ES2530888B2 - Multiplexor óptico pasivo - Google Patents

Abstract

Multiplexor óptico pasivo de tipo “add-drop” para sistemas de telecomunicación basados en la transmisión de múltiples señales ópticas por medio de su multiplexación por división en longitud de onda (WDM). El dispositivo distingue entre señales transmitidas en conjuntos de uno o más canales ópticos situados en bandas separadas del espectro óptico. Incorpora al menos dos filtros ópticos (20, 30, 120, 130), un primer multiplexor WDM (50, 150) y un combinador (40, 140). El primer filtro (20, 120) y el segundo filtro (30, 130) están conectados ópticamente entre sí y también con el primer multiplexor WDM (50, 150). El combinador (40, 140) combina en una señal óptica de salida, un canal de a insertar con la señal óptica reflejada sin los al menos dos canales ópticos diferentes desviados por los filtros.

Description

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06-09-2013

MULTIPLEXOR ÓPTICO PASIVO

DESCRIPCIÓN

5

Sector técnico

La presente invención está relacionada con los sistemas de telecomunicación basados en la multiplexación de señales

10 ópticas por división en longitud de onda y, en particular, con los sistemas de telecomunicación basados en la multiplexación de señales ópticas por división en longitud de onda sobre redes ópticas pasivas.

15 Estado de la técnica

La creciente demanda de ancho de banda en los sistemas de telecomunicación ha propulsado el uso habitual de la fibra óptica como medio para la transmisión de señales [Ref. 1]. 20 En este medio, la multiplexación por división en longitud de onda (WDM, del inglés Wavelength Division Multiplexing) permite la transmisión simultánea de varias señales ópticas a través de una única fibra óptica utilizando diferentes longitudes de onda (i.e., canales ópticos). Algunos

25 ejemplos de sistemas de telecomunicación con gran demanda de ancho de banda que utilizan la tecnología óptica WDM son las redes troncales o backbones, y las redes de área metropolitana, entre otros. Un dispositivo o componente fundamental en un sistema de

30 telecomunicación óptico WDM es el multiplexor add-drop óptico (OADM, del inglés Optical Add-Drop Multiplexer). El OADM permite insertar y extraer canales ópticos a una señal óptica WDM. Desde su inicio, el OADM ha sido diseñado para cumplir con los requisitos impuestos por los sistemas de

35 telecomunicación con gran demanda de ancho de banda, por lo general utilizados en redes ópticas de largo alcance. Estos requisitos han promovido, por ejemplo: (i) la utilización de esquemas de multiplexación por división en longitudes de onda densas (DWDM, del inglés Dense WDM), que permiten

40 incorporar un mayor número de canales por fibra óptica, y

(ii) el uso de componentes activos que modifican la señal transmitida (e.g., amplificadores, que retransmiten una señal a una mayor distancia). Ambos ejemplos, el uso de amplificadores y los esquemas DWDM, limitan la utilidad de

45 los sistemas de telecomunicación a un tipo específico de comunicaciones ópticas, y el uso de una pequeña porción del espectro óptico. Ejemplo de ello son EP0730172A, EP1009120A, EP1079248A y US5982518A.

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Por otra parte, en los sistemas de distribución cuántica de claves (QKD, del inglés Quantum Key Distribution), se conoce el empleo de señales ópticas débiles [Ref. 3]. En el caso de la QKD, la transmisión de señales ópticas también

5 requiere el uso de tecnología óptica pasiva en para evitar la perturbación de la misma naturaleza óptica de la señal y la introducción de ruido a la señal [Ref. 2].

Referencias bibliográficas:

10 [Ref. 1] R. Ramaswami et al, “Optical Networks: A Practical Perspective,” 3rd ed., Morgan Kaufmann, ISBN 0080920721, p. 928, 2009. [Ref. 2] T. E. Chapuran et al., “Optical networking for quantum key distribution and quantum communications,” New

15 Journal of Physics, vol. 11, p. 105001, 2009. [Ref. 3] N. Gisin, G. Ribordy, W. Tittel y H. Zbinden, “Quantum cryptography,” Reviews of Modern Physics, vol. 74, pp. 145-195, 2002.

20 Breve descripción de la invención

La tecnología óptica WDM se ha extendido también al resto de los sistemas de telecomunicación. Las modernas redes de acceso que conectan a los usuarios finales con un proveedor

25 de servicios (i.e., redes de punto a multipunto) utilizan también la tecnología óptica WDM. Este tipo de redes son también conocidas como redes de último kilómetro, y por lo general de corto alcance. En estas redes predomina el uso del paradigma de red óptica pasiva (PON, del inglés Passive

30 Optical Network), donde las señales ópticas transmitidas no se ven modificadas por los componentes de la red. Nos referimos a ellas como redes ópticas pasivas WDM ó WDM-PON.

El dispositivo multiplexor add-drop óptico pasivo propuesto

35 en la presente invención permite conectar distintos sistemas de telecomunicación utilizando el paradigma óptico pasivo. Permite así conectar, por ejemplo, una red troncal

o red metropolitana óptica WDM con una red de acceso WDM-PON manteniendo el paradigma óptico pasivo. El multiplexor 40 distingue entre distintas bandas del espectro óptico (e.g., bandas O y C), permitiendo así utilizar una banda en particular para la transmisión de señales ópticas diferentes a las convencionales. Por ejemplo, el multiplexor permite utilizar dos bandas distintas del

45 espectro para transmitir de forma simultánea señales ópticas convencionales y señales ópticas con un número reducido de fotones por pulso de luz transmitido, o fotones individuales (i.e., señales ópticas débiles). Este tipo de

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señales ópticas débiles son comunes, tal como se ha indicado, por ejemplo, en los sistemas QKD.

El multiplexor propuesto es un componente óptico pasivo

5 (i.e., no se requiere de alimentación externa), y por lo tanto, las señales transmitidas no son convertidas a otros dominios (e.g., eléctrico); la naturaleza de la señal de entrada no cambia: los fotones o pulsos de fotones que componen la señal de entrada son enrutados a la salida

10 apropiada. Esto es de vital importancia para la transmisión de señales a nivel cuántico, en la que la información es transportada en el estado físico del propio fotón (e.g., polarización). Por otra parte, ninguno de los componentes que forman el multiplexor add-drop tiene como objetivo

15 generar nuevos fotones (e.g., amplificando convencionalmente las señales existentes), ya que estos procedimientos introducen errores en la transmisión de señales con información cuántica.

20 Este y otros objetivos se consiguen mediante un multiplexor óptico pasivo con funcionalidad para insertar en y/o extraer de una señal óptica de entrada, al menos un canal, con dicho multiplexor óptico pasivo comprendiendo al menos dos filtros ópticos para desviar, en la señal óptica, al

25 menos un canal óptico diferente y reflejar el resto de canales; un primer multiplexor WDM; y un combinador. En el multiplexor el primer filtro y el segundo filtro están conectados ópticamente entre sí y también con el primer multiplexor WDM, con dicho primer multiplexor WDM

30 configurado para multiplexar los canales ópticos desviados de la señal óptica de entrada por los filtros. El combinador está configurado para combinar en una señal óptica de salida, un canal de inserción con la señal óptica reflejada sin los al menos dos canales ópticos diferentes

35 desviados.

Opcionalmente, el multiplexor óptico pasivo comprende además: un segundo multiplexor WDM conectado ópticamente con el combinador; un primer y un segundo circulador; donde

40 el primer filtro óptico y el segundo filtro óptico están comunicados ópticamente con el primer multiplexor WDM a través de sendos circuladores, de manera que desde el primer multiplexor WDM hasta el segundo multiplexor WDM se establece un camino óptico.

45 Opcionalmente, el multiplexor óptico pasivo comprende al menos cuatro puertos separados. Un primer puerto de entrada comunicado ópticamente con el puerto común del primer filtro, un segundo puerto de extracción comunicado

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ópticamente con el puerto común multiplexado del primer multiplexor WDM, un tercer puerto de inserción comunicado ópticamente con uno de los puertos de entrada del combinador y un cuarto puerto de salida comunicado

5 ópticamente con el puerto de salida de dicho combinador.

Opcionalmente, el multiplexor óptico pasivo comprende al menos cuatro puertos, un primer puerto de entrada comunicado ópticamente con el puerto común del primer

10 filtro, un segundo puerto de extracción y un tercer puerto de inserción ambos dos compartidos y comunicados ópticamente con el puerto común multiplexado del primer multiplexor WDM y un cuarto puerto de salida comunicado ópticamente con el puerto de salida de dicho combinador.

15 Opcionalmente, el filtro óptico es de tipo rejilla de Bragg.

Opcionalmente, el filtro óptico es de tipo thin-film.

20

Opcionalmente, el filtro óptico es un multiplexor WDM.

Opcionalmente, el filtro óptico es un divisor óptico.

25 Opcionalmente, el filtro óptico es de tipo es un combinador.

Breve descripción de los dibujos

30 La FIG. 1 muestra esquemáticamente un multiplexor add-drop óptico de acuerdo con una forma de realización de la presente invención con puertos separados para “add” y “drop”.

35 La FIG. 2 muestra esquemáticamente un multiplexor add-drop óptico de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención con un único puerto para “add” y “drop”.

40

Descripción detallada de la invención

La presente invención se describe adicionalmente mediante unos modos de realización con referencia a las figuras

45 anteriores. Estas realizaciones no deben considerarse con carácter limitativo se refieren a un dispositivo multiplexor add-drop óptico pasivo (en adelante multiplexor add-drop) para sistemas de telecomunicación basados en la multiplexación de señales ópticas por división en longitud

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de onda. El multiplexor add-drop propuesto permite conectar distintos sistemas de telecomunicación manteniendo el paradigma óptico pasivo. En particular, el dispositivo propuesto permite conectar de forma pasiva redes ópticas

5 WDM, troncales o redes de área metropolitana, con redes de acceso WMD-PON. El dispositivo propuesto distingue entre conjuntos de uno o más canales ópticos situados en bandas separadas del espectro óptico.

10 El multiplexor add-drop propuesto en esta primera realización incorpora cuatro puertos: entrada, inserción (add), extracción (drop) y salida. El puerto de entrada del multiplexor se conecta a dos filtros ópticos que permiten desviar un conjunto de canales ópticos hacia el puerto de

15 extracción, puerto “drop”. Cada filtro desvía un conjunto de canales correspondiente a una banda distinta del espectro óptico. Un combinador óptico conecta el puerto de inserción, puerto “add”, y el puerto de salida, de forma que el dispositivo propuesto permite añadir canales ópticos

20 de cualquier conjunto de canales. El combinador se conecta también con la señal que no ha sido desviada por los filtros. El multiplexor add-drop propuesto realiza tres funciones sobre una señal óptica WDM de entrada: (i) añade canales ópticos, (ii) extrae canales ópticos, y (iii) deja

25 pasar el resto de canales ópticos.

Los filtros ópticos utilizados son seleccionados de entre cualquier dispositivo óptico de tres puertos (común, filtrado y reflejado) capaz de filtrar señales ópticas de 30 un puerto común a un puerto filtrado, y de dejar pasar el resto de la señal óptica a un puerto reflejado. Cualquier componente capaz de realizar esta acción puede ser utilizado en la presente invención. Por ejemplo, se pueden utilizar filtros ópticos basados en tecnología thin-film,

35 Fabry-Perot o rejillas de Bragg; multiplexores WDM o divisores ópticos.

A continuación se detalla una de las formas de realización de la presente invención, representada en la FIG. 1 (donde

40 los números indican elementos similares o relacionados).

Un primer camino de transmisión óptico (11) comunica ópticamente el puerto de entrada con el puerto común (21) del primer filtro óptico (20), y transporta una señal

45 óptica WDM que incluye conjuntos de uno o más canales ópticos situados en bandas separadas del espectro óptico, y de la cual se quieren filtrar algunos de dichos conjuntos (frecuencias desde λn hasta λm).

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La expresión “comunica ópticamente” se refiere a cualquier conexión, unión, enlace o similar, por el cual señales ópticas transportadas por un elemento de un sistema óptico son llevadas a otro elemento de un sistema óptico

5 utilizando un camino de transmisión óptico. En ningún momento se cambia la naturaleza óptica de la señal. Por ejemplo, un camino de transmisión óptico puede ser una fibra óptica monomodo (medio típico para la transmisión de señales ópticas WDM).

10 Un segundo camino de transmisión óptico (12) comunica ópticamente el puerto reflejado (23) del primer filtro óptico (20) con el puerto común (31) del segundo filtro óptico (30), y transporta una señal óptica WDM compuesta

15 por los conjuntos de canales ópticos no filtrados por el primer filtro óptico, algunos de los cuales se filtrarán ahora (frecuencias desde λk hasta λh). Ya que los rangos de frecuencias λn-λmy λk-λh pueden no pertenecer a la misma banda, es necesario utilizar dos filtros ópticos.

20 Un tercer y cuarto camino de transmisión óptico (13 y 14) comunican ópticamente los puertos filtrados (22 y 32) de los filtros ópticos (20 y 30) con los puertos demultiplexados (51 y 52) del multiplexador WDM (50), y

25 transportan dos señales ópticas, cada una de ellas compuesta por los conjuntos de canales ópticos filtrados por el filtro óptico correspondiente. El multiplexor WDM combina ambas señales ópticas en una única señal óptica WDM que sale a través del puerto común multiplexado (53).

30 El multiplexor WDM debe tener al menos 3 puertos: dos demultiplexados y uno multiplexado. Además, debe funcionar correctamente en las bandas del espectro óptico a las que pertenecen los conjuntos de canales ópticos filtrados. En

35 particular, el primer puerto debe ser capaz de multiplexar

o demultiplexar señales ópticas en la banda del espectro óptico para la cual funciona el primer filtro óptico, y el segundo puerto debe hacer lo mismo con el segundo filtro óptico. Por ejemplo, si el primer filtro óptico filtra 40 conjuntos de canales ópticos de la banda O (i.e., 1260-1360 nm) y el segundo filtro óptico filtra conjuntos de canales ópticos de la banda C (i.e., 1530-1565 nm), el multiplexor WDM deberá ser un multiplexor de las bandas O y C, donde el primer puerto trabaja con la banda O y el segundo puerto

45 con la banda C. Aunque en este caso describimos un multiplexor WDM, cualquier componente óptico capaz de combinar señales ópticas de diferentes bandas del espectro óptico en una única puede ser utilizado en la presente invención (e.g., combinadores ópticos).

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Un quinto camino de transmisión óptico (16) comunica ópticamente el puerto común multiplexado (53) del multiplexor WDM (50) con el puerto de extracción, puerto

5 “drop” del multiplexor add-drop, y transporta una señal óptica WDM compuesta por los conjuntos de canales ópticos extraídos de la señal óptica WDM que entró al multiplexor add-drop.

10 El multiplexor add-drop incluye además un combinador óptico con dos puertos de entrada y uno de salida. Un sexto camino de transmisión óptico (15) comunica ópticamente el puerto reflejado (33) del segundo filtro óptico (30) con el primer puerto de entrada (41) del combinador óptico (40), y

15 transporta una señal óptica WDM compuesta por los conjuntos de canales ópticos que no han sido extraídos por ninguno de los filtros ópticos.

Un séptimo camino de transmisión óptico (17) comunica

20 ópticamente el segundo puerto de entrada (42) del combinador óptico (40) con el puerto de inserción, puerto “add” del multiplexor add-drop, por el cual llega una señal óptica WDM compuesta de canales ópticos que se quieren añadir a la señal óptica WDM que entró en el multiplexor

25 add-drop. El combinador óptico combina ambas señales ópticas WDM de los puertos de entrada en una única señal óptica WDM. La nueva señal óptica WDM sale por el puerto de salida (43) del combinador óptico (40).

30 Hay que tener en cuenta que los canales ópticos a añadir pueden pertenecer a cualquier conjunto de canales dentro de cualquier banda del espectro óptico para el cual funcione el multiplexor add-drop, no solo a los conjuntos que fueron extraídos. Por lo tanto, cada puerto del combinador óptico

35 debe operar en todas esas bandas del espectro óptico (a diferencia del multiplexor WDM). Típicamente, las señales ópticas son combinadas en la misma proporción (i.e., 50:50), pero se pueden utilizar otros ratios (e.g., 70:30, 80:20, etc.) para priorizar cualquiera de las señales

40 ópticas de entrada.

Un octavo camino de transmisión óptico (18) comunica ópticamente el puerto de salida del combinador óptico con el puerto de salida del multiplexor add-drop, y transporta

45 la señal óptica WDM que entró menos los conjuntos de canales ópticos extraídos y más los canales ópticos añadidos.

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En una segunda forma de realización de la presente invención, representada en la FIG. 2, la adición de un segundo multiplexor WDM idéntico al primero y de dos circuladores ópticos permite reducir a tres el número de 5 puertos utilizados, uniendo los puertos de extracción e inserción, puertos “drop” y “add”, respectivamente, en un único puerto de extracción e inserción, puerto “drop&add”. El cambio propuesto no modifica el funcionamiento descrito del dispositivo. Los circuladores ópticos tienen tres 10 puertos de entrada-salida, y su funcionamiento es el de redireccionar las señales ópticas de un puerto al siguiente (i.e., el primero al segundo, 1->2, y del segundo al tercero, 2->3). Es decir, una señal óptica que entra por el puerto 1 saldrá por el puerto 2. Esta forma de realización 15 de tres puertos se detalla a continuación. Tomando como base la primera forma de realización de la presente invención, la diferencia principal es el uso de dos circuladores ópticos (160 y 180) conectados cada uno al puerto filtrado (122 y 132) de los dos filtros ópticos (120 20 y 130). En este modo de realización, los primeros puertos de los circuladores (161 y 181) están conectados ópticamente con los puertos filtrados de los filtros ópticos, y los segundos puertos (162 y 182) con los puertos demultiplexados (151 y 152) del multiplexor WDM (150). Así, 25 se observa que la introducción de los dos circuladores ópticos no modifica el funcionamiento de la extracción de los conjuntos de canales ópticos por los filtros ópticos y el multiplexor WDM hasta el puerto “drop&add”. Para que esto suceda, los circuladores ópticos deben trabajar 30 correctamente en las bandas del espectro en las que trabajan los filtros ópticos y la salida demultiplexada del multiplexor WDM a los cuales están conectados. Siguiendo el ejemplo ofrecido para el multiplexor WDM, un circulador óptico debería trabajar en la banda C y el otro en la banda

35 O.

Ahora, la señal óptica WDM con los canales ópticos a añadir se introduce a través del mismo puerto “drop&add” y llega al puerto multiplexado (153) del multiplexor WDM (150). 40 Esta señal es demultiplexada en las diferentes bandas del espectro para las que funcione el multiplexor WDM y sale por los puertos demultiplexados (151, 152). Siguiendo esta dirección, entran por los segundos puertos (162, 182) de los circuladores ópticos (160, 180) y salen por los 45 terceros puertos (163, 183) hacia dos nuevos caminos de transmisión ópticos (191, 192). Estos caminos de transmisión ópticos comunican ópticamente con los puertos demultiplexados (171, 172) de un segundo multiplexor WDM

(170) idéntico al primero. Por lo tanto, a través del

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puerto multiplexado (173) saldrá una señal óptica WDM idéntica a la que entró por el puerto “drop&add”.

El puerto común multiplexado (173) del segundo multiplexor 5 WDM (170) comunica ópticamente utilizando un camino de transmisión óptico (117) con el segundo puerto de entrada

(142) de un combinador óptico (140). De la misma manera que en la primera forma de realización, el combinador óptico combina esta señal WDM con la señal WDM original de la cual 10 fueron filtrados ciertos conjuntos de canales ópticos. Así, a través del puerto de salida (143), un camino de transmisión óptico (118) transporta una nueva señal óptica WDM hacia el puerto de salida del multiplexor add-drop. Esta señal óptica WDM, al igual que en el primer modo de

15 realización, está compuesta por los conjuntos de canales ópticos no filtrados y por los canales ópticos añadidos.

Aunque la presente invención ha sido descrita en términos de las formas de realización representadas en la FIG. 1 y

20 la FIG. 2, numerosas variantes son posibles. De esta manera, modificaciones y cambios como los sugeridos aquí, aunque no limitados solamente a ellos, son considerados dentro del ámbito y alcance de la presente invención y sus reivindicaciones.

25

Aplicación industrial

El dispositivo propuesto es de especial interés para sistemas de telecomunicación basados en multiplexación de

30 señales ópticas en longitud de onda que ofrezcan servicios basados en la transmisión de información cuántica (e.g., la distribución de claves cuántica), y que a su vez requieran compatibilidad con sistemas CWDM o que operen en más de una banda del espectro óptico.

35

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un multiplexor óptico pasivo con funcionalidad para insertar en y/o extraer de una señal óptica de entrada, al

   5 menos un canal, con dicho multiplexor óptico pasivo comprendiendo:

   - al menos dos filtros ópticos (20,30,120,130) configurados para desviar, en la señal óptica, al menos un canal óptico diferente y reflejar el resto de canales;

   10 - un primer multiplexor WDM (50,150);

   -un combinador (40,140);

   -el primer filtro (20,120) y el segundo filtro (30,130) están conectados ópticamente entre sí y también con el primer multiplexor WDM (50,150), con dicho primer

   15 multiplexor WDM (50,150) configurado para multiplexar los canales ópticos desviados de la señal óptica de entrada por los filtros;

   -el combinador (40,140) está configurado para combinar en una señal óptica de salida, un canal de inserción con la

   20 señal óptica reflejada sin los al menos dos canales ópticos diferentes desviados; caracterizado por que comprende además:

   -un segundo multiplexor WDM (170) conectado ópticamente con el combinador (140);

   25 - un primer y un segundo circulador (160,180); donde el primer filtro óptico (120) y el segundo filtro óptico (130) están comunicados ópticamente con el primer multiplexor WDM (150) a través de sendos circuladores (160,180) de manera que desde el primer multiplexor

   30 WDM(150) hasta el segundo multiplexor WDM (170) se establece un camino óptico.
2. 2. El multiplexor óptico pasivo según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende al menos cuatro puertos 35 separados, un primer puerto de entrada (11) comunicado ópticamente con el puerto común del primer filtro (20), un segundo puerto de extracción (16) comunicado ópticamente con el puerto común multiplexado (53) del primer multiplexor WDM (50), un tercer puerto de inserción (17)

   40 comunicado ópticamente con uno de los puertos de entrada

   (42) del combinador (40) y un cuarto puerto de salida (18) comunicado ópticamente con el puerto de salida (43) de dicho combinador (40).

   45 3. El multiplexor óptico pasivo según la reivindicación 2, caracterizado por que comprende al menos cuatro puertos, un primer puerto de entrada (11) comunicado ópticamente con el puerto común del primer filtro (20), un segundo puerto de

   11

   extracción (16) y un tercer puerto de inserción (17) ambos dos compartidos y comunicados ópticamente con el puerto común multiplexado (53) del primer multiplexor WDM (50) y un cuarto puerto de salida (18) comunicado ópticamente con

   5 el puerto de salida (43) de dicho combinador (40).

3. 4.

   El multiplexor óptico pasivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el filtro óptico (20,120,30,130) es de tipo rejilla de Bragg.

4. 5.

   El multiplexor óptico pasivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el filtro óptico (20,120,30,130) es de tipo thin-film.

   10

   15 6. El multiplexor óptico pasivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el filtro óptico (20,120,30,130) es un multiplexor WDM.
5. 7. El multiplexor óptico pasivo según una cualquiera de las

   20 reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el filtro óptico (20,120,30,130) es un divisor óptico.
6. 8. El multiplexor óptico pasivo según una cualquiera de las

   reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el filtro 25 óptico (20,120,30,130) es un combinador.

   12