Fibra Óptica
Realizada por: Armando Sánchez Montero
A.S.M© 2010
Hoy es Hoy es lunes, 10 de abril de lunes, 10 de abril de 20232023 y ahora mismo son y ahora mismo son
las las 11:48:55 a.m.11:48:55 a.m.
INDICE
Fundamentos de la fibra óptica.
Conectores.
Empalmes de F.O
Transmisión en la fibra óptica
Seguridad de la fibra óptica.
Comprobación en la F.O
Fundamentos de la Fibra Óptica
Indice del seminario
• 1790 Sistemas ópticos de telegrafo (Chappe/France)
• 1870 Dirección ligera en un chorro del agua(J.Tyndall / UK)
• 1880 Photophon (G.Bell / USA)
• 1934 Sistema de teléfono óptico (R.French / USA)
• 1960 Primer Laser utilizable (T.H.Maiman / USA)
• 1965 Fibra 20 dB/km
• 1970 Fase de modo simple < 20 dB/km
• 1995 Fibra 0,25 dB/km (1550 nm)
Historia
Servicios ofrecidos hoy y en el futuro
• Pago por canal, Pago por visión, pago por radio
• Teleaprendizaje / Teleenseñanza
• Televisión digital interactiva
• Servicios en demanda (Compra en casa)
Sistemas de red nuevos
• Fibra para la casa (FTTH)
• Fibra sobre el escritorio (FTTD)
• Voz a traves de IP (VoIP)
Internet
• Comercio electrónico, etc....
Tendencias en la telecomunicación
Requerimientos de ancha de banda
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
1975 1980 1985 1990 1995
RS 232
DEC VAX
IBM 3270IBM AS 400
4 Mb/s Token Ring
10-BASE-T Ethernet16 Mb/s Token Ring
55 Mb/s ATM
Full Motion Video
622 Mb/s1 Gb/s
100 Mb/s
10 Mb/s
1 Mb/s
100 Kb/s
10 Kb/s
1 Kb/s
TP-DDI
2000
CAT.1 / 2
CAT 3
CAT 4
CAT 5
CAT 6
LWL
LWL
2005
100000010 Gb/s
xDSL
Ancho de Banda
Depositos ilimitados de material
Seguridad – dificultad para “pinchar“
Capacidad extremadamente alta de ancho de banda
Inmunidad a las interferencias electricas (no hay problemas EMV)
Seguridad - ningun flujo eléctrico en la corriente
Excepción – separación galvánica
Ninguna charla cruzada
Baja atenuación
Bajo peso frente al cobre
Diametro de cable pequeño frente al cobre
buenas características de flexión
Ventajas de la fibra óptica (FO)
application bandwidth rangesecure for
interferencepotential
separation weightwide area x x xmilitary x x x x xLAN x x x xmining x xshipbuilding x xaircraft & spaceindustry x x xautomotive x x
Aplicaciones de la Fibra Óptica
Cableado Estructurado EN 50173 / ISO 11801
Fibra Óptica
Fibra Óptica
Fibra Óptica /cobre
Fibra al escritorio(FTTD)
¿Que es la luz ...?
Isaak Newton La luz consiste en la salida de muchas pequeñas particulas - „Korpuskeln“
C. Huygenes Suaves speads saliendo en una oscilación periodica haciatodos los lados
Max Planck La energia de la radiación al igual que la luz consiste en lasalida de varios paquetes pequeños de energia incargablesllamadas particulas
Albert Einstein La radiación de la luz es la secuencia singularde pequeñasparticulas llamadas fotones
Los físicos hoy La luz tiene dos formas diferentes:1) Luz de A-B ->> Teoria de onda2) Luz de objeto a objeto ->> Teoria de fotón
Teorías Físicas
+
-
1 cyclewavelength
timedistance
Frecuencia / Longitud de Onda
• El índice binario se relaciona directamente
con la frecuencia, medida en hertzios
• El requisito de la frecuencia de redes de ordenadores
modernas es alto, se mide Hertz MEGA, (megaciclo)
o GIGA Hertz (GHz): 1 Megaciclo = 1.000.000
Hertzios 1 GHz = 1.000.000.000 Hertzios
• El término que cuantifica el requisito de la frecuencia es el ancho de banda. Una anchura de banda más alta significa más capacidad de la señal
• El ancho de banda esta relacionado con la longitud del cable. Esto se llama el producto de la longitud-anchura de banda que se mide en el kilómetro de MegaHertz (MHz.km).
Los cables de fibraóptica tienen una anchura de banda típica de 500MHz.km, en donde los cables de cobre de CAT5 y el rango CAT6 tiene una actual anchura de banda entre de 100/200 megaciclos sobre 100 metros.
Subsonic 0
Cosmic Rays
Gamma RaysX-Rays
Ultraviolet Light
Visible LightInfrared Light
Radar and TVFM Radio
Short-wave RadioAM Radio
Sound
Frequency (Hz)1022 ––––––
1020 ––––––
1021 ––––––
1019 ––––––
1017 ––––––
1018 ––––––
1016 ––––––
1014 ––––––
1015 ––––––
1013 ––––––
1011 ––––––
1012 ––––––
1010 ––––––
108
––––––
109
––––––
107 ––––––
105 ––––––
106 ––––––
104 ––––––
102 ––––––
103 ––––––
10 ––––––
Ultraviolet
Violet
Yellow
Orange
Red
Infrared
Blue
Green
wavelength (nm)
400
455
490
550
580
620
750
800
850
1300
1550
Longitud de onda:
Rapidez de la luzfrequency
Espectro Electromagnético(1)
Espectro Electromagnético(2)
Yellow
Orange
Red
Infrared
Green
Longitud de onda490 nm
550 nm
580 nm
620 nm
750 nm
850 nm1300 nm1550 nm
Longitud de onda:
Rapidez de la luz
frecuencia
0
1
2
3
4
5
6
7
700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
MM1.Window
MM/SM2.Window
SM3.Window
dB/km
nm
Ventanas Ópticas
• La luz es perdida o atenuada cuando viaja atraves de la fibra. La luz blanca es atenuada mucho más que la luzIR, asi la luz invisible tiene más futuro en el viaje a traves de la fibra.
• Mucha de las perdidas de luz en la fibra óptica ocurren por la dispersión ligera debido a las imperfecciones minuciosas en la base del cristal. Esto se denomina “DISPERSIÓN DE RAYLEIGHT”
• La cantidad de dispersión (por lo tanto pérdida) aumenta como las longitudes de onda conseguidas son más cortas, (más hacia luz visible)
• La ventana de los 850nm está bastante lejos en la región IR para darnos las distancias razonables de la transmisión (los 2-3km) que usan los LED’s barato
Base
Entrada de luz
Luz dispersada de vuelta
Entradade luz
Señalde entrada
Señal de salida
Atenuación
Microtorcimientos Superficie (e.g. rasguños)
Burbujas de aire
Macrotorcimientos
Material defectuoso
Estructura (dispersión)
• Macrotorcimientos y muescas ( debido a la tensión mecánica, a la flexión fuerte, a la presión, a los objetos sostenidos, etc..)
•¡Burbujas de Aire y contracciones (e.j. pobre empalme)
• Arañazos en la superficie de la fibra de los conectores (pulimiento pobre, conectores sucios, dirección mala de los conectores, etc..)
Posibles causas
• Material Defectuoso (particulas de polvo, burbujas de gas, dispersión, etc.)
• Tolerancias del diámetro del revestimiento y de la base
• Microtorcimientos (torcimientos microscopicos)
Causas de atenuación (1)
Video atenuación
La rapidez de la luz en el aireLas ondas electromagnéticas se separan hacia fuera en vacío con la velocidad de la luz
Co = 299.792,458 km/s
El valor redondeado para separarse hacia fuera en el aire (n=1) está casi:
Co = 300.000 km/s
y es bastante bueno para los calculos.
Indice de Refracción nThe movimiento de separación de la luz es dependiente del mateial en el cual la luz sea desprendida :
n = Co / Cm
n = indice de refracciónCo = rapidez de la luz en el aireCm = rapidez de la luz en el material óptico
Refracción (1)
Nivel de separación
media 2(Media ancha - alto n)
media 1(Media fina - bajo n)
La luz refracta o se dobla cuando pasa de una media que tiene un índice de refracción a
una media que tiene un diverso índice de refracción.
Refracción (2)
A un ángulo de incidencia de 90 grados no se dobla. Cualquier al otro ángulo
de incidencia la refracción ocurrirá.
Ø
Ejemplo de refracción
Regla
Agua
Aire
La regla aparece doblada cuando está vista fuera del cristal debido a la refracción
Valores típicos: IOR or n
vacio 1,0aire 1,0003agua 1,33fibra de cristal (MM) en base 1,457fibra de cristal (MM) en revestimiento 1,417fibra de cristal (SM) en base 1.471cristal 1.5-1.9diamante 2.42
Indice de refracción
Reflexión
Si se refleja un rayo de luz, entonces el Ø1 (angulo de incidencia) = Ø2
Nivel de separación
Ø1 Ø2
Media 2(media - alta n)
Media 1(media fina - bajo n)
A los ángulos mayores que el ØC del ángulo crítico, la luz reflejará totalmente el interfaz
entre la base y el material del revestimiento (reflexión interna total). Los actos del interfaz
como superficie reflejada.
ØC
Ejemplo de Reflexión
Apertura numérica
Angulo de aceptación
Ø Apertura numérica AN
AN=n0 · sin = ncore²-ncladding²
Tipicamente tu puedes encontrar la apertura numerica en vez del ángulo de
aceptación. Los valores son aproximadamente AN=0,2 (correspondientes a 11º )
Angulo crítico> Angulo crítico
LED Base
Revestimiento
• El LED produce un haz de luz ancha que contiene millares de rayos o de modos individuales de luz - por lo tanto el término con varios modos de funcionamiento
• El término usado para describir la extensión de las longitudes de onda de la luz producidas por un LED se llama anchura espectral
• Aunque la base de la fibra para la fibra multimodo es muy pequeña, sigue siendo bastante grande corresponder con de cerca la luz que emite la área de un LED.
• Los LED visibles se utilizan a menudo como luces de indicador en el equipo electrónico. Pueden también ser hechos para emitir la luz invisible o infrarroja, ideal para el uso en la óptica de fibra.
Fuente de luz LED
LED Laser
1260 1300 1340 nm 1290 1300 1310 nm
LED vs. LASER
LASER Base
Revestimiento
• El laser produce un haz de luz muy estrecho que hace que el enfoque no se separe es decir se enfoca
• Una fuente de laser tiene una anchura espectral muy baja para los medios que contengan una extensión muy estrecha de longitudes de onda
• Porque la base de la fibra monomodo es muy pequeña, si se utiliza una fuente del LED la mayoría de la energía ligera emitida por el LED se pierde y no se incorpora la base de la fibra. Por lo tanto los LASERs se utilizan más comunmente en sistemas monomodo
• Los dispositivos del laser son mucho más costosos que los dispositivos del LED
Fuentes de Luz LASER
Revestimiento
Revestimiento
Base
ncl
no
ncl
light
Los efectos de la fibra óptica
1 micron0,001 mm
0,001 inch = 0,0254 mm
Pelo humano
0,0889 mm 9 micron(base de la fase monomodo)
Como de grande es un „Micron“?
Capa primaria
revestimiento
base
• La base y el revestimiento de cristal esta hecho de cristal extremadamente puro
• El cristal es así que puro usted podría ver a través de un bloque los 40km de densidad!
• Una capa del acrylato (material plástico) con diámetro de 250 µm (1/4m m) cubre el revestimiento para proporcionar protección, flexibilidad y fuerza extensible a la fibra
• Una capa secundaria del 900 µm (9/10m m) también se utiliza en muchos tipos de formato del cable
• La base lleva la luz
• El revestimiento contiene la luz dentro de la base
Estructura de la fibra óptica
Revestimiento 125 µm
Base 62,5 µm
Capa primaria250 µm
Base 50 µm
• La fibra multimodo (MM), a menudo llamada fibra de comunicaciones de datos, se utiliza en las redes de área local (LANs) con los rangos hasta los 2km
• Hay dos tipos de fibras MM: de 50 µm y 62,5 µm
• Es una mal práctica interconectar diferentes tamaños de base
Fibra Óptica Multimodo (MM)
Revestimiento 125 µm
Base 8-10 µm
Capa Primaria250 µm
• Las fibras monomodo (SM) son denominadas a menudo como las fibras de las telecomunicaciones
• Debido a las mayores distancias necesitadas para el trabajo de las telecomunicaciones , se utiliza una fuente de luz mucho más de gran alcance, un laser
• El laser produce en el SM unicamente un un modo o rayo de luz
• El LASERS tiene el ancho espectral mucho más estrechoque un LED
• Para mantener un monomodo (rayo de luz), la base del diametro necesita ser muy pequeña por lo tanto el diámetro de base de los 8-10µm
Fibra Óptiva Monomodo (SM)
Multi Modo (MM) índice de
progresión (especial)
Multi Modo (MM) índice graduado
MonoModo step index
Revestiento
Base
200 µm250 - 380 µm
50 µm 62.5 µm
100 µm
125 µm 125 µm
125 µm
9 µm125 µm
MonoModo (SM) // MultiModo (MM)
Par de cobre 0,6mm
Par de cobre 0,6mm Fibra Fibra
Cantidad de fibras 6 100 2, 4, 6 100Diametro exterior (mm) 12 31,5 11,5 20Peso (kg/km) 140 1245 100 295
(std.) Longitud de salida (m) 1000 1000 2000 2000Distancia de repeticion (km) 1,5 1,5 50 (SM) 50 (SM)Ancho de banda 300-3400 Hz 300-3400 Hz 150-400 THz 150-400THz
FO vs. Cobre
Per
fil d
e IO
R
Fibra de índice progresión (MM)
Pulso de entrada
Pulso desalida
muchos modos de luz malos ensanchan
el pulso de salida
(dispersión modal)
efecto modal de la dispersión en lafibra de índice de progresión (m)
Indice de progresión (MM)
Bala simple en tubo pequeño
Indice de progresión (SM)
voleo de munición en un tubo grande
Ejemplo de Dispersión Modal
Indice gradiente de la fibra (MM)
Pulso de entrda
Cada modo de luz necesita
aproximamente el mismo tiempo
=> No se ensancha ningun pulso de salida
(no más dispersion modal)
Pulso de salida
Per
fil d
e IO
R
La dispersión modal es compensada en la fibra de indice gradiente (MM)
Fibra Monomodo (indice de progresión)
Pulso de salida
Pulso de entrada
Un modo => dispersión no modal
Indice de progresión de la fibra (SM)
Faltar el radio de flexión mínimo especificado para un cable de la fibra de cristal conduce al aumento
de la atenuación debido al macrotorcimiento.
revestimiento
base
Radio de flexión
Radio minímo de flexión (1)
e.j. Enchufe de
pared
ConectorRadio de
flexión
Radio minimo de flexión (2)
la materia prima es el cristal puro del cuarzo extremo (SiO2)
el cristal del cuarzo es manchado por dotación especial de gas = > por esto que se templa el índice de la refracción
dote a la materia prima rotación = > rotación symetrica
el objeto semitrabajado de la fibra tiene casi 20 milímetros de grueso y casi 800-1000 milímetros de largo
de este objeto semitrabajado se traza la fibra real
condiciones de limpieza de habitación
varios metodos existentes...
Fabricación de la fibra de cristal(1)
OVD (Deposición Exterior Del Vapor) Europa and US
VAD (Deposición Axial Del Vapor) Japón
MCVD (Deposición De Vapor Químico Modificada) USA
PCVD (Deposición Químico De Vapor de Plasma Activado) Philips
PICVD (Deposición De Vapor Químico Del Impulso Del Plasma) Philips
Fabricación de la fibra de cristal (2)
Deposición Exterior Del Vapor (OVD)
Rotación del cilindro (ROD)
SiC4 GeCl4 Gas
atravesando el mechero de gas
Material de base
llama
(1) los gases químicos se depositan sobre la BARRA, formando gradaciones del índice de la base y del revestimiento
(2)El tubo es entonces collapsed (prform)
Material de revestimiento
Fabricación de la fibra de cristal (3)
fibra trazada y capa primaria
• se trazan típicamente 10-25 kilómetros; sin embargo los 150km son posibles
• trazado de la forma previa puede variar el dimetro final de la fibra - nivel de entrada del objeto semitrabajado - temperatura de calentamiento - tensión trazada
preform
oven
measurement of the fiber diameter
coating
coil up
125 m
250 m
Tor
re d
e fib
ra t
raza
da:
15-2
0m h
igh
Fabricación de la fibra de cristal(4)
Revestimiento apretado
la protección del almacenador intermediario
se aplica directamente sobre la fibra
Tubo Perdido
Identificación del tubo externo > de O.D.
de la fibra
Tipo de cables de Fibra Óptica
Cable monomodo
Revestimiento exterior (PVC)
revestimiento
Mienbro de fuerza (kevlar)
capa protectora(PVC)
(primary) capa
base
Construcción del cable
Ejemplo:el cable al aire libre con 4 tubos flojos llenos cada uno con 12 fibras se calificó G50/125 y el elemento del metal en el centro
B • L = 500MHz • km = 0,9 dB/km at 1300nm
A-DSF(L)2Y 4x12G50/125 0,9 F500 LG
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.
Bandbreite in MHz/km
Wellenlänge:B 850 nmF 1300 nmH 1550 nm
Dämpfungskoeffizient in dB/km
Manteldurchmesser in µm125 µm140 µm
Kerndurchmesser in µm9 µm50 µm62,5 µm100 µm
FasertypeE EinmodenfaserG Gradientenfaser
Anzahl der Fasern1;2;...
Anzahl der Adern1;2;...
AußenmantelB BewehrungBY Bewehrung mit PVCB2Y Bewehrung mit PE Schutz
1. MantelH LSOHY PVC2Y PE(ZN)2Y PE nichtmetallische Zugentlastung(L)(ZN)2Y PE Schichtenmittel nichtmetallische Zugentlastung
Füllung:F PetrolatfüllungS metallenes ElementQ Quellflies
AderV VolladerD BündeladerW Hohlader
Kabeltype A- Außen; J- Innen
14. LG Lagenverseilung
Especificación del Cable(DIN VDE 0888)
fibra compacta / revestimiento apretado
cable de correción
cable desglosado
tubo perdido
Cables De interior De Fo
coleta = conector con la fibra de 1-3 m
900 mbuffer
50/125 m62,5/125 m8-10/125 m
cable flexible
diametro de salida pequeño
- tensión y presión directamente sobre el cable
=> se utiliza solamente en pequeña mecánica de tensión
Fibra compacta / revestimiento apretado (Interior)
250 mprimarycoating
typ. Cable de corrección = 2 conectores con x metros de fibra
900 mbuffer
50/125 o. 62,5/125 o. 8-10/125 m3 mmbuffer
kevlar as miembro de fuerza
Cable de corrección (Interior)
n x
3m
m c
ab
le
desglosamiento
Mini Desglosamiento... es más y más substituir el cable del desglose classical.
muy fino
extremadamente flexible
de instalación facil
buena relación calidad/precio
Cable desglosado(Interior)
fibra 250 m / 900 m
Tubo perdido
Con relleno protector o vacio
x fibra en tubo perdido insensible contra expansión porque longitud excepcional de la fibra
elementos adicionales del miembro de la fuerza (aramid / kevlar)
- diámetro externo más grande
Tubo perdido (Interior)
Tubo perdido
Cable multitubo
cable de cinta
Cables de salida de FO
Optical fibresCentral Uni tubeSwellable tapeStrength member1.1 mm LSZH sheath
2 arriba sobre 12 fibras en tubo perdido
Tubo perdido (Salida)
insensible contra expansión porque longitud excepcional de la fibra
elementos adicionales del miembro de la fuerza (aramid / kevlar)
relleno de protección para la protección sobre presiones ajenas y humedad
- diámetro externo más grande
2 arriba sobre 12 fibras en x tubos perdidos
ø 2.5 mm FRP strength memberø 2.3 mm loose tubesSwellable wrapping tapeGlass yarns as rodent protection2 mm LSZH sheath
Cable Multimodo (Salida)
insensible contra expansión porque longitud excepcional de la fibra
elementos adicionales del miembro de la fuerza (aramid / kevlar)
relleno de protección para la protección sobre presiones ajenas y humedad
fibra con plastico reforzadode longitud para una estabilidad adicional
- diametro más grande
Cubiertas de cables
• Algunas siglas utilizadas para cubiertas de cables.
• KP: Aramida/fibra de vidrio y Polietileno. • PKP: Polietileno, aramida/fibra de vidrio y polietileno. • SP: Acero y Polietileno. • PSP: Polietileno, acero y polietileno. • ESP: Cinta de acero corrugado y polietileno. • PESP: Polietileno, cinta de acero corrugado. • -R: Relleno de gel (Petrolato).
Revestimiento de protección
Fibra de cinta
Revestimiento de salida„Fibra de cinta“
Cable de cinta (Salida)
ideal para empalmar la masa
permite la reparación facil
dirección fácil de las fibras
Facil identificación
alta cantidad de fibras en el cable
-Más didicultad en producción
- Temperatura de estabilidad más crítica
-Más sensible a los macrotorcimientos
Conectores de Conectores de Fibra ÓpticaFibra Óptica
Conector Biconic
• estilo de tornillo
• Conector de FO antiguo
•Versión Multi- o Monomodo
• Principalmente para sistemas IBM
Conectores SMA / FSMA
• Estilo de tornillo
• Conector de FO antiguo
• Modo Multimodo unicamente
Conector FC / PC
• Estilo de tornillo
• Estandar en Telecomunicaciones en Estados Unidos
• Versión Monomodo principalmente
Conector ST
• Estilo de bayoneta
• estándar actual de LAN
• Versión Multi- o Monomodo
Conector SC
• Estilo de push-pull
• Versión simplesimplex version
• Versión duplex
• Estándar actual de LAN
• Versión Multi- o MonoModo
Empalme FC
• Estandar en telecomunicaciones en US
• Versión principalmente Monomodo
Empalme ST
• Versión simple
• Versión duplex
• Estandar actual de LAN
• Versión Multi- o Monomodo
Empalme SC
• Versión simple
• Versión duplex
• Estandar actual de LAN
• Versión Multi- o Monomodo
Funda llena de silicona Epoxy
Funda partida de Zircona
Funda de Hoja de Trébol
Funda Invertida de Hoja de Trébol
Materiales:• Ceramica• Cobre• Bronce• Plastico
Empalmes de fundas
Dimensión del final de la rectas conectadas con virolas
Final Plano(generalmente entra
en contacto)
Final PC(contacto positivo)
Final con boquete(No contacta)
Virolas
Fibra
Epoxy
KevlarConector
Buffer
Prendado
Epoxy Funda de 3mm
Terminación al cable de fibra óptica
Metodo epoxy
Kevlar
Anillo de prensado
Prensado de la funda Fibra
Cable / Fiber Termination
Metodo Prensado
Conectores SFF (Small Form Faktor)
SC-DC
MT-RJLC
VF-45
Duplex SC(apenas en
comparación)
Opti-Jack
Conectores estandar en el futuro
Video Montaje conector VF-45
Elmpalme de Fibra Óptica
Desplazamiento Angular De la Alineación
Desplazamiento longitudinal (µm)
Perdida (dB)
Monomodo MFD = 9.5µm l = 1.3µm
End Separation
MultiModoCore = 62.5µmNA = 0.27l = 1.3µm
Without In
dex
Matching Gel
With Index
Matching Gel