Transmission impairments mitigation and polarization control in ultralong raman fiber lasers and amplifiers

Resumen

Hace 50 años, cuando se introdujeron los cables de fibra para transmisión de datos a larga distancia, se pensaba que la capacidad de transmisión de información de los mismos, en comparación con los cables de cobre era ilimitada. A pesar de este pensamiento, hoy en día, la comunidad científica se está enfrentando a retos relevantes para hacer frente a la creciente demanda de datos. Con el 99% de tráfico de datos que, a día de hoy, se transmiten a través de fibra óptica, y el 40% de incremento de la cantidad de datos que, a nivel mundial, se intercambian cada año, estamos presenciando el acercamiento del así llamado fenómeno del "capacity crunch", que está previsto sucederá en el año 2020. A lo largo de los últimos 30 años muchos descubrimientos tecnológicos, como por ejemplo la invención del amplificador de fibra dopada con Erbio y el desarrollo de la multiplexación por división de longitud de onda, han establecido el camino para el nacimiento de servicios novedosos y que requieren mucho ancho de banda como por ejemplo cloud computing, reproducción de videos online en alta definición, redes sociales, etc. A partir de los primeros años del nuevo milenio un renovado interés en las comunicaciones ópticas coherentes junto con el post-procesado digital de las señales, ha contribuido considerablemente a diferir la escasez de capacidad. Sin embargo, según un pensamiento compartido globalmente entre la comunidad científica, a menos que se logren otros avances en la estructura física de la red, para poder superar las restricciones impuestas por el limite no lineal de Shannon sobre la capacidad de una sola fibra óptica, se volverá cada vez más difícil mantener la tecnología de comunicaciones ópticas al frente de la creciente demanda de banda ancha. Algunas de las soluciones que se están investigando en el mundo incluyen el uso de la multiplexación por división de espacio a través de fibras multinucleo o multimodo, el desarrollo de amplificadores de banda ancha, la reducción de la atenuación de la fibra y la mitigación de las no linealidades ópticas. En este escenario, la amplificación distribuida basada en scattering Raman estimulado ha atraído gran atención, siendo capaz de posibilitar transmisión casi sin perdidas en una banda más ancha, además de una mejora en el balance entre los efectos no lineales y el ruido que pueden ofrecer los amplificadores tradicionales. Asimismo, los amplificadores Raman en combinación con técnicas ópticas y digitales de mitigación de no linealidades han demostrado ser opciones apropiadas para alcanzar comunicaciones ópticas de mayor rapidez, eficiencia espectral y distancia de transmisión. Sin embargo, la amplificación Raman no está enteramente libre de inconvenientes: seguridad ocular, danos ópticos, eficiencia de bombeo y ruido son algunas de las preocupaciones que en parte impiden su amplia difusión. Este estudio apunta al modelado numérico, la caracterización experimental y la medida de rendimiento de distintas arquitecturas Raman para aplicaciones a la comunicación óptica ultra-larga y sin repetición. Su enfoque particular consiste en evaluar las deficiencias relacionadas con los efectos no lineales, el ruido de emisión espontánea amplificada y el ruido de intensidad relativa transferido de los láseres de bombeo de fibra a la señal, y cómo minimizarlos. Además, a lo largo de este trabajo de investigación, han sido analizadas un gran número de configuraciones que conllevan varios pros y contras, y la mejor solución intermedia entre los principales parámetros ha sido encontrada bajo diferentes condiciones operacionales.