Tema 3' Elementos pticos

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Tema 3. Elementos Ópticos

• Introducción. Pérdidas y conectores
• Atenuadores
• Acopladores
• Elementos basados en polarización. Aisladores y
  circuladores
• Estructura Mach-Zehnder
• Estructura Fabry-Perot

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3.1 Introducción

• Son elementos pasivos, no generan ni detecta la
  señal óptica.
• Evitan reconversiones optoelectrónicas.
• Realizan funciones de procesado y encaminamiento
  óptico

Pérdidas y conectores

• Causas de las pérdidas
• Acoplo entre fibras
• Conectores

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a) Causas de las pérdidas
Fresnel Extrínsecas Desalineamiento(longit
udinal, axial o angular) Rugosidades Ca
usas De las pérdidas Desadaptación de
núcleos Intrínsecas Desadaptación de
AN Excentricidad del núcleo Desadaptaci
ón de índices
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Intrínsecas Extrínsecas
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b) Acoplo entre fibras
Acoplo entre fibras sin conectores i.Provisional
- directo (0.1 dB) - surco en V -
elastomérico - haz expandido ii.
Permanente ? empalme por fusión(0.06
dB) Acoplo entre fibras con conectores ?
Adaptadores
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c) Conectores
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Tipos de contactos. Para mejorar las
características de reflectancia del
conectorplanoPC y SPCAPC
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Tipos de contactos
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Tipos de contactos
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Tipos de contactos
3.2 AtenuadoresReducen el nivel de potencia de
la señal de entradaTipos - fijos -
variablesProcesos - absorción del material -
absorción interferométrica - dependiente del
ánguloDivisores Beam splitters
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• 3.2 AtenuadoresProducen una atenuación
  controlada en un enlace de FO.Al igual que en
  los conectores la reflectancia ha de ser muy
  baja. Pueden ser fijos o variables Se usan
  para ecualizar

Parámetros característicos Reflectancia (-40
dB) Pérdidas dependientes de la
polarización Longitud de onda de
operación Atenuación incremental
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3.3 AcopladoresPrincipios físicos acoplo
modal-interguías (campo evanescente)
interferencia modal-Intraguía (guía
bi-modo)Divisor ? 1x2Combinador ? 2x1Acoplador
? 2x2Acoplador en estrella? NxMAcoplador de
Dragone (potencias de salida uniforme
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3.3 Acopladores
P1 P2
P3 P4
K Cte de acoplo
L
Matriz de potencia óptica
Factor de Pérdidas (ideal 0)
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Parámetros del acoplador 2 x 2

• Entrada por 1
• Constante de acoplo
• Pérdidas de exceso
• Pérdidas de inserción
• (incluye pérdidas de acoplo y exceso)
• 4. Directividada (Crosstalk)
• (pérdidas de retorno)

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3.4 Elementos basados en polarización
Utilizan polarizadores materiales
birrefringentes rotadores de
Faraday láminas retardadoras Componentes
basados en polarización aislador circulador
Polarizador
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Rotador de Faraday
Efecto Faraday efecto magneto-óptico no
recíproco
Aislador Aplicación fundamental evitar
reflexiones en los sistemas que usan láseres y
amplificadores. Inconveniente necesitan
incorporar polarizadores a la entrada y a la
salida que introducen pérdidas Pérdidas de
inserción 1 dB Relación de aislamiento 45 dB
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Esquema de funcionamiento del aislador.Deja
pasar la luz en un sentido pero no en otro
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CirculadorSimilar al aislador pero con 3 o 4
puertasPérdidas de inserción 1 dB Relación
de aislamiento 40 dB
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3.5 Estructura Max Zehnder
Interferencia de rayos que han recorrido caminos
ópticos diferentes
Para el caso de k1k20.5 (acoplador 50-50) y
pérdidas 0
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Si los índices de refracción son iguales gt b1b2
Llamando Df a la diferencia de fase introducida
por la diferencia de caminos ópticos gt Df kDl
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Si la entrada E2 0, cuánto sale por cada
salida?
P4/P1
P3/P1

• Picos equiespaciados en frecuencia (no en l).
• Máximos en Df2mp
• Distancia entre máximos Dnc/(nDL)

2p
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3.6 Filtros Fabry-Perot
Lámina de espesor d e índice n2 entre materiales
de índice n1 y n3
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Diferencia de caminos
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I. Si DL ml. Todos los rayos reflejados están en
fase

• Máxima transmisión
• Mínima reflexión

Sólo funciona perfectamente a una longitud de onda
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II. Si DL (m1/2)l. Los rayos 1º, 3º,5º están en
fase, el 2º, 4º, 6ºen contrafase

• Máxima reflexión
• Mínima transmisión

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En el caso general
Calculamos la Irradiancia
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Que puede reescribirse (dividiendo num. y den.
por 1r4)
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Mínimos de transmisión, máximos de reflexión,
en DL (m1/2)l? d2p/l (m1/2) l
p2pm. Sustituyendo en Ir, queda
Nota sen2 d/2 sen2 p/2 1
F Es el coeficiente de Finesse
?El mínimo de transmisión depende de R. Mayor R,
menor It
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Máximos de transmisión, mínimos de reflexión,
en DL ml? d2p/l .m. l 2pm. Sustituyendo en
Ir, queda
Nota sen2 d/2 sen2 pm 0
?El máximo de la función de transferencia de
transmisión es 1
Expresado en función del coeficiente de Finesse
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Gráficos de Airy. Cuanto mayor es R, tanto más
selectivo es el filtro
-4p -2p 0 2p
4p d
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La anchura de los picos a mitad de altura, FWHM
es
Se define la FINESSE
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RESUMEN

• El coeficiente de Finesse (2r/(1-r2))2 varía
  entre 0 y ? nos da idea de cómo de anchos o
  estrechos son los picos.- r grande ? F grande ?
  picos estrechos ? buen filtro, pero poca
  transmisión.- r pequeño ? F pequeño ? picos
  anchos ? mal filtro, pero mucha transmisión