Zuntz optiko bidezko komunikazio

Zuntz optiko bidezko komunikazioa informazioa puntu batetik bestera garraiatzeko erabiltzen den metodo bat da. Informazioa zuntz optikoaren bidez garraiatzen du etav argi-izpi motako seinale moduan. Informazioa transmititzeko argia uhin elektromagnetiko garraiatzaile moduan modulatzen da. 70eko hamarkadan hasi ziren zuntz optikoa garatzen eta, gaur egun, zuntz optiko bidezko komunikazio-sistemek telekomunikazio industria guztiz eraldatu dute. Honenbestez, oso garranatzitsua izan da informazioren aroaren heldueran. Energia elektrikoaren garraioarekiko dituen abantailak kontuan hartuz, zuntz optikoak pare txirikordatua ordezkatu du mundu osoko sareetan.

Zuntz optiko bidez egiten den komunikazio prozesuak hurrengo pausoak jarraitu behar ditu:

 Transmisore bat erabiliz seinale optiko bat sortu.
 Seinalea zuntz optikoan zehar transmititu, seinalearen atenuazioa edo distortsioa handia ez dela bermatuz.
 Seinalea jaso, ondoren seinale optikoa seinale elektriko bihurtu.

 Aplikazioak 
Gaur egun, zuntz optikoa telekomunikazio enpresek seinale telefonikoak , internet bidezko komunikazioak eta kable bidezko telebista-seinaleak transmititzeko erabiltzen dituzte. Zuntz optikoa kable pare txirikordatuarekin konparatuz, lehenengoak atenuazio eta interferentzia gutxiago duenez, distantzia luze eta eskaera handiko aplikazioetan gehiago erabiliko da. Hala ere, hirietako azpiegitura garatzea nahiko konplexua zen, eta gainera, zuntz optikozko sistemak konplexuak eta garestiak ziren. Ondorioz, zuntz optiko bidezko komunikazio sistemak hasieran luzeera handietako aplikazioetarako erabiltzen hasi ziren, transmisio ahalmen handia erabili zezaketeelako. 2002. urtetik aurrera, materialen prezioak eta zuntz optiko bidezko komunikazio sistemen instalazio kostuak gero eta merkeagoak ziren. Gaur egun, zuntz optikoa etxeetara hedatzea kobrezko kablea hedatzea baino errentagarriagoa da.

1990. urtetik aurrera, anplifikadore optikozko sistemak komertzializatu zirenean, telekomunikazio industriak hiriarteko eta ozeanoz bestaldeko komunikazio sare handia garatu du. 2002. urtean 250 000 km-ko luzerako kontinente arteko kable bat eraiki zuten, itsaspeko kable baten bidezko komunikazioak egiteko, 2,56 Tb/s-ko ahalmena zuena.

 Teknologia 
Gaur egungo zuntz optiko sistemak hurrengo osagaiez daude osatuta: transmisore optikoak, seinale elektrikoa seinale optiko bihurtzeko eta ondoren zuntz optikoan zehar bidaltzeko; zuntz optikozko kablea, zuntz optiko sorta bat da eta normalean lurpean edo eraikinetan kokatuta daude; mota ezberdinetako anplifikadoreak eta hargailu optikoak, jasotako seinale optikoa seinale elektriko bihurtzeko. Garraiatzen den informazioa ordenagailuz garatutako komunikazio digital bat da.

 Transmisoreak 
Transmisore optiko erabilienak gailu erdieroaleak dira, adibidez, led diodoak edo laser diodoak. Led eta laser diodoen arteko ezberdintasuna led diodoek  sakabanatu egiten den argi inkoherente bat sortzen dutela, eta laser diodoek sakabanatzen ez den argi koherente bat sortzen dutela. Transmisore optiko erdieroale hauek komunikazio optikoetan erabiltzeko trinkoak, eraginkorrak eta fidagarriak izan behar dira, gainera, uhin-luzera optimoa den mailan egin behar du lan eta maiztasun altuetan egon behar da modulatuta.

Bere formarik sinpleenean, led bat polarizatuta dauden PN motako erdieroaleen juntura da, non argia berezko emisioen bidez emititzen den, elektroluminiszentzia izenaz ezagutzen den fenomenoa da. Emititutako argia inkoherentea da, 30-60 nm-ko zabalera espetrala duena, baina led argiaren transmisioa ez da eraginkorra, sarrerako pontentziaren %1 bakarrik heltzen delako. Hala ere, hauen diseinu errazagatik led diodoak kostu baxuko aplikazioetarako erabilgarriak dira.

Laser erdieroale batek argia igorpen kitzikatuaren bidez emititzen du igorpen espontaneoaren ordez, ondorioz irteera potentzia (~100 mW) handia izango da. Laserraren irteerak norabide erlatiboa du, modu bakarreko zuntzetan efizientzia handiko lotura (~50%) baimentzen duena. Espektro-zabalera estuak bit transferentzia abiadura handiak ahalbidetzen ditu, honek dispertsio kromatikoaren eragina murrizten baitu. Laser erdieroaleak maiztazun handietan modulatu daitezke, denbora laburreko birkonbinaketaren ondorioz.

Sarritan, laser diodoak zuzenean modulatzen dira, hau da, gailuari zuzenean aplikatutako korronte batek kontrolatzen duen argi irteera bat da. Datu-tasa handi edo distantzia luzeetarako, laser iturri bat uhin jarraitukoa izan daiteke eta argia elektroabsortzio moduladore baten bezalako gailu batekin modulatu daiteke.

 Hargailuak 
Hargailu optiko baten osagai nagusia zelula fotoelektriko bat da, non argia elektrizitatea bihurtuko duen efektu fotoelektrikoaren bidez. Normalean fotodetektagailua erdieroaleez osatutako fotodiodo bat da. Fotodiodo mota ezberdinak daude, besteak beste: PN fotodiodoak, PIN fotodiodoak eta APD fotodiodoak. Aldi berean, metal-erdieroale-metal (MSM) erabiltzen dira zirkuitu birsortzaileen integrazio eta uhin-luzera bidezko multiplexadoreekin aproposak direlako.

Bihurgailu optiko elektrikoak, normalean, transinpedantzia-anplifikadore bat eta muga-anplifikadore baten bilketa dira, sarrerako seinale optikoaren domeinu elektrikoan seinale digital bat sortzeko, eta hori arindu eta distortsionatu ahal izango da kanaletik igarotzean. Fasean lotutako begizta baten  menpe dagoen datuak berreskuratzeko erlojuaz (CDR) gain, datuak transmititu baino lehen ere aplika daiteke.

 Zuntza 
Zuntz optikoa nukleo, estaldura eta bufferrak (kanpo geruza babeslea) osatzen dute. Estaldurak argia nukleoan zehar bideratzen du barne islapen osoaren bidez. Nukleoa eta estaldura, errefrakzio-indize txikiagoa dutenak, silizeko beirazkoak izaten dira orokorrean, baina plastikozkoak ere izan daitezke. Bi zuntz optikoen konexioa egiteko fusio-lotura edo lotura mekanikoa erabiltzen da, horretarako trebetasun handia eta interkonexio teknologia bererezia behar da, zuntz-nukleoak lerrokatzeko behar den zehaztasun mikroskopikoa dela-eta. 

Bi motako zuntz optikoak erabiltzen dira komunikazioetan: modu anitzeko zuntza eta modu bakarrekoa. Modu anitzeko zuntzak nukleo handiagoa du (50 micrometro), honek zehaztazuna murrizten du baina transmisore, hargailu eta konektore merkeagoak erabili ditzakegu. Hala ere, modu anitzeko zuntzak modu anitzeko distortsioa ezartzen du, non banda-zabalera mugatzen duen, eta loturaren luzerak atenuazio handiagoa du. Modu anitzeko zuntzaren nukleoa txikiagoa da (8-10 micrometro), honek osagai garestiagoak erabiltzera behartzen du, baita interkonexio metodo zehatzagoak erabiltzera ere. Baina errendimendu handiagoko loturak ahalbidetzen du, eta honek transferentzia abiadura eta distantzia handitzen du. 

 Anplifikadorea 
Zuntz optikoko komunikazio-sistema baten transmisio-distantzia mugatu egin da, tradizionalki, zuntzaren atenuazioagatik eta distortsioagatik. Errepikagailu opto-elektronikoak erabiliz, arazo horiek konpondu egin dira. Errepikagailu hauek seinale optikoa seinale elektriko bihurtzen dute, eta ondoren transmisore bat erabiltzen dute seinalea jasotako seinalearen baino intentsitate handiagoan bidaltzeko. Seinaleen uhin-luzeraren banaketaren multiplexiazio modernoa dela eta (hamarnaka kilometro gutxian behin instalatu behar dira), errepikagailu horien kostua handia da.

Ikuspegi alternatibo berria anplifikadore optikoak erabiltzea da, seinale optikoa anplifikatzen du zuzenean, seinalea domeinu elektrikora bihurtu beharrik izan gabe. Zuntzean dauden anplifikagailuak normalean dopatuta dauden zuntzak erabiltzen dituzten anplifikadore optikoak dira, normalean lur arraroak erabiliz. Anplifikadore hauek kanpo ponpaketa bat behar dute anplifikatzen duten seinalearen maiztasuna baino zerbait handiagoa den uhin jarraituko laser bat erabiliz. Normalean, ponpaketa uhin-luzerak 980 nm edo 1480 nm dira, eta zaratari dagokionez emaitzarik onenak lortzeko, seinalearen norabide berean egin behar dira.

 Uhin-luzera bidez multiplexazioa 
Uhin-luzeraren zatiketa bidezko multiplexazioa (WDM) zuntz optiko baten edukiera erabilgarria ugaritzea da, kanal berriak gehituz, non kanal bakoitza argiaren uhin-luzera berri bati dagokion. Zuntz baten banda-zabalera 160 kanaletan banatu daiteke, terabit segundoko eskalan konbinatutako bit-abiadurari laguntzeko. Horrek uhin-luzera transmisio-ekipamenduan banatzeko multiplexadore bat eskatzen du, eta ekipo hartzailean demultiplexadore bat. 

 Banda zabalera-distantzia produktua 
Dispertsio efektua zuntzaren luzerarekin handitzen denez, zuntza transmititzeko sistema bat, sarritan, banda-zabaleraren eta distantziaren arteko emaitzaren bidez bereizten da, sarritan MHz·km-tan adierazia. Balio hori, banda-zabaleraren bidez, distantziaren araberakoa, seinalearen banda-zabaleraren eta garraia daitekeen distantziaren arteko erlazioaren ondorio da.

Dispertsioaren kudeaketan egindako aurrerapenen konbinazioaren bidez, zatiketa bidezko uhin-luzera multiplexazioa eta anplifikadore optikoen bidez, zuntz optikoek informazioa 14 terabit segundoko abiaduran eraman dezakete 160 km-ko zuntz batean zehar. 

 Dispertsioa 
Gaur egungo beirazko zuntz optiko baten transmisio distantzia maximoa ez dago materialen zuzeneko xurgapenagatik mugatuta, dispertsio mota ezberdinengaitik baizik. Zuntz optikoan gertatzen den dispertsioa faktore ezberdin batzuen ondorioz gertatzen da. Dispertsio intermodala, zeharkako modu desberdinetako abiadura axialek eragindakoa, modu anitzeko zuntzaren errendimendua mugatuz. Modu bakarreko zuntzak zeharkako modu bat bakarrik onartzen duenez, dispertsio intermodala ezabatzen da.

Modu bakarreko zuntzaren jarduera dispertsio kromatikoak mugatzen du bereziki, beiraren indizea argiaren uhin-luzeraren arabera pixka bat aldatzen delako. Polarizazio motako dispertsioa beste mugapen mota bat izan daiteke, zuntz monomodoak zeharkako modu bat bakarrik jasan dezakeen arren, horrela bi polarizaziorekin eraman daitekeelako. Fenomeno horri zuntz-birrefrigentzia esaten zaio eta polarizazioak eta zuntzaren mantentze-lanak indargabetu dezakete.

 Erreferentziak 

 Ikus, gainera 

 Led
 Fotodetektagailu
 Zuntz optiko
 Uhin-luzeraren zatiketa bidezko multiplexazio
 Sakabanaketa optiko

 Kanpo estekak 
https://web.archive.org/web/20061230102529/http://www.redbooks.ibm.com/pubs/pdfs/redbooks/sg245230.pdf

Kategoria:Optika
Kategoria:Sortzen ari den teknologia
Kategoria:Geruza fisikoko protokoloak