S. Bigo, W. Idler, A. Scavennec, L. Du Mouza El camino hacia la transmisión de muy alta capacidad Los autores agradecen a Laurent Du Mouza, que trabaja actualmente en la división de Redes Submarinas de Alcatel, su colaboración en la redacción de este artículo. Fig. 1 El perfeccionamiento de los sistemas para la transmisión de muy alta capacidad seguirá tres direcciones : (a) aumentar la velocidad binaria por canal, (b) reducir el espaciado entre canales y (c) incrementar el ancho de banda óptico. Estos tres pasos deben ser concomitantes para conseguir una mayor eficacia espectral (en bit/s/Hz) y a una velocidad total superior. Espectro óptico ancho de banda Btot Tasa canal R Tx Terminales Rx Terminales Introducción Configuraciones mejoradas Desde hace algunos años, la capacidad de Btot los sistemas de transmisión óptica se ha duplicado más rápido que las, ya muy Aumentar la (a) R'>R velocidad optimistas, predicciones para la evolubinaria por canal ción de la electrónica de la Ley de Moore. B tot Esta evolución se debe, esencialmente, Decrementar al aumento del número de canales, gra(b) espaciado cias a la multiplexación por división de entre canales longitud de onda densa (DWDM). No B'tot>Btot obstante, para atender a capacidades Aumentar el todavía mayores, será necesario aumenancho de banda tar la velocidad de flujo binario por canal total (c) (la siguiente etapa son los 40 Gbit/s en productos comerciales), disminuir el espaciado de canales y aumentar el ancho de banda óptica en explotación (ver Figura 1). Todo esto se investigará a la vez para alcanzar una mayor eficacia espectral (expresada en bits/s/Hz) y Entre los recientes avances en el campo de la transmisión de un mayor caudal. muy alta capacidad y los componentes a velocidad binaria Las tecnologías necesarias para la transmisión punto a punto muy elevada están: un récord terrestre en sistemas de transa gran distancia, de gran capacidad comprenden: misión de 10 Tbit/s (128x2x40 Gbit/s) con una eficacia espectral sin precedentes de 1,28 bit/s/Hz; y las tendencias • amplificadores ópticos de bajo nivel de ruido, elevada y avances recientes en el campo de los componentes optoepotencia, gran ancho de banda y ganancia plana; lectrónicos y electrónicos a 40 Gbit/s, demostrando que hay • una fibra óptica optimizada y técnicas de gestión de la disuna nueva generación de componentes perfectamente capapersión asociadas para conseguir infraestructuras perennes ces de implementar prácticamente los sistemas de transmiy una transmisión que permita los efectos de la propagasión a 40 Gbit/s. ción; • componentes electrónicos y optoelectrónicos rápidos para Prueba de transmisión terrestre equipos emisores y receptores; a la velocidad récord de 10 Tbit/s • la reducción de la dispersión por modo de polarización (PMD); • módulos de compensación de dispersión compatibles con La prueba (ver Figura 2) ilustra la utilización conjunta de grandes anchos de banda ópticos; varias tecnologías clave citadas anteriormente para alcanzar • una rápida tecnología de tratamiento óptico para la regeneuna eficacia espectral sin precedentes de 1,28 bit/s/Hz. Se ración 2R-3R, proporcionando una eficiente, pero de bajo obtienen un bajo nivel de ruido y una fuerte amplificación utilicoste, regeneración si se compara con los equipos de emizando una óptima combinación de amplificación por fibra dopasión/recepción adosados; da de Erbio y una amplificación Raman distribuida sobre las • equipos de una gran velocidad de flujo binario (60 Gbit/s y bandas C y L. La tasa de bits por canal es de 42,7 Gbit/s, obtesuperior) basados en una combinación de técnicas de mulnida mediante la utilización de tecnologías ETDM SiGe. Esta tiplexación electrónica por división en el tiempo (ETDM) y incluye la velocidad de información útil de 40Gbit/s más el códimultiplexación óptica temporal (OTDM); go de corrección de errores directo (FECC). El FECC es espe• una nueva generación de técnicas de corrección de errores cialmente eficaz para obtener una transmisión de la informaen recepción, para facilitar la transmisión en presencia de ción útil prácticamente sin error, partiendo de una tasa de error ruido; de bits (TEB) de 10 -4 en el enlace de salida. • un formato de modulación optimizado para una gran eficaEl novedoso mecanismo de asignación espectral de canales cia espectral (cercano a 1 bit/s/Hz); se basa en la asociación de espaciados alternativos de canal • filtros ópticos con formas de amplitud y fase bien definidas de 75 y 50 GHz (cada canal codificado electrónicamente a para un filtrado muy estrecho (más estrecho que el ancho 42,7 Gbit/s), filtrado de las bandas laterales residuales (VSB) de banda de canal WDM). Revista de Telecomunicaciones de Alcatel - 3 er Trimestre 2001 177 El camino hacia la transmisión de muy alta capacidad Fig. 2 Montaje experimental para la demostración de transmisión terrestre con una eficacia espectral récord de 1,28 bit/s Hz. La tecnologías clave son, entre otras, la fibra TeraLight, un ETDM rápido, el filtrado de las bandas laterales residuales, un mecanismo de asignación de canal original, un amplificador de escaso ruido y un ancho de banda y corrección de errores directo. 40 Gbit/s + FEC 1 100 km Teralight™ DCF Tx1 128 1 • Equipo a 42,7 Gbit/s (FECC) - Tecnología SiGe • Amplificación Raman distribuida • +EDFA en bandas C/L DCF Polar. mux C C C C L L L L DCF DCF 128 40 Gbit/s + FEC • Gestión de la dispersión - 100 km Teralight™ (+8ps/nm/km) DCF • Filtrado óptico de las bandas laterales residuales - 1,28 bit/s/Hz 75GHz 50GHz 75GHz - 10,2 Tbit/s Informe SB (en 0,1 nm) Tx2 35 20 25 35 20 25 Filtrado lado izquierdo TEB no corregido RX 0-6 Filtrado lado izquierdo y derecho Filtrado lado derecho 0-5 0-4 0-3 1525 1545 1565 1585 1605 Longitud de onda (nm) DCF: Dispersion Compensating Fiber sor. Por otra parte, requieren una tensión de trabajo elevada, superior a 5 V pico a pico, para alcanzar una tasa de extinción elevada. Se puede aumentar el ancho de banda y bajar la tensión con los moduladores electroabsorbentes (EAM) InP. Los moduladores de este tipo están, actualmente, bajo estudio en el departamento de I+D de Alcatel para mejorar la modulación de fase parásita y la tasa de extinción. y la multiplexación en la polarización (PDM). Estas técnicas ayudan a reducir la diafonía entre los canales por debajo de un nivel aceptable. Además, la transmisión se efectúa sobre la nueva fibra TeraLight de Alcatel, que ha resultado ser la mejor y más económica para la transmisión a muy alta velocidad y cuya compatibilidad con tasas de bit por canal superiores asegura su perpetuidad. Receptores Componentes optoélectrónicos y electrónicos para aplicaciones a 40 Gbit/s Los fotodiodos PIN de InGaAs tienen un ancho de banda muy grande y una gran sensibilidad. Además, pueden soportar elevadas potencias ópticas de entrada y presentan, a menudo, una sensibilidad muy baja a la polarización. Hay importantes trabajos en curso para definir estructuras compatibles con los sistemas reales, haciendo especial hincapié en lo concerniente a la fiabilidad. Han sido necesarios muchos desarrollos para alcanzar una tasa de transmisión de 40 Gbit/s por canal. Los componentes optoelectrónicos y los rápidos circuitos integrados que actualmente están disponibles, aún teniendo una muy alta velocidad, todavía quedan lejos de lo que se requiere. Las nuevas generaciones de componentes están en curso de desarrollo para la implementación práctica de sistemas a 40 Gbit/s. El departamento de I+D y diferentes divisiones de Alcatel dirigen activamente estos trabajos de desarrollo, bien internamente, bien en colaboración con proveedores externos. (ver Figura 3). Componentes electrónicos Las tecnologías de transistor bipolar SiGe y de transistor de alta movilidad electrónica (HEMT) de tipo P de GaAs (suministradas por fundiciones externas) se utilizan para multiplexajedemultiplexaje y de control de modulador, respectivamente. Por ejemplo, un circuito de control HEMT GaAs a 40 Gbit/s suministra una tensión de salida elevada (>6V) con una estructura a 2 etapas, con el preamplificador seguido del amplificador integrado principal y utilizando amplificadores distribuidos. Por otro lado, los circuitos integrados InP deberían ser utilizados para funciones específicas, como el biestable de decisión a 40 Gbit/s a nivel de emisor y receptor, para mejorar los márgenes de funcionamiento. Emisores Los moduladores electroópticos al niobato de litio son, actualmente, el punto flaco de la banda ancha dentro del emi- Fig. 3 Modulador de electro-absorción basado en InP Conclusión La capacidad de transmisión de Tbit/s ha quedado demostrada. Por comparación con los sistemas WDM comerciales, se ha incrementado la velocidad del canal a 40 Gbit/s, aumentando el número de canales WDM a 256, alcanzando una eficacia espectral sin precedentes, y utilizando el ancho rd Revista de Alcatel Telecomunicaciones Telecommunications de Alcatel Review - 3- er3Trimestre Quarter 2001 178 El Trends camino andhacia evolution la transmisión of optical de networks muy alta and capacidad technologies de banda total de los amplificadores ópticos en C y L. Las nuevas mejoras en la capacidad de transmisión de los sistemas dependen, en buena parte, de los progresos de la electrónica y optoelectrónica. ■ Wilfried Idler es responsable de la transmisión a Nx40 Gbit/s, en el departamento de I+D de Alcatel, Stuttgart, Alemania. Sébastien Bigo es jefe de grupo de transmisión WDM,dentro del departamento de I+D de Alcatel en Marcoussis, Francia. André Scavennec es director ejecutivo adjunto de OPTO+, en Marcoussis, Francia. D. Bayart, L. Gasca, G. Gelly Amplificadores de fibra dopada de Erbio de revestimiento bombeado para aplicaciones WDM Introducción la absorción debida a los dopantes. Inicialmente esta técnica fue implementada para aplicaciones de TV por cable, añadiendo Iterbio (Yb) como co-dopante en el núcleo dopado de erbio. El Iterbio presenta un amplio pico de absorción cercano a λ = 0,98 µm. La energía es transmitida a continuación a los iones de Erbio por un proceso cooperativo. Esto ha permitido utilizar los láseres de gran superficie de primera generación con un amplio espectro de salida, a pesar de no poder controlar perfectamente la longitud de onda central. No obstante, se debería utilizar un co-dopante suplementario (el fósforo) para hacer el proceso más eficaz. Desafortunadamente, el fósforo no puede utilizarse en aplicaciones WDM debido a su reducida banda de amplificación (que comienza en λ = 1.536 nm, comparado con λ = 1.528 nm en el caso de un núcleo AlGe convencional). Por consiguiente, para explotar las ventajas de la técnica de bombeado de revestimiento, es esencial conservar como materia del núcleo dopado el cristal de aluminio-silicato. Es fundamental controlar el proceso industrial del chip de bombeo para obtener una oscilación de longitud de onda centrada sobre el espectro de sección eficaz de absorción del Erbio (978 nm). La capacidad de los sistemas de transmisión por multiplexado de longitud de onda (WDM) ha aumentado recientemente de forma espectacular como resultado de la multiplicación del número de canales. Con una potencia por canal de aproximadamente +5 dBm, la potencia de salida de un amplificador de fibra óptica dopada de Erbio (EDFA) se ha incrementado de +14 dBm, en el caso de sistemas de 8 canales, a +20 dBm con 40 canales y, en breve, a +23 dBm para 80 canales, con un espaciado por canal de 50 GHz. ¡Con un espaciamiento reducido a 25 GHz en los futuros sistemas, se podrá alcanzar una potencia de salida de +27 dBm! Para los sistemas de próxima generación, será necesario reducir el tamaño, la complejidad (costes) y el consumo de energía. Técnica de bombeado del revestimiento La técnica de bombeado de la capa de revestimiento puede dar respuesta a estas necesidades. Está basada en la utilización de fibras recubiertas especiales con dos núcleos concéntricos. Uno de ellos, similar a un núcleo convencional, está dedicado a la amplificación en modo simple del haz de la señal. El segundo, mayor, propaga los diferentes modos de una bomba multimodal. El diámetro del núcleo multimodo se sitúa entre 50 y 100 µ m (comparado con los 8 ó 10 µ m del núcleo monomodo). Esto hace posible la implementación de láseres de gran superficie a 0,98 µ m (láseres con fuente de pozos cuánticos de InGaAs simple con grandes capas guía de ondas AlGaAs) donde el ancho del haz es igual al diámetro del núcleo multimodo. Las ventajas son, una resistencia serie eléctrica menor que en el caso de una bomba monomodo clásica y una potencia de bombeo multi-vatio (comparado con algunos centenares de mW). Una nueva estructura de fibra Una técnica simple y directa para aumentar la absorción de la luz de bombeo multimodo es procurar que los rayos multimodo atraviesen el núcleo monomodo con la longitud de interac- Fig. 1 Sección de la fibra a dos núcleos todo en silicio de Alcatel con núcleo multimodo octogonal Núcleo multimodo en silicio Núcleo monomodo dopado de erbio El cuello de botella Yb Sobrecapa en silicio o en polímero Se han propuesto distintas técnicas para mejorar la absorción de la luz de bombeo del núcleo multimodo por el núcleo monomodo dopado de Erbio. La primera consiste en el aumento de Revista de Telecomunicaciones de Alcatel - 3 er Trimestre 2001 179 Amplificadores de fibra dopada de Erbio de revestimiento bombeado… ción mayor posible. Por ejemplo, si se utiliza una forma circular en el núcleo multimodo, hay una parte significativa del modo de bombeo que seguirá un camino que nunca interactuará con el núcleo monomodo. El resultado de esto es una alta pérdida residual de la potencia de bombeo. Los cálculos han demostrado que dando al núcleo multimodo una forma irregular, se incrementa la interacción con el núcleo señal. Al mismo tiempo, es necesario utilizar una forma que permita la unión por fusión de la fibra con bajas pérdidas. A consecuencia de todo esto, se ha elegido una forma octogonal. Para asegurar la conducción en el núcleo multimodo, se hace necesario fabricar la fibra con una sobrecapa que podría ser de polímero flexible (lo que no permite tener un paquete multiplexor bomba/señal como en el caso de los EDFA convencionales). Por el contrario, la fibra de doble capa todo sílice de Alcatel trae consigo un núcleo multimodo octogonal con una sobrecapa en sílice (Figura 1) y, por lo tanto, presenta las mismas características de manipulación que las fibras convencionales. Fig. 3 150 Consumo eléctrico (W) LCE La técnica de dopaje circular 100 8 2 4 1 8 1.48-µm 4 0.98-µm 1 2 4 50 0 20 La localización del Erbio dopante ha sido optimizada para mejorar, aún más, la absorción de la luz multimodal. En efecto, es necesario subrayar que una parte importante del haz de señal se encuentra fuera del núcleo monomodo. Por ejemplo, la máxima superposición del haz de señal con el núcleo no es más del 70%. Puede ser interesante situar parte del dopante en el exterior del núcleo monomodo. No obstante, la luz de bombeo que atraviesa el núcleo monomodo es absorbida durante los primeros metros. Así, en el resto de la fibra, donde no hay más potencia de bombeo en el núcleo, la señal es reabsorbida por los iones de Erbio no bombeados. Para solucionar este problema, se dopa el núcleo siguiendo un anillo que recubre y rodea, a la vez, el núcleo señal. Los cálculos han demostrado que se obtiene un incremento del 50% de la absorción de la bomba en el caso de un núcleo multimodal de 48 µm de longitud. 22 24 Láser Raman 2 Bombeado de capa 26 28 30 Potencia de salida de la señal (dBm) diente del 30%. Con una eficacia tal, sería suficiente una potencia inyectada de 1 W para obtener una potencia de +23 dBm a la salida del amplificador, asegurando así un funcionamiento más fiable de la bomba. Además, como muestra la Figura 3, el consumo de energía eléctrica de tales amplificadores está comprendida entre la mitad y la tercera parte de la obtenida con el bombeado convencional. Conclusión Los recientes desarrollos han hecho posible la utilización del revestimiento bombeado para las aplicaciones WDM en las bandas C y L con amplificadores compactos de bajo costo y eficaz amplificación. Un nuevo tipo de fibra de doble capa ofrece una gran eficacia energética debido a la técnica de dopaje en anillo y a la utilización de bombas multimodales de gran superficie. Esta fibra tiene las mismas características espectrales que las fibras dopadas convencionales para la luz monomodo (estructura todo sílice, la misma composición de cristal codopado Al para el área de amplificación). Esta técnica es muy prometedora para la próxima generación de redes WDM con un elevado número de canales. ■ Características de amplificación Con el nuevo tipo de fibra y un chip de bombeo donde la potencia inyectada es de 1,5 W (corriente de polarización de 3 A) se pueden realizar EDFAs de revestimiento bombeado cuya potencia de salida puede alcanzar +27dBm. Esta potencia se muestra en WDM en la banda C (1529 nm a 1561 nm) con una fuerte inversión de población, dando un régimen de ganancia plano con dos picos de amplificación equilibrados (ver Figura 2) y una eficacia de conversión de potencia óptica correspon- Fig. 2 Consumo de energía total (W) de un EDFA (polarización y enfriamiento) en función de la potencia de salida total (dBm) en el caso de bombeado de revestimiento convencional para los diodos multiplexados a 0,98 µm ó 1,48 µm, por un láser de fibra Raman a 1,48 µm y por un láser de cavidad ampliada (LCE) a 1,48 µm. Las cifras del gráfico corresponden al número de unidades de bombeo. Espectro de salida del amplificador con un multiplexor de entrada de 8 longitudes de onda (Psalida = +27 dBm) Dominique Bayart es responsable de las actividades de amplificación óptica en el departamento de Investigación e Innovación de Alcatel en Marcoussis, Francia. 20 10 Laurent Gasca es responsable de las actividades de fibra de silicio en el departamento de I+D de Alcatel en Marcoussis, Francia. 0 -10 -20 Gerard Gelly es responsable des las actividades láser para semiconductores de alta potencia, de Alcatel, en Marcoussis, Francia. -30 1525 1535 1545 1555 Longitud de onda (nm) 1565 Revista de Telecomunicaciones de Alcatel - 3 er Trimestre 2001 180 Amplificadores de fibra dopada de Erbio de revestimiento bombeado… J. Jacquet, K. Satzke, I. Riant Componentes DWDM de bajo costo Introducción En la Figura 1 se muestran las características de transmisión de un componente AWG a 40x50 GHz, destinado a un sistema DWDM de gran capacidad. Los parámetros principales son una baja atenuación (PDL) inferior a 0,21 dB y bajo decalaje en longitud de onda (-0,01 nm), dependientes de la polarización del espectro de transmisión. Se ha desarrollado y transferido con éxito a Alcatel Optronics un paquete económico para la conexión rápida de matrices de fibras a los chips AWG de inyección, que cumple totalmente los requerimientos relativos a las especificaciones GR 1209 y GR 1221 de Telcordia. La multiplexión por división de longitud de onda densa (DWDM) ha sido ampliamente utilizada en redes de infraestructura, para aumentar la capacidad de transmisión. Los sistemas DWDM actuales permiten la posibilidad de tener 40 canales espaciados de 100 GHz u 80 canales espaciados a 50 GHz en una ventana de 30 nm. En el caso de redes de área metropolitana (MAN), será necesario adaptar las tecnologías para llevar a cabo sistemas DWDM a bajo costo que satisfagan estos requerimientos técnicos. En este artículo, presentamos tres tipos de componentes destinados a jugar un papel esencial en la instalación de DWDM en las redes metropolitanas. Las redes de Bragg sobre fibra (FBG) Las FBG, que han sido realizadas por exposición de la fibra a un patrón de interferencia de luz ultravioleta, son unas de las mejores soluciones para la obtención de componentes DWDM de bajo costo [1]. Las etapas de fabricación son muy simples; la pérdida en la inserción así como la dependencia frente a la polarización son bajas. Los parámetros de red (periodo y perfil del índice de refracción) pueden adaptarse para producir fibras de forma espectral compleja. Hoy día, las FBG se utilizan principalmente como ecualizadores de ganancia, su espectro está adaptado a la curva de ganancia de un amplificador de fibra dopada de Erbio, y como estabilizadores de bombeo un diodo láser a 1480 nm y 980 nm, en cuyo caso la red está inscrita en los latiguillos conectores. Las redes de Bragg sobre fibra son muy flexibles y con el aumento continuado del ancho de banda, de la velocidad binaria y de la eficacia espectral, tienen un futuro muy prometedor comparadas con las otras tecnologías, especialmen- La red selectiva planar (AWG) SiO2/Si Los dispositivos multiplexores/demultiplexores son elementos esenciales en los sistemas DWDM. A medida que el número de canales aumenta y su espaciamiento disminuye, la tecnología AWG gana considerablemente interés. Actualmente, ofrece un menor precio por puerto que los filtros de película delgada (TFF) o que las redes de Bragg sobre fibra (FBG). Además, los componentes AWG tienen una densidad de puertos muy alta. Así, sólo se necesita un chip AWG para un demultiplexor DWDM completo, mientras que para un TFF o FBG se necesita un componente por canal. La tecnología de guía de onda planar Los componentes AWG se fabrican utilizando una combinación de sedimentación por hidrólisis a la llama (FDH) y la grabación iónica reactiva (RIE) para formar las guías de onda en SiO2 enterradas en un substrato de silicio de 10 cm. Pueden fabricarse un gran número de chips AWG, por lotes, simultáneamente con una buena reproducibilidad y un buen rendimiento. Normalmente, una plaqueta de 10 cm contiene cuatro componentes AWG de 40x50 GHz con más de 400 elementos funcionales cada uno. Respuesta espectral de un chip AWG 40x50 GHz 0 Transmisión (dB) Espectro de transmisión de un filtro a 25 GHz 0 Transmisión (dB) Fig. 1 Fig. 2 -20 -40 -60 -80 1539,9 1540,1 1540,3 1540,5 1540,7 1540,9 -10 -20 Longitud de onda (nm) -30 -40 1535 1540 1545 1550 1555 te por los espaciamientos entre canales reducidos a 25GHz (ver Figura 2) ó 12,5 GHz, por la compensación de dispersiones cromáticas de primero y segundo orden y por fuentes láser sintonizables. 1560 Longitud de onda (nm) Revista de Telecomunicaciones de Alcatel - 3 er Trimestre 2001 181 Componentes DWDM de bajo costo Conclusion Láser de bajo precio para las MAN Los sistemas DWDM actuales utilizan módulos láser de realimentación distribuida (DFB), que incluyen elementos Peltier para la estabilización térmica, fotodiodos para el control de la potencia y circuitos de bloqueo de la longitud de onda para corregir las derivas a largo plazo. Un módulo tan complejo es demasiado costoso para los sistemas que pretenden un despliegue de red a gran escala y que, de hecho, necesitan infraestructuras de coste reducido. Como respuesta a esta necesidad, hemos desarrollado un láser estabilizado en longitud de onda de precio reducido (módulo plástico sin elemento Peltier ni bloqueo en la longitud de onda), directamente conectable, que permite escoger la longitud de onda y garantizar que su estabilidad cumple las especificación del sistema. (ver Figura 3). Fig. 3 Hemos tratado de explicar en este artículo como el desarrollo de nuevas tecnologías permite hacer frente al despliegue masivo de fibra óptica en el campo de las redes metropolitanas. Los sistemas restrictivos imponen entretanto un desafío, puesto que los componentes deben, a la vez, tener un alto rendimiento y mantener un bajo coste. La descripción de tres componentes permite ilustrar como el compromiso establecido entre el bajo coste (esencial en un contexto de despliegue masivo) y el alto rendimiento (necesario en cualquier sistema WDM) ha sido alcanzado: • La tecnología AWG planar basada en el silicio ofrece el precio más bajo por puerto de los actuales (de) multiplexores, junto con bajas pérdidas y un alto rendimiento en la fabricación. • Las redes FBG son, por naturaleza, de una flexible utilización y se utilizan como ecualizadores de ganancia en los amplificadores de fibra, compensación de dispersión cromática, estabilización láser y como filtros muy estrechos (12,5 GHz). • Las FBGs son también parte fundamental en el láser DBR de cavidad externa híbrida, desarrollado para los sistemas WDM con un espacio intercanal de 100 GHz. Este láser, de longitud de onda estabilizada, esta situado en un módulo plástico sin Peltier y ofrece una potencia de emisión de 1 mW de 0 a 70ºC y una transmisión prácticamente libre de penalización a 622 Mbit/s sobre una distancia de 90 km. ■ Principio del láser de cavidad externa basado en un conector MT que utiliza el concepto plug and play para seleccionar la longitud de onda Reflectores Bragg Láser Referencias 1 R. Kashyap: “Fiber Bragg Gratings”, Optics and Photonics, Academic Press. 2 R. Kashyap et al: “Wavelength uncommitted laser”, Electronics Letters, volumen 30, 1994. 3 G. W. Yoffe et al: “Passive temperature- compensating package for optical fiber gratings”, Applied Optics, volumen 34, n° 30, 1995. 4 A. Leroy et al: “Less than 36pm wavelength drift over [0, 50° C] range with low- cost plug and play lasers with a- thermal wavelength selection in the connector”, Optical Fiber Communications Conference 2001, Anaheim, Estados Unidos, marzo 2001, Paper WC6. 5 H. Helmers et al: “41pm wavelength stability and nearzero transmission penalty over [0- 70° C] range with lowcost lasers with wavelength selection in the connector”, European Conference on Integrated Optics, Paderborn, Alemania, abril 2001, Paper FrB2.4. La estructura es un láser de reflector Bragg distribuido híbrido (HDBR) de cavidad externa. El DBR es una red fotoinducida en una fibra. El medio amplificador y la red están colocados separadamente en dos partes de un conector MT de bajo precio. Para el láser, se procede a un autoensamblaje económico de alta precisión sobre una plataforma de silicio con alineamiento pasivo. La flexibilidad en longitud de onda es la gran ventaja de esta solución pues, para escoger la longitud de onda sólo se necesita elegir el conector para soportar la red apropiada conservando el mismo chip. (principio del láser plug and play) [2]. Esta estructura ha demostrado un funcionamiento monomodo con una potencia de salida en la fibra en exceso de 1 mW a temperaturas de hasta 70°C, a pesar de la gran resistencia térmica de este tipo de módulo plástico. La estabilidad en longitud de onda se obtiene incorporando un sistema de compensación térmica basado en dos materiales con coeficientes de dilatación diferentes [3]. Como consecuencia, cuando la temperatura varía de 0 a 70°C, con una potencia emitida constante de 1 mW, la deriva en la longitud de onda es inferior a 50 pm. Estos parámetros son reproducibles, incluso tras varios montaje/desmontajes del conector de red. Esto demuestra que el conector intracavidad no afecta al comportamiento del láser HDBR [4]. Se ha aplicado al láser MT una modulación directa de tipo sin retorno a cero (NRZ) y el láser ha funcionado a 622 Mbit/s con una ligera penalización sobre 90 km de fibra estándar. Estos resultados se han obtenido para diferentes redes de Bragg sobre fibra cubriendo la banda C [5]. Revista de Telecomunicaciones de Alcatel - 3 er Trimestre 2001 Joel Jacquet es jefe del grupo responsable del desarrollo de fuentes láser sintonizables y conmutables para las aplicaciones WDM en Opto+, Alcatel Investigación e Innovación, Marcoussis, Francia. Klaus Satzke es ingeniero de investigación y jefe de equipo para el desarrollo de componentes de red selectiva planar de Alcatel I+D, Stuttgart, Alemania. Isabelle Riant encabeza el grupo de componentes fotograbados de la división fibras y componentes de Alcatel I+D, Marcoussis, Francia. 182 Componentes DWDM de bajo costo D. Chiaroni, M. Renaud, G. Eilenberger, F. Masetti, A. Jourdan, P. Bonno Matriz de conmutación óptica de paquetes: un sistema clave en la próxima generación de routers/conmutadores multiterabit para redes ópticas flexibles Los autores agradecen a Philippe Bonno y Amaury Jourdan del Departamento de Investigación e Innovación de Alcatel en Marcoussis y a Gert Eilenberger, de Stuttgart, su colaboración en la redacción de este artículo. Fig. 2 Módulo 32- SOA con electrónica de control Introducción Las necesidades en banda ancha de las nuevas aplicaciones interactivas basadas en el Protocolo Internet (IP) están llevando a los suministradores de equipos de telecomunicación al estudio de nuevas soluciones que proporcionen la flexibilidad requerida. La tecnología de conmutación óptica de paquetes es una atractiva solución. Sin embargo, debido a la carencia de memoria digital en el campo de la óptica, la introducción inicial de esta nueva tecnología se llevará a cabo, probablemente, utilizando matrices de conmutación sin memoria óptica tampón. Naturalmente, una matriz de conmutación óptica de paquetes que ofrece una capacidad superior a 1 Tbit/s permitiría a su constructor liderar el nuevo mundo de la Internet. La Figura 1 muestra la ventaja de la óptica en función de la demanda de capacidad. La introducción de esta tecnología depende, solamente, del nivel de madurez del producto. Además, siendo esta matriz un elemento esencial de todo conmutador/encaminador de paquetes multiterabit, podría abrir la vía para la introducción de una red de conmutación de paquetes totalmente óptica más económica (sin costosos interfaces optoelectrónicos). conmutación de gran capacidad. En particular, simplificando el núcleo de un gran conmutador/encaminador, se facilita la gestión y se mejora el comportamiento. Incluso, si no hubiera ventaja económica en el coste del material de equipo comparado con una estructura electrónica multiparalela, se podrían obtener beneficios a nivel de la lógica de gestión (que representa una parte del coste nada despreciable) y en el rendimiento (limitando el bloqueo a nivel de núcleo, se puede aumentar la carga admisible), proporcionando así un sólido argumento de márketing a favor de la óptica. Ventajas de la óptica Una tecnología de conmutación rápida Además de las ventajas ya conocidas, como las altas velocidades de tratamiento y su adecuación para la interconexión de sistemas y la transmisión de datos, la óptica puede ofrecer otras ventajas cuando se utiliza para construir matrices de Fig. 1 Una matriz de conmutación óptica de paquetes debe ofrecer las características siguientes: • tiempos cortos de conmutación, del orden de unos pocos ns; • tasas de extinción elevadas para reducir al mínimo la diafonía interferométrica (40 dB); Capacidad de un nodo de núcleo de red y tecnología matriz requerida Fig. 3 Rendimiento del receptor en modo paquete -12 100.000 Sensibilidad (dBm) Demanda de capacidad de un nodo de núcleo de red (Gbit/s) 1.000.000 Demanda prevista provisional Óptica 10.000 Eléctrica 1.000 0 dB 3 dB 6,3 dB 9,8 dB -13 -14 -15 -16 -17 -18 -19 -180 100 1999 2000 2001 2002 2003 0 90 180 Diferencia de fase entre paquetes 2004 Revista de Telecomunicaciones de Alcatel - 3 er Trimestre 2001 -90 183 Matriz de conmutación óptica de paquetes: un sistema clave en la… Fig. 4 Matriz óptica para difusión y selección Regeneradores 3R Multiplexaje y amplificación λ1 1 Acoplador + mezclador Etapa de conmutación espacial y selección de longitud de onda Regeneradores 3R 1 1:256 λ16 16 1 16 x 16 1 λ1 16 16 λ16 16 16 x 16 entre dos paquetes consecutivos. La Figura 3 muestra las características del receptor en modo paquete; se pueden encontrar más detalles sobre la estructura en [2]. La transparencia total en la fase de los paquetes ha sido demostrada, del mismo modo que la tolerancia de 10 dB a las variaciones de potencia de paquete a paquete. • baja sensibilidad a la polarización (< 1 dB); • compatibilidad con técnicas WDM para reducir el número de elementos de conmutación; • pequeñas pérdida, incluso nulas; • ausencia de distorsión en la señal a través del elemento de conmutación; • ciertos efectos no lineales para limitar las fluctuaciones de potencia de paquete a paquete. Matriz óptica Los amplificadores ópticos de semiconductores (SOA) utilizados como puertos ópticos pueden proporcionar las especificaciones citadas anteriormente. Ya que la integración es un problema clave para reducir la zona de adhesión y el coste de cualquier sistema, se hizo necesario realizar los módulos SOA con una alta densidad de integración. La Figura 2 ilustra un módulo que incluye 32 SOA, optimizado para la conmutación rápida [1]. Otro elemento fundamental es el receptor en modo paquete. Este debería ser totalmente transparente a la fase de cada paquete y tolerar una fluctuación de potencia superior a 5 dB Fig. 5 Sobre la base de la tecnología descrita anteriormente, se ha estudiado y realizado una matriz de conmutación óptica de paquetes. La matriz de conmutación óptica de paquetes por difusión y selección [3] representada por la Figura 4 se compone esencialmente de: • una etapa de conmutación espacial WDM para la selección del puerto de entrada; • etapas de selección de longitud de onda para la selección de la longitud de onda correcta en el puerto de entrada seleccionado. Hay un primer prototipo subequipado, representativo de una matriz óptica a 640 Gbit/s. Se ha puesto especial atención en reducir la zona de adhesión para hacer la matriz muy compacta (un conmutador a 2,56 Tbit/s podría ser alojado en un único bastidor). Cada tarjeta SOA puede manejar cuatro salidas de conmutador, ofreciendo una capacidad de 2,56 Tbit/s x 40 Gbit/s. La Figura 5 ilustra la estructura de la tarjeta principal: la tarjeta SOA. Tarjeta SOA Caracterización y prestaciones del prototipo Por primera vez se han combinado una nueva tecnología integrada basada en SOA y una tecnología de receptor en modo paquete, para constituir un sistema completo. La matriz de conmutación óptica de paquetes ha sido probada : la relación señal ruido de salida es superior a los 23 dB (en 0,1 nm) y la potencia de salida disponible está comprendida entre -16 y -10 dBm. Se ha observado una tasa de errores de bit (TEB) mejor que 1013, con una penalización sobre la sensibilidad siempre inferior Revista de Telecomunicaciones de Alcatel - 3 er Trimestre 2001 184 Matriz de conmutación óptica de paquetes: un sistema clave en la… a los 3 dB en relación a la señal de referencia (próxima a los 19 dBm). Esta primera demostración representa una paso fundamental para la introducción de encaminadores ópticos IP multiterabit como una nueva generación de productos. ■ Dominique Chiaroni es jefe de grupo en sistemas de conmutación óptica en Alcatel I+D, Marcoussis, Francia. Referencias Monique Renaud es jefe del grupo de componentes para aplicaciones de encaminamiento y conmutación de Opto+, en Alcatel I+D, Marcoussis, Francia. 1. N. Sahri et al “ A highly integrated 32- SOA gates optoelectronic module suitable for IP multi- terabit optical packet routers ”, Postdeadline, OFC 2001, Anaheim, Estados Unidos, marzo 2001. 2. A. Dupas et al “10 Gbit/s RZ asynchronous packet mode receiver with high input power dynamic for future optical packet switching systems”, Postdeadline paper, PIS2001, Monterey, Estados Unidos, junio 2001. 3. D. Chiaroni et al, “Towards 10Tbit/s optical packet routers for backbone”, ECOC’00, Munich, Alemania, septiembre 2000. Revista de Telecomunicaciones de Alcatel - 3 er Trimestre 2001 Francesco Masetti es director del proyecto “encaminamiento del núcleo de red” en Alcatel I+D, Richardson, Texas, Estados Unidos. 185 Matriz de conmutación óptica de paquetes: un sistema clave en la…