WDM dentro del módulo: filtros, AWG, BiDi, control de longitud de onda

Muchos módulos son en sí mismos pequeños sistemas WDM. Un módulo LR4 o FR4 multiplexa cuatro láseres en una sola fibra y demultiplexa cuatro longitudes de onda en el otro extremo; un módulo BiDi o PON transmite y recibe por una sola fibra a través de un filtro; un módulo DWDM mantiene su longitud de onda dentro de unos pocos gigahercios durante años. Esta página cubre la óptica que lo hace posible — los filtros y multiplexores de guía de onda, el splitter BiDi, los enfriadores y los bloqueadores de longitud de onda — y las pérdidas y modos de fallo que añaden.

Dónde vive el WDM dentro de los módulos

Tipo de módulo	WDM interno	Longitudes de onda	Puerto de fibra
40GBASE-LR4, 100GBASE-LR4/ER4	mux + demux LAN-WDM de 4 canales	1295,56 / 1300,05 / 1304,58 / 1309,14 nm (espaciado de 800 GHz)	LC dúplex
100G CWDM4, 400G FR4, 800G 2×FR4	mux + demux CWDM de 4 canales	1271 / 1291 / 1311 / 1331 nm (espaciado de 20 nm)	LC dúplex
40G/100G SWDM4	mux de onda corta de 4 canales en MMF	850 / 880 / 910 / 940 nm	LC dúplex, OM4/OM5
BiDi (1G–100G), PON ONU/OLT	filtro de 2 o 3 puertos (BOSA)	1310/1490, 1270/1330, 1490/1310/1550…	LC simple o SC/APC
400G BiDi (SR4.2)	2 longitudes de onda por fibra en 4 pares	850 / 910 nm	MPO
DWDM fijo / sintonizable	sin mux interno; longitud de onda única precisa	rejilla ITU, 100/50 GHz	LC dúplex — el mux es externo
PSM4, DR4, SR4	ninguno — fibras paralelas	una longitud de onda	MPO

Planes de canal y bandas: Bandas de longitud de onda y planes de canal.

Tecnologías de multiplexado

Tecnología	Cómo funciona	Pérdida de inserción (por canal, mux o demux)	Notas
Bloque de filtros de capa fina (TFF) — "Z-block"	filtros de interferencia dieléctricos pegados a un bloque de vidrio; la luz hace zigzag, cada filtro deja pasar una banda y refleja el resto	1–1,5 dB	robusto, atérmico, el caballo de batalla de los TOSA y ROSA de LR4/CWDM4/FR4
AWG (rejilla de guía de onda en matriz de fase, PLC de sílice)	una matriz en fase de guías de onda dispersa las longitudes de onda hacia salidas separadas	2–3 dB	compacto para muchos canales; sensible a la temperatura salvo que esté atermalizado; usado en algunos LR4 y en equipos DWDM
Rejilla / prisma de espacio libre	óptica de volumen	2–4 dB	poco común en conectorizables
Mux de fotónica de silicio	resonadores en anillo o rejillas echelle en el chip	1–3 dB	integrado con moduladores en diseños FR4 de SiPh; puede necesitar ajuste térmico
Filtro BiDi	una sola placa dicroica a 45°: deja pasar una banda hacia el PD, refleja la banda del láser hacia la fibra	0,5–1 dB	aislamiento de 30–40 dB entre las bandas de Tx y Rx

La pérdida de mux + demux interno (2–5 dB de ida y vuelta) es parte de la razón por la que los módulos WDM lanzan más potencia por carril que los paralelos y por la que su Tx de DDM por carril parece más bajo que la salida real del láser (Valores típicos).

Por qué LR4 necesita refrigeración y CWDM4 no

Un DFB sin enfriar deriva unos 0,1 nm/°C — 7 nm en un rango de caja de 0–70 °C.

Rejilla	Espaciado	Banda de paso del filtro	¿Cabe la deriva sin enfriar?
CWDM (CWDM4, FR4)	20 nm	±6,5 nm	sí — sin TEC, menor potencia, más barato
LAN-WDM (LR4, ER4)	800 GHz ≈ 4,5 nm	±1 nm o menos	no — cada láser está sobre un TEC a una temperatura fija (o se usa un diseño de láser de rango de temperatura amplio)
DWDM	100 GHz ≈ 0,8 nm, 50 GHz ≈ 0,4 nm	±0,1 nm	no — TEC más un bloqueador de longitud de onda

Esta es la razón por la que los módulos LR4 de 100G consumen 3,5–4,5 W frente a los 2–3 W del CWDM4, y por la que los TOSA de LR4 son paquetes de caja y no latas TO (Empaquetado óptico).

Mantener una longitud de onda DWDM

 láser sobre TEC ──► toma del 1–5 % ──► etalón (filtro Fabry–Pérot) ──► PD1
                            └──────────────────────────────► PD2 (referencia)
 relación PD1/PD2 → MCU → ajusta el punto de consigna del TEC (fino) o la corriente del láser → longitud de onda bloqueada

TEC + termistor — un elemento Peltier bajo el submount del láser lo mantiene en un punto de consigna (25–45 °C) con ±0,1 °C; la MCU ejecuta el bucle. El DDM puede exponer la temperatura del láser y la corriente del TEC (Temperatura y tensión).
Bloqueador de longitud de onda — un etalón cuya transmisión ondula con el periodo de la rejilla ITU; comparar la potencia tomada a través de él con una referencia indica al controlador a qué lado del canal está el láser. Precisión de ±1–2,5 GHz a lo largo de la vida útil.
Los láseres sintonizables añaden un mecanismo grueso: secciones DBR con rejilla muestreada, una matriz DFB con un combinador y ajuste térmico, o una cavidad externa (ECL); empaquetados como ITLA / micro-ITLA / nano-ITLA en módulos coherentes, o como TOSA sintonizables compactos en SFP+/XFP. La selección de canal y el estado pasan por SFF-8690 / CMIS página 04h–12h; la sintonización tarda segundos y mientras tanto el Tx se silencia (Transceptores DWDM sintonizables).

Óptica BiDi y PON

Un BOSA coloca un láser y un fotodiodo detrás de un solo puerto de fibra. Un filtro WDM a 45° refleja la longitud de onda del láser hacia la fibra y deja pasar la longitud de onda entrante hacia el fotodiodo; el aislamiento entre las dos bandas (30–40 dB) y la pendiente del borde del filtro deciden cuánta luz propia del módulo se filtra hacia su receptor. PON añade electrónica en ráfaga en la ONU (láser encendido solo durante su intervalo de tiempo) y en la OLT (un receptor que reinicia su umbral entre ráfagas de distintas ONU) — la razón por la que el Rx de DDM de una OLT es un promedio de muchos emisores (Transceptores PON).

Los módulos BiDi vienen en variantes emparejadas (-U/-D, o por longitud de onda) porque el filtro de cada uno está sintonizado en sentido opuesto; dos del mismo tipo nunca enlazan (Incompatibilidades físicas).

Polarización y reflexiones

Los filtros y AWG internos dependen ligeramente de la polarización (PDL de 0,1–0,3 dB); la polarización de la fibra varía, de modo que la potencia recibida puede oscilar unas décimas de dB sin que haya avería alguna. Toda superficie interna también refleja un poco; los aisladores tras cada láser evitan que esto llegue al die (Empaquetado óptico).

Modos de fallo propios del WDM interno

Fallo	Firma	Notas
Fallo del TEC en LR4/DWDM	la temperatura del láser deriva, la corriente del TEC está en el límite, el Rx de un carril cae en el extremo remoto a medida que se desliza fuera del filtro	la temperatura del módulo puede parecer normal
Delaminación/desalineación del filtro	un carril bajo tanto en Tx (hacia la fibra) como en el Rx remoto, dependiente de la longitud de onda	choque mecánico, ciclado térmico
Deriva del bloqueador de longitud de onda	canal DWDM fuera de rejilla, filtrado por el mux → Rx bajo, errores	el Tx de DDM no cambia — la luz está ahí, en la longitud de onda equivocada
Fuga del filtro BiDi	sensibilidad pobre, errores en enlaces cortos (el propio Tx satura el Rx)	peor con alta potencia de lanzamiento y reflexiones
Envejecimiento de un láser en un módulo WDM de 4 carriles	el bias de un carril sube, luego la potencia baja; los otros tres bien	Diagnóstico por carril

En CodingBox

Los bytes de identidad describen el diseño WDM: la longitud de onda (1310 para LR4/CWDM4 como centro nominal, o el canal exacto para DWDM), los códigos de conformidad o aplicación (LR4 frente a CWDM4 frente a FR4) y, para los módulos sintonizables, la rejilla de canales y el canal actual en las páginas de sintonizables. El DDM por carril en la pantalla DDM muestra cada láser interno por separado; la temperatura del láser y la corriente del TEC aparecen donde el módulo las reporta.

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