ES2241892T3 - Sistema de transmision de solitones opticos de gestion de dispersion. - Google Patents
Sistema de transmision de solitones opticos de gestion de dispersion.Info
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Abstract
Sistema de transmisión de solitones ópticos gestionados por dispersión (10) para transmitir solitones ópticos multiplexados con división de la longitud de onda con un rango de longitud de onda, que comprende: por lo menos dos transmisores (11a, 11b, 11c, 11d) para suministrar canales ópticos RZ; por lo menos un primer intervalo (15a, 15b, 15c, 15d) que comprende un primer elemento dispersivo que tiene una dispersión positiva a través del rango de la longitud de onda; y por lo menos un segundo intervalo (15a, 15b, 15c, 15d) que está colocado en serie con el primer intervalo en línea, que comprende un segundo elemento dispersivo que tiene una dispersión negativa a través del rango de la longitud de onda; caracterizado por el hecho de que dicho primer elemento dispersivo tiene una inclinación de dispersión negativa y dicho segundo elemento dispersivo tiene una inclinación de dispersión positiva a través del rango de la longitud de onda.
Description
Sistema de transmisión de solitones ópticos de
gestión de dispersión.
La presente invención se refiere en general a
sistemas de comunicación ópticos que usan transmisión RZ (retorno a
cero), particularmente transmisión de solitones. Más
particularmente, la presente invención se refiere a sistemas de
transmisión de solitones gestionada por dispersión para multiplexado
de división de longitud de onda.
Para sistemas de comunicación ópticos, los
solitones proporcionan una técnica comprometida para transmitir
información a través de largas distancias. Un solitón óptico es un
tipo de pulso óptico que se puede propagar a través de una fibra
óptica y mantiene su forma de onda. La dispersión de la velocidad de
grupo (GVD), que está relacionada con la dispersión cromática, juega
un papel importante en la creación y la propagación de los
solitones. La dispersión cromática se indicará a continuación
simplemente como "dispersión". La dispersión varía la velocidad
de los componentes espectrales de un pulso óptico en función de la
frecuencia óptica, y provoca un estiramiento o deformación del
perfil temporal del pulso. Un equilibrio entre la dispersión de la
fibra óptica y la modulación de auto-fase ayuda a
preservar la forma de onda de un solitón óptico.
La dispersión de la velocidad de grupo se define
como
\beta _{2} =
-(\lambda ^{2}/2 \pi
c)D
donde \lambda es la longitud de
onda del pulso, c es la velocidad de la luz en vacío y D es
la dispersión
cromática.
Los solitones, sin embargo, sufren de
inestabilidad que se puede originar a partir de una serie de
fuentes. La más conocida es la inestabilidad
Gordon-Haus, que se produce a partir del ruido de
emisión espontáneo introducido por amplificadores ópticos. Para
sistemas ópticos que emplean multiplexión de división de longitud de
onda (WDM), el uso de solitones está limitado por la inestabilidad
inducida por colisión. Además, los solitones existirán solamente
para longitudes de onda con suficiente dispersión anómala en la
trayectoria de transmisión. La potencia del solitón es directamente
proporcional con la dispersión de la fibra, de manera que una
dispersión muy baja provocará que desaparezca la potencia del
solitón. En contraste, una dispersión que sea demasiado grande
requiere una potencia de señal que llega a ser impracticablemente
grande.
Para mejorar el rendimiento de la transmisión de
solitones, la dirección de la dispersión es una técnica conocida. En
esta técnica, comúnmente llamada propagación de solitones gestionada
por dispersión (DM), un sistema de comunicación óptico usa fibras
ópticas con amplificación adecuada y variación apropiada de
dispersión a través de la distancia de transmisión. La propagación
de solitones gestionada por dispersión se puede obtener con tres
diseños de transmisión: (1) intervalos de fibra que tienen una
dispersión positiva que disminuye de manera continua y exponencial;
(2) intervalos de fibra que tienen una aproximación escalonada a una
dispersión positiva que disminuye de manera continua y exponencial;
y (3) intervalos de fibra que tienen segmentos alternos de
dispersión constante positiva y negativa. Esta última opción
presenta la más atractiva.
La propagación de solitones usando intervalos
alternos de fibra de dispersión positiva y negativa tiene varias
ventajas. Por un lado, puede permitir una potencia de solitones
mejorada en comparación con un régimen en el que el solitón se
propaga en una fibra óptica que tiene una dispersión
longitudinalmente constante (comúnmente referida como "régimen de
solitón promedio"), y así una mayor relación de señal respecto al
ruido. La inestabilidad se puede reducir mucho o incluso eliminar
completamente si la dispersión promedio se mantiene en valores muy
bajos (positivos o negativos) alrededor de cero. Por otro lado, la
disposición de fibras también puede proporcionar potencialmente una
fuerte reducción de la superposición de mezcla de las cuatro ondas
si los valores absolutos de la dispersión local se mantienen lo
suficientemente altos.
Los parámetros importantes para un sistema de
solitones gestionado por dispersión son la potencia del mapa
S y la profundidad del mapa \delta. Para un sistema de
solitones que tiene un mapa formado por la alternación de una fibra
de dispersión positiva que tiene una longitud L_{1} y una
dispersión D_{1} y una fibra de dispersión negativa que tiene una
longitud L_{2} y una dispersión D_{2}, estos parámetros se
definen respectivamente como
(1)S
=\frac{B^{2}q^{2}_{0}}{\left[1n(1+\sqrt{2})\right]^2}(|\beta
_{21}-\beta _{2ave}|L_{1}+|\beta _{22}-\beta _{2ave}|L2)=
\frac{B^{2}q^{2}_{0}}{\left[1n(1+\sqrt{2})\right]^2}2|\beta
_{2j}-\beta _{2ave}|L_{j} \ j=
1,2
\vskip1.000000\baselineskip
(2)\delta =
2\frac{|\beta _{21}-\beta _{2ave}|L_{1}+|\beta _{22}-\beta
_{2ave}|L_{2}}{|\beta _{2ave}|L_{P}}=\frac{4|\beta _{2j}-\beta
_{2ave}|L_{j}}{|\beta _{2ave}|L_{P}} \ j =
1,2
\newpage
donde:
B es la velocidad de transferencia
q_{0} es el periodo de tiempo de bits
normalizado con el ancho del pulso,
L_{P} = L_{1} + L_{2} es el periodo del
mapa de dispersión,
\beta_{21} =
-(\lambda^{2}/2\pic)D_{1} es el GVD correspondiente a
la dispersión D_{1},
\beta_{22} =
-(\lambda^{2}/2\pic)D_{2} es el GVD correspondiente a
la dispersión D_{2},
\beta_{2ave} = (\beta_{21}L_{1}
+ \beta_{22}L_{2})/L_{P} es el GVD promedio
del sistema.
En la práctica, la potencia del mapa es
proporcional a la diferencia de dispersión entre las dos fibras y la
profundidad del mapa es proporcional a la relación entre dicha
diferencia de dispersión y la dispersión promedio del sistema.
Patentes y publicaciones describen diseños de
sistemas de comunicación ópticos usando solitones gestionados por
dispersión.
Smith et al., "Soliton Transmission
Using Periodic Dispersión Compensation", J. Lightwave
Tech., vol. 15, no. 10, pp. 1808-1822 (Oct.
1997) examina el comportamiento de los solitones en fibras ópticas
donde la dispersión se alterna entre los regímenes normal y anómalo.
La naturaleza periódica del sistema modifica mucho la forma de los
pulsos de solitón estables, y aumenta su energía cuando se compara
con solitones en fibras uniformes equivalentes. Esto produce una
relación aumentada de señal respecto al ruido en el receptor y una
inestabilidad de temporización Gordon-Haus reducida,
comparada con un sistema de fibras uniforme con igual dispersión de
la trayectoria promedio. Como se indica en el mismo artículo, el
trabajo de Smith et al. se ha concentrado en la propagación
en un canal multipexado de división de tiempo único.
La patente US 5.764.841 describe una línea de
transmisión de fibra óptica que tiene unas primeras fibras ópticas
con valores de dispersión mayor que el valor de dispersión promedio
sobre toda la distancia de transmisión y unas segundas fibras
ópticas con valores de dispersión menores que el valor de dispersión
promedio, en el que el valor de dispersión promedio está en la zona
de dispersión anómala. Las respectivas longitudes L_{j} y L_{j}'
de las primeras y segundas fibras ópticas son más cortas que la
longitud de solitón Z_{0}, y la relación entre las longitudes
L_{j} y L_{j}' y la mayor de las respectivas diferencias D_{j}
y D_{j}' entre los valores de dispersión de las primeras y
segundas fibras ópticas y el valor de dispersión promedio D_{av}
satisface la siguiente condición:
(L_{j}+L_{j}')/Z_{0} <
0,35/\{1+0,20 \ (el \ más \ largo \ de \ D_{j} \ y \ D_{j}' \
/D_{av})\}
En una realización, cada par de fibras ópticas
está formado a partir de una fibra óptica que tiene una longitud L,
una inclinación de dispersión S y un valor de dispersión
D_{av}+D_{j}, y una fibra óptica que tiene una longitud L, un
valor de dispersión D_{av}-D_{j} simétrico
respecto a la dispersión promedio D_{av}, y una inclinación de
dispersión S' (= -S o por lo menos un valor que tiene el signo
opuesto al de S). En otra realización, cada par de fibras ópticas
está formado a partir de una fibra óptica que tiene una longitud
L_{j}, una inclinación de dispersión S y una amplitud del valor de
dispersión D_{j} respecto al valor de dispersión D_{av}, y una
fibra óptica que tiene una longitud L_{j}', una inclinación de
dispersión S' (= -S o por lo menos un valor que tiene el signo
opuesto al de S), y una amplitud del valor de dispersión D_{j}'
tal que la dispersión local promedio con la otra fibra es igual a la
dispersión promedio D_{av} sobre toda la distancia de transmisión.
Además, la suma de S_{j}L_{j} y S_{j}'Lj' se hace igual a
cero. En ambas realizaciones, los signos de las inclinaciones de
dispersión S y S' son diferentes, de manera que reducen entre sí los
efectos de la dispersión de orden más alto (variaciones del valor de
la dispersión respecto a la longitud de onda). Además, cuando los
valores absolutos de las inclinaciones de dispersión son iguales, la
distorsión de la forma de la onda después de la transmisión debido a
la dispersión del orden más alto se puede suprimir debido a la
cancelación de la dispersión del orden más alto.
Los solicitantes observan que la patente '841 no
menciona la transmisión por multiplexión de división de la longitud
de onda (WDM) de solitones. Además, los solicitantes observan que en
la patente '841 no se describen preferencias para elegir el signo de
la inclinación de la fibra óptica de dispersión positiva y, en
correspondencia, el signo de la inclinación de la fibra óptica de
dispersión negativa en cada par de fibras ópticas.
Varias publicaciones se refieren al impacto del
WDM sobre los sistemas de solitones gestionados por dispersión.
Por ejemplo, Doran et al., "Remarkable
Features of DM Solitons: Implications for High Speed and WDM
Systems", Int'l Symposium on New Trends in Optical Soliton
Transmission Systems, Kyoto, Japón, Documento
3-A-2 (Nov. 1997) muestra la
dependencia de la potencia mejorada para solitones gestionados por
dispersión (DM) en dispersión en la potencia y la profundidad del
mapa para un amplio rango de parámetros. Tal como se explica en el
artículo, una consecuencia de la dependencia de la mejora de la
potencia en la potencia del mapa y en la profundidad del mapa es que
la dirección de la dispersión da una compensación natural para
dispersión de orden más alto (inclinación de dispersión). En
sistemas WDM de solitón convencionales, la inclinación de la
dispersión requerida aumenta la potencia de los canales con longitud
de onda en proporción con la dispersión. En sistema de solitón DM,
sin embargo, la variación del factor de mejora de la potencia \eta
con la dispersión promedio \beta_{ave} del sistema ofrece un
mecanismo para mantener potencias iguales en cada canal, incluso en
presencia de una dispersión de tercer orden. Como ejemplo, Doran
et al. considera el caso donde la inclinación de la
dispersión es la misma en cada fibra. En este caso, la potencia del
mapa es igual para todas las longitudes de onda, pero como
\beta_{ave} aumenta con la longitud de onda, la profundidad del
mapa disminuye con la longitud de onda. De esta manera, en principio
la disminución en el factor de mejora de la potencia \eta con la
profundidad del mapa proporciona unos medios para igualar las
potencias de los
canales.
canales.
Otras publicaciones por parte de los mismos
investigadores analizan la compensación de dispersión de tercer
orden y aspectos adicionales de la transmisión de solitones.
Por ejemplo, Doran, "Dispersion Manager Soliton
Systems", ECOC'98, Madrid, España, pp. 97-99
(Sept. 1998) describe que la dirección de la dispersión permite la
WDM a la dispersión promedio sobre un amplio rango de longitudes de
onda, cuya extensión dependerá de la potencia del mapa. Como estos
solitones pueden existir en una zona alrededor de dispersión cero,
de esta manera es posible la WDM a gran escala. La dispersión de
orden más alto (generalmente llamada dispersión de tercer orden)
será un límite significativo, ya que la inestabilidad es
directamente proporcional a la dispersión promedio global y, por
supuesto, no es posible mantener sin compensación la dispersión
promedio baja sobre un rango de longitudes de onda. Sin embargo, una
observación importante es que la potencia del solitón ya no es
proporcional, sino que permanece muy independiente de esto para
mapas fuertes. De esta manera, se pueden mantener potencias
similares para todos los canales alrededor de la dispersión
cero.
En otro artículo, Devaney et al,
"Reduction of Collision induced Timing Jitter in Multichannel
Soliton Systems by Dispersión Management", ECOC'98, Madrid,
España, pp. 89-90 (Sept. 1998) describe que se
encontró que la compensación de dispersión de tercer orden es
efectiva para reducir drásticamente la inestabilidad de
temporización inducida por colisión. Tal como se dice en este
artículo, con compensación de dispersión de tercer orden, usando
fibra de inclinación negativa en la segunda mitad del perfil de
dispersión, es posible reducir la dispersión promedio, así como
hacer el promedio constante sobre el ancho de banda elegido. La
inestabilidad se reduce entonces incluso más que usando la dirección
de dispersión.
N. Edagawa et al, "Long Distance Soliton
WDM Transmission Using a Dispersión-flattened
Fiber", OFC 1997, 16-21 Feb. 1997, Documento
después de la fecha final PD19, pp. 443-446,
describe un sistema de solitón experimental en un bucle de fibra de
100 km. La instalación experimental usaba intervalos de una fibra
aplanada de dispersión (DFF) que tenía un valor de dispersión
positivo de unos 4,4-1,5 ps/nm/km. Se añadió una
fibra de compensación de la dispersión al extremo de cada intervalo.
La dispersión promedio del sistema y la inclinación de la dispersión
a 1555 nm era de 0,03 ps/nm/km y -0,0007 ps/nm^{2}/km,
respectivamente. El rendimiento de la transmisión en los
experimentos se degradó severamente debido a la gran dispersión
cromática de la DFF usada en los experimentos. El documento concluye
que el rendimiento de la transmisión se ha de mejorar mucho usando
un DFF con una pequeña dispersión alrededor de 1 ps/nm/km.
K. Tanaka et al, "400 Gbit/s (20x20
Gbit/s) dense WDM Transmission Using Soliton-based
RZ Signals", ECOC 1998, 20-24 Sept. 1998, pp.
85-86, describe un sistema de solitón experimental
que usa un bucle de recirculación. El bucle comprende tres
intervalos de 30 km de una fibra aplanada de dispersión (DFF) que
tienen una inclinación de dispersión promedio de -0,0002
ps/nm^{2}/km y una dispersión cromática promedio de 1,0 ps/nm/km a
1555 nm. La dispersión cromática acumulada del bucle se compensó
mediante una bobina de fibra de compensación de la dispersión (DCF)
con -100 ps/nm. La dispersión promedio del bucle fue de 0,06
ps/nm/km.
Los solicitantes observan que la reducción de la
dispersión del DFF hasta valores alrededor de 1 ps/nm/km, tal como
se describen en estos dos últimos artículos, puede provocar
problemas del mezclado de las cuatro ondas con una potencia por
canal aumentada en un sistema de solitón WDM.
I. Morita et al,
"Long-Haul Soliton WDM Transmission with Periodic
Dispersion Compensation and Dispersion Slope Condensation",
Journal of Lightwave Technology, Vol. 17 No. 1, páginas
80'-85 (Enero 1999), describe experimentos de
transmisión de solitones WDM de 20 Gb/s con compensación de
dispersión periódica y compensación de inclinación de la dispersión.
Tal como describen los autores, la inclinación de la dispersión
acumulada se compensó con dos procedimientos. El primer
procedimiento era de compensación de dispersión individual
periódica. El segundo procedimiento era el uso de una fibra aplanada
de dispersión.
La patente WO 99/42869 describe una guía de onda
gestionada por dispersión de baja inclinación que tiene segmentos
alternos de dispersión positiva y negativa. La fibra de dispersión
negativa tiene una inclinación negativa a través de un rango de
longitud de onda, mientras que la fibra de dispersión positiva tiene
una inclinación positiva.
La patente GB 2.299.473 describe un sistema de
comunicación que comprende un tramo de fibra óptica intercalada de
dos tipos, que tiene dispersión igual y opuesta que no es cero a lo
largo de todo el ancho de banda de longitud de onda (que puede ser
tan ancha como 50 nm). El gradiente de la característica de
dispersión respecto a la longitud de la onda de un tipo ha de ser
positivo, del otro tipo negativo. Preferiblemente, los valores
absolutos de los gradientes de los valores de dispersión de la
longitud de onda de la fibra de dispersión normal y la fibra de
dispersión anómala están dentro del rango de 0,1 a 0,01
ps/nm^{2}\cdotkm. Los solicitantes remarcan que la solicitud de
patente anterior no se refiere a un sistema de solitón ni a una
transmisión de solitones. Además, la solicitud de patente GB indica
que las señales de luz se pueden transmitir en el sistema de
telecomunicaciones descrito sin degradación de la forma de la onda
evitando la degradación de la forma de la onda debido a la
modulación de la auto-fase. Tal como se ha indicado
anteriormente, la modulación de auto-fase es
esencial en la determinación de la propagación de pulsos de
solitón.
Los solicitantes han observado que el coeficiente
de no linealidad de las fibras ópticas generalmente disminuye con el
aumento de la longitud de onda. Los solicitantes han percibido que
este hecho puede jugar un papel en determinación cómo se puede
diseñar un sistema de solitón gestionado por dispersión. Los
solicitantes han reconocido que el comportamiento citado
anteriormente del coeficiente de no linealidad respecto a la
longitud de onda de las fibras ópticas de un sistema de solitón
gestionado por dispersión puede afectar la potencia por canal de los
solitones, en un sistema de WDM. Este hecho no se reconoció, según
el conocimiento de los solicitantes, en la técnica anterior. Por
ejemplo, no se pueden encontrar en los artículos citados
anteriormente de Doran et al, que considera varios parámetros
del sistema en una única longitud de onda y a continuación extiende
los resultados obtenidos a un rango de longitudes de onda, sin
ninguna relación con la variación del coeficiente de no linealidad
de las fibras en todo el rango de las longitudes de onda.
Los solicitantes han encontrando que el
coeficiente de no linealidad de las fibras ópticas puede provocar
que la potencia por canal se inserte en un sistema de solitón
gestionado por dispersión de WDM para variar con la longitud de
onda, incluso en presencia de fuertes mapas de dispersión. De esta
manera, el comportamiento del coeficiente de no linealidad de las
fibras ópticas se ha de considerar cuidadosamente para mantener una
potencia por canal igualada, cuando se diseña un sistema de solitón
gestionado por dispersión de WDM.
Los solicitantes han encontrado que en sistema de
solitón gestionados por dispersión, una diferencia de dispersión que
disminuye con la longitud de onda ayuda a compensar el coeficiente
de no linealidad que disminuye de las fibras. Alternando en un
sistema de transmisión de solitones ópticos intervalos de fibra de
dispersión positiva con una inclinación negativa y de fibra de
dispersión negativa con una inclinación positiva, la diferencia de
la potencia entre los canales que se ha de insertar en el sistema se
puede reducir de manera significativa. En otras palabras, el efecto
de la no linealidad de las fibras usado en el sistema se compensa
reduciendo la potencia del mapa en longitudes de onda aumentadas.
Esto puede llevar a una comunicación de WDM ventajosa. Cuando se
ajusta la dispersión promedio máxima del sistema y se limitan la
dispersión promedio y la potencia del solitón para variar, por
ejemplo, dentro de 0-0,4 ps/nm/km y 1 dB
respectivamente, se pueden diseñar intervalos de fibra óptica que
tienen valores de dispersión seleccionados a través de
1530-1600 nm basados en una velocidad de transmisión
de datos, tal como, por ejemplo, 2,5, 10 ó 40 Gbits/seg.
Un sistema de transmisión de solitón óptica
gestionada por dispersión consistente con la presente invención
comunica una pluralidad de solitones ópticos multiplexados con
división de la longitud de onda a través de una línea de fibra
óptica. La comunicación se produce en un rango de longitud de onda
de unos 1530 nm a unos 1600 nm, y el sistema incluye por lo menos un
primer intervalo de fibra óptica y por lo menos un segundo intervalo
de fibra óptica. El primer intervalo tiene una longitud L_{1} y
una dispersión positiva con una inclinación de dispersión negativa.
El segundo intervalo tiene una longitud L_{2} y está colocado en
serie con el primer intervalo en la línea. El segundo intervalo
tiene una dispersión negativa con una inclinación de dispersión
positiva a través del rango de la longitud de onda.
Debe entenderse que la descripción general
anterior y la descripción detallada siguiente son solamente a modo
de ejemplo y explicación, y están pensadas para proporcionar una
explicación adicional de la invención tal como se reivindica. La
siguiente descripción, así como la práctica de la invención, indica
y sugiere ventajas y propósitos adicionales de la invención.
Los dibujos adjuntos, que se incorporan y
constituyen una parte de esta memoria, representan realizaciones de
la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar las
ventajas y los principios de la invención.
La figura 1 es un diagrama de bloques de un
sistema de solitón óptico gestionado por dispersión para transmisión
de WDM consistente con la presente invención;
La figura 2 es un mapa de dispersión de ejemplo
de la dispersión respecto a la distancia para el sistema de solitón
óptico gestionado por dispersión de la figura 1;
La figura 3 es una gráfica del coeficiente de no
linealidad promedio respecto a la longitud de onda para una línea de
fibra óptica de ejemplo en el sistema de solitón de la figura 1;
La figura 4 es un gráfico de la pérdida de fibra
promedio respecto a la longitud de onda para una línea de fibra
óptica de ejemplo en el sistema de solitón de la figura 1;
Las figuras 5A-B son gráficos de
dispersión respecto a la longitud de onda para una fibra de
dispersión positiva y dispersión negativa, respectivamente, con
variaciones del GVD promedio de 0,5 ps^{2}/km y de potencia de
solitón de 1 dB consistente con un primer grupo de realizaciones de
la presente invención;
Las figuras 6A-B son gráficos de
dispersión respecto a la longitud de onda para una fibra de
dispersión positiva y dispersión negativa, respectivamente, con
variaciones del GVD promedio de 0,5 ps^{2}/km y de potencia de
solitón de 1 dB consistente con un segundo grupo de realizaciones de
la presente invención;
Las figuras 7A-B son gráficos de
dispersión respecto a la longitud de onda para una fibra de
dispersión positiva y dispersión negativa, respectivamente, con
variaciones del GVD promedio de 0,5 ps^{2}/km y de potencia de
solitón de 1 dB consistente con un tercer grupo de realizaciones de
la presente invención;
Las figuras 8A-B son gráficos de
dispersión respecto a la longitud de onda para una fibra de
dispersión positiva y dispersión negativa, respectivamente, con
variaciones del GVD promedio de 0,5 ps^{2}/km y de potencia de
solitón de 1 dB consistente con un cuarto grupo de realizaciones de
la presente invención;
Las figuras 9A-B son gráficos de
dispersión respecto a la longitud de onda para una fibra de
dispersión positiva y dispersión negativa, respectivamente, con
variaciones del GVD promedio de 0,5 ps^{2}/km y de potencia de
solitón de 1 dB consistente con un quinto grupo de realizaciones de
la presente invención;
Las figuras 10A-B son gráficos de
dispersión respecto a la longitud de onda para una fibra de
dispersión positiva y dispersión negativa, respectivamente, con
variaciones del GVD promedio de 0,5 ps^{2}/km y de potencia de
solitón de 1 dB consistente con un sexto grupo de realizaciones de
la presente invención;
Las figuras 11A-B son gráficos de
dispersión respecto a la longitud de onda para una fibra de
dispersión positiva y dispersión negativa, respectivamente, con
variaciones del GVD promedio de 0,5 ps^{2}/km y de potencia de
solitón de 1 dB consistente con un séptimo grupo de realizaciones de
la presente invención;
Las figuras 12A-B son gráficos de
dispersión respecto a la longitud de onda para una fibra de
dispersión positiva y dispersión negativa, respectivamente, con
variaciones del GVD promedio de 0,5 ps^{2}/km y de potencia de
solitón de 1 dB consistente con un octavo grupo de realizaciones de
la presente invención;
Las figuras 13A-B son gráficos de
dispersión respecto a la longitud de onda para una fibra de
dispersión positiva y dispersión negativa, respectivamente, con
variaciones del GVD promedio de 0,5 ps^{2}/km y de potencia de
solitón de 1 dB consistente con un noveno grupo de realizaciones de
la presente invención;
La figura 14 es un gráfico de la potencia del
mapa respecto a la longitud de onda para el quinto grupo de
realizaciones de la presente invención;
La figura 15 es un gráfico de la potencia del
mapa respecto a la longitud de onda para el primer, sexto y octavo
grupos de realizaciones de la presente invención;
La figura 16 es un gráfico de la potencia del
mapa respecto a la longitud de onda para el segundo, séptimo y
noveno grupos de realizaciones de la presente invención;
La figura 17 es un gráfico de la potencia del
mapa respecto a la longitud de onda para el tercer grupo de
realizaciones de la presente invención;
La figura 18 es un gráfico de la potencia del
mapa respecto a la longitud de onda para el cuarto grupo de
realizaciones de la presente invención;
La figura 19 es un gráfico de la dispersión
respecto a la longitud de onda para una fibra de dispersión positiva
y de dispersión negativa con variaciones del GVD promedio de 0,5
ps^{2}/km y de potencia de solitón de 1 dB consistente con un
décimo grupo de realizaciones de la presente invención;
La figura 20 es un gráfico de la dispersión
respecto a la longitud de onda para una fibra de dispersión positiva
y de dispersión negativa con variaciones del GVD promedio de 0,5
ps^{2}/km y de potencia de solitón de 1 dB consistente con un
undécimo grupo de realizaciones de la presente invención;
La figura 21 es un gráfico de la dispersión
respecto a la longitud de onda para una fibra de dispersión positiva
y de dispersión negativa con variaciones del GVD promedio de 0,5
ps^{2}/km y de potencia de solitón de 1 dB consistente con un
duodécimo grupo de realizaciones de la presente invención;
La figura 22 es un gráfico de la dispersión
respecto a la longitud de onda para una fibra de dispersión positiva
y de dispersión negativa con variaciones del GVD promedio de 0,5
ps^{2}/km y de potencia de solitón de 1 dB consistente con un
grupo decimotercero de realizaciones de la presente invención;
La figura 23 es un gráfico de la potencia del
mapa respecto a la longitud de onda para el décimo grupo de
realizaciones de la presente invención;
La figura 24 es un gráfico de la potencia del
mapa respecto a la longitud de onda para el undécimo grupo de
realizaciones de la presente invención;
La figura 25 es un gráfico de la potencia del
mapa respecto a la longitud de onda para el duodécimo grupo de
realizaciones de la presente invención;
La figura 26 es un gráfico de la potencia del
mapa respecto a la longitud de onda para el grupo decimotercero
grupo de realizaciones de la presente invención;
Las figuras 27A-B muestran curvas
de dispersión para fibras de dispersión positiva y para fibras de
dispersión negativa de compañía (combinadas en mapas simétricos)
respecto a un parámetro comprensivo del periodo del mapa, la
velocidad de transmisión y el factor q_{0}, para diferentes
comportamientos de la potencia del mapa, con un GVD promedio del
sistema de 0,0 ps^{2}/km;
Las figuras 28A-B muestran curvas
de inclinación para las fibras de dispersión positiva y negativa de
las figuras 27A-B, respecto al mismo parámetro;
Las figuras 29A-B muestran curvas
de dispersión para fibras de dispersión positiva y para fibras de
dispersión negativa de compañía (combinadas en mapas simétricos)
respecto a un parámetro comprensivo del periodo del mapa, la
velocidad de transmisión y el factor q_{0}, para diferentes
comportamientos de la potencia del mapa, con un GVD promedio del
sistema de -0,5 ps^{2}/km;
Las figuras 30A-B muestran curvas
de inclinación para las fibras de dispersión positivas y negativas
de las figuras 29A-B, respecto al mismo
parámetro;
La figura 31 muestra curvas de dispersión para
fibras de dispersión positiva que se combinan con rejillas ópticas
de dispersión negativa en mapas completamente asimétricos, respecto
a un parámetro comprensivo del periodo del mapa, la velocidad de
transmisión y el factor q_{0}, para diferentes comportamientos de
la potencia del mapa, con un GVD promedio del sistema de 0,0
ps^{2}/km;
La figura 32 muestra curvas de inclinación para
las fibras de dispersión positiva de la figura 31, respecto al mismo
parámetro;
La figura 33 muestra curvas de dispersión para
fibras de dispersión negativa que se combinan con rejillas ópticas
de dispersión positiva en mapas completamente asimétricos, respecto
a un parámetro comprensivo del periodo del mapa, la velocidad de
transmisión y el factor q_{0}, para diferentes comportamientos de
la potencia del mapa, con un GVD promedio del sistema de 0,0
ps^{2}/km;
La figura 34 muestra curvas de inclinación para
las fibras de dispersión negativa de la figura 33, respecto al mismo
parámetro;
La figura 35 muestra curvas de dispersión para
fibras de dispersión positiva que se combinan con rejillas ópticas
de dispersión negativa en mapas completamente asimétricos, respecto
a un parámetro comprensivo del periodo del mapa, la velocidad de
transmisión y el factor q_{0}, para diferentes comportamientos de
la potencia del mapa, con un GVD promedio del sistema de -0,5
ps^{2}/km;
La figura 36 muestra curvas de inclinación para
las fibras de dispersión positiva de la figura 35, respecto al mismo
parámetro;
La figura 37 muestra curvas de dispersión para
fibras de dispersión negativa que se combinan con rejillas ópticas
de dispersión positiva en mapas completamente asimétricos, respecto
a un parámetro comprensivo del periodo del mapa, la velocidad de
transmisión y el factor q_{0}, para diferentes comportamientos de
la potencia del mapa, con un GVD promedio del sistema de -0,5
ps^{2}/km;
La figura 38 muestra curvas de inclinación para
las fibras de dispersión positiva de la figura 37, respecto al mismo
parámetro.
Ahora se hará referencia a varias realizaciones
según esta invención, cuyos ejemplos se muestran en los dibujos
adjuntos y será obvios a partir de la descripción de la invención.
En los dibujos, las mismas referencias numéricas representan los
mismos elementos o similares en los diferentes dibujos, siempre que
sea posible.
El sistema de solitón óptico gestionado por
dispersión de la presente invención incluye intervalos de fibras
ópticas permitiendo de manera selectiva que solitones en el sistema
de WDM presenten un nivel de potencia relativamente plano entre
cualquier longitud de onda dentro del rango de WDM. Además, los
intervalos de fibra óptica tienen características ópticas y físicas
que permiten que los solitones viajen en una condición de WDM para
tener preferiblemente una dispersión promedio global máxima baja a
través de un rango operativo de longitud de onda.
La figura 1 representa un diagrama de bloques de
un sistema de WDM 10 para transmitir señales de solitón. Por lo
menos dos transmisores 11a-11d suministran señales
ópticas RZ en una condición de solitón, cada una en una longitud de
onda respectiva. A continuación, nos referiremos a una señal óptica
que tiene una longitud de onda respectiva como "canal". En
general, se pueden diseñar sistemas que usen cualquier número de
canales. El diseño de los transmisores 11a-11d y de
su equipo afiliado es conocido por los técnicos ordinarios en la
materia. Un multiplexor 12 combina las longitudes de onda de solitón
individuales recibidas a partir de los transmisores
11a-11d sobre la trayectoria óptica 13 como señal de
WDM. Un amplificador de potencia del transmisor 14 amplía la
potencia de todas las longitudes de onda en la señal de WDM y la
lanza para su transmisión a través de una línea de larga distancia
de fibra óptica.
La línea de transmisión óptica de larga distancia
en el sistema de solitón de WDM 10 incluye una serie de fibras
ópticas 15a-15d, típicamente separadas por
amplificadores 16a-16c, preferiblemente
amplificadores ópticos. Las fibras ópticas 15a-15d
están típicamente cableadas y están incluidas en los llamados
"intervalos". Tal como se explica anteriormente, las fibras
ópticas de los intervalos tienen características ópticas y físicas
diferentes para proporcionar el mantenimiento deseado de los
solitones dentro de la señal de WDM. Los amplificadores
16a-16c son preferiblemente amplificadores de fibra
dopados con erbio, que pueden tener un rango de amplificación de
entre unos 1530 y unos 1600 nm aproximadamente. Amplificadores de
fibra dopados con erbio convencionales operan dentro del rango de
unos 1530-1565 nm, pero se puede conseguir un rango
de amplificación extendido mediante dos o más amplificadores
acoplados en paralelo, cubriendo cada uno una
sub-banda respectiva de todo el rango de
amplificación. En una realización de ejemplo, un primer amplificador
cubre la banda 1529 - 1535, un segundo amplificador cubre la banda
1541 - 1561 nm y un tercer amplificador cubre la banda 1575 - 1602
nm. Incluso puede estar disponibles en el futuro rangos de
amplificación más amplios. Además, se pueden usar otros tipos de
amplificadores ópticos, dentro de rangos de longitud de onda
adecuados. Aunque los amplificadores 16a-16c se
muestran entre cada intervalo de fibra óptica
15a-15d, la señal de WDM puede pasar a través de
múltiples intervalos de fibra óptica antes de alcanzar un
amplificador de línea óptica, o, viceversa, la señal de WDM puede
pasar a través de múltiples amplificadores en un único
intervalo.
Una porción de recepción del sistema de solitón
óptico 10 generalmente comprende un amplificador de potencia del
receptor 17, un desmultiplexor 18, y una serie de unidades de
recepción 19a-19d. El amplificador de potencia del
receptor amplifica la señal de WDM de solitón óptico atenuada para
su reconocimiento mediante el equipo de recepción. El desmultiplexor
18 separa la señal de WDM en sus respectivas longitudes de onda de
solitón y pasa esas longitudes de onda a receptores
19a-19d individuales, que detectan y procesan la
información llevada por los canales de solitón discretos.
La figura 2 muestra el mapa de dispersión para
intervalos de fibra óptica 15a-15db y un intervalo
adicional como ejemplo. De la manera conocida para los sistemas de
solitón gestionados por dispersión, el nivel de dispersión alterna
entre valores negativos y positivos para las respectivas longitudes
de la fibra óptica. Por ejemplo, el intervalo 15a en la figura 1
tiene una longitud L_{1} y una dispersión D_{1}, que es un valor
positivo. El intervalo 15b tiene una longitud L_{2}, con un valor
de dispersión negativo y constante D_{2}. Los intervalos
posteriores de la fibra óptica después de 15a y 15b se alternan
repetidamente en sus valores de longitud y dispersión
substancialmente con un periodo del mapa de dispersión L_{P} =
L_{1} + L_{2}. En particular, el primer intervalo del sistema
puede tener una longitud menor de L_{1}, en dependencia de un
nivel de pre-chirrido que se puede superponer en el
transmisor a los pulsos. Si no se introduce ningún
pre-chirrido, el primer intervalo se puede diseñar
de manera que tenga una longitud substancialmente igual a L_{1}/2.
Tal como se muestra en la figura 2, la dispersión promedio D_{ave}
a través de toda la cadena de fibras ópticas en este ejemplo tiene
un valor mayor de cero. Dependiendo del diseño elegido, la
dispersión promedio D_{ave} puede ser igual a cero o mayor de cero
para acomodar el rendimiento deseado para las señales de solitón.
Menos preferiblemente, la dispersión promedio D_{ave} puede ser
menor de cero. Debe indicarse que, a partir de la definición de GVD
dada anteriormente, una dispersión promedio positiva D_{ave} del
sistema corresponde a un GVD promedio negativo.
Según la presente invención, un sistema de
transmisión de solitón óptico gestionado por dispersión para
comunicar una pluralidad de solitones ópticos multiplexados con
división de longitud de onda a través de una línea de fibra óptica
en un rango de longitud de onda predeterminado, por ejemplo de unos
1530 nm a unos 1600 nm, incluye por lo menos un primer intervalo de
un primer elemento de dispersión que comprende una dispersión
positiva con una inclinación de dispersión negativa a través del
rango de la longitud de onda. El sistema incluye por lo menos un
segundo intervalo que comprende un segundo elemento de dispersión,
que está colocado en serie con el primer intervalo en la línea,
teniendo una dispersión negativa con una inclinación de dispersión
positiva a través del rango de la longitud de onda. Para los fines
de la presente invención, para evaluar el signo y el valor de la
inclinación de los elementos de dispersión se usa la relación
(D_{\lambda _{max}} -
D_{\lambda _{min}})/(\lambda _{max} - \lambda
_{min})
donde:
- \lambda_{max} y \lambda_{min} son los
extremos del rango de la longitud de onda considerado (por ejemplo
el rango de una colección WDM de canales);
- D_{\lambda_{max}} y D_{\lambda_{min}} son,
respectivamente, los valores de dispersión de los elementos de
dispersión \lambda_{max} y \lambda_{min}.
Este sistema de comunicación de solitón óptico
con dirección de la dispersión puede presentar un comportamiento de
potencia de solitón plana con longitud de onda y una baja dispersión
promedio. Estas condiciones permiten la transmisión de solitones
ópticos en un sistema de WDM para la detección aceptable del
receptor sin introducir inestabilización de temporización de los
solitones a partir de niveles excesivos de dispersión promedio a lo
largo de la línea.
Los elementos de dispersión en el primer y
segundo intervalos pueden ser ambos fibras ópticas. La longitud del
primer intervalo puede ser substancialmente igual a la longitud del
segundo intervalo (mapa simétrico), o diferente (mapa
asimétrico).
Alternativamente, uno de los elementos de
dispersión puede ser una rejilla óptica y el otro elemento de
dispersión puede ser una fibra óptica. Un mapa que comprende una
fibra óptica y una rejilla óptica en serie entre sí se puede
apreciar como un mapa "completamente asimétrico", es decir, un
mapa de dispersión en el que substancialmente todo el periodo del
mapa L_{P} está cubierto por la fibra óptica y la rejilla es un
elemento de dispersión que tiene una longitud muy corta
(substancialmente cero) respecto a la fibra óptica. Preferiblemente,
la rejilla óptica puede ser una rejilla de fibra.
A continuación, por propósitos de claridad, los
elementos de dispersión considerados serán ambos fibras ópticas.
Debe entenderse que las mismas consideraciones se aplican también
para el mapa completamente asimétrico mencionado anteriormente.
Los parámetros del mapa de dispersión que se
pueden usar para determinar la potencia del solitón son la potencia
del mapa S y la profundidad del mapa \delta. Sus
expresiones se han indicado previamente (ver (1) y (2)
anteriormente).
La potencia promedio de un solitón DM en la
salida de los amplificadores ópticos se da mediante el producto de
un factor de mejora \eta(S,\delta) y la potencia
P_{ave} de un solitón que se propaga en el régimen de
solitón promedio en una fibra con un GVD igual a
\beta_{2ave}
(3)P_{DM} \ =
\eta \ (S, \delta
)P_{ave}
donde P_{ave} es
proporcional a \beta_{2ave} y, para \beta_{2ave} \leq 0,
toma la siguiente
forma:
(4)P_{ave}=F_{pem}\frac{2|\beta
_{2ave}|q_{0}B^{2}}{\gamma
_{ave}}
y
(5)F_{pem}=\frac{\alpha
_{ave}L_{A}}{1-exp(-\alpha
_{ave}L_{A})}
En estas ecuaciones, F_{pem} es un
factor de pre-énfasis, \alpha_{ave} es el promedio de los
coeficientes de pérdida de las dos fibras, \gamma_{ave} es el
promedio de los coeficientes de no linealidad de las dos fibras, y
L_{A} es la separación del amplificador. A continuación,
\alpha_{ave} y \gamma_{ave} se indicarán como "coeficiente
de pérdida de fibra promedio" y "coeficiente de no linealidad
promedio", respectivamente.
Se dan fórmulas semi-empíricas
para el factor de mejora \eta(S,\delta) en los documentos
citados por Doran. Para mapas de potencia, es decir, para valores de
la potencia del mapa S mayor de 4 aproximadamente, los solitones
existen también con dispersión promedio cero o normal (negativa).
Una fórmula de ajuste para el factor de mejora
\eta(S,\delta) para S > 4 es la siguiente:
(6)\eta=\frac{0,2
\delta}{S}\left[S-3,7+\sqrt{(S-3,7)^{2}+\frac{180S}{\delta}}\right]
El rango S \geq 4 es de especial interés para
sistemas de solitón de WDM. Para reducir la probabilidad de colisión
entre pulsos de solitón temporalmente adyacentes, la potencia del
mapa puede ser preferiblemente menor de 12 aproximadamente en todo
el rango de las longitudes de onda consideradas. Más
preferiblemente, la potencia del mapa puede ser menor de 8
aproximadamente en todo el rango de longitudes de onda
consideradas.
El uso del factor de pre-énfasis F_{pem}
en la ecuación (4) se aplica cuando el periodo del mapa de
dispersión no es igual a la separación del amplificador o cuando el
periodo del mapa de dispersión no es un múltiplo del la separación
del amplificador. Cuando el periodo del mapa es igual o es un
múltiplo de la separación del amplificador, entonces el escalado de
la potencia es algo diferente: en esta situación, la mejora de la
potencia depende de la posición del amplificador respecto al mapa de
dispersión. Sin embargo, se puede usar la ecuación (4), incluso en
el caso de intervalos del mapa de amplificación y dispersión
iguales, para evaluar la variación relativa de la potencia entre los
canales (es decir, respecto a la longitud de onda), estando al tanto
de que los niveles de potencia absolutos obtenidos en el caso de
intervalos iguales son solamente representativos.
Las tres velocidades de transmisión de datos
estándar de 2,5, 10 y 40 Gbits/seg pueden definir a grandes rasgos
tres regímenes diferentes de longitud del periodo del mapa para
fibras que tienen el mismo nivel de dispersión. De hecho, a partir
de la definición de la potencia del mapa S en la ecuación (1), si la
velocidad de transmisión aumenta multiplicada por cuatro, la
longitud del periodo del mapa se ha de recudir 16 veces para
mantener el mismo valor de S (si el factor q_{0} no varíe).
Por ejemplo, dos fibras que tienen dispersiones de +10 y -10
ps/nm/km en 1550 nm y longitudes iguales pueden requerir que cada
intervalo sea entre 800-1600 km para 2,5 Gbits/seg,
50-100 km para 10 Gbits/seg, y 3-6
km para 40 Gbits/seg. Se ha de entender que los valores de la
velocidad de transmisión de datos mencionados anteriormente y los
valores de longitud son solamente ejemplos y que el ámbito de la
invención no está limitado a estos valores.
El sistema de comunicación de solitón óptico
tiene una línea de fibra óptica de segmentos alternos que puede
proporcionar un valor de GVD promedio \beta_{2ave} de entre 0,0
y -0,5 ps^{2}/km y un nivel de potencia por canal de solitón
plano. El comportamiento con la longitud de onda del GVB
\beta_{21} y \beta_{22} (o el correspondiente comportamiento
de la dispersión, D_{1} y D_{2}) de las dos fibras se ha de
determinar para obtener una variación de potencia del solitón
predeterminada con una variación de la dispersión promedio
predeterminada sobre el rango de la longitud de onda de interés. Si
los comportamientos de F_{pem}, \alpha_{ave} y
\gamma_{ave} con la longitud de onda son conocidos, y si se
asume que \beta_{2ave} tiene un valor absoluto máximo definido a
través del rango de la longitud de onda y \beta_{2ave} y
P_{DM} tienen variaciones predeterminadas con la longitud
de onda, entonces se puede determinar el comportamiento del GVD (o
el comportamiento de la dispersión) con la longitud de onda de las
dos fibras.
La igualación de la potencia por canal es
ventajosa para una transmisión de WDM, ya que el desequilibrio de la
potencia por canal de solitón puede afectar a la calidad de
transmisión. Por ejemplo, la curva de ganancia de los amplificadores
es una fuente típica de este desequilibrio y se ha de considerar
para tener una relación entre la señal y el ruido y/o una relación
entre los bits y errores aceptables en el receptor para todos los
canales. Si las fibras ópticas no introducen un desequilibrio
substancial de la potencia por canal del solitón que se inserta en
la línea, el control de la buena calidad de la transmisión se puede
hacer de manera substancialmente independiente de las fibras ópticas
usadas. Es decir, el número más bajo de parámetros se ha de
considerar en el diseño del sistema
óptico.
óptico.
Una dispersión de velocidad del grupo promedio
global baja es ventajosa, ya que puede permitir un bajo nivel de
inestabilidad para todos los canales transmitidos. En particular, un
rango más preferido de dispersión promedio global para reducir el
nivel de la inestabilidad a un valor muy bajo con una longitud total
del sistema de solitón de 10.000 km y más, está comprendido entre
unos -0,05 y 0,0 ps^{2}/km. Respecto a esto, los solicitantes
también han observado que para velocidades de transmisión altas (por
ejemplo mayores de 10 Gbit/s) hay un bajo valor óptimo de dispersión
promedio global comprendido en este rango, que permite conseguir un
nivel mínimo de inestabilidad.
Una guía para determinar las características de
la dispersión de las dos fibras para conseguir una dispersión
promedio mínima y una potencia por canal de solitón plana se puede
dar mediante la siguiente ecuación:
(7)| \
D_{j}-D_{ave} | \ L_{j} = \left\{3,7 + \frac{P_{DM}q_{0}L_{p}}{1,6
\cdot [log(1+\sqrt{2)}]^{2}}\frac{\gamma_{ave}}{F_{pem}} -
\frac{18B^{2}q_{0}\lambda^{2}}{\pi
cP_{DM}}\frac{F_{pem}}{\gamma_{ave}}D_{ave}\right\}\frac{\pi
c[log(1+\sqrt{2)}]^{2}}{B^{2}q^{2}_{0}\lambda^{2}}
Una vez se selecciona los comportamientos
deseados de la potencia del solitón gestionado por dispersión y de
la dispersión promedio con la longitud de onda para la línea, y una
vez se fijan los parámetros del sistema tales como la velocidad de
transmisión, el ancho de los pulsos, la longitud del periodo del
mapa, y la separación del amplificador, se pueden determinar las
especificaciones de la dispersión para las dos fibras que comprenden
el mapa de dispersión. Viceversa, una vez se ajustan las
características de dispersión de las fibras y del sistema, junto con
los otros parámetros del sistema, tales como la velocidad de
transmisión, el ancho de los pulsos, la longitud del periodo del
mapa y la separación del amplificador, se puede definir un rango de
potencia útil del solitón.
Según las realizaciones preferidas de la presente
invención, los solicitantes han modelado intervalos de fibra óptica
que comprenden un sistema de solitón gestionado por dispersión para
transmisión WDM usando herramientas informáticas dentro del
conocimiento de un técnico en la materia. Los parámetros del sistema
del solitón representativos eran los siguientes:
- factor q_{0}:
q_{0}=\frac{1}{BT_{FWHM}}1n(1+\sqrt{2})\approx
0,88\cdot
\frac{1}{BT_{FWHM}}=5;
- coeficiente de pérdida de fibra promedio:
\alpha _{ave}
\ (dB/km) \ = \ 1,085 \ x \ \lambda \ ^{-4} \ (\mu m) \ + \ 7 \ x \
10^{11} \ x \ exp(-49/\lambda \ (\mu
m));
- variación de la potencia del solitón promedio
(P_{DM}) con la longitud de onda dentro de 1 dB para una
longitud de onda en el rango 1529-1602 nm;
- dispersión promedio del sistema entre 0 y 0,40
ps/nm/km (correspondiente a un GVD promedio \beta_{2ave}: 0,5
\leq \beta_{2ave} \leq 0 ps^{2}/km); y
- potencia del mapa S \geq 4.
Las figuras 3 y 4 muestras las características
para las fibras ópticas del sistema de solitón representativo. En
particular, se traza el coeficiente de no linealidad promedio
\gamma_{ave} en la figura 3 como una función de la longitud de
onda y tiene una inclinación negativa. La dependencia de la longitud
de onda y los valores de \gamma_{ave} se simularon para perfiles
de índice de refracción típicos. La curva para el coeficiente de
pérdida de fibra promedio \alpha_{ave} se representa en la
figura 4. La dependencia de la longitud de onda de la pérdida de
fibra se modeló teniendo en cuenta la dispersión Rayleigh y la
absorción IR.
Varias realizaciones de la presente invención
descritas a continuación se dirigen a sistemas de solitón ópticos
para conseguir estos resultados deseados con diferentes periodos de
mapas, longitudes de intervalo, separaciones de amplificador y
velocidades de transmisión. En particular, las figuras
5A-13B representan las características de dispersión
a través de la banda de longitud de onda de unos
1530-1600 nm para combinaciones de fibra óptica de
ejemplo para un sistema de solitón gestionado por dispersión que
tiene la velocidad de transmisión, las longitudes de intervalo
L_{1} y L_{2}, la separación de amplificador L_{A}, y el
periodo de mapa L_{P} especificados en la siguiente
tabla 1.
tabla 1.
Las cuatro curvas mostradas en cada trazo, para
aumentar el valor absoluto de la dispersión, se obtienen a partir de
(7) mediante la elección de la siguiente combinación de los valores
de potencia de solitón gestionados por dispersión y GVD
promedio.
a) P_{DM} = P_{DM}
(S=4); \beta_{2ave} = -0,5 ps^{2}/km
b) P_{DM} = P_{DM} (S=4)
x 1,26; \beta_{2ave} = -0,5 ps^{2}/km
c) P_{DM} = P_{DM}
(S=4); \beta_{2ave} = 0 ps^{2}/km
d) P_{DM} = P_{DM} (S=4)
x 1,26; \beta_{2ave} = 0 ps^{2}/km
P_{DM} (S=4) es el valor de potencia de
solitón mínimo requerido para obtener S mayor o igual a 4 en
todo el rango de longitud de onda considerado, y P_{DM}
(S=4) X 1,26 es 1 dB sobre P_{DM} (S=4).
Las figuras 5A-B representan la
dispersión las características de dispersión respecto a la longitud
de onda para un primer grupo de realizaciones de la presente
invención que tienen una primera fibra óptica de una dispersión
positiva con una inclinación negativa y una segunda fibra óptica de
una dispersión negativa con una inclinación positiva. En estas
realizaciones, un sistema de transmisión de solitón óptico
gestionado por dispersión simétrico (tal como 10 en la figura 1)
comprende intervalos alternos de fibra óptica 15 que tienen
respectivamente longitudes L_{1} y L_{2}, donde todas las
longitudes son substancialmente iguales a unos 50 km. En
consecuencia, el periodo del mapa L_{P} para las realizaciones
mostradas es de unos 100 km, que iguala la separación del
amplificador L_{A}, tal como se muestra anteriormente en la Tabla
1.
Las cuatro curvas 60 a 63 trazadas en la figura
5A muestran las características de dispersión para las cuatro
combinaciones de potencia de solitón P_{DM} y dispersión de
velocidad de grupo promedio \beta_{ave} según los casos a), b),
c), d) explicados anteriormente, para fibras de dispersión positiva
de ejemplo. Las cuatro curvas 64 a 67 en la figura 5B muestran las
características de dispersión para las mismas combinaciones de de
potencia de solitón P_{DM} y dispersión de velocidad de
grupo promedio \beta_{ave} para fibras de dispersión negativas
de compañía de ejemplo. La siguiente tabla muestra a qué caso a),
b), c), d) se refieren las diferentes curvas.
| Curvas | Caso |
| 60, 64 | a) |
| 61, 65 | b) |
| 62, 66 | c) |
| 63, 67 | d) |
Tal como puede apreciarse a partir de las figuras
5A y 5B, las cuatro curvas 60, 64, 63 y 67 determinan una serie de
límites inferior y superior (respecto al valor absoluto de la
dispersión y la potencia del solitón elegidas) de las zonas de
dispersión positiva y negativa útiles. Los valores para la fibra de
dispersión positiva varían entre unos 17,5 ps/nm/km y unos 9,5
ps/nm/km, mientras que los valores de dispersión negativa varían
entre unos -17,5 ps/nm/km y unos -9 ps/nm/km a través del rango de
la longitud de onda. Una fibra fabricada con su curva de dispersión
colocada entre las curvas 60 y 63 ó 64 y 67 y una fibra de compañía
con la dispersión relacionada según la ecuación (7) se puede
combinar en un sistema de transmisión de solitones para conseguir
una variación de la potencia de los solitones substancialmente
dentro de 1 dB sobre todo el rango de longitud de onda de
amplificación y un valor absoluto de la dispersión promedio menor de
0,5 ps^{2}/km aproximadamente. Unos rangos más preferidos para la
fibra de dispersión positiva y para la fibra de dispersión negativa
de compañía se definen entre las curvas 62-63 y
66-67, respectivamente, ya que se refieren al GVD
promedio alrededor de 0,0 ps^{2}/km. Esto es ventajoso para
conseguir un nivel de inestabilidad muy bajo junto con una
igualación substancial de la potencia por canal de los
solitones.
Las dos zonas de los trazos de la longitud de
onda de dispersión de las figuras 5A-B están
enlazadas mediante una correspondencia biunívoca establecida
mediante la relación (7). La forma de la zona combinada es similar a
un paralelogramo que tiene lados superior y de fondo que tienen una
inclinación negativa para valores de dispersión positivos y que
tienen una inclinación positiva para valores de dispersión
negativos. Esta orientación peculiar determina una tendencia general
promedio parar las curvas de dispersión de las dos fibras que
constituyen el mapa: la dispersión positiva ha de tener una
inclinación de dispersión negativa, mientras que la dispersión
negativa ha de tener una inclinación de dispersión positiva. En
otras palabras, la diferencia de dispersión entre las dos fibras ha
de disminuir con el aumento de la longitud de onda. En opinión de
los solicitantes, esta condición está asociada con el hecho de que
el coeficiente de no linealidad de la fibra promedio disminuye con
la longitud de onda. El coeficiente de no linealidad que disminuye
en el rango de la longitud de onda afecta la potencia por canal de
los solitones, de manera que el producto
(P_{DM}\cdot\gamma_{ave}) es substancialmente
constante en el rango de la longitud de onda, siendo constantes los
otros parámetros del sistema (por ejemplo, S,
\beta_{2ave}, F_{pem}) con la longitud de onda. De esta
manera, un coeficiente de no linealidad de la fibra que disminuye
con la longitud de onda puede provocar un respecto crecimiento de la
potencia por canal de los solitones. Para contrarrestar esta
tendencia se pueden elegir las fibras del sistema de manera que
tengan una diferencia de dispersión mutua que disminuya con la
longitud de onda, que compense el crecimiento de la potencia por
canal de los solitones. Una diferencia de dispersión que disminuye
entre las dos fibras del sistema gestionado por dispersión también
puede verse como una potencia del mapa que disminuye
S(\lambda) con la longitud de onda del sistema.
Las inclinaciones de las fibras de dispersión
positivas mostradas en la figura 5A están comprendidas entre unos
-0,04 y -0,031 ps/nm^{2}/km. Las inclinaciones de las fibras de
dispersión negativa mostradas en la figura 5B están comprendidas
entre unos 0,031 y 0,039 ps/nm^{2}/km.
Se ha de entender que las curvas de dispersión
trazadas en las figuras 5A-5B son representativas de
fibras adecuadas para la utilización en un sistema de solitones
gestionado por dispersión dentro de un rango especificado de
potencia por canal. En el caso de que se desee una potencia por
canal más alta, las correspondientes curvas de dispersión se han de
desplazar en zonas de valores absolutos de dispersión más altos. Una
guía para determinar las curvas de dispersión adecuadas también se
puede encontrar en la ecuación (7). Como se clarificará a
continuación, los solicitantes han encontrado que cuanto más se
aumente la potencia por canal, más ha de aumentar la inclinación de
ambas fibras (en valor absoluto), para mantener la igualación de la
potencia por canal y el GVD promedio global bajo.
También ha de entenderse que para otro valor de
la separación del amplificador L_{A}, con la misma longitud de
periodo de mapa L_{P}, las curvas de dispersión de las fibras
puede ser las mismas de las figuras 5A-5B, estando
previsto que la potencia por canal tenga que variarse, según la
variación del factor de pre-énfasis F_{pem}.
En un segundo grupo de realizaciones de ejemplo
de la presente invención, los intervalos de fibra alternos que
tienen dispersiones positiva y negativa para un sistema de
comunicación de solitones ópticos gestionado por dispersión
simétrico tienen cada uno una longitud de unos 60 km. En
consecuencia, el periodo del mapa para la segunda realización es de
120 km. Las figuras 6A y 6B representan las características de la
dispersión a través del rango de la longitud de onda para estas
longitudes de fibra con una variación de la potencia de los
solitones dentro de 1 dB aproximadamente entre solitones y un valor
absoluto máximo del GVD de unos 0,5 ps^{2}/km, según los casos a),
b), c), d) explicados anteriormente. La siguiente tabla muestra a
qué caso a), b), c), d) se refieren las diferentes curvas.
| Curvas | Caso |
| 70, 74 | a) |
| 71, 75 | b) |
| 72, 76 | c) |
| 73, 77 | d) |
En este caso, las longitudes de fibra más largas
comparadas con la primera realización producen valores absolutos de
la dispersión ligeramente menores. Las figuras 6A-B
muestran un rango de dispersión positiva de entre unos 15 ps/nm/km y
unos 7,5 ps/nm/km y un rango de dispersión negativa de entre unos
-14,5 ps/nm/km y unos -7,5 ps/nm/km. Las inclinaciones de las fibras
de dispersión positiva mostradas en la figura 6A están comprendidas
entre unos -0,035 y -0,027 ps/nm^{2}/km. Las inclinaciones de las
fibras de dispersión negativa mostradas en la figura 5B están
comprendidas entre unos 0,027 ps/nm^{2}/km y 0,034
ps/nm^{2}/km.
En un tercer grupo de realizaciones de ejemplo de
la presente invención, se consideró un sistema de solitones ópticos
gestionado por dispersión simétrico que tiene un periodo del mapa
más largo de 200 km, con fibra de dispersión positiva de 100 km y
fibra de dispersión negativa también de 100 km. Las figuras 7A y 7B
representan el rendimiento de la dispersión para el tercer grupo de
realizaciones de la presente invención. La siguiente tabla muestra a
qué caso a), b), c), d) se refieren las diferentes curvas.
| Curvas | Caso |
| 80, 84 | a) |
| 81, 85 | b) |
| 82, 86 | c) |
| 83, 87 | d) |
Las longitudes de los intervalos más largas en el
tercer grupo de realizaciones producen valores absolutos de la
dispersión menores para las fibras comparados con las realizaciones
previas. Los valores de dispersión positiva varían entre unos 10
ps/nm/km y unos 5 ps/nm/km, mientras que los valores de dispersión
negativa están entre unos -10 ps/nm/km y unos -4,2 ps/nm/km. Las
inclinaciones de las fibras de dispersión positiva mostradas en la
figura 7A están comprendidas entre unos -0,026 y -0,019
ps/nm^{2}/km. Las inclinaciones de las fibras de dispersión
negativa mostradas en la figura 7B están comprendidas entre unos
0,019 ps/nm^{2}/km y 0,025 ps/nm^{2}/km.
Un cuarto grupo de realizaciones de ejemplo de la
presente invención considera un sistema de solitones ópticos
gestionado por dispersión simétrico que tiene un periodo de mapa de
240 km, con una fibra de dispersión positiva de 120 km y una fibra
de dispersión negativa también de 120 km. Las figuras 8A y 8B
muestran el rendimiento de la dispersión. La siguiente tabla muestra
a qué caso a), b), c), d) se refieren las curvas.
| Curvas | Caso |
| 90, 94 | a) |
| 91, 95 | b) |
| 92, 96 | c) |
| 93, 97 | d) |
Los valores de dispersión positiva varían entre
alrededor de 8,8 ps/nm/km y unos 4,2 ps/nm/km. Los valores de
dispersión negativos están entre unos -8,8 ps/nm/km y -3,5 ps/nm/km.
Las inclinaciones de las fibras de dispersión positiva mostradas en
la figura 8A están comprendidas entre unos -0,023 y -0,017
ps/nm^{2}/km. Las inclinaciones de las fibras de dispersión
negativa mostradas en la figura 8B están comprendidas entre unos
0,017 y 0,022
ps/nm^{2}/km.
ps/nm^{2}/km.
En contraste con las realizaciones previas, un
quinto grupo de realizaciones de la presente invención considera un
sistema de solitones ópticos gestionados por dispersión con fibra de
dispersión positiva de una inclinación negativa y fibra de
dispersión negativa de una inclinación positiva, donde el mapa es
asimétrico, es decir, donde L_{1} no es igual a L_{2}. En esta
realización, L_{1} tiene una longitud de 44 km, mientras que
L_{2} tiene solamente 6 km de largo. En consecuencia, L_{2}
tiene una fuerte dispersión negativa. Las figuras 9A y 9B
representan las características de dispersión positiva y negativa
para estos dos intervalos de fibra. La siguiente tabla muestra a qué
caso a), b), c), d) se refieren las diferentes curvas.
\vskip1.000000\baselineskip
| Curvas | Caso |
| 100, 104 | a) |
| 101, 105 | b) |
| 102, 106 | c) |
| 103, 107 | d) |
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 9B muestra el valor de dispersión
negativa atribuida a la fibra de dispersión negativa corta para esta
línea. Los valores negativos son de unos -125 ps/nm/km a unos -75
ps/nm/km. La fibra de dispersión positiva en la figura 9A, por otro
lado, tiene valores de alrededor de 17 ps/nm/km a alrededor de 11
ps/nm/km. Las inclinaciones de las fibras de dispersión positiva
mostradas en las figura 9A están comprendidas entre unos -0,037 y
-0,034 ps/nm^{2}/km. Las inclinaciones de las fibras de dispersión
negativa mostradas en la figura 9B están comprendidas entre unos
0,217 y 0,269 ps/nm^{2}/km.
Las figuras 10A y 10B muestran un sexto grupo de
realizaciones de ejemplo de la presente invención para un juego de
fibras gestionadas por dispersión que tiene un mapa asimétrico donde
unas de las fibras tiene una fuerte dispersión negativa. En estas
realizaciones, L_{1} tiene una longitud de 92 km, mientras que
L_{2} tiene 8 km de largo. Las figuras 10A y 10B representan las
características de dispersión positiva y negativa para estos dos
intervalos de fibra. La siguiente tabla muestra a que caso a), b),
c), d) se refieren las diferentes curvas.
\vskip1.000000\baselineskip
| Curvas | Caso |
| 110, 114 | a) |
| 111, 115 | b) |
| 112, 116 | c) |
| 113, 117 | d) |
\vskip1.000000\baselineskip
Tal como puede verse a partir de las figuras
10A-B, los valores de dispersión para estas
realizaciones cubren entre unos 9,3 ps/nm/km y unos 5,3 ps/nm/km
para la fibra de dispersión positiva e inclinación negativa, y entre
unos -109 ps/nm/km y unos -58 ps/nm/km para la fibra de dispersión
negativa e inclinación positiva. Las inclinaciones de las fibras de
dispersión positiva mostradas en la figura 10A están comprendidas
entre unos -0,022 y -0,017 ps/nm^{2}/km. Las inclinaciones de las
fibras de dispersión negativa mostradas en la figura 5B están
comprendidas entre unos 0,194 y 0,246 ps/nm^{2}/km.
Las figuras 11A y 11B muestran otra selección de
rendimientos ópticos para intervalos de fibra gestionada por
dispersión, donde el mapa es asimétrico. En este séptimo grupo de
realizaciones de ejemplo, L_{1} tiene una longitud de 112 km,
mientras que L_{2} tiene una longitud de 8 km. Las figuras 11A y
11B representan las características de la dispersión positiva y
negativa para estos dos intervalos de fibra. La siguiente tabla
muestra a qué caso a), b), c), d) se refieren las diferentes
curvas.
\newpage
| Curvas | Caso |
| 120, 124 | a) |
| 121, 125 | b) |
| 122, 126 | c) |
| 123, 127 | d) |
Las fibras en estas realizaciones respectivamente
tienen valores de dispersión de unos 8 ps/nm/km a unos 4,5 ps/nm/km
y de -110 ps/nm/km a -58 ps/nm/km. Las inclinaciones de las fibras
de dispersión positiva mostradas en la figura 11A están comprendidas
entre unos -0,019 y -0,015 ps/nm^{2}/km. Las inclinaciones de las
fibras de dispersión negativa mostradas en la figura 11B están
comprendidas entre unos 0,204 y 0,261 ps/nm^{2}/km.
Las figuras 12A-B y
13A-B representan trazos de las características de
dispersión para un octavo y noveno grupos de realizaciones de
ejemplo de la presente invención, donde el mapa es asimétrico siendo
L_{2} más larga que L_{1}. La fibra con la longitud L_{1}
tiene una fuerte dispersión positiva. Las figuras 12A y 12B muestran
las características de dispersión positiva y negativa, siendo
L_{1} de 40 km y siendo L_{2} de 60 km. La siguiente tabla
muestra a qué caso a), b), c), d) se refieren las diferentes
curvas.
| Curvas | Caso |
| 130, 134 | a) |
| 131, 135 | b) |
| 132, 136 | c) |
| 133, 137 | d) |
Las figures 13A y 13B muestran la respectiva
dispersión positiva y negativa cuando L_{1} era de 48 km y L_{2}
era de 72 km. La siguiente tabla muestra a qué caso a), b), c), d)
se refieren las diferentes curvas.
| Curvas | Caso |
| 140, 144 | a) |
| 141, 145 | b) |
| 142, 146 | c) |
| 143, 147 | d) |
Las fibras de las figures 12A-B
exhibieron una dispersión positiva de 21,5 ps/nm/km a 12 ps/nm/km y
una dispersión negativa de -14 ps/nm/km a -7 ps/nm/km. Las
inclinaciones de las fibras de dispersión positiva mostradas en la
figura 12A están comprendidas entre unos -0,050 y 0,039
ps/nm^{2}/km. Las inclinaciones de las fibras de dispersión
negativa mostradas en la figura 12B está comprendidas entre unos
0,026 y 0,032 ps/nm^{2}/km. Las fibras de las figuras
13A-B tenía una dispersión positiva de unos 22
ps/nm/km a unos 12 ps/nm/km y una dispersión negativa de unos -11
ps/nm/km a unos -5,5 ps/nm/km. Las inclinaciones de las fibras de
dispersión positiva mostradas en la figura 13A están comprendidas
entre unos -0,044 y -0,034 ps/nm^{2}/km. Las inclinaciones de las
fibras de dispersión negativa mostradas en la figura 13B están
comprendidas entre unos 0,023 y 0,029 ps/nm^{2}/km.
Las figuras 14 a 18 trazan la potencia del mapa S
respecto a la longitud de onda para las realizaciones descritas con
referencia de las figuras 5A a 13B, para periodos de mapa L_{P} de
50 km, 100 km, 120 km, 200 km, y 240 km, respectivamente. Para estos
gráficos, los valores de potencia de mapa máximos caen entre 6 y 8,5
cuando el periodo del mapa L_{P} varía entre 50 km y 240 km. Las
curvas 150-153 en la figura 14 se refieren a la
potencia del mapa obtenida con los pares de fibras de dispersión
positiva y negativa que tienen las curvas de dispersión indicadas en
las figuras 9A-9B. Las curvas inferiores
corresponden claramente a las fibras de dispersión inferior (en
valor absoluto). Las curvas 160-163 en la figura 15
se refieren a la potencia del mapa obtenida con los pares de fibras
de dispersión positiva y negativa que tienen las curvas de
dispersión indicadas en las figuras 5A-5B,
10A-10B, 12A-12B. Las curvas
170-173 en la figura 16 se refieren a la potencia
del mapa obtenida con los pares de fibras de dispersión positiva y
negativa que tienen las curvas de dispersión indicadas en las
figuras 6A-6B, 11A-11B,
13A-13B. Las curvas 180-183 de la
figura 17 se refieren a la potencia del mapa obtenida con los pares
de fibras de dispersión positiva y negativa que tienen las curvas de
dispersión indicadas en las figuras 7A-7B. Las
curvas 190-193 en la figura 18 se refieren a la
potencia del mapa obtenida con los pares de fibras de dispersión
positiva y negativa que tienen las curvas de dispersión indicadas en
las figuras 8A-8B.
\newpage
Como puede apreciarse en las figuras 14 a 18, la
potencia del mapa disminuye con la longitud de onda para
contrarrestar el efecto del coeficiente de no linealidad, tal como
se ha explicado previamente.
Además, los valores de la potencia del mapa
aumentan con el aumento de la longitud del periodo del mapa. Esto
puede limitar la longitud total de un sistema, ya que altos valores
de potencia del mapa puede provocar un índice de errores y/o una
relación de señal respecto al ruido inaceptables en sistemas más
largos, debido a las colisiones entre pulsos adyacentes. En
consecuencia, de esta manera se prefiere un periodo de mapa más
corto para largas distancias (por ejemplo sistemas submarinos
transoceánicos), mientras que un periodo más largo se puede usar
para sistemas más cortos (por ejemplo sistemas terrestres). Como
consideración general, se prefiere un L_{P} más pequeño para
mantener un valor más pequeño de S y para permitir la
flexibilidad para distancias de transmisión más
largas.
largas.
Las mismas fibras de las realizaciones anteriores
se pueden usan a 40 Gbits/seg más que a 10 Gbits/seg, previéndose
que las longitudes de cada intervalo se reduzcan aproximadamente en
1/16 y la potencia por canal se aumente aproximadamente 16 veces
(unos +12 dB), según las ecuaciones (4) y (7), siendo constantes los
otros parámetros del sistema. Unas longitudes de fibra cortas no
representan un problema técnico severo, pero provocan un aumento en
los costes de fabricación e instalación. Para evitar el uso de estas
longitudes cortas de fibra y para mantener la potencia en niveles
más bajos, se pueden obtener sistemas a 40 Gbits/seg bajando el
nivel de dispersión (en valor absoluto) o bajando q_{0}. Para
evitar problemas debido a la mezcla de las cuatro ondas, la
dispersión de las dos fibras se puede mantener preferiblemente más
alta que unos 1,5 ps/nm/km (en valor absoluto). Alternativamente, se
pueden prever medios para reducir la mezcla de las cuatro ondas.
Las figuras 19-22 muestran cuatro
grupos de ejemplos de estos sistema a 40 Gbits/seg usando mapas
simétricos con un periodo de mapa que varía entre 30 y 60 km,
también representados mediante los datos correspondientes en la
Tabla 1 (realizaciones 10 a 13). Específicamente, la figura 19
muestra el rendimiento de la dispersión respecto a la longitud de
onda para las fibras de dispersión positiva (L_{1} = 15 km) y
dispersión negativa (L_{2} = 15 km) bajo las mismas variaciones de
potencia de los solitones y GVD como en las realizaciones previas.
Las curvas de dispersión de cuatro pares de fibras en un rango de
longitud de onda entre 1530 y 1600 nm se muestran en la figura 19.
La separación de amplificador era de 90 km. La siguiente tabla
muestra a qué caso a), b), c), d) se refieren las diferentes
curvas.
curvas.
\vskip1.000000\baselineskip
| Curvas | Caso |
| 200, 204 | a) |
| 201, 205 | b) |
| 202, 206 | c) |
| 203, 207 | d) |
La figura 20 muestra las características de
dispersión para cuatro pares de fibras de dispersión positiva y
negativa que tienen ambas una longitud de 20 km y una separación de
amplificador de 80 km. La siguiente tabla muestra a qué caso a), b),
c) d) se refieren las diferentes curvas.
| Curvas | Caso |
| 210, 214 | a) |
| 211, 215 | b) |
| 212, 216 | c) |
| 213, 217 | d) |
En la figura 21, las fibras de dispersión
positiva y negativa tenían ambas una longitud de 25 km, y una
separación de amplificador de 100 km. La siguiente tabla muestra a
qué caso a), b), c), d) se refieren las diferentes curvas.
| Curvas | Caso |
| 220, 224 | a) |
| 221, 225 | b) |
| 222, 226 | c) |
| 223, 227 | d) |
Las fibras de dispersión positiva y negativa que
proporcionan la base para la figura 22 tenían, cada una, una
longitud de 30 km, y el sistema tenía una separación de amplificador
de 90 km. La siguiente tabla muestra a qué caso a), b), c), d) se
refieren las diferentes curvas.
| Curvas | Caso |
| 230, 234 | a) |
| 231, 235 | b) |
| 232, 236 | c) |
| 233, 237 | d) |
\vskip1.000000\baselineskip
El nivel de dispersión para las realizaciones de
las figuras 19 a 22 es mucho menor que para las realizaciones
previas. Para periodos de mapa largos, el valor absoluto de la
dispersión es tan bajo que puede hacer que los canales de WDM sean
susceptibles a la mezcla de las cuatro ondas. Además, el nivel
máximo de potencia del mapa puede exceder de 8 e incluso de 12 para
largos periodos de mapa, tal como se muestra mediante los gráficos
en las figuras 23 a 26. Estas figuras representan la potencia del
mapa S respecto al rango de la longitud de onda para las
realizaciones en las figuras 19 a 22. Las curvas
240-243 en la figura 23 se refiere a la potencia del
mapa obtenida con los pares de fibras de dispersión positiva y
negativa que tienen las curvas de dispersión indicadas en la figura
19. Las curvas inferiores corresponden claramente a las fibras de
dispersión inferior (en valor absoluto). Las curvas
250-253 en la figura 24 se refieren a la potencia
del mapa obtenida con los pares de fibras de dispersión positiva y
negativa que tienen las curvas de dispersión indicadas en la figura
20. Las curvas 260-263 en la figura 25 se refieren a
la potencia del mapa obtenido con los pares de fibras de dispersión
positiva y negativa que tienen las curvas de dispersión indicadas en
la figura 21. Las curvas 270-273 en la figura 26 se
refieren a la potencia del mapa obtenida con los pares de fibras de
dispersión positiva y negativa que tienen las curvas de dispersión
indicadas en la figura 22. Para evitar problemas debidos a los
valores de alta potencia del mapa y/o mezcla de cuatro ondas, se
prefieren cortos periodos de mapa, por ejemplo en el rango de menos
de 60 km, para implementar la presente invención a 40 Gbits/s.
Para resumir las características de las fibras
para las realizaciones preferidas de la presente invención, las
figuras 27A a 38 muestran las curvas de dispersión y las curvas de
inclinación de las fibras de dispersión positiva y negativa respecto
a un parámetro de periodo del mapa equivalente \chi = (L_{P}
q_{0}^{2} B^{2}) que tiene en cuenta, de una manera
comprensible, el periodo del mapa L_{P}, el factor q_{0} y la
velocidad de transferencia B. Las curvas se obtuvieron mediante una
serie de cálculos similares a los de las figuras previas. Para estos
cálculos, se ajustó el factor de pre-énfasis F_{pem} a 1,
ya que el efecto de la atenuación de las fibras resultó ser
despreciable para trazar los gráficos. En todas las figuras, la
parámetro \pi varía entre 0,9\cdot10^{5} y 3,75\cdot10^{6}
km\cdotGbit^{2}\cdots^{-2} (en escala logarítmica). Esto
corresponde, para una velocidad de transmisión de 10 Gbit/s y un
factor de ancho de pulso de 5, a periodos de mapa que varían entre
36 km y 1500 km. Otros factores de velocidad de transmisión y/o
ancho del pulso se pueden usar claramente con los mismos
trazados.
trazados.
En todas las figuras 27A a 38, se indican tres
curvas, que se refieren a fibras adecuadas para diseñar mapas de
dispersión que tienen, respectivamente, una potencia de mapa mínima
igual a 4 (línea continua), una potencia de mapa máxima igual a 8
(línea de puntos) o una potencia de mapa máxima igual a 12 (línea de
trazos) a través de todo el rango de la longitud de onda comprendido
entre 1529 y 1602 nm.
En particular, las figuras 27A a 30B muestran
trazados de fibras para mapas simétricos, mientras que las figuras
31 a 38 muestran trazados de fibras para mapas completamente
asimétricos (fibra + rejilla de compensación).
Las curvas de dispersión recogen los valores de
dispersión D (en ps/nm/km) tomados a 1550 nm de cualquier valor de
\chi. Las curvas de inclinación recogen, para cualquier valor de
\chi, los valores de inclinación Z (en ps/nm^{2}/km) calculados
mediante la relación
(D_{1602} -
D_{1529})/(1602 nm - 1529
nm)
en donde D_{1529} y D_{1602}
son los valores de dispersión a 1529 nm y 1602 nm, según la
definición dada
previamente.
Las figuras 27A-B muestran las
curvas de dispersión para las fibras de dispersión positiva y para
las fibras de dispersión negativa, respectivamente, combinadas en
serie de manera que el GVD promedio del sistema es 0,0 ps^{2}/km.
Como puede verse, el valor absoluto de la dispersión de las dos
fibras disminuye cuando aumenta \chi, es decir cuando aumenta el
periodo del mapa y/o la velocidad de transmisión (y/o el factor
q_{0}). Las tres curvas en cada trazado se pueden usar para
definir rangos adecuados de valores de dispersión para cualquier
valor del parámetro \chi, para obtener un mínimo de potencia del
mapa mayor o igual a 4 aproximadamente, menor o igual a 8
aproximadamente, menor o igual a 12 aproximadamente a través de todo
el rango de longitud de onda. Como el mapa de dispersión es
simétrico alrededor de un GVD de 0,0 ps^{2}/km, las curvas de
dispersión de las fibras de dispersión positiva y negativa son
substancialmente especulares.
Las figuras 28A-B muestran las
curvas de inclinación de las fibras que tienen la dispersión trazada
en las figuras 27A-B, respectivamente. Como puede
verse, la inclinación de las fibras (en valor absoluto) aumenta
cuando aumenta la potencia del mapa. Un aumento en la potencia del
mapa corresponde a un aumento en la potencia del solitón. De esta
manera, tal como se puede interferir mediante las figuras
27A-B y 28A-B, cuanto más se aumenta
la potencia del solitón, más se ha de mejorar la dispersión y la
inclinación de las fibras (en valor absoluto). Los valores de
inclinación en las realizaciones preferidas son inferiores a unos
0,25 ps/nm^{2}/km (en valor absoluto). Además, la inclinación de
las fibras disminuye (en valor absoluto) con el aumento del periodo
del mapa y/o la velocidad de transmisión (y/o el factor q_{0}),
aproximándose a cero para valores altos de \chi. El valor absoluto
de la inclinación mínima alcanzada en los trazados de las figuras
28A, 28B, 30A, 30B es de aproximadamente 0,007 ps/nm^{2}/km.
Las figuras 29A-B muestran las
curvas de dispersión similares a las de las figuras
27A-B. La diferencia entre las dos series de figuras
reside en que las fibras de dispersión positiva y negativa de las
figuras 29A-B están combinadas en serie de manera
que el GVD promedio del sistema es de -0,5 ps^{2}/km. De esta
manera, los valores de dispersión alcanzados por las fibras de
dispersión positiva son ligeramente más altos que los valores de la
dispersión alcanzados por las fibras de dispersión negativa de
compañía (en valor absoluto). Las figuras 30A-B
muestran las curvas de inclinación de las fibras que tienen la
dispersión trazada en las figuras 29A-B,
respectivamente. Las mismas consideraciones hechas para las figuras
27A-B y 28A-B también se aplican
para las figuras 29A-B y 30A-B.
La figura 31 muestra las curvas de dispersión
para las fibras de dispersión positiva que se compensan con las
rejillas ópticas de dispersión negativa, de manera que el GVD
promedio del sistema es de 0,0 ps^{2}/km. Comparando la figura 31
con la figura 27A, puede verse que los valores de la dispersión
alcanzados por las curvas de la figura 31 son substancialmente la
mitad de los valores de dispersión alcanzados por las curvas de la
figura 27A. La figura 32 muestra las curvas de inclinación de las
fibras que tienen las curvas de dispersión mostradas en la figura
31. Los valores de inclinación alcanzados por las curvas en la
figura 32 son substancialmente la mitad de los valores de
inclinación alcanzados por las curvas de la figura 28A.
La figura 33 y la figura 34 muestran las curvas
de dispersión e inclinación, respectivamente, para fibras de
dispersión negativas que se compensan mediante rejillas ópticas de
dispersión positiva, de manera que el GVD promedio del sistema es de
0,0 ps^{2}/km. Las curvas de las figuras 33-34 son
substancialmente especulares a las curvas de las figuras
31-32.
Las figuras 35 a 38 muestran curvas de dispersión
e inclinación similares a las indicadas en las figuras 31 a 34. La
diferencia entre las dos series de las figuras permanece en que las
fibras de las figuras 35 a 38 se combinan en serie con las rejillas
ópticas de manera que el GVD promedio del sistema es de -0,5
ps^{2}/km. Las mismas consideraciones hechas para las figuras 31 a
34 también se aplican para las figuras 35 a 38.
El valor absoluto de la inclinación mínima
alcanzada en los trazados de las figuras 32, 34, 36, 38 es de 0,0005
ps/nm^{2}/km aproximadamente.
Las gráficas que representan las características
de las fibras para los mapas intermedios comprendidas entre los
mapas simétricos de las figuras 27A a 30B y los mapas completamente
asimétricos de las figuras 31 a 38, es decir, para mapas asimétricos
que comprenden fibras ópticas que tienen longitud diferente, se
pueden trazar de una manera análoga. Las curvas de dispersión e
inclinación obtenibles se esperan que residan en posiciones
intermedias respecto a las representadas para al mismo la fibra que
tiene la mayor longitud del mapa asimétrico.
La fabricación de fibras ópticas para su uso en
un sistema de solitones gestionado por dispersión según la invención
está dentro de los conocimientos de un técnico en la materia. Las
técnicas para su fabricación pueden incluir deposición axial de
vapor, deposición de vapor química modificada, deposición de vapor
externa, o aproximaciones similares para hacer preformas ópticas y
fibras ópticas. Los dopantes para obtener perfiles de índice de
refracción adecuados también son fácilmente conocidos por los
técnicos en la materia. Para obtener una fibra de dispersión
positiva que tenga una inclinación negativa en el rango de la
longitud de onda 1530-1600 nm, se pueden diseñar
perfiles de índices de refracción que comprendan múltiples
revestimientos. Por ejemplo, se pueden usar fibras de perfil en W.
Para obtener una fibra de dispersión negativa que tiene una
inclinación positiva, se pueden usar técnicas bien conocidas para
cambiar la longitud de onda de dispersión cero hasta valores mayores
de 1600 nm con una inclinación moderada. Las fibras de compensación
de la dispersión que tienen altos valores de dispersión negativos
son bien conocidos en la técnica.
Será evidente por los técnicos en la materia que
se pueden hacer varias modificaciones y variaciones sin apartarse
del ámbito de la invención. Por ejemplo, la descripción se ha hecho
con referencia específica a un rango de longitud de onda comprendido
entre 1530 nm y 1600 nm, ya que este rango es particularmente
interesante en relación con el uso de amplificadores ópticos dopados
con erbio. El técnico en la materia puede adaptar las enseñanzas de
la invención a otros valores y rangos de la longitud de onda,
dependiendo de las necesidades. Otras realizaciones de la invención
serán evidentes para los técnicos en la materia a partir de la
consideración de la memoria y la práctica de la invención aquí
descritas. Se pretende que la memoria y los ejemplos se consideren
solamente como ejemplo, indicándose el ámbito verdadero de la
invención mediante las reivindicaciones adjuntas.
Claims (16)
1. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión (10) para transmitir solitones ópticos
multiplexados con división de la longitud de onda con un rango de
longitud de onda, que comprende:
- por lo menos dos transmisores (11a, 11b, 11c,
11d) para suministrar canales ópticos RZ;
- por lo menos un primer intervalo (15a, 15b,
15c, 15d) que comprende un primer elemento dispersivo que tiene una
dispersión positiva a través del rango de la longitud de onda; y
- por lo menos un segundo intervalo (15a, 15b,
15c, 15d) que está colocado en serie con el primer intervalo en
línea, que comprende un segundo elemento dispersivo que tiene una
dispersión negativa a través del rango de la longitud de onda;
caracterizado por el hecho de que
- dicho primer elemento dispersivo tiene una
inclinación de dispersión negativa y dicho segundo elemento
dispersivo tiene una inclinación de dispersión positiva a través del
rango de la longitud de onda.
2. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que dichos primer y segundo
elementos dispersivos son fibras ópticas.
3. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que la longitud de dicho primer
intervalo es substancialmente igual a la longitud de dicho segundo
intervalo.
4. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que la longitud de dicho primer
intervalo es diferente a la longitud de dicho segundo intervalo.
5. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que uno de dichos elementos
dispersivos es una fibra óptica y el otro de dichos elementos
dispersivos es una rejilla óptica.
6. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 5, caracterizado por el hecho de que el
valor absoluto de la inclinación de dichas fibras ópticas es mayor
de 0,0005 ps/nm^{2}/km aproximadamente.
7. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 6, caracterizado por el hecho de que el
valor absoluto de la inclinación de por lo menos una de dichas
fibras ópticas es menor de 0,5 ps/nm^{2}/km aproximadamente.
8. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 7, caracterizado por el hecho de que el
valor absoluto de la dispersión de dichas fibras ópticas es mayor de
1,5 ps/nm/km aproximadamente.
9. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho de que un
mínimo en la potencia del mapa del sistema a través del rango de la
longitud de onda es de 4.
10. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que un
máximo en la potencia del mapa del sistema a través del rango de la
longitud de onda es de 12.
11. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión según la reivindicación 10,
caracterizado por el hecho de que un máximo en la potencia
del mapa del sistema a través del rango de la longitud de onda es de
8.
12. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por el hecho de que
dicho rango de la longitud de onda está comprendido entre unos 1530
nm y 1600 nm.
13. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por el hecho de que
también comprende una pluralidad de amplificadores ópticos (14, 16a,
16b, 16c, 17) intercalados a lo largo de dicho sistema.
14. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por el hecho de que el
GVD promedio del sistema gestionado por dispersión está comprendido
entre -0,5 y 0,0 ps^{2}/km.
15. Sistema de transmisión de solitones ópticos
gestionados por dispersión según la reivindicación 14,
caracterizado por el hecho de que el GVD promedio del sistema
gestionado por dispersión está comprendido entre -0,05 y 0,0
ps^{2}/km.
16. Procedimiento de transmisión de solitones
multiplexados de división de longitud de onda a través de una línea
de transmisión en un rango de longitud de onda, comprendiendo el
procedimiento las etapas de:
- generar por lo menos dos canales de
solitones;
- transmitir dichos canales de solitones a través
de un primer intervalo (15a, 15b, 15c, 15d) que comprende un primer
elemento dispersivo que tiene una dispersión positiva a través del
rango de la longitud de onda;
- transmitir dichos canales de solitones a través
de un segundo intervalo (15a, 15b, 15c, 15d) que comprende un
segundo elemento dispersivo que tiene una dispersión positiva a
través del rango de la longitud de onda;
caracterizado por el hecho de que
- dicho primer elemento dispersivo tiene una
inclinación de dispersión negativa y dicho segundo elemento
dispersivo tiene una inclinación de dispersión positiva a través del
rango de longitud de onda.
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