Sistemas de fibra optica

7/24/2019 Sistemas de fibra optica

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SISTEMAS DE TRANSMISION POR FIBRA OPTICA

TRABAJO:

AMPLIFICADORES OPTICOS.-

- EDFA

- RAMAN


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- SOA

- REGENERADORS

OPTICOS

Alumnos:

W. Oscar Sulcani Ramos Juan Carlos Romero

AMPLIFICADORES PTICOSINTRODUCCION.- Los amplificadores pticos operan haciendo uso slo defotones, sin necesitar la interaccin de electrones. De esta forma no esnecesario colocar amplificadores optoelectrnicos entre tramos de fibra, losamplificadores pticos consiguen una amplificacin lineal de la seal ptica endeterminados tramos de longitudes de onda. El amplificador ptico proporcionauna solucin ms simple al problema de la atenuacin y puede ser usadoindependientemente del tipo de modulacin y del ancho de banda, adems esun dispositivo bidireccional y permite el trabajo en sistemas con multiplexacin

de longitud de onda. articulari!ando en sistemas monomodo donde ladispersin temporal es pe"uea, la simple amplificacin es suficiente para unenlace de fibra, sin embargo, para sistemas con dispersiones elevadas puede"ue la amplificacin no sea suficiente y se necesite la regeneracin de la sealy en este caso ya ser necesario el interfa! optoelectrnico.Los amplificadores pticos han resultado tener ms #tilidades "ue su uso comorepetidores lineales y se estudia su uso como preamplificadores de recepcin,como puertas lgicas pticas, conformadores de pulsos y direccionadores.Los dos sistemas ms utili!ados para amplificacin ptica son los basados enlseres de semicon$ ductor "ue utili!an la generacin estimulada por la lu! "uedeseamos amplificar y los basados en fibra

AMPLIFICADOR DE FIBRA DOPADA CON ERBIO (EDFA)En los #ltimos aos la fibra ptica es el medio de transmisin ms importantepara las comunicaciones de alta velocidad, tanto digital como analgico. % Enla d&cada de los '(, paralelamente a la creciente necesidad de aumentar elancho de banda disponible aparecieron los amplificadores pticos, los cualesdieron paso a las comunicaciones como se conocen hoy en d)a.*us caracter)sticas insuperables en comparacin con otros medios detransmisin, como son+

$ ran ancho de banda -/0 12!3.

$ 4aja atenuacin -(./0 d456m en 788( nm3.


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$ 9xima ganancia en la regin de 7.88 :m- "ue dio paso a la utili!acinde la infraestructura ya instalada alrededor del mundo3.

$ ;peracin en la 0n amplificador ptico es capa! de amplificar un conjunto de longitudes deonda -?D9, @avelength division multiplexing3El amplificador de fibra dopada ms com#n es el EDAB - Erbium Doped AiberBmplifier3 "ue se basa en el dopaje con Erbiode una fibra ptica.

Blgunas caracter)sticas t)picas de los EDABs comerciales son+$ Frecuencia de operacin: bandas C y L (approx. de 1530 a 1605 nm).

$ ara el funcionamiento en banda * -belo@ 7C( nm3 son necesariosotros dopantes.

$ 4aja figura de ruido -t)picamente entre 0$ d43

$ anancia entre -78$C( d43

$ 4aja sensibilidad al estado de polari!acin de la lu! de entrada

$ 9xima potencia de salida+ 7C $ /8 d4m

$ anancia interna+ /8 $ 8( d4

$ Fariacin de la ganancia+ G5$ (,8 d4

$ Longitud de fibra dopada+ 7( $ ( m para EDABs de banda H y 8( $ 0((m para los de banda L

$ I#mero de lseres de bombeo+ 7 $

$ Longitud de onda de bombeo+ '( nm o 7C( nm/

$ Juido predominante+ B*E -Bmplified *pontaneous Emission3

El ruido B*E generado a la salida de un amplificador de este tipo se puedecalcular como+

donde, nspes el factor de emisin espontnea, es la ganancia delamplificador y 4(es el ancho de banda ptico del amplificador.Homparacin de amplificadores
http://es.wikipedia.org/wiki/Erbiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Erbiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Erbio


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Caracterstica !"F# $aman#mpli%icacin de &anda Las bandas 'C y

'L(alrededor de

1550nm) no traba*an en el

ran+o de 1300nm.

"epende de la disponibilidad

de bombas de lon+itud de onda

%unciona en todas las bandas.

,anancia -0db ms dependiendo

de la concentracin de los

iones/ la lon+itud de la

%ibra y la con%i+uracin delas bombas.

"e a 11 db/ proporcional a

la intensidad de la bomba y la

e%ectiidad de la lon+itud de

la %ibra.

2otencia de saturacin "epende de la +anancia y

las constantes del material.

e aproxima a la potencia de

las ondas de la bomba.

$uido #mpli%ica el ruido. 4o ampli%ica el ruido.

Lon+itud de onda de la

bomba

0 nm. 10 nm. #proximadamente 100 nm

ms aba*o 7ue la lon+itud de

onda de la se8al en +anancia

pico.49mero de ampli%icadores #lrededor de 6. #lrededor de 1-.

!spaciamiento 0 a 100 m. #lrededor de 65 m.

Caracterstica Con%i+uracin ;brida !"F# y $aman

49mero de ampli%icadores#lrededor de 1-.

!spaciamiento 0 a100 m.


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Homo consecuencia de algunas ventajas del EDAB como p.ej.mxima ganancia, aplicacin en la tercera ventana da lugar a ciertasinconvenientes como son+

$ el manejo de la dispersin.

$ % la no linealidad del medio diel&ctrico producto del aumento de lapotencia.

roducto de esto, es necesario reali!ar un tratamiento generali!ado delproblema de la propagacin de pulsos a trav&s de los EDABKs, mediante el usode aproximaciones para las ecuaciones de tasa, en el cual el amplificador esmodelado como un sistema atmico de dos niveles. En &ste, la respuestadinmica de dicho sistema atmico es gobernada por el tiempo de relajacin dela poblacin 17 y por el tiempo de relajacin del dipolo 1/. Dicho modelo tienevalide! para pulsos pticos cuyo ancho 1( cumple con la relacin 17 1( 1/. B partir de lo anterior, y considerando "ue se trabaja con m#ltipleslongitudes de onda, es posible obtener ecuaciones "ue rigen la propagacin de

pulsos a trav&s del amplificador EDAB, tomando en cuenta la contribucin "uereali!an los dopantes y como afecta esta #ltima a la aparicin de losfenmenos de dispersin y no linealidad. Bdems, se considera el efecto nosintoni!ante "ue ocurre cuando la frecuencia de la portadora de los pulsos deentrada noPROPAGACIN DE PULSOS PTICOS A TRAVS DE AMPLIFICADORESCONCEPTOS.- En los sistemas de comunicacin de larga distancia, "ue hacen usode la fibra ptica como medio f)sico para la propagacin de las seales pticas,se tiene "ue las seales experimentan una atenuacin considerable alpropagarse por la fibra. Lo anterior obliga a "ue los sistemas de transmisin

utilicen alg#n mecanismo de amplificacin para "ue las seales mantengan unnivel de potencia detectable por el receptor, para lo cual en la actualidad se


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hace uso de amplificadores pticos, como es el caso del amplificador de fibradopada con Erbio, EDAB

La idea bsica "ue est detrs de la amplificacin en losamplificadores pticos es la emisin estimulada, "ue es el mismo principio con"ue operan los lseres, con la diferencia "ue en el caso de los amplificadores

pticos no se trabaja con retroalimentacin.El principio de operacin "ue presentan los amplificadores pticos es elsiguiente+

$ la fibra dopada con erbio, al ser estimulada mediante una seal debombeo, causa "ue los tomos absorban fotones, "uedando &stos enestado excitado durante un intervalo "ue est definido por el tiempo devida de los tomos de Erbio. Bl volver a su estado original, liberan laenerg)a almacenada, fenmeno "ue es conocido como emisin.

La emisin puede presentarse en dos formas distintas+

$ la primera de ellas es la emisin espontnea, donde la principalcaracter)stica "ue presenta es "ue no existe una relacin de fase entrelos fotones emitidos y los fotones incidentes.

$ La emisin estimulada, en cambio, se inicia producto de la incidencia deun fotn, con lo cual los fotones emitidos coinciden con los fotonesincidentes, tanto en fase como direccin, lo "ue produce unainterferencia constructiva, "ue finalmente produce la amplificacin de lasseales de lu! incidente.

ara "ue llegue a producirse el fenmeno de emisin dentro delamplificador ptico, debe producirse una inversin de poblacin a nivel deestados de energ)a, "ue se traduce en "ue la cantidad de iones en estadoexcitado sea mayor "ue la cantidad de iones en el estado bsico de energ)a.

Dicha inversin de poblacin se logra inyectando potencia a la fibradopada y puede ser reali!ada mediante un bombeo externo. En la actualidad el amplificador de fibra dopada con Erbio es el msutili!ado entre los amplificadores de fibra dopada, dada las caracter)sticasintr)nsecas "ue posee el Erbio, como es la de operar en la !ona cercana a 7.88:m, regin en la cual la fibra monomodo utili!ada en la actualidad poseem)nimas p&rdidas.

Modelame!"o F#$%o del EDFA& El principio de la amplificacin, como se mencionanteriormente, se basa principalmente en las transiciones de energ)a "uesufren los electrones, producto de la absorcin o emisin de energ)a por partedel tomo al cual pertenecen.

>na forma de visuali!ar el principio de operacin de un EDAB,puede ser a trav&s de un es"uema de bombeo de tres niveles, el cual semuestra en la Aig. 7 M7N. Huando se inyecta una seal de bombeo a la fibra dopada, losfotones incidentes son absorbidos por los iones de Erbio, provocando de estaforma una transicin de electrones desde el nivel bsico -nivel E03, al nivel de

energ)a superior -nivel E73. 1omando en cuenta "ue la vida media en el nivelE0 no posee una extensa duracin -O7:s3, en comparacin con la vida media


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del nivel metaestable -nivel E/3 - 7( ms3, se tiene "ue los electrones decaernal nivel de energ)a metaestable, a trav&s de una transicin no radiativa. Encambio, dada la extensa duracin del tiempo de vida media "ue posee el nivelmetaestable, si la seal de bombeo se mantiene en el tiempo, se llegar aproducir una inversin de la poblacin entre el nivel de energ)a metaestable E/

y el nivel de energ)a bsico E0.

Aig. 7 Jepresentacin es"uemtica del modelo de un EDAB.

Es a partir de esa energ)a almacenada "ue se produce laamplificacin mediante la emisin estimulada. *in embargo, adems deproducirse la emisin estimulada, tambi&n se produce

El fenmeno de emisin espontnea, producto de "ue algunosfotones decaen en forma espontnea desde el nivel metaestable al nivelbsicoP por lo cual dicha emisin espontnea es tambi&n amplificada, lo "ue

origina el ruido de emisin espontnea o B*E -Bmplified *pontaneousEmision3. Este efecto, adems de introducir ruido a la seal "ue se propaga,dado "ue disminuye la poblacin en el nivel metaestable, tambi&n hacedisminuir la ganancia "ue proporciona el EDAB. La expresin general de laganancia est dada por g O Q-I7 R I/3, donde QScorresponde a la seccin decruce de transicin y I7 y I/ corresponden a las densidades atmicas de losniveles E7 y E/, respectivamente. Homo se ve en la Aig. 7, la transicin deimportancia, "ue es donde se produce la emisin estimulada, se estableceentre los niveles bsicos y metaestable. ara el caso particular de utili!ar unlser de bombeo en '( nm, los fotones de bombeo incidentes,correspondientes al bombeo cuya energ)a corresponde a la diferencia entre los

niveles C =775/ y C =785/, son absorbidos por las transiciones electrnicas, conlo "ue se excitan los iones de Erbio ubicndolos en el nivel C =775/. or lo tanto,a partir de ese nivel, los electrones decaen espontneamente, dada la cortaduracin del tiempo de vida T0/ -del orden de los microsegundos, encomparacin con el tiempo de vida T /7 7( ms3, a trav&s de transiciones noradiativas, hasta el nivel metaestable C =705/. *i el bombeo contin#a, lapoblacin I/ correspondiente al nivel metaestable C =705/, llegar a ser mayor"ue la poblacin I7 correspondiente al nivel bsico C =785/, produci&ndose lainversin de la poblacin necesaria para producir la amplificacin de los fotonescorrespondientes a la seal ubicada en la regin de fluorescencia alrededor de780( nm. La corta duracin del tiempo de vida T 0/ -1au$0/3 de los fotones enel nivel de bombeo, permite simplificar el modelo del EDAB a un modelo de slo


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dos niveles, correspondientes al nivel bsico y al nivel metaestable, sin p&rdidade exactitud.En la siguiente figura se muestra un es"uema del funcionamiento de unamplificador bsico.

Honfiguracion bsica de un amplificador EDAB


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Jespuesta espectral de diferentes amplificadores pticos.

Ga!a!%a de '! EDFA .-La figura presenta la ganancia de un EDAB en funcin de la longitud de ondapara diferentes valores de potencia de entrada, con una seal de bombeo a

7C(nm. El EDAB no presenta una ganancia uniforme con la longitud de onda.Debido a la saturacin seg#n crece la potencia de entrada la gananciadisminuye hasta llegar a un punto en "ue se mantiene constante. El mximo deganancia se alcan!a alrededor de los 780($7808nm. Homo puede verse en la


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figura a potencias altas la respuesta de la ganancia en todo el rango de labanda H -780($788nm3 es bastante plano lo cual no sucede a potencia deentrada ms bajas.Esto es un grave inconveniente en los sistemas ?D9, ya "ue no todos loscanales se amplifican por igual.

F. & Jepresentacin de la ganancia de un EDAB respecto de la longitud deonda

Los principales inconvenientes "ue presentan algunos amplificadores ocombinacin es la necesidad de una alta potencia de bombeo, cercana alvatio. or el contrario una de sus ventajas es "ue cubre un margen delongitudes de onda no cubierto por los EDAB, por lo "ue pueden emplearse deforma complementaria. Este hecho "ueda reflejado en la siguiente figura, en la"ue se representa de forma aproximada las !onas de trabajo de cada uno.Homo se ve empleando ambos amplificadores se obtiene en el rango

comprendido entre los 780( y 7(( nm una curva ganancia prcticamenteplana.


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Aig. + ;btencin de una ganancia constante con la longitud de onda,emplenado un EDAB junto con un amplificador Jaman


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AMPLIFICADORES RAMAN

La amplificacin Jaman es una tecnolog)a todo$ptica "ue permite cubrir

grandes distancias y compite con los EDABs en el mercado de la amplificacinptica.

4sicamente, el fenmeno de amplificacin Jaman consiste en utili!ar lseresde bombeo disponibles comercialmente para convertir a la fibra ptica en unmedio de transmisin de+

$ 4anda ancha y ganancia distribuida.La fibra act#a como un amplificador ptico de gran longitud,

proporcionando ganancia sobre las seales "ue se propagan por su interior.

Los amplificadores Jaman suelenemplearse en una configuracin de+

$ Hontra$ propagacin. Es decir, las longitudes deonda de bombeo Jaman se introducendesde el extremo final del tramo de fibra,viajando en sentido contrario al de lasseales D?D9. De este modo se asegura"ue la mayor parte de la amplificacin ocurra al final del trayecto de fibra,

donde los niveles de seal son ms bajos, evitando a su ve! "ue los nivelesde potencia a la salida de cada tramo de amplificacin superen el umbral deefectos no lineales -figura 73. =gual "ue los EDABs, la amplificacin Jaman distribuida contribuye aaadir+

$ Juido al sistema.Io obstante, a diferencia de los primeros, en este caso se utili!a una

definicin distinta+$ La figura de ruido efectiva.

Este concepto e"uivale a reempla!ar la combinacin de amplificacinJaman distribuida G EDAB por un #nico amplificador discreto con su figura de


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ruido efectiva. *e puede comprobar "ue la amplificacin Jaman reduce los efectosdel+

$ Juido B*E -emisin expontanea3 generado en los EDABs.

9ejorando la relacin seal a ruido ptica -;*IJ3 del sistemacompleto. or ejemplo, se pueden obtener figuras de ruido efectivas inferioresa 0 d4 o incluso negativas, valores "ue son imposibles de conseguir porseparado en los EDABs. En general, aumentando la ganancia Jaman se consiguen figurasefectivas de ruido inferiores, si bien existe un l)mite. *i se aumenta en excesola ganancia, se producen problemas en la fibra asociados al scattering deJaylegh -dispersin de Jaylegh3. Honforme aumenta la ganancia, se dispersa mayor potencia de seal

en el interior de la fibra, apareciendo seales "ue se propagan en sentidocontrario. Ustas, a su ve!, pueden volver a reflejarse y producir sealesVfantasmaW en el receptor "ue llegan con un cierto retardo respecto a la sealprincipal.

Bdicionalmente, la amplificacin+

$ Jaman depende de la polari!acin

De tal modo "ue seales polari!adas ortogonalmente a la fuenteJaman no experimentan ganancia. or ello, los mdulos amplificadoresJaman deber)an poseer unasalida despolari!ada paraminimi!ar el ruido.

$ >na fuente

despolari!ada proporcionala misma potencia encada eje de polari!acin


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AMPLIFICADOR PTICO DE SEMICONDUCTOR

S O A

Construccin d un !"#$i%ic!dor #tico d s"iconductor !#!rtir d un $!sr d s"iconductor F!&r'-Prot.

7. =ntroduccin.$

Bctualmente, laboratorios de investigacin entelecomunicaciones, trabajan en la concepcin de los sistemas decomunicaciones pticas del futuro, donde el objetivo es transportar lamayor cantidad de informacin en el menor tiempo y a la mayordistancia posible. 1odo parece apuntar hacia los sistemas "ue utili!an

dispositivos totalmente pticos, los cuales incrementar la capacidad detransmisin desde unos cientos a miles de h!$Xilometro por segundo.>n elemento fundamental dentro de este escenario, es el amplificadorptico de semiconductor -B;*3.>n B;* -Bmplificador ptico semiconductor3, adems de su funcinbsica de amplificacin de seales pticas, puede utili!arse para unagran cantidad de aplicaciones, tales como+$ Jecuperacin de reloj.

$ 9odulacin en fase

$ =implementacin de compuertas lgicas

$ Bmplificacin de compuertas

$ Honversin de longitud de onda

$ 1ranslacin del formato de modulacin.

$ 9odulacin de seales con coeficientes de acoplamiento fase$amplitud negativo

$ Hompensacin de dispersin cromtica de las fibras pticas , etc.El estudio de la B;* se remonta a la d&cada de

los setenta, poco tiempo despu&s de invencin de los L*$A -Laser desemiconductor Aabry$erot3. Hoincidencia no fortuita, dado "ue un B;*, es un L*$A sinlas facetas reflectivas, es decir, es solo el medio amplificador diseadoen forma de gu)a de onda ptica. En esta &poca, los primeros B;* eranlos L*$A "ue ten)an problemas para oscilar, dada su construccin.

Hon la mejora de las t&cnicas de depsitos de pel)culasantirreflectoras, en 7'. *aitoh y 9u6ai, desarrollaron el primer B;* de

ondas progresivas para 788( nm con una reflectividad residual de 7(Y$0.


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Bctualmente hay amplificadores "ue llegan a tener reflectividadesresiduales del orden de 7(Y$.Es necesario mencionar "ue existen diversas t&cnicas para el depositode las pel)culas anti reflexivas, entre las mas comunes se puedenmencionar las siguientes+

$ Electrodeposito.

$ 4ombardeo de electrones y.

$ Evaporacin t&rmica al alto vacio.

Bctualmente los laboratorios "ue producen amplificadores pticosde semiconductor -del orden del 8 en todo el mundo3 utili!an la t&cnica delbombardeo de electrones y determinan el espesor idneo de la pel)culadepositada a trav&s del monitoreo de la emisin de potencia del laser porconvertir. Esta t&cnica ha dado excelentes resultados sin embargo, la

infraestructura necesaria para desarrollarla es excesivamente costosa. Ja!npor la cual, los entendidos en este trabajo proponen la utili!acin de laevaporacin t&rmica al alto vacio,

Aigura 7. Diagrama de un B;* masivo guiado por )ndice. Elsemiconductor de la gu)a de onda es intr)nseco a diferencia de lossemiconductores I y "ue la rodean por completo los cuales tienen un)ndice de refraccin inferior y una energ)a prohibida mayor para producir

un confinamiento de fotones y de portadores.

(. Conc#tos.-

En un L*$A-Laser de semiconductor Aabry$erot3. Laregin activa es una gu)a de onda ptica "ue esta limitada en susextremidades por dos espejos"ue se forman naturalmente en elmomento de clivar la estructura. Este corte de la estructura produce unainterface+ $em%o!d'%"o *ae+ "ue refleja la lu! "ue viaja dentro laregin activa, dado "ue el )ndice de refraccin del semiconductor esaproximadamente 0 veces mayor "ue el )ndice de refraccin del aire.

ara obtener un B;* a partir de un L*$A, es entonces necesario


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disminuir drsticamente la reflexividad de las facetas del laser. Esto selogra depositando pel)culas antirreflectoras en las facetas del L*$A.Bl depositar las pel)culas y reducir las reflectividad de las facetas, el L*$A se convierte en un B;* con amplificacin de un solo paso, dado "ueno hay retroalimentacin ptica. Uste es com#nmente llamado

amplificador de ondas progresivas -1?B Vtraveling @ave amplificationW3,su diagrama se observa en la figura 7 para un B;* masivo guiado por)ndice.Espec)ficamente, una pel)cula de alg#n material, tiene por efectoproducir interferencia entre las reflexiones producidas en cada interfacepor donde pasa la seal ptica, como se puede observar en la fig. /. Dependiendo de los fase de los haces reflejados estospueden interferir entre si de manera+$ Honstructiva o

$ Destructiva.

*iendo el espesor ptico del material y el )ndice derefraccin de las pel)culas del semiconductor, los parmetros "ue rigenel desfasamiento.

Lo "ue interesa es tener una interferencia+$ Destructiva en la reflexin.

En la Aig.0 se puede ver para el caso genera, los ngulos de refraccin-Z7, Z/ y Z03 "ue tiene la seal al pasar del aire a la pel)cula

antireflexiva y finalmente al medio semiconductor.

Aig /. el)cula antirreflectora entre dos medios de propagacin n7 y n/ y i7, i/ son lasintensidades reflejadas de la seal incidente =o en las fronteras de la pel)cula delgada


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Jecorrido del ha! en el air, en la pel)cula antirreflectora y en el semiconductor.

El calculo de la reflectividad "ue presenta la pel)cula delgada se reali!a a partir

de la matri! caracter)stica M45HN de una pel)cula antirreflectora. Dicha matri! esdenotada de la forma siguiente+

(1)

Donde n7 y n/ son el )ndice de refraccin de la pel)cula y del semiconductor, [es el desfasamiento producido por el viaje del ha! dentro la pel)cula, el cualest escrita por la siguiente ecuacin+

(2)


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or otra parte la admitancia % de la pel)cula est definida de acuerdo a lasiguiente expresin+

(3)

La cual permite calcular el coeficiente de reflexin de la pel)cula establecido dela siguiente manera:

(4)

Donde n( es el )ndice de refraccin del aire. or otro lado la reflectividad J sedefine+

(5)

De la ec.-83 se puede ver "ue para "ue la reflectividad sea igual a cero, es

necesario "ue \ -rho3 sea igual a cero. Esto se logra de acuerdo a la Ec -C3,cuando la admitancia es igual a 7. %a "ue n( O 7 -aire3. Esta condicin sepuede cumplir cuando la diagonal de la matri! caracter)stica es igual a cero, esdecir, cuando [ O ]5/ o bien cuando el espesor ptico es igual a ^5C. >na ve!"ue+ nd O ^5C y [ O ]5/ son sustituidos dentro de la ec.-73, la admitanciadefinida por la ec -03 toma la forma+

De a"u) "ue la admitancia sea igual a 7 es necesario depositar un materialcuyo )ndice de refraccin al cuadrado sea igual al )ndice de refraccin delsemiconductor. Humpliendo esta condicin se tiene una reflectividad tericaigual a cero de acuerdo a la ec -83.>n L*$*-Laser de semiconductor Aabry$erot3 tiene a su salida un espectrode densidad de potencia distribuido en modos bien definidos. Honforme sedeposita la pel)cula antirreflectora en sus facetas y sus espesores pticos

Entonces los amplificadores pticos de semiconductor tienen una estructurasimilar a un lser Aabry$erotsalvo por la presencia de un antireflectante en losextremos. El antireflectante incluye un antireflection coating y una gu)a de ondacortada en ngulo para evitar "ue la estructura se comporte como un lser.

El amplificador ptico de semiconductor suele ser de pe"ueo tamao y elbombeo se implementa de forma el&ctrica. odr)a ser menos caro "ue unEDAB y puede ser integrado con otros dispositivos -lseres, moduladores...3.

*in embargo, en la actualidad, las prestaciones no son tan buenas como las"ue presentan los EDABs. Los *;Bs presentan mayor factor de ruido, menosganancia, son sensibles a la polari!acin, son muy no lineales cuando seoperan a elevadas velocidades...

*u elevada no$linealidad hacen atractivos los *;Bs para aplicaciones deprocesado como la conmutacin todo ptica o la conversin de longitud de

onda. 1ambi&n se est estudiando su uso para implementar puertas lgicas.
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fabry-Perot&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fabry-Perot&action=edit&redlink=1


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La estructura de un *;B -*emiconductor ;ptical Bmplifiers3, es muy similar a lade un lser semiconductor pero sin la realimentacin "ue hace "ue &ste oscile.*eg#n como se evite esta oscilacin se tienen tres subtipos de amplificadores. Bmplificadores de enganche por inyeccin . *on los menos empleados y

consisten en lseres de semiconductor polari!ados por encima del umbral

"ue se emplea para amplificar una seal ptica de entrada.

Bmplificador Aabry$erot -A3 . *u estructura es bsicamente como la de unlser de Aabry$erot pero polari!ado por debajo del umbral impidiendo as)su oscilacin. *u principal inconveniente es su respuesta en frecuencia, "ueal igual "ue un filtro de Aabry$erot consiste en una serie de bandas depaso espaciadas peridicamente.

Bmplificador de onda viajera -1?*LB, 1ravelling ?ave *LB 3 . En el seeliminan las reflectividades de los espejos de salida de la cavidad, evitando

as) la realimentacin de la seal, por lo "ue la amplificacin se produce porel paso de la seal un sola ve! por el dispositivo. Este amplificador se suelealargar con respecto a los diodos laseres convencionales para aumentar laganancia.

El amplificador de onda viajera es el tipo de *;B ms empleado en laactualidad debido a sus prestaciones en saturacin, ancho de banda y ruido.*u estructura consiste en una unin pn polari!ada en directa con los extremosde la !ona activa recubiertos con un material antirreflectante, como se muestraen la siguiente figura.

Aig.7+ Estructura de un *;B de onda viajera

;tros es"uemas son los siguientes dos es"uemas.

Aig./+ Estructura de un *;B de onda viajera, en la i!"uierda el medioactivo se sit#a de forma no ortognal a las caras de entrada y salidaP en la

derecha las caras no son paralelasEl es"uema de la i!"uierda consiste en situar el plano activo en unaposicin no ortogonal a las caras de entrada y salida. El objeto de estoes "ue la seal "ue incide sobre la superficie de salida no lo hagaformando un ngulo de '(_ con &sta, de forma "ue la poca sealreflejada por la cara de salida no se realimente. En el #ltimo es"uema,

"ue tiene la misma misin "ue el anterior, las caras extremas no estnparalelas entre s).


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*us principales ventajas son, La posibilidad de integracin por su reducido tamao.

La facilidad de construccin a distintas longitudes de onda variando lacomposicin del material.

*us principales inconvenientes son+ *u geometr)a rectangular produce p&rdidas al acoplarlo con la fibra, y no

amplifica por igual las dos polari!aciones de las seal.

Huando las seales transmitidas poseen ciertos niveles de potenciaaparecen fenmenos de naturale!a no lineal "ue producen distorsin ydiafonias. or ejemplo, debido a la saturacin de la ganancia la seal deun canal puede modular la ganancia instantnea del amplificador deforma "ue la informacin de esta seal pase a las seales del resto de

canales, esto es la modulacin cru!ada de ganancia -`9, Hross$ain9oulation3 . ;tro efecto similar al anterior "ue puede producirse en lafase es la modulacin de cru!ada de fase -`9, Hross$hase9odulation 3.

Los efectos debido a los fenmenos no lineales son #tiles paraimplementar, a partir de los amplificadores pticos, convertidores delongitud de onda. *e aprovechan estos fenmenos para pasar lainformacin de una seal en una longitud de onda a otra con distintalongitud de onda.

Hon la mejora de las t&cnicas de depsitos de pel)culas antirreflectoras,en 7'. *aitoh y 9u6ai, desarrollaron el primer B;* de ondasprogresivas para 788( nm con una reflectividad residual de 7(Y$0.Bctualmente hay amplificadores "ue llegan a tener reflectividadesresiduales del orden de 7(Y$.

Los *;Bs presentan mayor factor de ruido, menos ganancia.

*ensibles a la polari!acin.

Io lineales cuando se operan a elevadas velocidades.

*u elevada no$linealidad hacen atractivos los *;Bs para aplicaciones deprocesado como la conmutacin todo ptica o la conversin de longitudde onda.

Co!,'a%o!e$ de omeo e! e!eal&

La fuente de bombeo ptico a 7C( o '(nm -EDAB3, formada por unlser semiconductor.


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Aig.+ Honfiguraciones de un EDABEn la figura anterior se muestran las configuraciones posibles del EDAB,JB9BI y *;B. La primera configuracin es la ms empleada hoy en d)a. Laseal "ue hay "ue amplificar y la seal de bombeo se inyectan al EDABcombinadas por medio de un acoplador. El primer aislador se emplea paraimpedir la propagacin hacia fuera del EDAB del emisin espontnea -ruidoB*E3 "ue se genera y se propaga en sentido contrario al de la transmisin. El

bombeo y la amplificacin se reali!an en el mismo sentido "ue la propagacin.B la salida se coloca otro aislador "ue evita la entrada al EDAB y por tanto suamplificacin de cual"uier seal reflejada. Ainalmente se emplea un filtro pticopara filtrar el ruido B*E, generado en el amplificador, "ue se encuentre fuera dela banda de la seal #til.La siguiente configuracin se diferencia de la anterior en "ue la seal debombeo se inyecta al EDAB en sentido contrario a la propagacin. El aisladorde la entrada adems de cumplir las funciones anteriores, tiene la misin deevitar la propagacin de la seal de bombeo fuera del amplificador. La ventajade esta configuracin es permite ganancias ms altas, pero sus caracter)sticasde ruido son peores.

La tercera configuracin es una combinacin de las dos anteriores. Honsiste enun doble bombeo, por lo "ue se denomina bombeo dual o bidireccional . Laganancia por tanto puede llegar a duplicarse. Este es"uema es muy empleadoen la implementacin de amplificadores repetidores.Daama de '! ee!eado.-En una red despu&s de una cierta distancia -dependiendo del transmisor, elreceptor y el tipo de fibra3, se necesita un regenerador.dadas por el fabricantede cada e"uipo y para cada tipo de fibra ptica.>na alternativa para evitar la regeneracin es simplemente dar ms energ)a ala seal ptica. La regeneracin resulta cara ya "ue se tiene "ue regenerar laseal para cada longitud de onda, a"u) es donde la amplificacin resulta ser

ms atractiva ya "ue le inyecta energ)a a la seal completa y no se necesita


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amplificar cada longitud de onda. De &sta manera el costo es compartido entretodos los canales.Los amplifcadores son para enlaces muy laros (cien!os y miles de"il#me!ros) se necesi!an amplifcadores para pro$eer sufcien!epo!encia y aseurar la en!rea de una se%al &ue pueda en!ender el

recep!or'

Explicacin =lustracin>na seal deja al 1x en ( d4.

Bl viajar la seal por la fibra, vaperdiendo potencia. Bl momento de

llegar al Jx, la seal lleva unaperdida de $/( d4 si esto esta en elrango operativo del Jx se tiene unsistema en buenas condiciones.ara compensar la perdida de

potencia de una seal se aade unamplificador al sistema. >na sealdeja el 1x a ( d4. Huando alcan!a

una perdida de $7( d4 unamplificador se aade para aadirpotencia a la seal y asi llegar a

$/(d4n la pos!amplifcaci#n elamplifcador se coloca *us!odespu+s del !ransmisor' ,n

pos!amplifcador puede ser &ued+ el alcance necesario parallear al o!ro e-!remo sinnecesidad de !ener un si!ioin!ermedio'

n la preamplifcaci#n elamplifcador se coloca *us!oan!es del recep!or. si un pos!amplifcador no es sufcien!e'

Los amplifcadores en l/nea soncolocados en medio de la !iradade f0ra #p!ica' ,nacom0inaci#n de pre. pos!. yamplifcadores en l/nea dan porresul!ado un alcance decien!os o miles de "il#me!ros'arios amplifcadores pueden sercascadeados uno !ras

o!ro'


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REGENERADORES OPTICOS

Introduccin.-

Cuando una seal se propaga por la fibra ptica se necesitan

emplear regeneradores para amplificar la seal debido a losefectos de la atenuacin y la dispersin, as como de la longitud

mxima permitida para la fibra entre transmisor y receptor, que no

alcanza para cubrir todo la distancia del enlace.

Al principio se empleaban regeneradores o repetidores electrnicos.

Estos realizan una conersin de la seal del dominio ptico alel!ctrico, amplifican la seal el!ctrica, la resincronizacin, recuperan

su forma y realizan una conersin del dominio el!ctrico al ptico.

Atendiendo al procesado que se efect"a sobre una seal, los

regeneradores se clasifican en tres tipos, como se muestra en la

figura#

1R , Regeneration . Amplificacin de la seal. $on por tantotransparentes al formato de la modulacin y se pueden aplicar

a seales analgicas. %or contra, aaden ruido y no

contrarrestan los efectos de la dispersin y de las no

linealidades.

2R , Regeneration & Reshaping. Adems de amplificar, serecupera de la forma de la seal. %or tanto slo son aptos para

seales digitales.

3R , Regeneration, Reshaping & Reclocking. Adems deamplificar y regenerar la seal, la sincroniza. Este tipo de

regeneradores cancela los efectos de las no linealidades y de la

dispersin.


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ig.!&ndas a la salida de los diferentes de tipos de regeneradores.

Estos regeneradores que act"an en el dominio el!ctrico no

son adecuados cuando se traba'a con sistemas con arias longitudes

de onda y de alta elocidad, adems de ser caros y comple'os

debido al uso de electrnica de alta frecuencia. %or ello surgen los

amplificadores pticos.

"os a#$%i&icadores $ticos(eneran una r!plica de la seal de entrada pero

con mayor niel de potencia, operando completamente en el dominio

ptico. Adems pueden emplearse en otros procesos como la

conmutacin, la demultiplexacin, o bien en la conersin de

longitud de onda, aproec)ando su comportamiento no lineal.

*as enta'as de estos dispositios frente a los regeneradores# +uncionamiento independiente del tipo de modulacin de la

seal.

iene un amplio anc)o de banda, por lo que amplifica arias

longitudes de onda simultneamente.

-ayor simplicidad y por tanto menor probabilidad de fallos y

menor coste que los regeneradores.

%ermiten emplear reflectmetros pticos para el testeo y

superisin de las lneas de fibra ptica.

%ueden ser integrados.


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*as limitaciones ms importantes que supone su empleo son#

ntroducen un ruido adicional que es amplificado 'unto con la

seal.

Al no regenerar la seal se produce un efecto acumulatio de

la dispersin. $u anc)o de banda es finito por lo que limita el n"mero de

canales en los sistemas /0-.

$u ganancia no es uniforme en todo el rango de amplificacin,

por lo que debe ser ecualizada.

*os regeneradores pticos 12 son elementos clae de las redes

pticas de larga distancia,

*a necesidad de restaurar la calidad de las seales que se

propagan a tra!s de enlaces de fibra ptica, presentando los

fundamentos bsicos de la regeneracin 12. A)ora analizaremos en

detalle algunas t!cnicas y tecnologas que )an demostrado

experimentalmente su aptitud para ser utilizadas como elementos

clae de los futuros regeneradores pticos 12. En concreto,

estudiaremos subsistemas de recuperacin de relo' basados en un

filtro +abry3%!rot, un %** o un lser autopulsante. Estos

subsistemas, en combinacin de $&A3-4s, moduladores deelectroabsorcin o amplificadores pticos de semiconductor permiten


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construir regeneradores 12 de alta elocidad.

'odu%acin s(ncrona ) recu$eracin de re%o* +asada en &i%troa+r)-P,rot*a modulacin sncrona se basa en utilizar t!cnicas optoelectrnicas

o completamente pticas para remodular la seal de relo'

recuperada. El diagrama de bloques del sistema se puede er en la

figura 5. *os dos interfermetros -ac)34e)nder actios 6$&A3-47

en cascada se utilizan para conformar los pulsos pticos que

posteriormente sern remodulados por la seal de relo'. En este

caso se emplea una recuperacin de relo' electrnica, pues dic)a

seal debe alimentar la entrada de 2+ de un modulador electro3

ptico -ac)34e)nder. Esto, eidentemente, limita la mxima tasa debit a la que puede traba'ar el regenerador. %ara demostrar la

iabilidad de la t!cnica, se )icieron experimentos sobre un enlace

ptico recirculante consistente en dos tramos de fibra *EA+ de una

longitud total de 589 :m 6;9 < ;= :m7 y fibras compensadoras. *os

resultados a 5= (bit>s de la figura 5 muestran un excelente

funcionamiento )asta distancias de ?==.=== :m, especialmente si se

comparan con las medidas realizadas sin regeneracin 652,

simplemente amplificacin7.


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El elemento clae de este regenerador es el circuito de

recuperacin de relo' 6cloc: recoery, C27. $i bien se necesita una

seal el!ctrica para alimentar el modulador -ac)34e)nder,

eidentemente interesa que la recuperacin del relo' se realice

mediante m!todos pticos. %ara ello se )a propuesto el uso de filtros

+abry3%!rot, los cuales se caracterizan por una respuesta peridica

de banda estrec)a mediante la cual pueden extraerse del espectro

de la seal las componentes de frecuencia de relo'. 0ic)o

subsistema de recuperacin de relo' se compone de un filtro +abry3%!rot y de un $&A con saturacin de ganancia 6figura 87. Como

requisito de diseo, debe imponerse que el +$2 6free spectral range7

del filtro coincida con la tasa de repeticin de la seal de datos, tal y

como se representa de forma esquemtica en la figura 8. ambi!n

)ay que prestar atencin a posibles derias en frecuencia de la

respuesta del filtro por cambios en la polarizacin de la seal ptica

de entrada. @tilizando un control de temperatura del dispositio, las

ariaciones de amplitud debidas a cambios de polarizacin pueden

llegar )asta los ; d. 0ado que la seal de relo' recuperada por el

filtro +abry3%!rot puede ex)ibir ariaciones de amplitud

dependientes del patrn de los datos, especialmente cuando existen

secuencias largas de ceros, se utiliza un $&A en saturacin que

reduce dic)as ariaciones limitando la amplificacin.

Regeneracin #ediante #odu%adores de e%ectroa+sorcin.-


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*os conertidores de longitud de onda basados en el empleo de

moduladores de electroabsorcin 6EA-7 pueden ser tambi!n una

buena opcin para el diseo de regeneradores pticos.

En este caso se obtiene como enta'a una dependencia

con la polarizacin de la seal de entrada inferior a 5 d, gracias a

las caractersticas del dispositio EA-. 0ado que la arquitectura del

regenerador utiliza dic)os conertidores de longitud de onda,

comencemos describiendo su funcionamiento.

El conertidor de longitud de onda posee dos entradas para la seal

de datos, ls, y la longitud de onda continua, lp, as como un puerto

de salida para la seal conertida, tal y como muestra la figura 1. *a

seal de entrada debe poseer suficiente niel de potencia como para

inducir un efecto de saturacin cruzada de la absorcin. 0e este

modo, las dos seales que se propagan a tra!s del EA- interact"an

y la onda continua se e modulada por los datos de entrada quecirculan en contrapropagacin. 0urante el niel alto de los datos, el

EA- se satura y la onda continua atraiesa el dispositio con ba'as

p!rdidas. %or el contrario, en el niel ba'o de los datos el dispositio

de'a de estar saturado y la onda continua sufre una mayor

atenuacin. 0e este modo, la modulacin de la onda continua

depende directamente del patrn de la seal de datos. A diferencia

del proceso de modulacin cruzada de la ganancia en $&As, en este

caso la seal conertida en longitud de onda no sufre inersin. El

circulador se utiliza para extraer la seal conertida a lp, mientrasque el filtro ptico elimina posibles reflexiones no deseadas en el


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EA-.

Como se puede obserar en la figura ?, el regenerador ptico

emplea dos conertidores de longitud de onda 6/C7 como el

mostrado en la figura 1. El primero de ellos conierte la seal deentrada, ls, a una longitud de onda distinta, lp, con el fin de duplicar

los datos. %or otro lado, el segundo conertidor restaura nueamente

la longitud de onda inicial, ls. Esta configuracin en cascada eita

efectos de diafona en el EA-, a la ez que asegura que la seal se

transmitir exactamente a la

misma longitud de onda que la seal original, lo cual tambi!n es "til

para eitar el bloqueo de longitudes de onda en los nodos de la red.

*a seal de relo' se recupera electrnicamente por medio de un

fotodetector de banda anc)a, un filtro muy selectio 6eleado B7 yun circuito %** enganc)ado a la mitad de la frecuencia de relo', en

este caso 8= (z. Aunque ya se )a comentado que son preferibles

los esquemas de recuperacin ptica, para tasas de bit de ?= (bit>s

este tipo de circuitos todaa funciona correctamente.

%ara conseguir la regeneracin 12, el remuestreo de la seal se

realiza en el segundo conertidor de longitud de onda utilizando el

relo' recuperado. %ara estabilizar el funcionamiento, el anc)o de los

pulsos de la seal de entrada puede aumentarse por medio de unafibra de alta birrefringencia, lo que facilita la sincronizacin entre la


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seal de entrada y el relo'. al y como se )a comentado

anteriormente, puede erse que no se necesita ning"n comple'o

sistema de control de polarizacin, gracias a la reducida sensibilidad

de los EA-.

Regeneracin +asada en %seres auto$u%santes

*os lseres autopulsantes se )an utilizado en diferentes

experimentos como elementos de recuperacin de relo'. Como su

propio nombre indica, se trata de lseres pulsados cuya caidad se

disea de forma que sea resonante a la frecuencia de repeticin

deseada, de tal forma que al inyectarle la seal de datos genere un

tren de pulsos 6seal de relo'7. En la figura 9 se muestra una posible

configuracin realizada con dos secciones 0+ y una seccin central

de control de fase. El dispositio se denomina lser %)asC&-.

*as dos secciones 0+ se encuentran sintonizadas a diferente


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longitud de onda, de tal modo que se generan dos modos en la

caidad que se superponen, generndose un batido a frecuencia

diferencia de la de ambos modos. %ara que el dispositio funcione

adecuadamente resulta imprescindible el control de las fases en laseccin central del lser. Este esquema de recuperacin de relo'

puede traba'ar a altas elocidades, )abi!ndose demostrado su

funcionamiento a D= (z y frecuencias superiores.

$u utilizacin en aplicaciones de regeneracin ptica puede ser tan

simple como aadir un $&A y un lser de onda continua al sistema.

En la figura 9 se representa el diagrama de bloques de un posible

regenerador 12. El lser autopulsante se utiliza para la recuperacin

del relo', la salida del cual se aplica 'unto con la seal de datos y una

seal de onda continua a un $&A traba'ando en regimen no lineal

como conertidor de longitud de onda. En el interior de dic)o

amplificador, la seal de datos se transfiere sobre la longitud de

onda continua, lC/, eliminando el resto de seales por medio de un

filtro ptico. $e trata pues de una solucin sencilla y de coste

razonable para la regeneracin ptica de seales de alta elocidad.

En este traba'o )emos analizado distintas posibilidades para el de3

sarrollo de regeneradores pticos 12. $e )an ofrecido e'emplos tanto

de tecnologas optoelectrnicas como de dispositios fotnicos.odos ellos se caracterizan por su capacidad para traba'ar a altas

elocidades.

Regenerador $tico

$eg"n lo mencionado anteriormente, una cierta p!rdida de la seal

ocurre cuando la luz se transmite a tra!s de la fibra, especialmente

cuando son muy largas distancias, por e'emplo con los cables

submarinos. %or lo tanto, unos o ms regeneradores pticos seempalman a lo largo del cable para repotenciar las seales de luz

degradadas.

@n regenerador ptico consiste en fibras pticas con una capa

especial dopada. Esta porcin dopada )ace que se emita una nuea

luz con un lser. Cuando la seal degradada iene en la capa

dopada, la energa del lser permite que las mol!culas dopadas se

coniertan en los lser ellas mismas.

*as mol!culas dopadas entonces emiten una nuea y ms fuerte
http://www.monografias.com/trabajos/laser/laser.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/laser/laser.shtml


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seal luz con las mismas caractersticas que la seal d!bil entrante.

sicamente, el regenerador es un amplificador del lser para la

seal entrante.

Re$etidor $tico

*os repetidores son amplificadores pticos que reciben pulsos de luz

atenuante que recorren largas distancias y los conierte a su forma,

fuerzay sincronizacin originales. *as seales restauradas pueden

entonces eniarse )asta el receptor que se encuentra en el extremo

final de la fibra.

Co!%l'$o!e$

Los avances logrados en el rea de la ptica, han posibilitado la aparicinde tecnolog)as en este campo, para trasportar grandes vol#menes deinformacin de manera eficiente, as) como un desarrollo significativo

durante los #ltimos aos, manteni&ndose esta tendencia por un largotiempo, debido a las ventajas de las seales luminosas. El reto es mejorarlos sistemas de telecomunicaciones existentes, con la finalidad de mejores yms eficientes servicios de telecomunicaciones demandado por sus usuarios.Esto permite el avance en el rea de telecomunicaciones, donde el centro detodo este desarrollo apunta a un solo hori!onte+ satisfacer las necesidades decomunicacin de los clientes.'. 4ibliograf)a. Hochrane, D. . 1. 2eatley, . . *mith y =. D. earson, ;pticaltelecommunications$Auture prospects, =EEE Electronics Hommunications Engineering ournal, Fol. 8, I C, Bug 7''0, pp. //7$/0/.E. =annone, A. 9atera, B. 9eco!!i y 9. *ettembre, Ionlinear ;pticalHommunications Iet@or6s, ?iley, Ie@ %or6, 7'''.aginas de la gran red.
http://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtml


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Iotas adicional.

Documents

Sistemas de fibra optica