CONVERTIDORES de longitud de onda
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En los sistemas multiplexados por división de longitud de onda (WDM), los datos se pueden codificar en diferentes canales de longitud de onda y propagarse a través del sistema. Las redes WDM pueden escalar a velocidades más altas y a un mayor número de usuarios reutilizando longitudes de onda en partes separadas de la red (Alexander et al, 1993). El hecho de que los convertidores de longitud de onda aumenten o no la capacidad de una red depende de la topología y la extensión geográfica de la red (Kaminow et al, 1996). Para redes de área amplia y topologías de malla, los modelos predicen beneficios modestos cuando se emplean convertidores de longitud de onda (Barry y Humblet. 1996; Ramaswami y Sivarajan, 1996). A pesar de que sus beneficios potenciales no están claros desde un punto de vista arquitectónico, el desarrollo de convertidores de longitud de onda de alta velocidad ha sido un área activa de investigación.
La función de un convertidor de longitud de onda es tomar una señal de datos ópticos en una longitud de onda y traducirla a otra longitud de onda, manteniendo la integridad de la señal original. Idealmente, esta función se realiza de una manera transparente o insensible a la velocidad de bits y al formato de modulación de la señal original. Las técnicas optoelectrónicas en las que la señal de datos ópticos se detecta, filtra y amplifica electrónicamente, y luego se usa para modular la luz a una longitud de onda diferente, están limitadas en velocidad por la conversión optoelectrónica. Las técnicas totalmente ópticas basadas en modulación de ganancia cruzada, modulación de fase cruzada y FWM in SO As son más prometedoras.
De estas tres técnicas, la modulación de ganancia cruzada (XGM) es la más simple. En esta técnica, una señal modulada de intensidad, conocida como la bomba, se propaga a través de un SOA y reduce la ganancia. Las fluctuaciones de ganancia inducidas se imprimen en una segunda entrada al SOA, un haz de cw a una longitud de onda diferente llamado sonda (Koga et al, 1988; Glance et al, 1992; Joergensen et al, 1993). En este caso, los datos convertidos en longitud de onda son el complemento de la señal de datos original. Los datos complementarios también pueden codificarse en múltiples haces de sonda de cw simultáneamente (Wiesenfeld y Glance, 1992). Si bien se ha demostrado la conversión de longitud de onda a longitudes de onda más cortas y más largas (Wiesenfeld et al, 1993; Joergensen et al, 1993), la relación de extinción de las señales convertidas a longitudes de onda más cortas siempre es mejor porque la ganancia se comprime asimétricamente como resultado de los efectos de llenado de banda (Wiesenfeld, 1996). Debido a que la técnica se basa en la modulación de ganancia, a medida que aumenta la velocidad de datos ópticos, se deben tomar medidas para disminuir la vida útil del estado superior de los portadores en el SOA para que la modulación de densidad de portadores pueda seguir la señal de la bomba. Como se discutió anteriormente, la vida útil del estado superior puede reducirse en presencia de un haz de retención óptico intenso (Manning y Davies, 1994; Patrick y Manning, 1994). En muchas demostraciones de XGM, el propio haz de sonda se utiliza como haz de sujeción óptico (Mikkelsen et al, 1993; Wiesenfeld et al, 1993; Wiesenfeld et al, 1994a).
La presencia necesaria de un haz de retención óptico intenso disminuye la ganancia de estado estacionario del SOA y reduce la relación de extinción de la señal convertida en longitud de onda. Por lo tanto, a medida que aumenta la velocidad de datos ópticos, la conversión de longitud de onda por XGM se ve obstaculizada por una relación de extinción reducida y por la interferencia entre símbolos debido a la vida útil finita del portador. Sin embargo, se ha demostrado la conversión a velocidades de datos de hasta 20 Gb/s (Wiesenfeld y otros, 1994a). Un inconveniente adicional de esta técnica es que a altas potencias de entrada y grandes reducciones de ganancia, los cambios de ganancia van acompañados de cambios de fase significativos. Estos cambios de fase pueden transmitir un chirrido al flujo de datos ópticos y limitar la distancia de transmisión de la señal. También tenga en cuenta que esta técnica es aplicable solo a señales de amplitud modulada. Sin embargo, la conversión de longitud de onda por XGM es una técnica útil porque requiere solo potencias de entrada moderadas y puede ser una técnica insensible a la polarización si la ganancia del SOA es insensible a la polarización. Además, si la bomba y la sonda se propagan en direcciones opuestas a través del SOA, no se necesita ningún filtro o polarizador para separar los haces de la bomba y la sonda en la salida SOA. Finalmente, esta técnica se ha demostrado utilizando láseres semiconductores en lugar de SOAs (Ottolenghi et al, 1993; Braagaard et al, 1994). El uso de láseres requiere mayores potencias de entrada y produce menos flexibilidad en el rango de longitudes de onda convertidas.
La modulación de fase cruzada (XPM) también se puede utilizar para lograr la conversión de longitud de onda. En esta técnica, la bomba comprime la ganancia y cambia el índice de refracción del amplificador semiconductor. Un haz de sonda que se propaga a través del SOA adquiere un cambio de fase variable, dependiendo de si la bomba está presente o no. Si el SOA se coloca en un brazo de un interferómetro, el cambio de fase inducido o la modulación de fase se pueden convertir en una modulación de intensidad (Mikkelsen et al, 1994; Durhuus et al, 1994). Hay varias ventajas de lograr la conversión de longitud de onda por XPM en lugar de por XGM. Una ventaja es que el interferómetro se puede configurar para operaciones «invertidas» y «no invertidas», dependiendo del sesgo de fase inicial. La operación de inversión, como XGM, genera una copia complementaria de la señal de entrada a la longitud de onda convertida, mientras que la operación no convertida mantiene exactamente el flujo de datos original. Otra ventaja es que en el interferómetro se pueden realizar relaciones de extinción muy altas (Wiesenfeld, 1996) y se pueden usar haces de bomba de contrapropagación y de sonda para eliminar la necesidad de un filtro o polarizador en la salida del convertidor. Además, la dependencia de longitud de onda del cambio de fase es más débil que la del cambio de ganancia (Fig. 15), por lo que la conversión a longitudes de onda más cortas y más largas es más uniforme. Además, el signo del chirp impartido a la señal de conversión de longitud de onda depende de si el interferómetro está sesgado como convertidor de longitud de onda invertida o no invertida. Para operaciones no invertidas, el chirp impartido a la señal convertida causa compresión de pulsos en fibra óptica estándar, de modo que no se observan penalizaciones de dispersión en experimentos de transmisión (Ratovelomanana et al, 1995; Idler et al, 1995). Los inconvenientes asociados con la técnica XPM son el diseño interferométrico del dispositivo, la alta sensibilidad del rendimiento del dispositivo a los cambios en los parámetros de entrada, como el nivel de potencia, la polarización y la longitud de onda, y el hecho de que solo se pueden convertir señales de amplitud modulada. Sin embargo, se ha demostrado la conversión de longitud de onda a velocidades de hasta 40 Gb/s en convertidores interferométricos integrados que emplean no linealidades de índice de refracción en SOAs (Danielsen et al, 1996).
FWM es la única técnica de conversión de longitud de onda totalmente óptica que es independiente del formato de modulación de datos (Vahala et al, 1996). Además de señales moduladas de amplitud, convierte señales analógicas y señales moduladas de fase, pero la modulación de fase se invierte porque la corriente convertida de longitud de onda es el conjugado de fase de la entrada. Recordemos que la conjugación de fase del haz convertido en longitud de onda permite «deshacer» las distorsiones espectrales inducidas por transmisión en esquemas de inversión espectral de mediana envergadura (Tatham et al, 1994). Sin embargo, en relación con XGM y XPM, FWM ha recibido menos consideración como una técnica de conversión de longitud de onda factible para aplicaciones de sistemas. Una de las razones es que es complicado hacer que la técnica sea insensible a la polarización (Jopson y Tench, 1993). Además, se requiere algún tipo de filtrado en la salida del dispositivo FWM para separar la bomba, la sonda y los haces conjugados. Otro inconveniente es que la eficiencia de conversión depende en gran medida de la longitud de onda (Fig. 30), además de ser asimétrico (Zhou et al, 1993). Sin embargo, experimentos recientes han mostrado eficiencias de conversión de longitud de onda de bajo ruido de 0 dB para cambios de longitud de onda superiores a 5 nm (Girardin y otros, 1997). Además de estos resultados, se ha demostrado la conversión de longitud de onda FWM de flujos de datos a una velocidad de 10 Gb/s (Ludwig y Raybon, 1994; Lee et al, 1997).