Radiografía de una red óptica
Una trama network- de redes ópticas es un sistema de comunicaciones mediante señales lumínicas, no ya electrónicas, que distribuye datos entre dos o más puntos, según define la revista Technology.
Esos nodos (nodus significa nudo en latín) pueden ser terminales de una empresa, centros urbanos o redes globales. Esencialmente, estas tramas integran transmisores y receptores vía fibras, conmutadores y otros componentes ópticos. Así, las redes punto a punto conectan permanentemente dos o más de ellos, los sistemas punto a multipunto irradian las mismas señales en forma simultánea a nodos diferentes y las redes conmutadas –por ejemplo, las telefónicas- generan conexiones temporarias entre pares de nodos. Los “ladrillos” de esta estructura son los cables de fibra óptica (“caños”) que transportan señales de nodo a nodo a través de conmutadores.
La señal
Una señal óptica es una serie de pulsos generada prendiendo o apagando un rayo láser. Su rapidez depende de la dispersión de pulsos al transmitirse. A su vez, este efecto se vincula al tipo de fibra, su longitud y la naturaleza de la señal. A mayor dispersión, más dificultades para distinguir entre pulsos contiguos.
Con la tecnología actual y sin tener en cuenta el cristal óptico (reciente innovación), es posible combinar diversos tipos de fibra para reducir el efecto dispersión y transmitir a 10 gigabitios/segundo hasta algunos miles de kilómetros. Para superar esa velocidad, los investigadores experimentan hoy formas de compensar la dispersión.
Una sola fibra puede transportar al mismo tiempo muchas señales lumínicas en diferentes anchos de onda; por eso, esta técnica se conoce como “acceso múltiple por división de códigos en banda ancha”, W-CDM (wideband code-division multiplexing o multiple access). Esto equivale a irradiar muchas señales de radio y TV simultáneamente en varias frecuencias.
La cantidad máxima de canales ópticos queda limitada por la amplitud del espectro y su total disponible- Por eso, hay técnicas “demultiplicadoras” que separan los canales y los distribuyen a diversos receptores.
Si se multiplica el número de canales ópticos por el de datos que transporta cada uno, se obtiene la capacidad transmisora total de un “caño”. En laboratorio, se ha logrado emitir más de 10 billones de bitios por segundo en tramos superiores a 100 km. No obstante, las aplicaciones comerciales aún no pasan de algunos gigabitios/segundo.
Para alcanzar tal velocidad y multiplicidad de canales, limitando simultáneamente la dispersión, los semiconductores láser –que generan los pulsos lumínicos en casi todos los sistemas por fibra óptica- deben emitir sólo en una estrecha gama de anchos de banda. También pueden emplear fibras diseñadas para reducir esa dispersión.
Amplificadores
Las fibras ópticas más nítidas pueden transportar señales más de 100 km sin necesidad de amplificadores. Si la señal, empero, debe alcanzar distancias mayores, ha de pasar por amplificadores ópticos que multipliquen su alcance. Los más comunes usan fibras “incrementadas” con átomos de erbio, un raro elemento (número atómico 68, masa 167,27) que absorbe energía lumínica a partir de un “bombeador láser”.
Los átomos de erbio luego emplean esa energía para amplificar señales ópticas débiles a todo el ancho de banda ocupado por la transmisión láser. Controlándola cuidadosamente, una cadena integrada por docenas de amplificadores puede llevar señales por medio mundo.
Conmutadores ópticos
Un problema típico del entramado óptico es cómo conmutar señales de luz porque, cuando alguna llega a destino, debe separarse del resto de los canales. Para eso, un filtro óptico selecciona el ancho de onda apropiado.
Los conmutadores ópticos, pues, operan en una sola banda o en todas las que pasan por el caño. Por su parte, los filtros fijos pueden reemplazarse con un conmutador que selecciona uno entre varios filtros para derivar la onda deseada al punto intermedio. Un tercer tipo de filtro conmutador divide los anchos de banda en rayos deparados y un espejo móvil rebota uno o más en diferente dirección. Otros dispositivos ópticos conmutan simultáneamente todos los anchos de onda que pasan por una fibra, funcionando como un espejo capaz de pivotear sobre dos ejes distintos y reorientar canales ópticos, en caso de rupturas en el caño.
Los ejemplos precedentes se refieren a conmutadores “totalmente ópticos”. Pero existe otra clase: convierte señales ópticas en electrónicas que, después, se envían a un transmisor óptico que genera una nueva señal. Esto se conoce como conmutación opto-electroóptica.
Por ahora, los conmutadores opto-electroópticos son imprescindibles, dado que los convertidores puramente ópticos todavía no se usan en la práctica. Con el tiempo, harán más falta fuentes láser capaces de sintonizar distintos anchos de banda. Algunos dispositivos de esta clase están ya en producción.
Esos nodos (nodus significa nudo en latín) pueden ser terminales de una empresa, centros urbanos o redes globales. Esencialmente, estas tramas integran transmisores y receptores vía fibras, conmutadores y otros componentes ópticos. Así, las redes punto a punto conectan permanentemente dos o más de ellos, los sistemas punto a multipunto irradian las mismas señales en forma simultánea a nodos diferentes y las redes conmutadas –por ejemplo, las telefónicas- generan conexiones temporarias entre pares de nodos. Los “ladrillos” de esta estructura son los cables de fibra óptica (“caños”) que transportan señales de nodo a nodo a través de conmutadores.
La señal
Una señal óptica es una serie de pulsos generada prendiendo o apagando un rayo láser. Su rapidez depende de la dispersión de pulsos al transmitirse. A su vez, este efecto se vincula al tipo de fibra, su longitud y la naturaleza de la señal. A mayor dispersión, más dificultades para distinguir entre pulsos contiguos.
Con la tecnología actual y sin tener en cuenta el cristal óptico (reciente innovación), es posible combinar diversos tipos de fibra para reducir el efecto dispersión y transmitir a 10 gigabitios/segundo hasta algunos miles de kilómetros. Para superar esa velocidad, los investigadores experimentan hoy formas de compensar la dispersión.
Una sola fibra puede transportar al mismo tiempo muchas señales lumínicas en diferentes anchos de onda; por eso, esta técnica se conoce como “acceso múltiple por división de códigos en banda ancha”, W-CDM (wideband code-division multiplexing o multiple access). Esto equivale a irradiar muchas señales de radio y TV simultáneamente en varias frecuencias.
La cantidad máxima de canales ópticos queda limitada por la amplitud del espectro y su total disponible- Por eso, hay técnicas “demultiplicadoras” que separan los canales y los distribuyen a diversos receptores.
Si se multiplica el número de canales ópticos por el de datos que transporta cada uno, se obtiene la capacidad transmisora total de un “caño”. En laboratorio, se ha logrado emitir más de 10 billones de bitios por segundo en tramos superiores a 100 km. No obstante, las aplicaciones comerciales aún no pasan de algunos gigabitios/segundo.
Para alcanzar tal velocidad y multiplicidad de canales, limitando simultáneamente la dispersión, los semiconductores láser –que generan los pulsos lumínicos en casi todos los sistemas por fibra óptica- deben emitir sólo en una estrecha gama de anchos de banda. También pueden emplear fibras diseñadas para reducir esa dispersión.
Amplificadores
Las fibras ópticas más nítidas pueden transportar señales más de 100 km sin necesidad de amplificadores. Si la señal, empero, debe alcanzar distancias mayores, ha de pasar por amplificadores ópticos que multipliquen su alcance. Los más comunes usan fibras “incrementadas” con átomos de erbio, un raro elemento (número atómico 68, masa 167,27) que absorbe energía lumínica a partir de un “bombeador láser”.
Los átomos de erbio luego emplean esa energía para amplificar señales ópticas débiles a todo el ancho de banda ocupado por la transmisión láser. Controlándola cuidadosamente, una cadena integrada por docenas de amplificadores puede llevar señales por medio mundo.
Conmutadores ópticos
Un problema típico del entramado óptico es cómo conmutar señales de luz porque, cuando alguna llega a destino, debe separarse del resto de los canales. Para eso, un filtro óptico selecciona el ancho de onda apropiado.
Los conmutadores ópticos, pues, operan en una sola banda o en todas las que pasan por el caño. Por su parte, los filtros fijos pueden reemplazarse con un conmutador que selecciona uno entre varios filtros para derivar la onda deseada al punto intermedio. Un tercer tipo de filtro conmutador divide los anchos de banda en rayos deparados y un espejo móvil rebota uno o más en diferente dirección. Otros dispositivos ópticos conmutan simultáneamente todos los anchos de onda que pasan por una fibra, funcionando como un espejo capaz de pivotear sobre dos ejes distintos y reorientar canales ópticos, en caso de rupturas en el caño.
Los ejemplos precedentes se refieren a conmutadores “totalmente ópticos”. Pero existe otra clase: convierte señales ópticas en electrónicas que, después, se envían a un transmisor óptico que genera una nueva señal. Esto se conoce como conmutación opto-electroóptica.
Por ahora, los conmutadores opto-electroópticos son imprescindibles, dado que los convertidores puramente ópticos todavía no se usan en la práctica. Con el tiempo, harán más falta fuentes láser capaces de sintonizar distintos anchos de banda. Algunos dispositivos de esta clase están ya en producción.
