Los regeneradores ópticos 3R están llamados a convertirse en elementos clave de las redes ópticas de larga distancia, como así lo confirman recientes noticias aparecidas en prensa. En esta serie de artículos analizamos el estado de la tecnología.

 

En el anterior artículo de esta serie se presentaron diferentes opciones tecnológicas para la implementación de regeneradores ópticos 3R. Concretamente, se estudiaron subsistemas de recuperación de reloj basados en un filtro Fabry-Pérot, un PLL o un láser autopulsante. Estos subsistemas, en combinación de SOA-MZIs, moduladores de electroabsorción o amplificadores ópticos de semiconductor permiten construir regeneradores 3R de alta velocidad. Hasta la fecha se han demostrado innumerables arquitecturas de regenerador óptico. Dada la imposibilidad de estudiar todas ellas, y que por otra parte se basan en principios de funcionamiento similares, en este artículo completaremos el análisis con algunos ejemplos adicionales. En concreto, se describirá el funcionamiento de un circuito de recuperación de reloj basado en fibra, así como sendos regeneradores 3R basados en SOA y fibra, éste último apropiado para señales DPSK.

Circuito de recuperación de reloj basado en fibra
Como ya se ha visto en los anteriores artículos, lo que realmente diferencia a un regenerador 2R de uno 3R es el circuito de recuperación de reloj. De ahí que este tipo de circuitos pueda analizarse de forma más o menos independiente, pues puede aplicarse en multitud de arquitecturas 2R para conseguir un funcionamiento como regenerador óptico 3R. A continuación estudiaremos un ejemplo de circuito de recuperación de reloj basado en fibra, que a su vez puede emplearse como modulador para la regeneración de señales.
El control activo de solitones por medio de modulación síncrona permite teóricamente distancias de transmisión ilimitadas. Su principio de funcionamiento se basa en remodular periódicamente el tren de pulsos solitón para corregir el jitter temporal. Un ejemplo de la técnica de modulación síncrona ya se trató en el artículo anterior, sólo que ahora se utilizarán dispositivos basados en fibra. La arquitectura de este regenerador se muestra en la figura 1. En dicha figura se puede apreciar que existe una cavidad láser formada por un EDFA, un filtro óptico centrado a la longitud de onda de la señal de reloj, un aislador y un modulador NOLM (nonlinear optical loop mirror) compuesto por unos 10 km de fibra de dispersión desplazada (DSF). Este tipo de modulador permite controlar el proceso de modulación AM/FM ajustando el factor de acoplo del divisor de entrada. La señal de entrada RZ se aplica a dicho modulador por medio de un acoplador 80/20. Ajustando la potencia de pico de dicha señal de entrada se puede conseguir una modulación de intensidad de bajo chirp. Por otra parte, la señal de salida regenerada se extrae por medio de otro acoplador. El correcto funcionamiento del regenerador depende en gran medida de la recuperación del reloj, que a su vez depende del factor de acoplo escogido. Normalmente, factores de acoplo en torno al 80% posibilitan un enganche de modos con predominio de AM sobre FM, reduciéndose de este modo el chirp generado. Algunos resultados experimentales de la recuperación de reloj para diferentes factores de acoplo se muestran en la misma figura (S. Bigo and E. Desurvire, ELL, vol. 31, no. 21, p. 1856), donde se aprecia la influencia del factor de acoplo.

Regeneración basada en conmutación de la polarización en un interferómetro de Sagnac
En este caso, el regenerador consiste en un divisor de polarización (polarization beam splitter, PBS) de cuatro puertos, dos de los cuales forman un lazo de fibra que incorpora un amplificador óptico de semiconductor (SOA). Para que el circuito funcione correctamente, la señal de reloj debe aplicarse a la entrada del PBS alineada en 45º, de tal modo que se separe en dos señales ortogonales que se propaguen a lo largo del lazo en contrapropagación y vuelvan a recombinarse finalmente en el puerto de salida del PBS (figura 2). De igual modo a como ocurre en un TOAD (terahertz optical asymmetric demultiplexer), el SOA está desplazado con respecto al punto central del lazo (Conectrónica no. 60, pp. 10-16), por lo que los pulsos de reloj alcanzan el SOA en instantes de tiempo distintos y no se solapan en su interior. Por otro lado, la señal de datos se acopla al interferómetro sincronizada con la señal de reloj, de tal modo que los pulsos entren al SOA justo en el intervalo de tiempo entre ambos pulsos de reloj. De este modo, sólo uno de los pulsos de reloj sufre una modulación de intensidad y un desfase no lineal debido a XPM, modificándose el estado de polarización de la señal de reloj a la salida del PBS e interfiriendo en el polarizador (POL). El resultado de ello es una señal regenerada que se ha conformado y remuestreado de acuerdo con la calidad de la señal de reloj, y a su vez modulado con la información codificada en la secuencia de datos.
Dependiendo de la forma en que se aplique la señal de datos, el dispositivo puede funcionar sólo como regenerador (figura 2a), o también al mismo tiempo como convertidor de longitud de onda (figura 2b). En el segundo caso, el regenerador es insensible a la polarización de la señal de datos. En ambas configuraciones, se puede ver que se utiliza un controlador de polarización (PC1) para ajustar la potencia óptica de las dos componentes de reloj que se propagan por el lazo, así como sendos controladores adicionales (PC2 y PC3) para compensar la birrefringencia del interferómetro de fibra. Las principales ventajas de utilizar un interferómetro de Sagnac como regenerador óptico son su simplicidad a la hora de controlar la ventana de conmutación, así como su estabilidad frente a cambios de temperatura. Obsér-vese que la ventana de conmutación temporal puede ajustarse fácilmente controlando la posición del SOA, lo que a su vez puede determinarse por medio de una línea de retardo situada en el lazo.
La figura 3 muestra algunos resultados experimentales para ambas configuraciones de regenerador (G. Gavioli and P. Bayvel, PTL, vol. 15, no. 9, pp. 1261-1263). Estos resultados se han obtenido para una velocidad de 10 Gbit/s, observándose una penalización de potencia para una BER = 10-9 inferior a 0,5 dB para la configuración con conversión de longitud de onda, e inferior a 2 dB para el regenerador sin conversión. Este aumento de la penalización para la configuración sin conversión de longitud de onda se debe a reflexiones internas en el SOA. En cualquier caso, los diagramas de ojos muestran un correcto funcionamiento en ambos casos.

Regenerador de señales DPSK
Hasta el momento, el análisis de los regeneradores se ha centrado fundamentalmente en configuraciones donde la señal de datos está modulada en intensidad. Sin embargo, el uso de señales DPSK está comenzando a tener un interés creciente (Conectrónica no. 114, pp. 8-12), y ello también se ve reflejado en la aparición de regeneradores 3R adaptados a este formato de modulación. En la figura 4 se puede ver el diagrama de bloques de uno de estos regeneradores. Consiste en un interferómetro de retardo (delay interferometer, DI) de 1 bit, un regenerador de amplitud, un modulador de fase óptico y una fuente pulsada con circuito de recuperación de reloj. Como se puede apreciar, la arquitectura es muy similar a la que hemos visto para otros interferómetros. En este caso, la diferencia radica en que se necesita un conversor fase-intensidad a la entrada (DI) y posteriormente un modulador de fase a la salida. De este modo, las señales DPSK se transforman en señales OOK, las cuales se regeneran, y posteriormente vuelven a modularse en DPSK empleando un modulador de fase realizado con fibra de alta no linealidad (HNLF). De igual modo, el regenerador de amplitud está basado en una HNLF, la cual consigue estabilizar la amplitud de los pulsos de datos ensanchando su espectro y empleando un filtrado selectivo fuera de la frecuencia central. Como resultado de todo este procesado, los datos codificados en la fase de los pulsos de salida corresponden a la función lógica XOR entre bits adyacentes de la señal de entrada, por lo que en recepción habrá que emplear algún tipo de decodificador.
Como resumen final, en esta serie de artículos hemos analizado distintas arquitecturas de regeneradores ópticos 3R. Hemos descrito sus componentes y su principio de funcionamiento, aportando también resultados experimentales que se han obtenido en diversos laboratorios. Si bien se trata de un tema de investigación, algunas compañías ya han anunciado la posibilidad de que podamos disponer de esta tecnología a corto plazo, como se mostró en el primer artículo de la serie. Es tan sólo una cuestión de tiempo, cuya motivación en gran medida es el continuo aumento de la tasa de bit y el alcance de las redes ópticas.

 

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Francisco Ramos Pascual. Doctor Ingeniero de Telecomunicación.
Profesor Titular de la Universidad Politécnica de Valencia.
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