Análisis de los efectos dispersivos y no lineales en un canal óptico empleando métodos numéricos

Abstract

En este documento, presentamos el modelado de un canal de fibra óptica mediante la resolución de la Ecuación No Lineal de Schrödinger (NLSE). Se presentan las dos formas de solución para la NLSE: la forma analítica y la forma numérica empleando el método SSF (Split–Step Fourier Transform). En la simulación se consideran efectos lineales como la dispersión cromática y los efectos no lineales. Uno de los efectos no lineal es el efecto Kerr, del que se derivan los efectos de auto modulación fase (Self Phase Modulation, SPM) y modulación de fase cruzada (Cross Phase Modulation, XPM). Los métodos de solución son empleados para simular y visualizar los efectos de propagación a través de la fibra óptica. Se analizan los efectos de propagación para un escenario de red de acceso óptica con fibra mono–modo estándar (Single Mode Fiber, SMF), con longitudes de fibra de 20 y 40 km y tasas de bits entre 1,25 y 100 Gbps. De otro lado, son presentados los fenómenos no lineales como dispersión estimulada de Raman (Stimulated Raman Scattering, SRS) y dispersión estimulada de Brillouin (Stimulated Brillouin Scattering, SBS). Se presentan las ecuaciones para modelar SRS. Se presentan resultados de simulación de la amplificación Raman en un escenario seleccionado.In this document, we present the modeling of an optical channel solving the Non Linear Schrödinger Equation (NLSE). We present two alternatives to solve the NLSE: the analytical solution and the numerical solution with the Split–Step Fourier Transform method. In the simulation, we consider the linear effects, such as the chromatic dispersion, and the nonlinear effects. One of the nonlinear effects is the Kerr effect, responsible for other nonlinear effects such as the Self Phase Modulation (SPM) and Cross Phase Modulation (XPM). The solution methods are employed in this paper to simulate and visualize the propagation effects through the optical fiber. We select an scenario of an optical access network with a single-mode fiber with fiber lengths of 20 and 40 km and data bit rates from 1,25 to 100 Gbps. On the other hand, we also present the nonlinear effects Stimulated Raman Scattering (SRS) and Stimulated Brillouin Scattering (SBS). We present the equations to model the SRS effect. We present simulation results with Raman amplification in a selected scenario