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

Hace 50 anos, cuando se introdujeron los cables de fibra para transmision de datos a larga distancia, se pensaba que la capacidad de transmision de informacion de los mismos, en comparacion con los cables de cobre era ilimitada. A pesar de este pensamiento, hoy en dia, la comunidad cientifica se esta enfrentando a retos relevantes para hacer frente a la creciente demanda de datos. Con el 99% de trafico de datos que, a dia de hoy, se transmiten a traves de fibra optica, y el 40% de incremento de la cantidad de datos que, a nivel mundial, se intercambian cada ano, estamos presenciando el acercamiento del asi llamado fenomeno del ?capacity crunch?, que esta previsto sucedera en el ano 2020. A lo largo de los ultimos 30 anos muchos descubrimientos tecnologicos, como por ejemplo la invencion del amplificador de fibra dopada con Erbio y el desarrollo de la multiplexacion por division 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, reproduccion de videos online en alta definicion, redes sociales, etc. A partir de los primeros anos del nuevo milenio un renovado interes en las comunicaciones opticas coherentes junto con el post-procesado digital de las senales, ha contribuido considerablemente a diferir la escasez de capacidad. Sin embargo, segun un pensamiento compartido globalmente entre la comunidad cientifica, a menos que se logren otros avances en la estructura fisica de la red, para poder superar las restricciones impuestas por el limite no lineal de Shannon sobre la capacidad de una sola fibra optica, se volvera cada vez mas dificil mantener la tecnologia de comunicaciones opticas al frente de la creciente demanda de banda ancha. Algunas de las soluciones que se estan investigando en el mundo incluyen el uso de la multiplexacion por division de espacio a traves de fibras multinucleo o multimodo, el desarrollo de amplificadores de banda ancha, la reduccion de la atenuacion de la fibra y la mitigacion de las no linealidades opticas. En este escenario, la amplificacion distribuida basada en scattering Raman estimulado ha atraido gran atencion, siendo capaz de posibilitar transmision casi sin perdidas en una banda mas ancha, ademas 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 combinacion con tecnicas opticas y digitales de mitigacion de no linealidades han demostrado ser opciones apropiadas para alcanzar comunicaciones opticas de mayor rapidez, eficiencia espectral y distancia de transmision. Sin embargo, la amplificacion Raman no esta enteramente libre de inconvenientes: seguridad ocular, danos opticos, eficiencia de bombeo y ruido son algunas de las preocupaciones que en parte impiden su amplia difusion. Este estudio apunta al modelado numerico, la caracterizacion experimental y la medida de rendimiento de distintas arquitecturas Raman para aplicaciones a la comunicacion optica ultra-larga y sin repeticion. Su enfoque particular consiste en evaluar las deficiencias relacionadas con los efectos no lineales, el ruido de emision espontanea amplificada y el ruido de intensidad relativa transferido de los laseres de bombeo de fibra a la senal, y como minimizarlos. Ademas, a lo largo de este trabajo de investigacion, han sido analizadas un gran numero de configuraciones que conllevan varios pros y contras, y la mejor solucion intermedia entre los principales parametros ha sido encontrada bajo diferentes condiciones operacionales.