1 Función básica de un filtro sintonizable en la selección de una de entre muchas entradas a diferentes frecuencias.

Todos los dispositivos descritos en esta sección realizan la selección del canal en longitud de onda a través de procesos de interferencia. Así, cuando un canal es ajustado al dispositivo, su señal es reforzada por interferencia constructiva y enviado al bloque receptor, los demás canales a su vez son atenuados a niveles despreciables a través de interferencia destructiva.

Cuando se analiza el desempeño de un filtro óptico se debe tomar en consideración los siguientes requerimientos:

• Número máximo de canales sintonizables.

• Tiempo de acceso en la sintonía del canal.

• Pérdidas causadas por inserción y diafonía.

• Atenuación.

• Controlabilidad del dispositivo.

• Dependencia del dispositivo con la polarización.

• Tamaño, consumo de potencia y ambiente de operación del dispositivo.

• Costos.

El número de canales sintonizables tal vez sea el más importante requerimiento de un filtro óptico, pues determina cuantos canales de una red FDM/WDM pueden ser seleccionados en los bloques receptores.

Se puede analizar este requerimiento sobre dos aspectos: primero en cuanto al rango al cual el filtro es ajustado y en segundo lugar en cuanto a la selectividad de respuesta en frecuencia cuando el filtro es ajustado.

El rango ideal en el cual el filtro será ajustado para atender las necesidades de las redes FDM/WDM debería ser de 200 nm correspondiente a la tercera ventana (1350 - 1550 nm) donde se tienen los más bajos valores de atenuación de la fibra monomodo.

A su vez la selectividad de la respuesta en frecuencia determina cual debe ser el espaciamiento mínimo entre los canales, para que una vez seleccionado el canal se tengan las menores penalidades debido al crosstalk.

La velocidad con la cual un filtro óptico puede ser ajustado de una frecuencia a otra, dentro de su rango de ajuste, se determina por su tiempo de acceso y también constituye un importante aspecto en el análisis de aplicabilidad del dispositivo en la red.

Otro importante factor de desempeño del filtro es su pérdida por atenuación pues ésta contribuye con el aumento de la penalidad del enlace.

Un filtro óptico debe ser estable de tal modo que una vez ajustada una frecuencia dada, factores térmicos o mecánicos no causen un desvío en el ajuste mayor que una pequeña fracción de la longitud de onda del canal, además de ser fácilmente reajustable para cualquier valor de frecuencia, por esto la controlabilidad del filtro es un factor importante.

Para evitar el uso de complejos sistemas de control de polarización , uno de los requerimientos de los filtros ópticos es que éstos sean insensibles a la polarización de la señal.

Es posible clasificar de un modo general los diversos tipos de filtros, en cuanto a sus aspectos constructivos como:

• Filtros interferométricos de Fabry-Perot.

• Filtros interferométricos de Mac-Zender.

• Filtros de difracción.

• Filtros acusto-ópticos.

• Filtros electro-ópticos.

• Filtros de múltiples capas interferentes.

• Filtros activos semiconductores DFB o DBR.

Conviene decir que, a pesar que en muchos casos, estos dispositivos funcionan sólo como filtros, seleccionando una señal con una longitud de onda dada, también pueden actuar como dispositivos multiplexores /demultiplexores.(ver figura 6)

3 Filtros interferométricos de Fabry-Perot.

Los primeros informes del interferómetro de Fabry-Perot (FP) datan del siglo pasado, fue solamente después de la invención del láser, en la década del sesenta, que este dispositivo pasó a ser ampliamente empleado en investigaciones en las áreas de la física, astronomía y más recientemente su principio de funcionamiento fue empleado en la construcción de filtros ópticos.

Un filtro interferométrico de fabry-perot es, según se observa en la figura 2, constituido por una cavidad resonante formada por un medio óptico de longitud x, denominado etalón, colocado entre dos espejos idénticos de reflectividad R. Su principio de funcionamiento es bastante simple: la luz incidente en el dispositivo es alineada atravesando la cavidad siendo reflejada por la capa reflectora, esta señal reflejada a su vez atraviesa la cavidad en sentido contrario y es reflejada por la otra capa reflectora atravesando nuevamente la cavidad, así el rayo luminoso incidente sufre, al entrar en la cavidad, múltiples reflexiones. Las señales reflejadas a su vez interfieren con la señal incidente, en este caso éstas poseen una longitud de onda que será un múltiplo entero de la señal sufriendo interferencia constructiva y es transmitida fuera de la cavidad, en caso contrario la interferencia es destructiva y la señal es atenuada.

Fig2. Estructura básica del interferómetro de Fabry-Perot.

El ancho de la cavidad x .