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1Diseñamos primero,

fabricamos después1 © 2008 TELNET-RI

Adolfo García Yagüe ~ [email protected]ón 0.0 ~ Mes Año

Capítulo 1 – Conceptos Básicos

Curso de Fibra Curso de Fibra ÓÓpticaptica

Dpto. Ingeniería Producto Cables Ópticos ~ [email protected]ón 1.0 ~ Junio 2005

Diseñamos primero,fabricamos después

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CURSO DE FIBRA CURSO DE FIBRA ÓÓPTICAPTICA

Capítulo 1: Conceptos básicos

Capítulo 2: Cables de fibra óptica

Capítulo 3: Cableado

Capítulo 4: Empalme de la fibra óptica

Capítulo 5: Componentes Ópticos Pasivos

Capítulo 6: Conectores

Capítulo 7: Reflectometría


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CONCEPTOS TECONCEPTOS TEÓÓRICOS (I)RICOS (I)

Un Pulso de luz es una onda electromagnéticaNo hay circulación de corriente eléctrica, sino

propagación de luz (en pulsos y modos)Cada pulso de luz es un campo electromagnético en

propagación o MODO

LOS PULSOS DE LUZ SE PROPAGAN EN UN MEDIO ESPECÍFICO: FIBRA ÓPTICA


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CONCEPTOS TECONCEPTOS TEÓÓRICOS (II)RICOS (II)

Conectores de FO

Cable de FO

Señal ópticaTransmisor

electro-óptico

Diodo LED o LASER

Receptor electro-óptico

Fotodiodo


5 © 2008 TELNET-RIVentanas de la FO

c = c = λλ··ff c = c = λλ/T/T

Altas Frecuencias Microondas Infrarojos Visible Ultravioleta Rayos X

1.5 µm 1.4 1.3 1.2 1.1 1 900 nm 800 700 600 500

λ

F

100 Km 10 Km 1 Km 100 m 10 m 1 m 1 dm 1 cm 1 mm 100 µm 10 µm 1 µm 100 nm 10 nm 1 nm 100 pm 10 pm

10 k 100 k 1 M 10 M 100 M 1 G 10 G 100 G 1 T 10 T 100 T ...

FRECUENCIAS Y LONGITUDES DE ONDAFRECUENCIAS Y LONGITUDES DE ONDA


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ÍÍNDICE DE REFRACCINDICE DE REFRACCIÓÓN (I)N (I)

Indice de refracción teórico de un medio: relación entre la velocidad de la luz en el vacío c y la velocidad de la luz en el medio vp.

n = c / vp

c = 300.000 Km/segVidrio de la f.o. Comercial: n=1,44

n depende de la λλ en el medio en el medio ⇒ Existen variaciones en la velocidad de propagación de la onda de luz a través de un mismo medio de propagación.


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ÍÍNDICE DE REFRACCINDICE DE REFRACCIÓÓN (II)N (II)

Si Vp no es constante ⇒ las ondas de luz emplean distintos tiempos en recorrer la misma distancia física en la f.o.El tiempo que emplea el pulso lumínico en propagarse depende de un nuevo factor que es el Índice de refracción de grupo ng

ng > nm (1,4466 frente a 1,4616 a 1300nm)


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LONGITUDES DE ONDA: LASERLONGITUDES DE ONDA: LASER--LEDLED

Longitudes de onda

LEDLED Diodo lDiodo lááserser850 nm 1300nm1300 nm 1550 nm

Ancho espectral

LEDLED Diodo lDiodo lááserser40-80 nm 1-2 nm

Comparacion Laser-LED

LED Diodo laser

Más barato Más caro

Multimodo Monomodo


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REFRACCIREFRACCIÓÓN Y REFLEXIN Y REFLEXIÓÓN (I)N (I)

REFRACCIÓN: Cambio de velocidad, dirección y sentido que sufre una onda de luz al incidir sobre otro medio. La propagación de la onda prosigue por el segundo medio.

REFLEXIÓN: Cambio de dirección y sentido que sufre una onda de luz al incidir sobre otro medio con n menor. La propagación de la onda prosigue por el medio inicial.


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REFRACCIREFRACCIÓÓN Y REFLEXIN Y REFLEXIÓÓN (II)N (II)

n1

n2 < n1

11 2

3

1) Rayo incidente2) Rayo reflejado3) Rayo refractado

θ1

θ2

El rayo se aleja de la normalSi θ1 crece θ2 decrecePor encima de cierto ángulo θc sólo hay reflexión: Angulo crítico. θc = 1/sen (n2/n1)



CARACTERIZACICARACTERIZACIÓÓN DE LAS N DE LAS F.OF.O..

Parámetros geométricos– Diámetro del núcleo– Diámetro del revestimiento o cubierta– Diámetro del recubrimiento primario

Parámetros estructurales– Apertura numérica– Perfil de la fibra óptica– Longitud de onda límite

Parámetros fundamentales de transmisión– Coeficiente de atenuación– Dispersión total / ancho de banda



Núcleo (Core): Zona interior de la f.o., donde se produce la propagación de la onda de luz. Existe propagación porque nn > nrRevestimiento (Cladding): Capa central concéntrica con el núcleo.Recubrimiento primario (Coating o Jacket): Capa exterior de la fibra óptica, concéntrica con las dos anteriores.

La trayectoria descrita por la onda de luz en su propagación depende de la distribución de los índices de refracción a lo largo de las secciones del núcleo y revestimiento (Perfil de f.o.)

GEOMETRGEOMETRÍÍA DE LA A DE LA F.OF.O..



PERFIL DE F.O.PERFIL DE F.O.

Perfil de índice de refracción es la distribución del índice de refracción a lo largo de un diámetro de una fibra óptica.

– Perfil gradual: nc no se mantiene constante presentando una sección de forma acampanada ⇒ n es máximo en el centro del núcleo y decrece a medida que nos aproximamos al revestimiento. (MM)

– Perfil escalonado: nc se mantiene constante, presenta una sección recta ⇒ n es máximo en toda la sección del núcleo. (SM/MM)

nr siempre se mantiene constante



APERTURA NUMAPERTURA NUMÉÉRICARICA

Determina el ángulo máximo de luz incidente ⇒ Sólo la luz incidente bajo la NA se propaga por la fibra.Depende de los índices de refracción n1 y n2.

valores típicos de N.A.0.27 en multimodo0.11 en monomodo



TIPOS DE FIBRAS: MULTIMODO (I)TIPOS DE FIBRAS: MULTIMODO (I)

Multimodo: salto de índice– Ancho de banda: 100MHz x Km– Poco utilizadas



TIPOS DE FIBRAS: MULTIMODO (II)TIPOS DE FIBRAS: MULTIMODO (II)

Multimodo: índice gradual– Perfil de índice parabólico: se reduce la dispersión.– Ancho de banda 1000MHz x Km– 62,5/125µm mayor atenuación que 50/125 µm– Atenuación menor a 1300nm que a 850nm– λ utilizadas: 850 y 1300nm– Mayor ancho de banda a 1300nm



TIPOS DE FIBRAS: MONOMODOTIPOS DE FIBRAS: MONOMODO

Monomodo: salto de índice– El diámetro del núcleo solo permite el modo fundamental:

No hay dispersión modal– Ancho de banda 100GHz x Km– Longitud de onda de corte: 1255nm– Atenuación menor a 1550nm que a 1310nm– λ utilizadas: 1310 y 1550nm



ATENUACIATENUACIÓÓN (I)N (I)

Tipo FO 850 nm 1300 nm 1550 nm

MM salto índice 5 -12 dB/km

MM Indice gradual 3 - 5 dB/km 0.5-0.7 dB/km

Monomodo 0.3-0.4 dB/km 0.2-0.3 dB/km

Disminución o pérdida de potencia de luz inyectada en la fibra con la distancia.La atenuación A(λ) a una λ entre dos secciones transversales de una f.o. 1 y 2 separadas una distancia L se define como:

– A(λ)=10log (P1(λ)/P2(λ)) (dB)



ATENUACIATENUACIÓÓN (II)N (II)

Factores que intervienen el la atenuación:– Dispersión Rayleigh o Scattering

– Absorción de la luz

• Dióxido de Silicio (UV, IR)• Iones oxhidrilo (OH) (950nm, 1230nm y 1450nm)

– Curvaturas: se excede el ángulo critico. Radio de curvatura mínimo:máxima curvatura que puede soportar una fibra óptica circunscrita en un mandril de radio: radio de curvatura mínimo, sin variar alguna de sus características de transmisión.

Ventanas de transmisión: 850nm, 1310nm, 1550nm1550nm es la ventana de transmisión de atenuación mínima



ATENUACIATENUACIÓÓN (III)N (III)

MACROCURVATURAS

ABSORCIÓN

MICROCURVATURAS

SCATTERING



ATENUACIATENUACIÓÓN (IV)N (IV)

MACROCURVATURAS

ABSORCIÓN

MICROCURVATURAS

SCATTERING

GRÁFICA DE ATENUACIÓN ESPECTRAL



Ancho de Banda de f.o.: Frecuencia a la que la potencia óptica decae 3dB con respecto a la potencia a frecuencia cero.

Dispersión: es el ensanchamiento del pulso de luz a lo largo de la fibra

– Dispersión modal (Sólo en multimodo)

– Dispersión en el material

– Dispersión en la Guiaonda

– Polarización (PMD) en X e Y la luz viaja a diferentes velocidades, afecta sobre todo en monomodo

DISPERSIDISPERSIÓÓN Y ANCHO DE BANDAN Y ANCHO DE BANDA



DISPERSIDISPERSIÓÓN MODAL (I)N MODAL (I)

Se produce porque la velocidad del haz de luz cuando se propaga por el núcleo de la f.o. no se mantiene constante.

Dependencia de la dispersión modal con la anchura espectral del haz de luz inyectado.

Menor anchura espectral ⇒ Mayor Ancho de Banda

Limitación ancho de banda f.o. Multimodo ⇒ Dispersión modal. El resto de tipos de dispersión es despreciable (en f.o. MM)



DISPERSIDISPERSIÓÓN MODAL (II)N MODAL (II)

Fibra multimodo de índice gradual– Menor Vp de los modos de orden inferior que los de orden

superior.– Modos de orden inferior: parte central del núcleo, mayor nx

62,5µm

125µm



DISPERSIDISPERSIÓÓN MODAL (III)N MODAL (III)

Fibra multimodo de salto de índice– Adelanto de los modos de orden inferior con respecto a los

de orden superior.– Los modos de orden inferior recorren menor camino y la Vp

se mantiene constante ya que nx es constante.

62,5µm

125µm



Dispersión en el material– Variación del índice de refracción puntual del núcleo de fibra óptica– Vp no se mantiene constante

Dispersión en la Guíaonda– Falta de uniformidad en los fenómenos de reflexión del haz lumínico

que se propaga en el núcleo de la fibra– Dispersión característica de las fibras de salto de índice ya que la

propagación se produce por reflexiones sucesivas.

La suma de estos dos tipos de dispersión es lo que se llama: Dispersión cromática o intramodal. Depende de λ.1310nm es la λ con cero de Dispersión cromática (en SMF)

DISPERSIDISPERSIÓÓN EN EL MATERIAL Y GUN EN EL MATERIAL Y GUÍÍAONDAAONDA



VENTAJAS DE LA F.O. (I)VENTAJAS DE LA F.O. (I)

Ancho de banda muy elevado (GHz)

Baja atenuación-larga distancia

Inmunidad electromagnética

Tamaño reducido

Bajo peso

Seguridad de la información

Aislamiento eléctrico

Rentabilidad

No hay riesgo de chispas/explosión

El silicio es uno de los materiales más abundantes de la tierra



VENTAJAS DE LA F.O. (II)VENTAJAS DE LA F.O. (II)



DESVENTAJAS DE LA F.O.DESVENTAJAS DE LA F.O.

Tecnología compleja: fabricación, instalación, medidas

Coste de los equipos terminales



VENTAJAS DE DWDM

FIBRAS FIBRAS ÓÓPTICAS ESPECIALES (I)PTICAS ESPECIALES (I)



Comparación de los tipos de F.O. (I):

FIBRAS FIBRAS ÓÓPTICAS ESPECIALES (II)PTICAS ESPECIALES (II)



FIBRAS FIBRAS ÓÓPTICAS ESPECIALES (III)PTICAS ESPECIALES (III)

Comparación de los tipos de F.O. (II)– FIBRAS ÓPTICAS CONVENCIONALES

• SMF (G.652B)• DSF (G.653)

– FIBRAS ÓPTICAS ESPECIALES• Low Water Peak SMF (G.652D) : PureBand• NZ-DSF for CWDM & DWDM (G.655A) : PureMetro• Advanced NZ-DSF for DWDM (G.655B) : PureGuide• Ultimate Lowest Attenuation (G.654) : Z Fiber• Submarine Cables : PureCouple• Dispersion Compensation Fiber : PureShaper• Erbium doped fiber

– FIBRAS ÓPTICAS MULTIMODO GIGABIT ETHERNET



MANEJO DE LA MANEJO DE LA F.OF.O: TENSIONES MEC: TENSIONES MECÁÁNICASNICAS

Toda la f.o. viene probada del fabricante mediante el “PROOF TEST”

100 Kpsi >1% elongación

Esto equivale en f.o. de 125 um a 8.5 N = 850 g

Garantiza la inexistencia de micro-roturas

La f.o. rompe por tracción a aprox. 65 N = 6.5 Kg

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Gracias por su AtenciGracias por su Atencióónnwww.telnet-ri.es

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