Medidor de Potencia Óptica (Optical Power Meter)

1. Introducción

Una de las herramientas esenciales para evaluar la fibra óptica es el medidor de potencia óptica, empleado desde uno de los extremos de la fibra. Esta técnica es fundamental para determinar las pérdidas y la potencia de una fuente o recibida por un receptor. Por lo general, tanto los transmisores como los receptores están equipados con receptáculos para conectar los cables de fibra óptica, lo que permite medir la potencia del transmisor conectando un cable de prueba a la fuente y midiendo la potencia en el otro extremo. Para los receptores, se desconecta el cable conectado al receptáculo del receptor y se mide la salida con el medidor.

Aunque los medidores de potencia óptica son la herramienta principal para medir la potencia, también existen otros equipos de prueba, como los sistemas de prueba de pérdida óptica (OLTS) y los reflectómetros ópticos en el dominio del tiempo (OTDR), que también miden la potencia en las pruebas de pérdida. La norma TIA FOTP-95 establece los parámetros para la medición de la potencia óptica.

La medición de la potencia óptica se basa en el calentamiento causado por la luz, y algunos instrumentos de laboratorio óptico miden el calor generado cuando la luz es absorbida por un detector. Aunque esta técnica puede ser adecuada para láseres de alta potencia, estos detectores no son lo suficientemente sensibles para los niveles de baja potencia típicos de los sistemas de comunicación por fibra óptica (ver Tabla 1).

Tabla 1. Niveles de potencia óptica típicos de los sistemas de comunicación por fibra óptica

Los medidores de potencia óptica son ampliamente utilizados para evaluar la intensidad de la luz en las comunicaciones por fibra óptica. Estos dispositivos emplean detectores de semiconductores que son sensibles a las longitudes de onda y niveles de potencia comunes en este tipo de sistemas. En el mercado, es posible encontrar medidores de potencia óptica con tres tipos diferentes de detectores: silicio (Si), germanio (Ge) o indio-galio-arseniuro (InGaAs). Cada uno de estos detectores posee características específicas y rangos de sensibilidad que los hacen adecuados para diversas aplicaciones y longitudes de onda utilizadas en las redes de fibra óptica.

Los medidores de potencia utilizados en fibra óptica tienen entradas diseñadas para conectar conectores de fibra óptica y detectores especialmente diseñados para capturar la mayor cantidad posible de luz que sale de la fibra. Aunque se los considera conexiones «sin pérdidas», en realidad, no capturan toda la luz debido a la presencia de una ventana de vidrio en el detector que es ligeramente reflectante. A pesar de esto, el acoplamiento es altamente consistente, y durante la calibración del medidor, se realiza utilizando un cable de fibra óptica en condiciones similares. Como resultado, las mediciones de luz realizadas al conectar un conector al medidor de potencia son consistentes y calibradas siempre y cuando se elija la longitud de onda de calibración adecuada.

Los fotodiodos de silicio son sensibles a la luz en un rango de longitudes de onda aproximado de 400 a 1000 nm. Por otro lado, los fotodiodos de germanio e indio-galio-arseniuro (InGaAs) son sensibles a la luz en un rango de aproximadamente 800 a 1600 nm. Esta diferencia en los rangos de sensibilidad hace que cada tipo de fotodiodo sea más adecuado para diferentes aplicaciones y longitudes de onda utilizadas en sistemas de comunicación por fibra óptica.

Los detectores de silicio son altamente sensibles a la luz en un rango de longitud de onda de aproximadamente de 400 a 1100 nm, dependiendo del proceso de fabricación específico. Esto los hace ideales para su uso en enlaces de comunicación de datos estándar que emplean LED de 820 nm con fibra de vidrio o LED de 665 nm con fibra de plástico. Además, también son compatibles con sistemas de telecomunicaciones más antiguos que utilizan láseres de 850 nm. Estos detectores de silicio presentan niveles de ruido extremadamente bajos, así como corrientes de fuga reducidas, lo que, al combinarse con amplificadores de transimpedancia en medidores de potencia, resulta en un nivel de ruido muy bajo. Por lo general, los instrumentos de fibra óptica que utilizan detectores de silicio tienen un piso de ruido típico que oscila entre -70 y -90 dBm, es decir, alrededor de 1 a 100 picowatts.

En contraste, los detectores de germanio son sensibles a la luz en el rango de longitud de onda de 800 a 1800 nm, lo que los hace adecuados para todos los sistemas que utilizan fibra de vidrio, incluidos los sistemas monomodo de 1300 y 1550 nm. Sin embargo, estos detectores de germanio son más ruidosos, lo que resulta en un piso de ruido más alto para mediciones de baja potencia. Para reducir este ruido, algunos fabricantes de medidores de potencia de fibra óptica han optado por enfriar estos detectores de germanio más grandes. Si bien esto permite mediciones más sensibles, también implica una mayor complejidad del circuito, un aumento en el peso del instrumento y una menor duración de la batería, ya que se requiere una cantidad considerable de corriente para el enfriamiento termoeléctrico del detector de germanio.

Una alternativa para medir niveles extremadamente bajos a 1300 y 1550 nm es utilizar detectores de tecnología InGaAs, desarrollados originalmente para receptores de sistemas de comunicación de alta velocidad y longitud de onda larga. Estos detectores InGaAs poseen un rango de sensibilidad similar al de los detectores de germanio, pero son considerablemente menos ruidosos. Con ellos, es posible realizar mediciones con facilidad a niveles tan bajos como -65 dBm (menos de 0.5 nW).

Tabla 2. Características de los detectores utilizados en los medidores de potencia de fibra óptica

Referencias:

• https://www.thefoa.org/tech/ref/testing/test/power.html