curso fibra optica i - inictel

Curso 1

Introduccin a los Sistemas

de Fibra ptica

Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica

Interpretar los conceptos y definiciones bsicas de lossistemas de comunicacin ptica, sus componentes yespecificaciones.

Describir los tipos de fibra ptica y tipos de cableexistentes en el mercado.

Explicar los conceptos bsicos de los tipos determinacin ptica

ObjetivosObjetivosObjetivosObjetivos

1. Sistema de transmisin bsico por fibra ptica2. Introduccin a la fibra ptica3. Cables de fibra ptica4. Terminacin ptica5. Laboratorio de componentes de un sistema de

comunicacin ptica6. Laboratorio de demostracin de terminacin con

conectorizacin y empalmes


Que Que Que Que es la Fibra ptica?es la Fibra ptica?es la Fibra ptica?es la Fibra ptica?

Fibra ptica se refiere al medio y la tecnologa asociada conla transmisin de la informacin a travs de impulsos de luz alo largo de una fibra de vidrio o de plstico.

La fibra ptica es una Gua de Ondas que transporta muchomas informacin que los pares de cobre y son menossusceptibles a las interferencias electromagnticas.

La mayora de las compaas telefnicas de Larga Distanciatransportan su informacin a travs de cables de fibra ptica.


Que Que Que Que es la Fibra ptica?es la Fibra ptica?es la Fibra ptica?es la Fibra ptica?

Las tecnologas pticas son el motor de la expansin de la banda ancha en Internet. No cabe duda de que Internet, tal como la

conocemos en estos momentos, sera inviable sin las tecnologas pticas ni las normas de interconexin de redes asociadas.

Junio-2011, Sector de Normalizacin de las Telecomunicaciones de la UIT (UITT). El mundo ptico


CronologaCronologaCronologaCronologa

Alrededor de 2500 A.C. se conoce el vidrio 1626 - Snell pronuncia las leyes de Reflexin y Refraccin de la luz. 1668 - Isaac Newton a travs de sus experimentos con la luz, estudindola

como un fenmeno ondulatorio, encuentra que la luz se propaga de formasimilar a las ondas sonoras, es decir que se puede estudiar como una ondamecnica.

1790 - Claude Chappe construye un telgrafo pticomediante un complicado sistema de telescopios paraestablecer un enlace entre Pars y Estraburgo. Pormedio de torres con sealizaciones mviles podatransmitir informacin a 200 km en 15 minutos. Fuereemplazado luego por el telgrafo elctrico.

1810 - Fressnel establece las bases matemticas sobrepropagacin de ondas



1841 - Daniel Colladon y John Tyndal hacen unademostracin de la luz guiando un chorro de agua enGinebra.


1873 - James Clerck Maxwell demostr que la luz puede estudiarse comouna onda electromagntica.

1874 - Chicolev en Rusia conduca la luz solar a travs de tubos metlicoshuecos espejados por dentro.

1880 - Alexander Graham Bell invent el fotfono para transmitir lavoz. El sonido haca vibrar una membrana espejada, la cualreflejaba la luz del sol, hacindola ms o menos divergente hacia elreceptor colocado a unos 200 metros. Este consista en un granespejo parablico en cuyo centro se encontraba un detector deselenio conectado a una batera y un auricular. Este mtododependa de la luz solar y de la visibilidad.



1910 - Hendros y Debye en Alemania experimentan con varillas de vidriocomo guas de onda dielctricas.

1927 - Baird (Inglaterra) y Hansell (USA) patentan un sistema que puedetransmitir imgenes por medio de fibras de silicio.

1930 - Heinrich Lamm ensambla el primer manojo de fibras transparentesen llevar un mensaje en un filamento de lmpara elctrico.

1934 Norman French (AT&T) patenta el primer telfono que transmitahaces de luz con un sistema de varillas rgidas de vidrio.

1936 EE.UU. comienza a utilizar fibras pticas en telecomunicaciones.


1959 - American Optical obtiene fibras tan finas quetransmiten solo un modo de la luz; se reconocen las fibrascomo guas de ondas de un solo modo.

1960 - Theodore Maiman hace una demostracin delprimer rayo lser (Amplificacin de Luz por EmisinSimulada de Radiacin) en los Laboratorios deInvestigacin de Hughes con luz monocromticacoherente


1962 - Cuatro grupos casi simultneamente crean rayos lser pulsantes dediodo semiconductor que funcionaban solamente a 150 C.

1970 - Corning Glass Works (Kao y Hockman) fabrican fibras pticas conuna atenuacin de 20 dB/km a una longitud de onda de 633nm. (antes1000 dB/Km en 1965) y empalmes de baja perdida

1971 - Standard Telecommunication Labs (STL) hace una demostracinde video digital sobre fibra en el Queen

1973 Bell Labs lanza fibras de baja perdida (CVD) de 1 dB/Km 1975 - Primer rayo lser de semiconductor GaAlAs de onda continua que

funciona a la temperatura ambiente presentada por Lser Diode Labs(tiempo de vida mayor a 2x103 horas)

1977 - El primer enlace con servicio comercial comenz en 1977 a travsde 2,4 km de cables subterrneos que conectaban dos oficinas deconmutacin de la compaa telefnica de Illinois Bell TelephoneCompany. (Primera Generacin, atenuacin 2 dB/Km).

1977 - GTE empieza la primera prueba de enlace por fibra ptica quelleva trfico telefnico en vivo, 6 Mbps, en Long Beach, California.

1979 - Fibras monomodo una atenuacin de 0.20 dB/km a 1550 nm.



1980 - Aparece la segunda generacin usando nuevos lseres a 1300 nm(atenuacin de 0.5 dB/Km).

1982 Fibra monomodo con atenuacin de 0.2 dB/Km ( = 1.55 um) 1983 - MCI fue la primera en tender una Red Nacional de Fibra ptica en

los Estados Unidos. 1985 Se introduce la fibra de dispersin desplazada (DSF), estas fibras

tiene atenuaciones de 0.2 dB/Km en la ventana de 1,550nm condispersin cero.

1988 - El primer cable transatlntico comienza a funcionar conrepetidores cada 64 Km.



1990 - Los Laboratorios Bell transmiten una seal de 2.5 Gbps a travsde 7.500 km sin regeneracin. Empleaba un lser solitn y unamplificador EDFA.

1991 La CCITT establece sus estndares a nivel mundial 1998 - Los laboratorios Bell transmitieron 100 seales pticas de 10 Gbps

por una sola fibra de 400 km. gracias a las tcnicas WDM. 2000 hacia adelante, constante desarrollo de la tecnologa de gua de

ondas ptica, micro-ptica, semiconductores lser, solitn, DWDM,conmutacin ptica y tecnologas xPON.



Automvil Lentamente la fibra se est moviendo hacia la industria

automovilstica en las lmparas indicadores de falla, el interior y lailuminacin del saln y algunos sistemas de audio del vehculo.

Se usan para el cableado en aviones, naves espaciales yaplicaciones militares.

AplicacionesAplicacionesAplicacionesAplicaciones

Aeroespacial La tecnologa aeroespacial y las

aeronaves avanzadas dependen suoperacin de docenas decomputadoras internas con lainformacin redundante de seguridadde vuelo y sistemas auxiliares querequieren un caudal de proceso ytransferencia de datos muy altos y depeso ligero.


Medicina Las fibras pticas tienen una participacin muy

grande en medicina; muchos procedimientosdependen del uso de fibra como la Laparoscopiay Arterioctoma coronaria. Ahora los dentistasestn usando fibras pticas y videocmaras paramirar con atencin la boca del paciente y comoun mtodo de grabacin.

AplicacionesAplicacionesAplicacionesAplicaciones

Computadora y Comunicacin de Datos Los conductores de sistemas de gerenciamiento de la informacin

se estn moviendo a la fibra para el uso en comunicaciones puntoa punto, en redes de rea local y redes de rea extendida debidoal aumento reconocido en las velocidades de datos y el aumentoen la distancia entre las unidades principales de sistema y losusuarios finales.


CATV La demanda de ms canales por el

consumidor, ms servicios de PPV, lamayor claridad del video y la definicindel sonido con calidad de CD mejorado,todo esto requiere de ancho de bandamuy amplio

Se utilizan en redes HFC y transmisin deseales de video

Aplicaciones en TelecomunicacionesAplicaciones en TelecomunicacionesAplicaciones en TelecomunicacionesAplicaciones en Telecomunicaciones

Telefona Las compaas telefnicas estn recurriendo a la fibra ptica para

conectar el usuario final a la central de conmutacin (xPON), paraenlaces troncales inter-centrales, interprovinciales einternacionales entre centrales. La fibra es usada como un patrnde nivel SONET (Synchronous Optical Network)


Comunicaciones de larga distancia, cables submarinos, BACKBONE Interconexin de alta velocidad de datos y banda ancha de redes

LAN, WAN, etc.. Comunicaciones en ambientes difciles, de alta emisin electro-

magntica, altas temperaturas y condiciones climticas adversas Las empresas elctricas usan fibra ptica a lo largo de sus lneas de

alta tensin, para comunicarse entre centrales o arrendarlas

Aplicaciones en TelecomunicacionesAplicaciones en TelecomunicacionesAplicaciones en TelecomunicacionesAplicaciones en Telecomunicaciones


Las perdidas de las fibras son pequeas y relativamente planas entodo el ancho de banda de trabajo, enlaces de hasta 280 Km sinrepetidoras y requieren menor mantenimiento

Bajos costos pues su materia prima es el slice que abunda en latierra, costo de reventa es cero (poco robo comparado con cobre)

Inmune a ruidos externos de radio frecuencia (RFI) e interferenciasde redes elctricas o de alta tensin (EMI), a la humedad ycorrosin; no requiere apantallamientos.

Dificultad para captar sus emisiones, lo cual proporciona seguridad

Eliminacin de los problemas de bucle a tierra y descargaselctricas

VentajasVentajasVentajasVentajas


Las fibras y los componentes pticos son muy confiables y estables.

Reducido tamao, compacto y ligero, Seran necesarios 2 toneladasmtricas de alambre de cobre para transmitir la informacin que sepuede con un poco ms de 0.5 Kg de fibra.

Flexible, fcil de instalacin y de transporte aun en zonas peligrosas

La fibra es menos costosa que los cables coaxiales y el cobre; costode reventa es cero (poco robo)



64 Kbps 1 ch de voz

ANTES

FIBRA OPTICA - DWDM MAANA

2 Tbps 32000,000 ch de voz

HOY

2.4 Gbps 32,000 ch de voz

AYER


Gran capacidad de transporte de informacin, Actualmente pueden transmitirse hasta 200 lseres de distinta longitud de onda en una misma fibra equivalente a 200x10Gbps, lo cual genera bajos costos por canal,


Los equipos terminales son mas caros comparados con equipos decobre

La FO es mas delicada y debe ser manejado cuidadosamente La ultima milla aun no es totalmente fibra debido a los costos de

los equipos de abonado. La comunicacin aun no es totalmente ptico, a veces hay

necesidad de conversiones electrica-optica-electrica Existen amplificadores, spliters, mux/demux aun en etapa de

desarrollo Tcnica de empalmes requiere personal experto y entrenado Equipos de empalme y medicin son caros comparados con

equipos de cobre Equipos inherentemente direccionales ALTOS COSTO DE INSTALACION, empalmes poco complicados

Desventajas ????Desventajas ????Desventajas ????Desventajas ????


MENOR ATENUACION

MAYOR ANCHO DE BANDA

MULTIPLEXACIONDE LONGITUD DE

ONDA

PEQUEODIAMETRO

PESOLIVIANO

FLEXIBILIDAD

LIBRE DEINDUCCION

MAYORES DISTANCIASENTRE

REPETIDORAS

GRAN CAPACIDADDE

TRANSMISION

MEJORAMIENTODEL

FACTORDE ESPACIO

EXPANSIONDEL

AREA DEAPLICACION

BAJOCOSTO

ALTA CONFIABILIDAD

VARIEDADDE

SERVICIOS

MEJORAMIENTODEL

MANTENIMIENTO

MEJORAMIENTODE LA

INSTALACION

ALTA CALIDAD

Caractersticas y VentajasCaractersticas y VentajasCaractersticas y VentajasCaractersticas y Ventajas


La transmisin ptica se compone de un transmisor que transforma lasondas electromagnticas con la informacin deseada en energaluminosa, esta energa se transmite a travs de las fibras pticas hastael lugar de destino en donde un detector ptico convierte la sealluminosa en energa electromagntica, lo ms similar posible a la sealoriginal; en este punto se extrae la informacin que se transmiti.

Sistema de Transmisin pticaSistema de Transmisin pticaSistema de Transmisin pticaSistema de Transmisin ptica


Esta modo de transporte de informacin se ha convertido en una de lastecnologas ms avanzadas y empleadas, se estima que para el 2014debemos de tener 2 billones de kilmetros de fibra ptica instalados enel mundo (13,000 veces la distancia al sol).

Sistema de Transmisin pticaSistema de Transmisin pticaSistema de Transmisin pticaSistema de Transmisin ptica

La transferencia de informacin entre dos o mas ubicaciones y/opersonas requiere cada vez mayor ancho de banda.


Indiscutible crecimiento de las industrias para producir y proveerproductos que permitan: Transferencia, procesamiento, visualizacin yalmacenamiento de la informacin

Porque Fibra ptica ???Porque Fibra ptica ???Porque Fibra ptica ???Porque Fibra ptica ???


Las redes de telecomunicaciones facilitan y agilizan la transferencia de informacin

Porque Fibra ptica ???Porque Fibra ptica ???Porque Fibra ptica ???Porque Fibra ptica ???

Tipo de informacin por ejemplo videos, archivos de datos requieren cada vezmayor capacidad de almacenamiento de informacin, ej. lo ltimo pelculas enDVD (4.7 GB), contenido del nuevo HDD de Hitachi Cambio (2 TB o 426 DVDs)

Diseo y evolucin de las redes de telecomunicaciones


Aumento de la velocidad de procesamiento y reduccin del costo de la informtica

Motores de la evolucin de las redesMotores de la evolucin de las redesMotores de la evolucin de las redesMotores de la evolucin de las redes


Atractivo del Servicio de la InternetEl lmite entre de la oferta que brindan los proveedores decontenidos, aplicaciones, comunicaciones, etc. y la demandade los usuarios no est definida.



Desregulacin del sector de las telecomunicaciones


Posicin de MonopolioInversiones a Largo PlazoConsideraciones Sociales

Pasado Presente

Liberalizacin & CompetenciaRetorno de inversin a corto plazoAceleracin del ritmo del cambio


Diferentes partes de la red pblica Interurbano: parte de la red en una gran ciudad o regin Larga distancia: entre las ciudades, a nivel nacional o

internacional

Larga distancia Metropolitana Bucle Local

Arquitectura de las RedesArquitectura de las RedesArquitectura de las RedesArquitectura de las Redes


Redes privadas operadas por empresas o instituciones pblicaspara uso interno.o Redes de rea local (LANs): en edificios de pocos Km.o Redes de rea Metropolitana (MANs). Decenas a cientos de Km.o Redes de rea amplia (WANs): varios cientos a miles de Km.

Las redes MANs / WANs de las corporaciones usualmenteestn soportadas en las redes pblicas.

Arquitectura de las RedesArquitectura de las RedesArquitectura de las RedesArquitectura de las Redes


El ndice de refraccin de un medio n se define como:

El ndice de refraccin es adimensional y es una constante del material, en el vaco (similar al aire) el ndice es n0 = 1

El ncleo de las fibra pticas usadas en telecomunicaciones son de cristal de silicio (n = 1.5) y las usadas comercialmente varan de 1.4 a 1.5

La velocidad de la luz en el material depende de la longitud de onda, tambin depende de los dopajes del ncleo y el revestimiento

Teora ptica BsicaTeora ptica BsicaTeora ptica BsicaTeora ptica Bsica

= .

. =

= .

. =


Luzincidente

LuzRefractada

n2

n1

Luzincidente

n2

n1

cLuz

incidente

LuzReflejada

n2

n1

Cuando una onda luminosa incide sobre al superficie de separacin entre dos sustancias, la onda se refleja total o parcialmente, la parte que no se refleja se refracta.

Teora ptica BsicaTeora ptica BsicaTeora ptica BsicaTeora ptica Bsica

medio 1

medio 2

= =


Luzincidente

LuzRefractada

n1 , c1

Normal aFrontera

n2 , c2

Ley de Refraccin de SnellLey de Refraccin de SnellLey de Refraccin de SnellLey de Refraccin de Snell

Frontera sin

sin =

=

sin

sin =

=

> >


Ley de Refraccin de SnellLey de Refraccin de SnellLey de Refraccin de SnellLey de Refraccin de Snell


DecibelesDecibelesDecibelesDecibeles

El Decibel, es una relacin usada para medir una cantidad, no tiene dimensiones (adimensional) descrita en la norma B12 de la UIT.

Decibeles, similar a los logaritmos, usados para simplificar los clculos al emplear cantidades muy grandes o muy pequeas.

Si dB es un valor positivo se trata de Ganancia y si es un valor negativo sern perdidas o atenuacin.

! = 10 log''

! = 10 log''

! = 20 log

! = 20 log


dB, dBm y dBmVdB, dBm y dBmVdB, dBm y dBmVdB, dBm y dBmV

Niveles Absolutos

dB es usado para comparar 2 seales de potencia o

voltajes en dos puntos cualquiera del sistema

Niveles Referenciales o Relativos, es la potencia en un punto

del circuito con respecto a una referencia

dBm comparada con el valor de 1 mw

dBmV comparada con el valor de 1 mV

dBw comparada con el valor de 1 w

dBuV comparada con el valor de 1 uV


La calidad de los cables de fibras depende del proceso defabricacin de la fibra y de los materiales usados en ella

El ndice de refraccin de la fibra se modifica en el ncleo y elrevestimiento, mediante la adicin de pequeas cantidades muycontroladas, de xidos de Ge, Bo y P, partiendo para ello detetracloruros y pentacloruros lquidos a temperatura ambiente

Los procesos de fabricacin son el de crisol y el de proforma. Elprimero se utiliza para fibras de prestaciones limitadas enatenuacin y ancho de banda (aplicaciones de circuito cerrado,medicina, industria del automvil, etc..) siendo de baja calidad.

Tecnologas de FabricacinTecnologas de FabricacinTecnologas de FabricacinTecnologas de Fabricacin


El de proforma es el de mas inters en las telecomunicacionespara aplicaciones de banda ancha.

La fibra es fabricada usando el proceso del grafico, por el cual uncilindro de fibra de silicio es calentado y estirado hasta el dimetrocorrecto, luego se le da una capa protectora que es secada en elmismo lugar usando luz ultravioleta.

Tecnologas de FabricacinTecnologas de FabricacinTecnologas de FabricacinTecnologas de Fabricacin

Receptculo Movible

PreformadorHorno

Aplicador de la cubierta

Lmparas Ultravioletas

Carrete enrollador

Monitor del dimetro

Tractor ensamblador


1. Sistema de transmisin bsico por fibra ptica2. Introduccin a la fibra ptica3. Cables de fibra ptica4. Terminacin ptica5. Laboratorio de componentes de un sistema de

comunicacin ptica6. Laboratorio de demostracin de terminacin con

conectorizacin y empalmes


y

Longitud de Onda 10x (metros)5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -16 x

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Frecuencia 3 x 10y (Hz)

RayosX

Ondas de Radiocomunicaciones

L

u

z

V

i

s

i

b

l

eRayosInfra-rojos Rayos

Ultra-violeta

OndasCalo-ricas

RayosCsmicos

RayosGamma

1 MHz 1 GHz 1 THz

AM FM TV Radar Telecom.

nm1600 1550 800 628 550 400

Ultravioleta

Verde

Amarillo

Violeta

Naranja

Rojo

Infrarrojo

1310 850 760 580 455

Espectro de luz visible

Aplicaciones de Fibra ptica

Espectro de longitud de Onda

1 Ventana

2 Ventana

3 Ventana

Clasificacin de las Ondas pticasClasificacin de las Ondas pticasClasificacin de las Ondas pticasClasificacin de las Ondas pticas


Espectro pticoEspectro pticoEspectro pticoEspectro ptico

187 300 375 476 500 517 588 652 789

1600 850 800 630 600 580 510 460 380

Terahertz (1012 Hz)

Nanmetros (10-9 m)

Infrarrojo Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Ultravioleta

Mayor frecuencia Menor

Fibraptica

La transmisin de informacin a travs de fibras pticas serealiza mediante la modulacin de un haz de luz invisible al ojohumano (por debajo del infra-rojo).Se debe evitar mirar directamente y de frente una fibra a la cualse le est inyectando luz


Enlaces de cobre

Enlaces de radioTerrestres

Enlaces satelitales

Enlaces de F.O.

Fibra pticaConvertidor

ptico a elctrico

rbita desatlite

Convertidorelctricoa ptico

Estaciones de Radio

Cablemetlico

Repetidorelctrico

Repetidorelctrico

Fibra ptica como medio de TransmisinFibra ptica como medio de TransmisinFibra ptica como medio de TransmisinFibra ptica como medio de Transmisin


Tipo de CableDimetro del cable

(mm)

Peso del cable

(Kg/m)

Velocidad de

Transmisin (Mb/s)

Seccin mxima sin repetidora

(Km)

Capacidad total de canales

(canales por cable)

Capacidad de canales por

unidad de rea (canales//mm2)

Cable de 24 fibras monomodo 12 0.128 100,000 400

92.160(7680 x 12) 815

Cable de 24 fibras multimodo de ndice gradual.

12 0.128 140 25 23.040(1920 x 12) 205

Cable coaxial de 9.5 mm.18 ncleos

65 11.0 565 1.5 69.120(7680 x 9) 21

Cable Interurbano con aislamiento de polietileno celular de 0.9 mm, 54 pares.

28 1.0 2 3~4 600(30 x 20) 1

Comparacin entre FO y otros cablesComparacin entre FO y otros cablesComparacin entre FO y otros cablesComparacin entre FO y otros cables


CH1

CHn

MUX

CH2

CH1

CH2

CHn

MUXOLTE

Cable de Fibra

Repetidor/amplificador

Cable de Fibra

OLTESistema TDM

Sistema Bsico de Transmisin por FOSistema Bsico de Transmisin por FOSistema Bsico de Transmisin por FOSistema Bsico de Transmisin por FO

o Transmisoreso Fuentes o Transceptoreso Interfaceso Divisoreso Atenuadores

o Receptoreso Detectores

o Amplificadoreso Conectoreso Empalmes

o Fibra Multimodoo Fibra Monomodoo Cableso Pasivos


La fibra ptica es un medio fsico de comunicacin (hebra de vidrioo silicio fundido) en donde la informacin viaja en forma de luz.

Es una gua de onda ptica (dielctrica) que permite el paso deondas electromagnticas luminosas, esta conformado por doscapas (ncleo y revestimiento) los cuales permiten la propagacinde la luz a travs de reflexiones sucesivas.

La Fibra pticaLa Fibra pticaLa Fibra pticaLa Fibra ptica

Comunicaciones bidireccionales requieren 2 filamentos para una comunicacin, cada filamento de 0.1 nm aprox (similar al cabello humano)


La FO est compuesta por tres cilindros concntricos flexiblesllamados ncleo (core), revestimiento (cladding) y cubiertaprotectora (jacket o buffer) con diferente ndice de refraccin, elmismo que mediante una reflexin interna permite que la luz seaguiada por el ncleo.

1er. recubrimiento protector(First coating)

Ncleo de Vidrio (Core)

Cubierta de Vidrio (Cladding)

Estructura de la Fibra pticaEstructura de la Fibra pticaEstructura de la Fibra pticaEstructura de la Fibra ptica


Ncleo (Core): seccin interna de material de vidrio (cristal dedixido de silicio SiO2 ) con ciertas impurezas y dopantes (GeO2,P2O5, etc.) o plstico las cuales determinan sus caractersticas, esla zona de propagacin de la luzRevestimiento o Envoltura (Cladding): recubre a cada una de lasfibras del ncleo y posee propiedades pticas diferentes, es la zonade reflexin de la luz, por lo general dixido de silicio puroCubierta protectora o chaqueta (Coating y/o buffer): Material deplstico (resina silicona) que recubre a una o ms fibras revestidas,las protege contra corrosin, humedad, etc.. Tienen diferente modulode Young.


Entrada de luzFuente ptica

LASER

Salida de la luzDetector ptico

APDNCLEOFibra ptica


Para conseguir Reflexin Interna Total de la luz en una fibra ptica, debe cumplirse:o El ncleo y el revestimiento deben de ser pticamente

diferentes (ndices de refraccin del ncleo entre 0.1 1 % mayor que el ndice de refraccin del revestimiento).

o La luz debe ingresar en la fibra con un ngulo mayor al ngulo crtico (apertura numrica).


> >

> >


Ncleo(8~62.5 um)

Cladding(125 um)

Coating(250 o 900 um)

Seccin transversalVista en perspectiva


*+, >+-./ >.*00+,*+, >+-./ >.*00+,


En este punto, la propagacin de la luz ha sido comprobadausando un mtodo llamado el trazado de rayos.

El trazado de rayos depende de la suposicin de que la luzviaja en lneas rectas excepto en los lmites de transicin.

Aunque este mtodo funciona bien para la mayora de loscasos, no explica todos los fenmenos pticos.

Cladding

Ncleo

Modo Fundamental

Modos de Orden Mayor

Propagacin de la LuzPropagacin de la LuzPropagacin de la LuzPropagacin de la Luz


Para describir algunos fenmenos pticos, se debe recordar quela luz es en realidad una onda electromagntica viajera.

Cuando la luz se propaga por una fibra, crea una "ondaestacionaria" a travs del dimetro del ncleo de la fibra. Estoes llamado Propagacin de Gua de Onda.

Una pequea parte de energa tambin penetra en la cubierta.

Cladding

Ncleo

Frente de Ondas de Propagacin

Propagacin de la Gua de OndaPropagacin de la Gua de OndaPropagacin de la Gua de OndaPropagacin de la Gua de Onda


Las Ondas Estacionarias" en el ncleo permiten lapropagacin de las seales mientras que los niveles de la sealfuera del ncleo decaen de manera exponencial.

No se puede mostrar la imagen en este momento.

Propagacin de Ondas en fibra (2D)Propagacin de Ondas en fibra (2D)Propagacin de Ondas en fibra (2D)Propagacin de Ondas en fibra (2D)



Primeros seis modos de propagacin en fibras multimodo

Propagacin de Ondas en fibra (3D)Propagacin de Ondas en fibra (3D)Propagacin de Ondas en fibra (3D)Propagacin de Ondas en fibra (3D)


Debido a que un poco de energa se propaga en la cubierta, losfabricantes de fibra hacen referencia al dimetro eficaz delncleo o Dimetro de Campo Modal.

Dimetro de Campo Modal es definido como el ancho delcampo a e-1 ( 1/3) de la amplitud mxima.

NUCLEO

A

A*e-1

MFD

Dimetro del Campo Modal (MFD)Dimetro del Campo Modal (MFD)Dimetro del Campo Modal (MFD)Dimetro del Campo Modal (MFD)


En fibras monomodo, el dimetro del campo modal caracteriza eltamao del ncleo, la potencia acoplada y la habilidad de haceruniones de bajas perdidas.

Representa la distribucintransversal de la potenciapropagndose en la fibra

El radio se define entre lospuntos donde la potencia cae a1/e2 = 0.135

Dimetro del Campo Modal (MFD)Dimetro del Campo Modal (MFD)Dimetro del Campo Modal (MFD)Dimetro del Campo Modal (MFD)


La cantidad del potencia ptica que puede ser aplicada alncleo de la fibra depende de la habilidad de reunir (acaparar)luz de la fibra.

Apertura Numrica (NA) o cono de aceptancia define el ngulomximo de la luz que ser transmitida por la fibra.

Cuanto mayor es la AN, mayor es la capacidad de la FO paracaptar energa lumnica emitida por la fuente

Cono deAceptacin

an2

n1

Apertura NumricaApertura NumricaApertura NumricaApertura Numrica


Angulo de Angulo de Angulo de Angulo de aceptacinaceptacinaceptacinaceptacin

Rango del angulo (cono) de aceptacin- aceptancia

1 Luz viajando dentro del revestimiento (rayo refractado)2 Luz incidiendo con el angulo critico3 Luz viajando dentro del ncleo (rayo reflejado)

Manto N2

Manto N2

ncleo n1 c(angulo critico)90- c

c

Aire n0 = 1

c

32

1

3

21

90

revestimiento n2

revestimiento n2

123 = 4 = sin

5

123 = 4 = sin

5

sin 4 > sin 90 sin 4 > sin 90

> > > >


Transmisin de la luz por la FibraTransmisin de la luz por la FibraTransmisin de la luz por la FibraTransmisin de la luz por la Fibra

Eje cilndricodel ncleo

Cladding (n2 )

Rayo de luz ingresaal ncleo desde el aire

Rayos de luz menores queel ngulo critico sonabsorbidos por el revestimiento

Ncleo (n1 )

buffer

Angulo dereflexin

Angulo deincidencia

La luz es propagada por reflexin interna total

n1 ndice de refraccin del ncleo

n2 ndice de refraccin del revestecimiento

Corte Longitudinal


n1 = ndice de refraccin del ncleo.

n2 = ndice de refraccin del cladding.

= Diferencia relativa de ndices de refraccin.

= Angulo de aceptancia


18 = sin = 18 = sin =

18 = 218 = 2

=

2=

2


Problema:

Se tiene una fibra ptica con un ncleo de vidrio que poseeun ndice de refraccin de 1.52 y un revestimiento decuarzo fundido con un ndice de refraccin de 1.46. Senecesita determinar:a) Cual es la velocidad de la luz en el ncleo y en el

revestimientob) Cual es el Angulo Crtico.c) Angulo de Aceptancia.d) Apertura Numrica de dicha fibra.

Solucin:


Clasificacin de la Fibra pticaClasificacin de la Fibra pticaClasificacin de la Fibra pticaClasificacin de la Fibra ptica

Por el material dielctricoo Fibra ptica de silicioo Fibra ptica de vidrio multicompuestoo Fibra ptica plstica

Por el modo de propagacino Fibra ptica Multimodo (MM)o Fibra ptica Monomodo (SM)

Por la distribucin o perfil del ndice de refraccino Fibra de ndice escalonado o salto de ndice (SI = Step Index)o Fibra ptica de ndice gradual (GI = Graded Index)

Fibras Especialeso Fibras de Polarizacin mantenidao Fibras de Dispersin Desplazada/plana


Tipo de FO por el Tipo de FO por el Tipo de FO por el Tipo de FO por el dielctricodielctricodielctricodielctrico

Fibras de Silicio

Nucleo y revestimiento de silice, aplicacin dirigida a

comunicaciones de larga distancia y sistemas de gran capacidad.

Fibras de Envoltura Plstica

Nucleo de silice y revestimiento plstico, resistencia a radiaciones,

en aplicaciones militares de baja capacidadFibras de Plstico

Nucleo y revestimiento de material plstico transparente,

aplicaciones no usadas en telecomunicaciones


Tipos de Fibra pticaTipos de Fibra pticaTipos de Fibra pticaTipos de Fibra ptica

Por qu hay diferentes tipos de fibra ? Debido a que hay diferentes aplicaciones para fibra ptica,

hay diferente clases de fibra fabricadas para cubrirrequisitos especficos.

Cuanto ms pequeo es el ncleo, ms baja es laatenuacin y mayor es el ancho de banda, pero ms difciles la conectorizacin.

Tenemos, fibras de dimetro reducido, como 9/125 um, quese utilizan tpicamente en aplicaciones de comunicacionesa larga distancia.

Hay otras fibras de 50/125 um y 62.5/125 um, que sesuelen utilizar en aplicaciones de transmisin de datos,hasta 2 o 4 Km de distancia tpicamente.


Se denomina perfil de refraccin de una fibra ptica a la variacinque tiene el ndice de refraccin conforme nos movemos en laseccin transversal de la fibra, a lo largo del dimetro.

A B0

Perfil dePerfil dePerfil dePerfil de RefraccinRefraccinRefraccinRefraccin

Perfil del ndice por pasosMultimodo de ndice escaln

Perfil del ndice graduado (cuadrtico)Multimodo de ndice gradual


n2

n2

n1

D1D2

D1 = 50 um

D2 = 125 um

Un modo es una solucin de las ecuaciones de Maxwell y trans-porta una cantidad discreta de energa, se asocia a rayo luminoso

La seal es capaz de viajar en varias rutas (llamadas modos) las mismas reciben la luz a diferentes ngulos..

Empalmes fciles y acoplaciones a las fuentes de luz, mas baratas Aplicaciones locales y menores anchos de Banda. Velocidad de Tx limitada (100 Mbps, 40 Km); mayor BW cuando

menor es el nmero de modos que se transmiten

Fibra MultimodoFibra MultimodoFibra MultimodoFibra Multimodo


Fibra Multimodo de ndice Gradual que puede usarse en la banda de 850 nm o 1300 nm o en ambas bandas simultneamente

Puede emplearse para transmisin anloga o digital Dimetro del ncleo 50 3 um Dimetro del revestimiento 125 3 um Perfil del ndice de Refraccin Casi parablico Apertura Numrica 0.18 a 0.24 Coeficiente de Atenuacin < 4 dB/Km en = 850 nm

< 2 dB/Km en = 1300 nm Ancho de Banda > 200 MHz x Km en = 850

> 200 MHz x Km en = 1300

Fibra Multimodo (Rec. G.651)Fibra Multimodo (Rec. G.651)Fibra Multimodo (Rec. G.651)Fibra Multimodo (Rec. G.651)


Existen dos tipos de fibra Multimodo distinguidos por el perfil del ndice que poseen y por la manera como la luz viaja a travs de ellao La fibra multimodo de ndice escaln, tambin llamada de

Salto de ndice de Refraccino La fibra multimodo de ndice gradual

FO MultimodoFO MultimodoFO MultimodoFO Multimodo

Nucleo (um) Revestimiento (um)Escaln

200 250 - 380Gradual

50 (Japn, Europa) 12562.5 (America) 125

85 125


Fibras de ndice EscalonadoFibras de ndice EscalonadoFibras de ndice EscalonadoFibras de ndice Escalonado

La fibra de ndice Escalonado tiene un ncleo de un solo tipode vidrio con un ndice de reflexin constante y un lmite detransicin bien definido entre el ncleo y la cubierta.

En este caso todos los modos se propagan a la mismavelocidad pero sobre trayectos de distancias diferentes, ladispersin modal puede ser critica en grandes distancias.

n2

n1 nDim

etro


El ncleo con el cladding hacen una diferencia de ndice derefraccin, lo cual hace que la luz se desplace en lnea recta, eneste caso el ndice de refraccin es constante desde el eje de laFO hasta donde termina el revestimiento; en este punto seproduce un salto del ndice o discontinuidad del ndice.

FO Multimodo de ndice EscalnFO Multimodo de ndice EscalnFO Multimodo de ndice EscalnFO Multimodo de ndice Escaln


n2

n1 nDim

etro

La fibra de ndice Gradual tiene un ncleo con un ndice derefraccin de forma parablica (o casi parablica) y un lmite detransicin ncleo-cladding que no est bien definido.

Los modos que se desplazan cerca del centro del ncleo venun ndice refractivo ms alto y se propagan ms despacio quelos modos que se desplazan cerca del cladding (a diferentevelocidad). Esto reduce o elimina la dispersin modal.

FO Multimodo de ndiceFO Multimodo de ndiceFO Multimodo de ndiceFO Multimodo de ndice GradualGradualGradualGradual


En este caso el ncleo esta compuesto por capas de vidrio dediferente ndice de refraccin, el cual hace que la luz viaje enforma de parbola redireccionandose siempre hacia el eje de lafibra, el ndice de refraccin es constante en el revestimiento peroel ndice del ncleo varia gradualmente con la distancia desde eleje de la fibra y se hace mximo en el centro

FO Multimodo de ndiceFO Multimodo de ndiceFO Multimodo de ndiceFO Multimodo de ndice GradualGradualGradualGradual


V = Parmetro estructural, determina el comporta-miento monomodal de la fibra.

a = Radio del ncleo de la fibra = longitud de onda de trabajo.N = numero de modos.

Modos de Propagacin de la FOModos de Propagacin de la FOModos de Propagacin de la FOModos de Propagacin de la FO

La Frecuencia Normalizada V es un parmetro que describe laestructura del modo y relaciona los parmetros geomtricos,pticos y de longitud de onda de transmisin

Relaciona el mximo ngulo de aceptanca de la fibra, el nmerode modos electromagnticos en la fibra y la cantidad de dispersinintroducida por las diferentes trayectorias entre los modos.

=;*

? =

2

8@ =

48@ =

4

ndice Escaln

ndice Gradual

> 2.405

2.405

FO MultimodoFO Monomodo TE11


Problema:

Se tiene un conductor de fibra ptica con perfil gradual cuyodimetro del ncleo es de 50 m, su apertura numrica es de0.2, y su longitud de onda (), es de 1m. Cuntos modos depropagacin de luz sern conducidos por el ncleo de esta fibra?

Problema:

Determinar el parmetro V, a = 0.85 m, para una fibra ndiceescaln con dimetro de ncleo de 50 m, n1 = 1.47, n2 = 1.45.Cuntos modos de propagacin existen en esta fibra a 0.82 m ya 1.3 m


Es la fibra que por su diseo es capaz de guiar un solo rayo de luz (modo), se reduce el tamao del ncleo causando emisin de la luz en un solo modo, el del rayo axial (longitudinal).

Elimina el retardo por trayectorias diferentes. Transmisiones de alta velocidad (40 GHz, 200 Km sin repetidores);

BW superior a la fibra multimodo. Ventana de trabajo: 1310 nm, 1550 nm, 1625 nm. Requieren cuidados y experiencia para los empalmes y acoplacin a

las fuentes, son mas caras

Fibra MonomodoFibra MonomodoFibra MonomodoFibra Monomodo

n2

n2

n1

Nucleo (um)8 -10

Revestimiento (um)125


Fibra Monomodo cuya longitud de onda de dispersin nula esta situada alrededor de 1300 nm optimizada para su uso en la banda de 1300 nm

Tambin puede usarse en la banda de 1550 nm (no optimizada). Dimetro campo modal 1300 nm 9 um (revest. con depression)

( 10%) 10 um (revest. adapt ado) Dimetro del revestimiento 125 3 um Longitud de Onda de corte 1100 nm < c < 1280 nm Coeficiente de Atenuacin 0.1~1 dB/Km en = 1300 nm

0.25~0.5 dB/Km en = 1550 nm Coeficiente de Dispersin 3.5 de 1285 a 1330 nm

Cromtica (mximo pseg/nmxKm) 6 de 1270 a 1340 nm 20 a 1550 nm

Fibra Monomodo (Rec. G.652)Fibra Monomodo (Rec. G.652)Fibra Monomodo (Rec. G.652)Fibra Monomodo (Rec. G.652)


Tipos Fibras CCITTTipos Fibras CCITTTipos Fibras CCITTTipos Fibras CCITT

Modo ndiceDext

ncleo (um)

Dint revest(um)

Atenuacin

(dB/Km)

Apertura Numric

a

BW (MHz-Km)

Monomodo Salto 10 125 0.3 0.08 > 1000

Multimodo Gradual 50 125 4 (850 nm) 0.2 600

Multimodo Salto 100 200

Multimodo Gradual 85 125

Multimodo Gradual 62.5 125 4 (850 nm) 0.2 160

Multimodo Salto 100 140 5 (850 nm) 0.2 100


Fibras Monomodo y MultimodoFibras Monomodo y MultimodoFibras Monomodo y MultimodoFibras Monomodo y Multimodo

La fibra Multimodo tiene un ncleo ms grande y permite quevarios modos se propaguen mientras el monomodo solopermite la propagacin de un modo (el primer modo o modofundamental).

n 2

n 1 nDim

etro

n 2

n 1 n

Dim

etro

Fibra Mono-Modo

Fibra Multimodo


Fibras Monomodo y MultimodoFibras Monomodo y MultimodoFibras Monomodo y MultimodoFibras Monomodo y Multimodo


La operacin del enlace est limitada por:

Receptor

Receptor

Prdidas

Ensanchamiento

Limitaciones de la FOLimitaciones de la FOLimitaciones de la FOLimitaciones de la FO


Parmetros CaractersticosParmetros CaractersticosParmetros CaractersticosParmetros Caractersticos de la FOde la FOde la FOde la FO

Los parmetros que determinan las caractersticas de transmisiny propagacin de los modos a travs de una fibra ptica son:PARAMETROS ESTATICOS, constantes a lo largo de la FO.

o Geomtricoso pticos

PARAMETROS DINAMICOS, afectan la transmisin de la seal.o Atenuacino Dispersin Temporal

PARAMETROS DE TRANSMISION


GEOMETRICOS Son funcin de la tecnologa usada en la fabricacin de las

fibras; dimetro del ncleo y revestimiento, excentricidad, no circularidad.

OPTICOS Apertura Numrica ndice de Refraccin y Perfil del ndice de refraccin. Diferencia relativa de ndices Longitud de onda de corte Dimetro del campo modal

Parmetros EstticosParmetros EstticosParmetros EstticosParmetros Estticos de la FOde la FOde la FOde la FO



ATENUACION, Afectan la potencia y el nivel de la seal Intrnsecas: constitucin fsica. Extrnsecas (Perdidas) : fabricacin, envejecimiento, tendido.

DISPERSION TEMPORAL, Limita la tasa de transmisin (respuesta de frecuencia en Banda Base)

Dispersin Modal Dispersin del material Dispersin por guas de onda (waveguide)

Parmetros Dinmicos de la FOParmetros Dinmicos de la FOParmetros Dinmicos de la FOParmetros Dinmicos de la FO


Parmetros Parmetros Parmetros Parmetros Estticos Estticos Estticos Estticos ---- GeomtricosGeomtricosGeomtricosGeomtricos

Dimetro del ncleo (MM). No circularidad del ncleo (MM). Error de concentricidad ncleo revestimiento (SM, MM). Dimetro del revestimiento (SM, MM). No circularidad del revestimiento (SM, MM). Dimetro del recubrimiento primario (SM, MM). No circularidad del recubrimiento primario (SM, MM). Error de concentricidad de revestimiento - recubrimiento

primario (SM, MM)



Cantidad de luz que puede aceptar una fibra ptica a travs del ncleo.

Es el parmetro que da la idea de la cantidad de luz que puede ser guiada por una fibra ptica,

donde: AN vara entre 0.1 a 0.5

18 = sin 4 = 18 = sin 4 =

Parmetros Parmetros Parmetros Parmetros Estticos Estticos Estticos Estticos ---- GeomtricosGeomtricosGeomtricosGeomtricos


Es el cociente entre la velocidad de la luz en el vaco y la velocidad de la luz en el medio que consideremos.

donde: n 1

En la fibra ptica:nnucleo > nrevestimiento

ndice de Refraccinndice de Refraccinndice de Refraccinndice de Refraccin

= .

. =

= .

. =

Material ndice de Refraccin

Vaco 1.0000Agua 1.009, 1.333Aire 1.0003

Nucleo FO 1.465Revestimiento FO 1.450

Vidrio 1.6Diamante 2.4


Es la prdida de potencia luminosa que sufren los impulsos de luz a lo largo de la fibra (relacin por unidad de longitud entre las potencias a la salida Tx y entrada Rx) y se mide en dBm

La cantidad de atenuacin de la seal en la FO depende de la longitud de onda de la luz del emisor.

La La La La Atenuacin Atenuacin Atenuacin Atenuacin en FOen FOen FOen FO

'(


Potencia

Distancia

Coeficientede atenuacin

de la fibra

La La La La Atenuacin Atenuacin Atenuacin Atenuacin en FOen FOen FOen FO

PinPout

A medida que la luz viaja a travs de la fibra ptica, supotencia decrece exponencialmente con la distancia L debidoa que la luz es absorbida por la fibra cuando se propaga

La atenuacin de la seal no depende del ancho de banda o lamodulacin

La potencia total transmitida se distribuye entre los diferentesmodos (MM) y entre los rayos espectrales (SM)


Intrnsecas (del material)o Perdidas por absorcin OHo Perdidas por Scattering Rayleigho Perdidas por Scattering debido a la estructura no uniforme

del ncleo Extrnsecas o de Instalacin (mal cableado o empalme)

o Perdidas causadas por curvaturaso Por micro curvaturas causadas por presin externao Por uniones (splice) reflexin de Fresnelo Por acoplamiento entre la fibra y los aparatos receptores y

transmisores (reflexin de Fresnel)

Atenuacin Atenuacin Atenuacin Atenuacin en FOen FOen FOen FO


Dependen de la composicin del vidrio, impurezas, etc. y no pueden eliminarse.

Las ondas de luz en el vaco no sufren ninguna perturbacin, pero al propagarse por un medio no vaco, interactan con la materia producindose un fenmeno de dispersin debida a: o Dispersin por absorcin: la luz es absorbida por el material

transformndose en calor. o Dispersin por difusin: la energa se dispersa en todas las

direcciones. Esto significa que parte de la luz se ir perdiendo en el trayecto,

y se atenuara al final de un tramo de fibra.

Perdidas IntrnsecasPerdidas IntrnsecasPerdidas IntrnsecasPerdidas Intrnsecas


Absorcin debida a rayos ultravioleta e infrarrojos, la atenuacinen funcin de , los picos corresponden a absorcin producidapor el ion hidroxilo, OH-

Se debe a la interaccin existente entre los fotones que viajanpor la fibra y las molculas que componen en ncleo

Absorcin ultravioleta es despreciable a partir de 1000 nm Absorcin por infrarrojos no es apreciable hasta los 1400 nm Debajo de 800 nm existe demasiada atenuacin, no es utilizado Existen 3 zonas de mnima atenuacin o ventanas

o 850 nm > 3 dB/Kmo 1300 nm > 1 dB/Kmo 1500 nm > 0.3 dB/Km

Perdidas por Absorcin OHPerdidas por Absorcin OHPerdidas por Absorcin OHPerdidas por Absorcin OH

(nm) Absorcin Rayleigh1300 0.05 0.251550 0.09 0.15


1a. ventana 2a. ventana 3a. ventana

OH-

Impurezas por agua

OH-

OH-

Perdidas por Absorcin OHPerdidas por Absorcin OHPerdidas por Absorcin OHPerdidas por Absorcin OH

Absorcin Infrarrojo

Esparcimiento de Rayleigh

KL ! MN = 1.933=105P

Q.RPS ! MN = 7.88=10

QV.QV


Las fibras pticas presentan una menor atenuacin (prdida) enciertas porciones del espectro lumnico, las cuales se denominanventanas y corresponden a las siguientes longitudes de onda

La 2da y 3ra ventana son tpicamente escogidas debido a sus bajaatenuacin

Ventanas de TrabajoVentanas de TrabajoVentanas de TrabajoVentanas de Trabajo

Ventana Banda(nm)

Longitud de Onda (nm)

Alcance (Km)

Atenuacin(dB/Km)

Costos Usos

1ra 800 - 900 850 2 2.3 Bajo LAN

2da 1250 - 1350 1310 40 0.5 Medio LAN, WAN, SONET

3ra 1500 - 1600 1550 160 0.25 Elevado WAN, SONET



A

t

e

n

u

a

c

i

n

Longitud de OndaLongitud de Onda de corte para fibras MM

Banda Descripcin Longitud de Onda (nm)

O Original 1260 1360

E Extendida 1360 1460

S Corta 1460 1530

C Convencional 1530 1565

L Larga 1565 1625

U Ultra larga 1625 - 1675


fibra pticaAllWave

Ventana deoperacin adicional

Sinwaterpeak

12000.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

A

t

e

n

u

a

c

i

n

(

d

B

/

k

m

)

1600 170014001300 1500

Longitud de onda (nm)

Ventana deoperacin tradicional

fibra pticaconvencional

La magnitud de la pendiente es ideal para altas velocidades



El esparcimiento de Rayleigh es un tipo de prdidascausado por las fluctuaciones microscpicas (microhomogeneidades) en la densidad del material producidospor la agitacin trmica en el proceso de fabricacin

Las fluctuaciones de densidad causan la fluctuacinaleatoria del ndice de refraccin sobre una escala muchoms pequea que la longitud de onda ptica.

Cladding

Core

Perdidas por Scattering RayleighPerdidas por Scattering RayleighPerdidas por Scattering RayleighPerdidas por Scattering Rayleigh


Se produce cuando la luz encuentra en su camino partculasexternas al medio continuo cuyo dimetro es menor que

Tienen mayor influencia para longitudes de onda cortas entre400 y 1100 nm



' = M1

`Q



Debido a las prdidas por el efecto de Rayleigh, el OTDRdetermina las caractersticas de la fibra, mediante una curvaPrdida (dB) vs Longitud (Km)

El cambio abrupto de ndices de refraccin produce el efecto dereflexin de Fresnel (fibra-aire).

Se produce en los finales de fibra, conectores pticos,empalmes mecnicos, etc..

OTDR


Macro Curvaturas de la fibra originadas por el sometimiento de lafibra a curvaturas en el bobinado y tendido, variaexponencialmente con el radio de curvatura y se aprecia alsobrepasar el radio de curvatura critico, debido a que los hacesde luz logran escapar del ncleo por superar el ngulo mximode incidencia admitido para la reflexin total interna.

Micro curvaturas causadas por irregularidades entre el ncleo yel revestimiento, fluctuaciones del dimetro (error de elipticidad),tortuosidades del eje de la fibra (error de concentridad)

Perdidas por tendido, ambiente y envejecimiento o porradiaciones nucleares

Perdidas ExtrnsecasPerdidas ExtrnsecasPerdidas ExtrnsecasPerdidas Extrnsecas

a =3

=`

4b PN

a =3

=`

4b PN


Macro y MicroMacro y MicroMacro y MicroMacro y Micro----curvaturascurvaturascurvaturascurvaturas

Macro curvatura es referida a las prdidas causadas pordoblar la fibra ms all de un radio de curva mnimo.

Micro curvatura es entendida como las pequeas curvas olas desviaciones mnimas en la interface entre el ncleo y elcladding.

Cladding

Core

Presinaplicada

Luz de entrada

Luz de salida

R < Radio de curvatura mnimo


Perdidas pticasPerdidas pticasPerdidas pticasPerdidas pticas

Perdidas por Absorcin OH

Perdidas por Scattering Rayleigh

(impurezas o cambio de densidad)

Perdidas por Scattering debido a no uniformidad

del ncleo

Presin lateral extrema causa

micro curvaturas1-10 um

Perdidas por empalmes

Perdidas por radiacin causadas por macro

curvaturas

Perdidas debido a

acoplamiento con

dispositivo emisor de luz

Perdidas debido a

acoplamiento con dispositivo receptor de luz

Reflexin de Fressnel

Reflexin de Fressnel


La dispersin es un fenmeno que origina que dos seales secopropagen por diferentes rutas a travs del mismo medio.

En comunicaciones por fibra ptica, hay algunos tipos dedispersin que puede afectar el rendimiento, ellos son: modal,material, Gua de onda y polarizacin

Dispersin en la Fibra pticaDispersin en la Fibra pticaDispersin en la Fibra pticaDispersin en la Fibra ptica

Dispersin Totalps / (nm Km)

Dispersin Modal o Intermodal

FO MM

Dispersin Cromtica

Dispersin por efecto Gua de Onda

FO SM

Dispersin del Material, Intramodal o EspectralEfectos Alineales Dispersin por Modo de

Polarizacin


Dispersin sucede cuando diferentes componentes de sealviajan a diferentes velocidades de propagacin debido a lasdiferentes estructuras pticas y geomtricaso Su efecto son los pulsos que se ensanchan en el tiempoo Se produce interferencia intersimbolos (ISI), mas erroresDefine la capacidad mxima o volumen de informacin que porunidad de longitud puede transmitirse por una fibra


Los smbolos se tornan

irreconociblesPinPout


A medida que los pulsos viajan por la fibra, un retraso de losdiversos rayos de luz origina el ensanchamiento en los pulsos.

Esto limita la distancia, ancho de banda y velocidad de bits enuna fibra, este efecto es acumulativo con la longitud de la fibra.

En fibras MM la dispersin se da por las diferentes trayectorias yen fibras SM depende del ancho de banda del emisor



Dispersin ModalDispersin ModalDispersin ModalDispersin Modal

Fibra ndice Escaln

ndice Gradual

Dispersin 20 ns/Km 50 ps/Km

Dispersin de modos.- Los diferentes modos de una mismalongitud de onda siguen rutas distintas, tienen diferentesvelocidades y llegan en instantes diferentes causando ensancha-miento del pulso de luz debido a la diferencia de retardos de grupoentre modos (tpico fibras MM), depende del rea transversal de lafibra

Cladding

Core

ModoFundamental

M1 M2

Resultanteensanchada

M1 Onda lentaM2 Onda veloz


Dispersin del material o espectral, debido a que el ndice derefraccin depende de , las diferentes longitudes de onda quecomponen el pulso enviado viajan a velocidades distintas ycausan ensanchamiento del pulso de luz. Causada por el anchoespectral de la fuente ptica y afectan a fibras MM y SM. (prisma)

Dispersin MaterialDispersin MaterialDispersin MaterialDispersin Material

Fibra ndice Escaln1ra Ventana Max 120 ps Km nm

2da Ventana Max 5 ps nm Km

Cladding

Core

ModoFundamental Modo de

Alto Orden n

Longitudde Onda1 2


Dispersin de la gua de onda, producto de la diferencia en ladependencia de longitud de onda y el tiempo de retardo de grupoentre modos (MM). Ocurre cuando el ndice del ncleo difierelevemente del ndice del cubrimiento y parte de la luz se refleja unavez que penetra en el cubrimiento, varia para diferentes longitudes deonda, depende de las dimensiones de la fibra (ncleo)

Dispersin de la Gua de OndaDispersin de la Gua de OndaDispersin de la Gua de OndaDispersin de la Gua de Onda



La dispersin por polarizacin es causada por la naturaldependencia de la polarizacin con ciertas molculas lo cualcausa que la Polarizacin dependa del ndice de refraccin.

Dispersin por PolarizacinDispersin por PolarizacinDispersin por PolarizacinDispersin por Polarizacin


Dispersin Tipo de Fibra

Monomodo Multimodo Gradual Multimodo Escaln

Modal O 0.5 ns/Km 50 ns/Km

Cromtica 60 ps/nm Km 100 ps/nm Km 60 ps/nm Km

t

bt

tr1trn

tB

B b>

Duracin del bit al inicio de la fibraDuracin del bit al final de la fibraTiempo que tarda en viajar por la fibra el rayo con trayectoria ms cortaTiempo que tarda en viajar por la fibra el rayo con trayectoria ms larga

bBtr1

trn

Dispersin Dispersin Dispersin Dispersin en la FOen la FOen la FOen la FO


n

n

n

Seccin de la Fibra ndice deRefraccin

125 um 100 um

10 um

50 um

125 um

125 um

Monomodo

Multimodo ndice gradual

Multimodo ndice en escaln

Pulso deEntrada

Propagacin de laluz en la fibra

Pulso deSalida

Dispersin Dispersin Dispersin Dispersin y Ancho de Banday Ancho de Banday Ancho de Banday Ancho de Banda


Sistema Sistema Sistema Sistema de de de de Transmisin Transmisin Transmisin Transmisin por por por por FOFOFOFO

Informacin de Entrada(voz, video,

datos)

Informacin de Salida

(voz, video, datos)

Fibra ptica


Transmisor y Fuentes pticas Receptor y Detectores pticos Cables de Fibra ptica Empalmes

Conectores

Repartidores pticos (ODF)

Elementos de un enlace por FOElementos de un enlace por FOElementos de un enlace por FOElementos de un enlace por FO


El terminal emisor, es una unidad perteneciente a un sistema de transmisin por fibra ptica, y esta constituido por :

o Emisor ptico yo El Circuito de excitacin del emisor

Unidad TransmisoraUnidad TransmisoraUnidad TransmisoraUnidad Transmisora

Circuito ExcitadorCircuito

ExcitadorSeal delCodificador

Modulador

Seal delCodificador

SealModulante

Polarizacin

Modulacin Directa

Modulacin Externa


Son elementos encargados de generar los impulsos luminosos que se transmitirn a lo largo de la fibra, reciben seal elctrica modulada en voltaje y la convierten en seales de luz moduladas.

Existen dos tipos: o Diodos Luminosos (LED = Light Emiting Diode)o Lseres (ILD = Injection Laser Diode).

Deben evaluarse diferentes parmetros: consumo, fiabilidad a cambios de temperatura, potencia de salida para mayor alcance, pureza espectral, modulacin a la velocidad de transmisin.

Al emplear fibras de diferente dimetro, la potencia varia debido a las perdidas por acoplamiento

Fuentes pticasFuentes pticasFuentes pticasFuentes pticas


Son fuentes de luz con emisin espontnea (no coherente)o Fuentes baratas fcil de fabricar y utilizaro Grandes para el acoplamiento a las fibras multimodoo Apto slo para aplicaciones de bajo nivel y corta distancias

Diodos Emisores de Luz (LED's)Diodos Emisores de Luz (LED's)Diodos Emisores de Luz (LED's)Diodos Emisores de Luz (LED's)


o La mayora de las aplicacionesactuales, utilizan LED's a 850nm, limitada a algunos cientosde Mbps y algunos Kms.


Son estructuras realizadas a base de homouniones p-n, por lo que suscaractersticas de emisin (radiancia) no son muy buenas.

Sus aplicaciones tpicas incluyen las de los LED's visibles parasealizacin.Se fabrican a partir de epitaxias en fase lquida o en fase vapor:difusin de una regin de tipo p en un substrato de tipo n para crear lahomounin.

Diodos Emisores de Luz (LED's)Diodos Emisores de Luz (LED's)Diodos Emisores de Luz (LED's)Diodos Emisores de Luz (LED's)


Tipos de LED'sTipos de LED'sTipos de LED'sTipos de LED's

LED emisin superficial (SLED) o LED BurrusPermiten un incremento de la radianciadisminuyendo el tamao lateral de la regindonde se produce la emisin, Los SLED sesuelen emplear con fibras de AN > 0.3,.LED de emisin de borde (ELED)La emisin se fuerza a producirse por uno de losbordes en una estructura similar a la que se usaen diodos lser.

Los ELED son mejores para AN < 0.3. Los ELEDpueden adems ser modulados a mayoresfrecuencias y son bastante ms caros que losSLED

n-LnPInGaAsP active layer

Light Out

Metal

n-InP substrate

p-InPp+-InGaAs

SiOMetal

2

Double heterojunctionfor light confinement

LightOut

MetalDielectric confinement

Substrate

Heat sinkMetal


Las LASER (amplificacin de luz por emisin estimulada deradiacin), son fuentes de luz coherente de emisin estimuladao Pequeos, de tamao concentrado, permiten un buen

acoplamiento con las fibras monomodoo Permiten distancias ms largaso Costosos, ms complejos y de difcil fabricacino Los lser pueden ser modulados (prendido/apagado) en altas

velocidades; el tiempo de subida o bajada va desde el 10% al90% de la potencia pico; pueden alcanzar velocidades dedatos del orden de Gbit/s en tercera ventana

LASERLASERLASERLASER


Modelo de un laser de 3 niveles, estos son poco efectivos(modelo para fines didcticos), hay que conseguir inversin depoblacin frente al nivel fundamental, es decir, el ms pobladoen situacin de equilibrio. Los lseres funcionando a 4 nivelesson ms eficientes y, de hecho, son los que se usan en realidad

LASERLASERLASERLASER


El bombeo puede ser de muchas formas, y se requiere un aporteenergtico que va a ser mayor que el que finalmente proporcioneel lser.Se necesita que el flujo de fotones incidentes sea grande paraque se potencie el efecto de emisin estimulada. Esto se lograaadiendo al elemento con ganancia un sistema derealimentacin ptica, donde los fotones quedan semi-atrapadosen una cavidad resonante (un par de espejos)

Diagrama de Bloques del LASERDiagrama de Bloques del LASERDiagrama de Bloques del LASERDiagrama de Bloques del LASER

Conexin afuente decorriente

lser Regin activa

Salida de luz

disipador de calor

Faceta cortada

d


Tipos de LASERTipos de LASERTipos de LASERTipos de LASER

LASER Fabry-PerotEmplea como resonador un par de espejos queproporciona realimentacin e influye sobre laspropiedades espectrales de la luz emitida.LASER DFB (Distributed Feedback Laser)Laser en donde se ha practicado una corrugacioncerca de la capa activa para que la luz propagadavea una variacin de ndice de refraccinperidicaLASER VCEL (Vertical Cavity Surface Laser)son fuentes de luz que se estn utilizandobastante para aplicaciones de bajo coste confibras multimodo. Son de pequeo volumen,de alta densidad, tienen la posibilidad dearreglos 2D, son de tecnologa compleja


LED LASERMaterial In Ga As P In Ga As PLongitud de Onda (nm) 800 - 1650 1100 1600

Anchura Espectral (nm) Amplio BW espectral 40 - 100 Espectro reducido 0.1 6

Pot. ptica de inyeccin Poca -18 dBm Mediana, Alta -3 dBm

Modo Multimodo Multimodo -Monomodo

Distancia Corta y media; LAN , loop de abonado Gran distancia, amplio BW

Frecuencia de Modulacin Hasta 200 MHz Mayor a 1 GHz

Tiempo de vida Larga vida (106 horas) Corta vida (105 horas)Data Rate, velocidad Bajo, mucha dispersin Alto

Direccionalidad de la luz Menor, amplia AN Mayor, pequeo AN

Confiabilidad Mayor Menor

Sensibilidad temperatura Menor regular

Ruido Modal Bajo Alto

Costo Barato Caro y genera calor

Comparacin de Emisores pticosComparacin de Emisores pticosComparacin de Emisores pticosComparacin de Emisores pticos


El valor nominal de la longitud de onda central pueden ser de 850, 1300 o 1550 nm (ventanas de trabajo)

El espectro de operacin del lser (0.1 a 6 nm) es ms angosto que el del LED (40 a 100 nm).

La salida de luz del LED es linealmente proporcional a lacorriente manejada y la salida de luz del lser es proporcional ala corriente por encima del umbral.

Comparacin de Emisores pticosComparacin de Emisores pticosComparacin de Emisores pticosComparacin de Emisores pticos

Potencia(mw)

1

2

3

4

Corriente deExcitacin

(mA)

LEDs

Laser

100 200 300 400

Umbral

Autolimitacintrmica

Potencia(mw)

.1

.5

0

5

10

Longitud de Onda(nm)

LEDs50 nm

Laser1 nm


0 20 40 60 80

TEMPERATURA ( C )

10

1

0.1

Potencia de Salida ptica

( mw )

I = 200 mA = 1.3 m.

SLED

ELED

SLD

ELED = LED DE BORDESLED = LED DE EMISION SUPERFICIALSLD = LED SUPERLUMINISCENTE

0 50 100 150 200 250

CORRIENTE ( mA. )

4

3

2

1

0

Potencia desalida ptica( mW. )

SLD, InGaAsP

T = 0C5

10

15

20

25

3035

40

Dependencia con la temperaturaDependencia con la temperaturaDependencia con la temperaturaDependencia con la temperatura


Caractersticas de un Emisor pticoCaractersticas de un Emisor pticoCaractersticas de un Emisor pticoCaractersticas de un Emisor ptico


Una vez que la seal RF ha sido transmitida a su destino atravs de una portadora ptica modulada debe ser convertidade nuevo a RF por medio de los detectores pticos,

El detector ptico es el encargado de transformar las sealesluminosas entrantes en seales elctricas proporcionales.siempre y cuando operen a la misma longitud de onda que elemisor.

Los receptores pticos tienen tres componentes principales:un fotodiodo (foto detector), una etapa de adaptacin deimpedancia, y un preamplificador de bajo nivel de ruido

Receptores y Detectores pticosReceptores y Detectores pticosReceptores y Detectores pticosReceptores y Detectores pticos

ModulatedLight

Photodiode Pre-AmpImpedanceMatch

ProportionalElectrical Output


Deben evaluarse diferentes parmetros: consumo, tamao,sensibilidad, rendimiento a conversin opto elctrica, tasa deerrores y ruido, demodulacin de la portadora recibida

Receptores y Detectores pticosReceptores y Detectores pticosReceptores y Detectores pticosReceptores y Detectores pticos

Los ms usados son del tipo:

o PIN (P-intrnseco-N) : Genera un par electrn-hueco por fotn incidente

o APD (Avalanche Photo Diodes) : Genera masde un electrn-hueco por fotn incidente, atravs de un proceso Ionizacin por impacto


En el mejor caso se genera un electrn cuando es absorbidoun fotn

Una forma de aumentar la capacidad de respuesta, esconseguir que entre ms luz en la zona de deflexin donde loselectrones y los huecos son generados..

Tiene una regin no dopada (o intrnseca) insertada entre lasregiones P y N. Su efecto es el de ampliar la zona de deflexiny por lo tanto incrementar la capacidad de respuesta.

Vo

Optical power acrossthe P-N Junction

Depletion Region

p ni

Fotodiodo PINFotodiodo PINFotodiodo PINFotodiodo PIN


Es un fotodiodo sometido a una fuerte corriente en inversa deforma que los fotoelectrones generados puedan generarnuevos pares electrn-hueco al acelerarse bajo la influenciadel fuerte campo elctrico existente y adquirir mayor energa.

Tiene un regin adicional P que ayuda a acelerar loselectrones a travs de la regin de deflexin, pues loselectrones se aceleran impactando ellos contra otros pareselectrn-hueco liberndolos. Esto es ionizacin por impactoen la cual el nmero final de electrones que da lugar acorriente es mayor que el nmero de fotoelectrones.

Vo

p np

Fotodiodo de AvalanchaFotodiodo de AvalanchaFotodiodo de AvalanchaFotodiodo de Avalancha


Comparacin de Detectores pticosComparacin de Detectores pticosComparacin de Detectores pticosComparacin de Detectores pticos

o APD mas sensible (puede detectarseales dbiles)

o Dependiendo de la SNR necesaria seelige PIN o APD de acuerdo a la zonadonde se ubique la potencia de luz deentrada

o Requiere de un alto voltaje depolarizacin (50 ~ 400 V)

o APD mas sensible a variaciones detemperatura y del voltaje de polarizacin.

o APD mas costoso y mas complejo deusar

Velocidad de Transmisin 565 Mbps 140 Mbps 34 Mbps

Sensibilidad PIN (dBm) -37 -45.5 -49Sensibilidad APD (dBm) -42 -49 -56


Data Rate 34.368 Mbps 20 ppmFiber Cable 9/125 um single modeOperating Wavelength 1260nm ~ 1330 nmOptical Connector FC/PCTransmit Device Laser DiodeReceive Device PIN Photo DiodeOutput Power -6 dBm 3 dBmReceiver Sensitivity -35 dBm < BER 10-10

Optical Power Budget > 25 dBBER Threshold Alarm 1 x 10-4 ~ 1 x 10-10 (seleccionable)

Interface Optica de un TransmisorInterface Optica de un TransmisorInterface Optica de un TransmisorInterface Optica de un Transmisor


FIN

CAPITULO 1

curso fibra optica i - inictel

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