Transmisor Óptico de alta frecuencia

1. Resumen
3. Revisión
   Bibliográfica
4. Descripción
   teórica del proceso de diseño del Transmisor
   Óptico
5. Eficacia
   del proceso de transmisión
6. Conclusiones
7. Anexos
8. Bibliografía

Su uso para aplicaciones industriales
de Sensores de Fibra
Óptica

Resumen

En esta investigación se discute la posibilidad de
diseñar e implementar un transmisor óptico de alta
frecuencia, para que sea utilizado como fuente emisora de
luz en
sensores de fibra
óptica que necesiten altas precisiones en su medición. Para ello se cuenta con un KIT de
fibra con sus respectivos transmisor y receptor los cuales
serán debidamente diseñados teniendo en cuenta las
especificaciones del fabricante y algunos cambios propuestos por
los autores.

Se cuenta además con una tarjeta FPGA donde se
harán los principales cálculos, la
generación y tratamiento de las señales
involucradas en el proceso de
transmisión y recepción.

Como software auxiliares para
procesar las señales se utilizará el Xilinx 8.1 y
el Matlab 7.0 como complemento para generar algunos
códigos importantes en el proceso de envío y
recepción de la señal.

Introducción

El creciente incremento del volumen de la
información en las comunicaciones
por satélite requiere mayores velocidades de
transmisión y por ende mayor capacidad para el mismo, si a
esto le agregamos la saturación espectral en
radiofrecuencia, nos encontramos en la necesidad de explorar
formas alternas de comunicación.

Los recientes avances en comunicaciones ópticas
permiten tener una alternativa viable para aplicaciones en donde
se emplean microondas.
Los sistemas
ópticos pueden operar a altas velocidades, y requieren
para una ganancia determinada, menores diámetros de
antenas que
los sistemas de radiofrecuencia debido al intervalo de
frecuencias en las que trabaja. La potencia
eléctrica requerida, el peso y el volumen del sistema total se
reducen considerablemente. Los sistemas de comunicaciones
ópticas son ideales para comunicaciones en el espacio
libre y algunas otras aplicaciones espaciales. Un sistema
básico de transmisión óptico consiste de
tres elementos básicos: un transmisor óptico, un
cable de fibra óptica
o un canal óptico, y un receptor óptico.

El transmisor óptico de un sistema de
comunicación por fibra óptica es compuesto por un
modulador y una fuente de luz asociada. Una fuente de
información genera la señal que se desea transmitir
y lo envía para ser adaptado por el trasmisor
óptico y trasmitido por él. La fuente de
información, llamada generador de señales, define
el tipo de información a ser transmitida, en este caso se
utilizará la frecuencia del reloj de una tarjeta FPGA que
opera a 50 MHz, además se pretende obtener una frecuencia
de 100 MHz realizando el proceso requerido para ello, en esta
tarjeta se generará un código
pseudoaleatorio, el cual se intentará transmitir por la
fibra.

La Fibra Óptica consiste en una
guía de luz, donde la señal no se atenúa
tanto como el cobre, ya que
en las fibras no se pierde información; además, se
pueden emitir a la vez por la fibra varias señales con
distintas frecuencias.

Lo cierto es que en poco más de una
década, la Fibra Óptica se ha convertido en una de
las tecnologías más avanzadas para transmitir
información. Este novedoso material ha revolucionado los
procesos de
las telecomunicaciones.

El principio de funcionamiento de la fibra óptica
consiste en hacer incidir un haz de luz en el núcleo en
cierto ángulo, para que la luz "rebote" entre el
revestimiento y el núcleo, efecto conocido como
Reflexión Interna Total. Dado que el recubrimiento no
absorbe la luz existente en el núcleo, el haz puede
transportarse a grandes distancias.

Una configuración básica es el
receptor de detección directa, el fotodetector
convierte el flujo de los fotones incidentes en un flujo de
electrones. Después esta corriente es amplificada y
procesada. Existen dos tipos de fotodiodos usuales para la
recepción óptica, fotodiodo PIN y fotodiodo de
avalancha APD.

En la práctica, para los receptores de
detección directa con fotodiodos PIN, el factor limitante
de la sensibilidad del receptor es el ruido
térmico, generado en la salida del fotodiodo. Existen dos
alternativas para superar esta limitación, una es el uso
de fotodiodo de avalancha APD, donde el mecanismo de
multiplicación de la corriente fotogenerada en el
fotodiodo amplifica la señal fotodetectada y la segunda
alternativa es la utilización de un pre-amplificador
óptico antes del fotodetector, para amplificar la
señal óptica antes de la detección, de esta
forma se obtiene la señal a observar en un osciloscopio.

En el capitulo I se realizó una breve
revisión bibliográfica de todo lo tratado en la
investigación. Puntualizando en que consiste un sistema de
comunicación óptico, así como todo lo que lo
conforma y su funcionamiento. Se hace mención a las
técnicas de Espectro Ensanchado pues es
necesario conocer de ellas para la realización de
próximos experimentos, y
finalmente la tarjeta programable utilizada para generar el
código deseado, FPGA Spartan 3E, sus aplicaciones y
características.

En el capitulo 2, se explicó
detalladamente la utilización del DCM con que se trabaja
en la tarjeta FPGA, para tratar de obtener el código que
nos permita cambiar el reloj de la tarjeta y lograr de este la
frecuencia con que se pretende trabajar, se explicó
además el camino necesario a recorrer para la
obtención de un polinomio con características
especiales que conduzca a la creación de un código
pseudoaleatorio, pues es objetivo
nuestro la trasmisión de un código de este tipo. Se
hace referencia a los circuitos de
transmisión y recepción que se utilizarán en
el experimento a realizar.

Finalmente en el capitulo 3, se analizaron los
resultados obtenidos y se muestra mediante
varias imágenes
como se obtiene lo deseado, la simulación
de la frecuencia de reloj modificada a 100 MHz, el registro de
desplazamiento que genera un código pseudoaleatorio, con
sus respectivos programas
implementados en VHDL y el muestreo de una
señal generada en un generador de señales y
trasmitida utilizando el KIT de fibra.