Dispersion Brillowin

Informe de Redes y Comunicaciones II

DISPERSION BRILLOUIN

Docente: Arturo Rodriguez García

Alumnos: Raquel Alvial Cid

Manuel García Oroz

Carlos Colihuinca Melin

Curso: 2° A

Carrera: Ingeniería Informatica (Técnicos)

INDICE DE PÁGINAS

1.1 Resumen……………………………………………………………………………..……………… 3

2.1 Introducción……………………………………………………………………………………….. 4

3.1 Atenuación y Scattering……………………………………………………………………… 5

3.2 Scattering Brillouin……………………………………………………………………………... 6

4.1 Scattering Brillouin Espontaneo y Estimulado…………………………………….. 7

4.1.1 Solución al Estado de Equilibrio…………………………………………..…. 7

5.1 Frecuencia Brillouin……………………………………………………………………………. 9

5.2 Espectro de Ganancia Brillouin……………………………………………………..……. 10

5.3 Potencia Umbral de Brillouin……………………………………………………………... 11

5.3.1 Anchura y Repitición del pulso………………………………………..…….. 12

5.3.2 Anchura Espectral y Modulación…………………………………….……. 13

5.3.3 Polarización……………………………………………………………….…………. 13

5.4 Mecanismo de Sensado……………………………………………..…………………….. 14

5.4.1 Sensado de Temperatura…………………………………………………….. 15

5.4.2 Sensado de Strain……………………………………..………………………… 15

6.1 Aplicación del Scattering Brillouin……………………………………………….…… 16

6.2 Parametrización del Sistema…………………………………………………………..… 17

6.3 Defecto Sub Métrico…………………………………………………………….…………… 19

7.1 Conclusión…………………………………………………………………………..………….… 23

8.1 Referencias……………………………………………………………………………….……….. 24

INDICE DE GRAFICAS

Grafica 3.1. Atenuación típica de una fibra óptica de telecomunicaciones……………….. 6

Grafica 3.2. Espectro característico de los principales procesos de scattering…………... 6

Grafica 5.1. Potencia dispersada por SBS en función de la potencia de bombeo………… 13

Gráfica 6.1. Setup experimental del sistema implementado ……………………………………… 17

Grafica 6.2. Diferentes tramos de fibra óptica de la FUT …………………………………………….. 18

Grafica 6.3. Señal óptica pulsada de bombeo………………………………………………………………. 19

Grafica 6.4. Espectro de ganancia Brillouin diferencial………………………………………………… 19

Grafica 6.5. Frecuencia Brillouin a lo largo de los diferentes tramos de fibra……………….. 20

Grafica 6.6. Espectro de ganancia Brillouin diferencial…………………………………………………. 21

Grafica 6.7. Espectro de ganancia Brillouin diferencial en 3 dimensiones…………………….. 21

Grafica 6.8 Frecuencia Brillouin a lo largo de la fibra óptica………………………………………… 22

1.1 RESUMEN

Gracias a su eficacia, la fibra óptica se ha convertido en el medio de comunicación por excelencia, ya que permite la propagación de señales ópticas con unas pérdidas significativamente menores a las sufridas por las señales eléctricas a través de cables de cobre convencionales.

Es considerada como un medio de transmisión en donde las señales ópticas son capaces de propagarse a lo largo de grandes distancias. Para ello es necesario confinar en su núcleo una elevada intensidad óptica que, al atravesar su reducida sección, puede estimular la aparición de fenómenos no lineales.

Alguno de estos fenómenos, aunque perjudiciales para la mayoría de las aplicaciones de comunicaciones, puede ser empleado como mecanismo de sensado, como es el caso del scattering Brillouin debido a su gran precisión en las medidas y fuerte dependencia con las variables del entorno.

El scattering Brillouin o Dispersión Brillouin, es un fenómeno no lineal que se produce como resultado de fluctuaciones del índice de refracción producidas por ondas acústicas cuasi coherentes. Éstas son iniciadas térmicamente, generando agitaciones en la onda acústica que son capaces de dispersar la onda de luz incidente con un desplazamiento en frecuencia.

Más concretamente, en una fibra óptica el scattering Brillouin describe la interacción de los fotones con las variaciones de densidad presentes en la fibra. Al introducir una onda óptica de bombeo por un extremo y otra con un desplazamiento en frecuencia igual a la frecuencia Brillouin de la fibra por el extremo contrario, también llamada onda Stokes, el batido entre ambas señales produce una variación de la densidad como consecuencia del efecto de electrostricción, resultando de este modo el scattering Brillouin estimulado. Esta variación de la densidad queda asociada con una onda acústica, que puede verse afectada localmente por la temperatura o elongación mecánica de la fibra, induciendo cambios en su índice de refracción efectivo.

Esta variación de la densidad queda asociada con una onda acústica, que puede verse afectada localmente por la temperatura o elongación mecánica de la fibra, induciendo cambios en su índice de refracción efectivo.

Por tanto, mediante la medida estática o dinámica de los cambios de la frecuencia Brillouin a lo largo de la fibra puede realizarse un sensor de fibra distribuido para cambios locales de la temperatura y elongación mecánica longitudinal sobre decenas o centenas de kilómetros. Este tipo de sensores pueden ser empleados por ejemplo en la monitorización de estructuras civiles tales como tuberías, puentes o presas para la prevención de desastres. Tienen como ventaja que pueden medir el cambio de un parámetro específico a lo largo de la longitud completa de la fibra, por lo que, la resolución espacial y la sensibilidad son factores clave cuyos valores son aún susceptibles de mejora.

2.1 INTRODUCCION

El presente informe presenta los principios fundamentales del scattering Brillouin, estableciendo las diferencias entre el scattering Brillouin espontáneo y el estimulado, así como la formulación teórica de cada uno de ellos.

Posteriormente se define la frecuencia Brillouin y su espectro de ganancia, así como su potencia umbral que dependerá de factores como la anchura y repetición del pulso, anchura espectral y modulación y polarización. Por último, se establece a la frecuencia Brillouin como un mecanismo de sensado, pudiendo identificar variaciones de temperatura de forma distribuida a lo largo de la fibra óptica.

Finalmente presentamos la comprobación experimental de los resultados obtenidos en las simulaciones mediante la medida de la frecuencia Brillouin de varios tramos de fibra óptica de diferentes longitudes.

3.1 ATENUACION Y SCATTERING

La atenuación que sufre una señal óptica al propagarse a través de una fibra es exponencialmente proporcional al coeficiente de absorción de dicha fibra y la longitud recorrida. Por tanto, si se introduce una señal óptica de potencia , la potencia óptica a una distancia será ,

La atenuación es un parámetro característico de la fibra y, como se ilustra en grafica 3.1 es función de la longitud de onda. Históricamente se consideran tres ventanas de atenuación a las longitudes de onda de 850 nm, 1310 nm y 1550 nm, siendo ésta última la que consigue la atenuación más baja ( 0.2 dB/Km) y, por tanto, la más habitual en los sistemas de telecomunicaciones.

Grafica 3.1. Atenuación típica de una fibra óptica de telecomunicaciones.

Las pérdidas existentes en la fibra se deben a varios factores como la absorción del material, la curvatura de la fibra, el scattering elástico (Rayleigh) o scattering inelástico (Raman o Brillouin) entre otros.

En la Grafica 3.2 se muestran los tres principales fenómenos de scattering presentes en la fibra: Rayleigh, Brillouin y Raman y su desplazamiento en frecuencia característico con respecto a frecuencia de la señal incidente. Éste desplazamiento en frecuencia depende de la cantidad de energía pérdida durante el proceso de scattering.

Grafica 3.2. Espectro característico de los principales procesos de scattering

El

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