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Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación
Departamento de Tecnología Fotónica
Fundamentos de
Comunicaciones Ópticas:Guía de Prácticas
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Fundamentos de ComunicacionesÓpticas: Guía de prácticas
Autores:Paloma Rodríguez HorcheXabier Quintana ArreguiJosé M. Otón Sánchez
Pedro Menéndez ValdésFrancisco J. López Hernández
Ana González MarcosMorten Andreas Geday
Ignacio Esquivias MoscardóSantiago Aguilera Navarro
Idea Original de Diseño:Francisco J. López Hernández
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Agradecimientos:
El Departamento de Tecnología Fotónica y Bioingeniería
agradece la ayuda prestada por:
o José Antonio Martín Pereda
o Becarios del Grupo de Fotónica del Departamento.
o
Empresa Selcoo Dirección de la ETSIT
o Comunidad Autónoma de Madrid
Nota: Los autores renuncian a los derechos de autor correspondientes a este
manual, con el fin de abaratar su precio de venta.
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Preámbulo a las Prácticas delLaboratorio de ComunicacionesÓpticas
Esta Introducción consta de varias secciones:
C ONCEPTOS F UNDAMENTALES DE C OMUNICACIONES ÓPTICAS . Se presentan de forma
resumida los conceptos necesarios para la realización de las Prácticas de la Memoria.
Si es la primera vez que toma contacto con esta materia, es importante que lea y
comprenda tales conceptos antes de ejecutar las prácticas. Si ya ha cursado la
asignatura teórica, puede emplear estas notas como repaso de los términos y
parámetros que encontrará en la Memoria.
M ANEJO DE LA I NSTRUMENTACIÓN DE LABORATORIO . Se muestran los principales
dispositivos y unidades que tendrá que utilizar para la realización de las prácticas,
haciendo especial hincapié en aquellos que resulten más específicos de esta materia, o
menos familiares para el alumno. Se incluye un apartado dedicado a la f ibra óptica y a
los elementos pasivos más comunes, conectores y acopladores. El objetivo es que el
alumno comprenda de antemano cuáles son las posibilidades que pueden ofrecer los
distintos aparatos, el fundamento básico de su funcionamiento, y las precauciones que
deben observarse en su manejo
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Manual LCO – Conceptos Fundamentales de Comunicaciones Ópticas
CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE
COMUNICACIONES ÓPTICAS
Aunque los intentos de transmitir información por medio de la luz se remontan a la
antigüedad, tan sólo recientemente se ha conseguido realizar tal transmisión de modo
eficiente y útil. Para ello ha sido necesaria la aparición de dos hitos tecnológicos
independientes: el láser y la f ibra óptica . El primero ha evolucionado hasta llegar a ser
un dispositivo fiable y de precio competitivo que alcanza holgadamente velocidades detransmisión de varios Gbps. La segunda ha conseguido transformarse en el medio de
transmisión idóneo para la región del espectro en torno a 1 m, con atenuaciones
próximas al límite teórico, y control –a través de parámetros de fabricación – de la
dispersión temporal producida por el medio que, en último término, es el factor que
limita el ancho de banda tolerado por el mismo.
Estas notas no pretenden ser un curso introductorio de Comunicaciones Ópticas, sino un
apoyo al alumno para mejorar su comprensión sobre el fundamento teórico de las
Prácticas que realiza, y sobre los resultados que cabe esperar en un determinado
montaje experimental.
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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
I. El Sistema deComunicaciones Ópticas
En todo sistema de comunicaciones deseamos enviar información. La información en un
sistema de Comunicaciones Ópticas se envía por medio de impulsos o de señalesmoduladas de luz.
I.1. ELEMENTOS DE UN ENLACE
Un enlace básico de Comunicaciones Ópticas consta de tres bloques funcionales
fundamentales:1. Emisor . La fuente productora de luz, generalmente un diodo láser (LD) o
diodo emisor de luz (LED). El bloque emisor (Fig. Fund.1) contiene
además una serie de circuitos electrónicos destinados a generar las
señales a transmitir, y a suministrarlas al dispositivo
optoelectrónico. Las longitudes de onda más apropiadas para
Comunicaciones Ópticas están en la región del infrarrojo próximo.
2. Medio. Aunque existen Comunicaciones Ópticas atmosféricas, espaciales
o submarinas no guiadas, la gran mayoría de realizan a través de
un medio dieléctrico (Fig. Fund.2). El medio por excelencia es la
f ibra óptica . El material empleado más común, por su
extraordinaria transparencia es la sílice (SiO2) Este material
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Manual LCO – Conceptos Fundamentales de Comunicaciones Ópticas
I.2. ELEMENTOS ADICIONALES
Los sistemas de Comunicaciones Ópticas, adicionalmente, contienen otros elementos,
que varían según la aplicación. Se citan algunos de los más importantes en los apartados
Figur a Fund.1. Características d el EMISOR y el RECEPTOR en un sistem a de Comunic acion esÓpt ic as
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electrónicos por amplificadores ópticos de fibra dopada (EDFA). Estos dispositivos
amp lific an d irec tamente la s eñal óptic a sin conversiones optoelectrónicas.
I.2.2. Elemen tos pasiv os
La manipulación de señales ópticas es más compleja que la de señales eléctricas por el
Figur a Fund.2. Características d el MEDIO en un sistem a de Com un icacion es Ópticas
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II. La Fibra ÓpticaLa fibra óptica es el medio preferido para la transmisión guiada de luz. Se construye con
materiales dieléctricos, preferentemente sílice. Una fibra típica tiene 125 m de grosor,
aproximadamente el doble que el cabello humano. La luz se guía por un núcleo central
cuyo diámetro oscila entre 4 y 1000 m dependiendo del tipo de fibra (típicamente entre 4
y 62,5 m). El resto de la fibra óptica es una cubierta del mismo material, que recubre el
núcleo, y que está modificado de forma que tenga un índice de refracción ligeramente
inferior al del núcleo. Es precisamente este cambio de índice lo que hace que la luz se
guíe por el interior de la fibra.
II.1. REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN Cuando un haz de luz encuentra
en su camino una superficie
dieléctrica, se desdobla en dos
haces (Figura Fund.3), uno refleja-
do y otro refractado o t ransmi t ido ,cuyos ángulos están relacionados
con el ángulo de incidencia a
través de la ley de Snell. La poten-
cia óptica, por su parte, también se
distribuye entre estos dos haces; el
formulismo de Fresnel permite
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En caso contrario (Figura Fund.4), si se aumenta paulatinamente el ángulo se alcanza un
valor, llamado ángulo crítico , para el cual el haz de salida es rasante (sen t = 1 ). Para
ángulos superiores se produce un fenómeno denominado ref lexión total interna . No
existe componente transmitida y –lo que resulta fundamental para ComunicacionesÓpticas – no se p ro du cen pérd idas en la reflexi ón .
II.1.2. Gu iado de luz
Para guiar luz por el interior de un dieléctrico sin pérdidas por reflexiones1, por
consiguiente, se necesita disponer de una lámina o cilindro de material dieléctrico
rodeado de otro dieléctrico de menor índice de refracción. Cuando la estructura es plana
(al estilo de un sandwich, con un dieléctrico de alto índice entre dos de bajo índice), se
dice que se tiene una guíaon da óptic a p lana . Se emplean preferentemente en Óptica
Integrada, y también conforman la estructura de los diodos láser y los LEDs. Lo más
normal, sin embargo, es que la guía tenga forma de hilo, con el dieléctrico de bajo índice
rodeando al de alto índice Se trata entonces de una f ibra óptica y los dos dieléctricos
Figura Fund.4. Transmisión desde un medio de m ayor índice a o tro d e meno r. Porencim a del ángu lo c rítico (centro ) se pr od uce r eflexión tot al (derecha).
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aceptación m, por encima del cual la lu z int rodu cid a en la guíaon da n o s e guía . El
seno de ese ángulo recibe el nombre de aper tu ra numérica (AN) , y es un parámetro
fundamental que caracteriza una fibra óptica o guíaonda plana.
De la propia definición de ángulo crítico, aplicando la ley de Snell resulta que
cubierta ynúcleodeíndicesnnn
nc :,sen 21
1
2 1
Aplicando nuevamente Snell en la interfase vertical de la figura Fund.5, se llega a
2
2
2
1sen nn AN m 2
II.2. MODOS
Cuando se pretende aplicar una teoría electromagnética rigurosa al fenómeno del guiado
de luz, los planteamientos no son tan simples. Lo que sucede es que se sigue cumplien-
do que existe un ángulo de aceptación máximo (la apertura numérica ya vista), pero el
hecho de introducir la radiación luminosa con un ángulo menor que AN no garantiza que
Figu ra Fund.5. La lu z se guía po r en cim a del áng ulo crític o. Est e áng ulo determ ina u n áng ulomáxim o de acep tación a la entrada, cuy o seno se deno min a APERTURA NUMÉRICA.
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La constante de propagación mide, en cierta forma, la velocidad con que se propaga
cada modo. Si la radiación fuese no guiada, se propagaría en el medio como k·n1. Al ser
guiada, se propaga según
. Comparando ambos casos surge el concepto de índice
efect ivo N : la radiación acoplada en cada modo se propaga "como s i " el índice del
núcleo de la fibra fuese
sen/ 1 nk N 4
II.2.2. Frecuencia de co rte
Los modos, como distribuciones de
campo que permiten el guiado de la
Figura Fund.6. La compo nente estacionaria determina el modo. La otra comp onente, , es lacon stante de p rop agación, resp ons able de la transmis ión de la señal po r la g uía.En el ejemplo se muestr a una guíaond a plana, co n tr es índic es dis tinto s, El casode la f ibr a óptic a es idént ico , aunqu e sólo co n d os índ ices , n1 y n2.
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de corte. Se deduce inmediatamente que, si se hace suficientemente larga la longitud de
onda, cualquier fibra acaba guiando un solo modo. Éste es el fundamento de las fibras
ó ti d d i t i C i i Ó ti E l Fi
Figur a Fund .8. Diagram a b-V para fibras de índ ice abrup to. Por d ebajo d e la frecuenc ianorm al izada V=2,405 (corte del segund o m odo ), cualquier f ibra es mon omo do.
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adimensionales. El parámetro V se llama f recuencia norm al izada y b recibe el nombre
de parámet ro d e guía .
2
2
2
1
2
2
2)/(
nn
nk b
5
AN
ann
aV
22 2
2
2
1 6
En esta representación, las líneas kn1 y kn2 pasan a ser dos líneas horizontales en
ordenadas 1 y 0 respectivamente. Los modos pueden ahora representarse en este
diagrama (Figura Fund.8), y la frecuencia de corte de cada uno vendrá dada por el valor
de V para b=0 . Concretamente, cualquier f ibra con V<2,405 es mon omodo .
II.3. DEGRADACIÓN DE LA SEÑAL Si en una fibra óptica existen varios modos capaces de transportar luz guiada, se irán
produciendo retrasos de la potencia transportada por unos modos respecto a otros. La
idea fundamental para Comunicaciones Ópticas es que si la energía de un pulso
luminoso se distribuye a la entrada entre varios modos, llegará al otro extremo en forma
de pulso ensanchado. Este fenómeno se conoce como dispersión intermodal.Si se observa la ecuación, además, se ve que existe una dependencia con la longitud de
onda. En consecuencia si la fuente que se emplea como emisor no es completamente
monocromática, también se ensancharán individualmente los pulsos guiados por cada
uno de los modos. Este fenómeno se conoce como dispersión intramodal.
En un Apartado posterior se estudia la forma de minimizar la dispersión total del medio,
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(Figura Fund.9) son: monom odo , mult im odo de índice g radual y mult imod o de índ ice
abrupto .
II .4.1. Fibras mo nom odo
Son fibras de índice abrupto. Como
ya se ha comentado, permiten
eliminar la dispersión intermodal,mejorando considerablemente el
ancho de banda. La condición
necesaria y suficiente para que una
fibra sea monomodo es que su V sea
menor que 2,405 . Si se observa la
ecuación 6, se deduce que, para
reducir el valor de V, se debe reducir
la apertura numérica (reduciendo el
cono de luz que se acepta) y/o el
radio a del núcleo (complicando el
acoplo del emisor). Se requiere unafuente de luz bien colimada,
fácilmente enfocable en una pequeña área. Esas características las ofrecen los diodos
láser y algunos LEDs especiales. Usualmente las fibras ópticas monomodo se utilizan
en conjunción con diodos láser.
II 4 2 Fib lti d
Figur a Fund .9. Perfi les d e índic e y d imen sion estípi cas de l os tr es t ipos más
com unes de f ibr a ópt ica. La FO deínd ice abrup to m ultim odo suelever se sólo en plásti co
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refracción y viceversa. De este modo se consigue "acelerar" los modos más lentos y
" frenar" los más rápidos. Con ello se reduce notablemente la dispersión intermodal.
Las fibras ópticas multimodo de índice abrupto fueron las primeras que se emplearon.
Actualmente, sin embargo, sólo se encuentran comercialmente en vidrio y en plástico
para aplicaciones especiales. Sus diámetros son mayores que los indicados en la figura,
pudiendo superar 1mm.
II.5. FACTORES QUE LIMITAN LA TRANSMISIÓN
Ya hemos visto en II.3. que los pulsos que se propagan por una fibra sufren
ensanchamientos que eventualmente limitan el ancho de banda (en realidad, el producto
ancho de banda x distancia) por solapamiento entre pulsos contiguos (ISI, intersymbol
interference ). Adicionalmente, la señal se atenúa por varios factores concurrentes, loque incide en una limitación de distancia alcanzable por la señal.
II.5.1. Dispersión
La dispersión temporal de los pulsos tiene dos orígenes fundamentales: intermodal e
intramodal. La dispersión intermodal, la más grave, puede reduci rse utilizando fibras
multimodo de índice gradual o
evitarse sin más empleando fibras
monomodo.
Las fibras monomodo, por tanto,
presentan sólo dispersión intra-
modal Esta dispersión a su vez
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II.5.2. Atenuación
Existen asimismo dos fenómenos fundamentales que atenúan la señal en fibras: la
reflexión difusa o scattering , y la absorción. La primera tiene una dependencia
potencial inversa con la longitud de onda, mientras que la segunda presenta máximos en
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La tendencia actual es emplear preferentemente la tercera ventana. Además de su
mínima atenuación, es la región espectral donde pueden emplearse los amplificadores
de fibra dopada. Para mejorar las características de dispersión, se han diseñado fibras
ópticas de dispersión desplazada y de dispersión aplanada, que presentan mínimos
de dispersión en tercera ventana.
III. El EmisorPara que un dispositivo emisor de luz pueda emplearse para transmitir información se
necesita que cumpla una serie de condiciones. Las más importantes son:
que produzca un haz monocromático
que la radiación se pueda acoplar a la fibra óptica con facilidad,
que la potencia óptica se pueda modular por medios electrónicos
que la respuesta sea suficientemente rápida.
Los emisores preferidos en Comunicaciones Ópticas son dispositivos optoelectrónicos
semiconductores que operan en el infrarrojo próximo (Fig. Fund.12), concretamente
diodos emisores de luz (LED) y diodos láser (LD).
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Tienen habitualmente un diagrama de radiación lambertiano (coseno), es decir, bastante
abierto, por lo que se adaptan mejor a fibras ópticas con apertura numérica alta, como
las fibras multimodo. Es común utilizar LEDs asociados a fibras multimodo de índice
gradual en red es d e área loc al.
III.1.1. Respues ta eléct ri ca y ópt ic a
Desde el punto de vistaeléctrico, el LED es un
diodo que se polariza en
directa, y necesita para su
funcionamiento una fuente
de corriente. La respuesta
óptica del LED es l ineal
con la corriente que lo
atraviesa, hasta llegar a
saturación.
La luz emitida por un LED
se genera en la propiaunión p-n del diodo, por
recombinación de pares
electrón-hueco. Los fotones
generados tienen la
energía del gap, por lo que
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los índices de refracción de las capas, con el fin de guiar la luz hacia el extremo
deseado.
III.2. EL LD
Los diodos láser son los dispositivos preferidos para Comunicaciones Ópticas de largo
alcance, en combinación con fibras ópticas monomodo.
Aunque su diseño se ha ido sofisticando en los últimos años, un LD es en esencia un
LED al que se le ha acoplado in situ una cavidad resonante, instalándole dos espejos en
caras opuestas, o simplemente tallando dichas caras. Los más elementales son dobles
heteroestructuras; actualmente se emplean de forma habitual láseres de pozos
cuánticos, formados por una pila de estructuras de pocos nm de espesor. Las ventajas
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encima de una corriente umbral , se produce
un brusco aumento de la potencia emitida.
Este aumento se da cuando el dispositivo
comienza a tener ganancia óptica, es decir,
cuando emp ieza a comp ortar se como láser
(hasta ese momento, su comportamiento era
el de un LED. Simultáneamente se producen
cambios en el espectro de emisión, el cual
se estrecha, haciéndose mucho menor que la
banda de emisión del semiconductor de
procedencia (es decir, que la emisión LED).
Como láser , el LD es también lineal, con una
pendiente muy superior a la anterior, hasta llegar a saturación. Suponiendo despreciable
la potencia emitida hasta llegar al umbral, la potencia en la zona de trabajo láser puede
expresarse simplemente como:
)( umbral OPT I I P 7
Figu ra Fun d.15. Caracter ístic a P-I de unLD en fu nción de la temperatura.
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siendo la eficiencia cuántica Los driver para LDs deben diseñarse teniendo presente su
característica. Para controlar un LD, se le inyecta constantemente una corriente
ligeramente superior a la del umbral, y sobre ella se superpone la corriente de señal.
El valor de la corriente umbral de un dispositivo LD depende fuertemente de la
temperatura. A medida que aumenta, aumenta también el valor umbral. Este punto es de
crucial importancia para la manipulación de un LD: cualquier pequeña variación de
temperatura puede alterar significativamente la potencia de salida. Por esta razón, losLDs comerciales suelen incorporar un fo todiodo de contro l interno , que mide
continuamente la potencia de salida. Ello permite a su vez que el dispositivo puede
trabajar en modo potencia constante, inyectando la corriente necesaria en cada caso
para que la potencia se mantenga. Opcionalmente, puede también trabajar en modo
corriente, manteniendo constante la corriente y variando la potencia.
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IV. El ReceptorEl receptor de un sistema de Comunicaciones Ópticas está formado por dos bloques
funcionales fundamentales:
El bloque detector. Su principal componente es un detector de luz,
generalmente un disp osi tivo o pto léctrónic o sem icon du cto r , que se
encarga de transformar la luz recibida en corriente eléctrica.
El circuito de recepción. Se ocupa de amplificar y depurar la señal recibida.
Consta de diversos módulos: amplificador, filtro, comparador, etc.
IV.1. EL DETECTOR
Existen dos fotodetectores
fundamentales en Comunicaciones
Ópticas: el foto dio do p-I-n (PIN) y
el fotod iodo d e avalancha (APD) .
La diferencia fundamental es que el
segundo posee amplificación
interna por generación secundaria
de pares.
Cuando no está iluminado, su
respuesta característica es la típica
d di d Al il i
Figura Fund.18. Responsiv idad de u n fotod etector de
si l ic io ideal y o tro real
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parámetro que se emplea para medir la eficiencia externa del fotodetector es la
responsiv idad :
W
A
hc
e
P
I
óptica
fotod iodo 8
Tal como está formulada, se observa que la responsividad de un fotodetector idealaumenta monótonamente con la longitud de onda mientras se mantenga constante el
rendimiento cuántico
. Esto es aproximadamente cierto durante toda la banda, y deja de
serlo bruscamente cuando se desciende de la energía del gap. En la figura Fund.18 se
observa un ejemplo para fotodetectores de Si, cuyo gap equivale a=1,1 m. La
responsividad de los fotodetectores reales sigue la misma tendencia, como puede
observarse.
IV.2. EL CIRCUITO DE RECEPCIÓN
El circuito de recepción, en especial el amplificador, se he de estudiar conjuntamente con
el detector porque incide directamente sobre el ru ido del sistema, y por tanto sobre la
relación señal/ruido (S/N), que
determina los parámetros
fundamentales de diseño del
sistema.
El ruido del sistema es la suma
d i té i l
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trata de una transmisión digital, la señal pasa normalmente por un filtro y un circuito de
decisión.
Para evaluar la calidad de la señal recibida se utiliza el diagrama de ojo (Fig. Fund-20).
Es una representación en osciloscopio de los pulsos recibidos, los cuales:
No tienen todos ellos la misma amplitud, debido a la presencia de ruido
Se adelantan o atrasan respecto a su reloj, por la presencia de jitter .
Cuanto mayores sean estas distorsiones, más "cerrado" aparecerá el ojo, y más difícil
será establecer el umbral de discriminación entre niveles alto (marca) y bajo (espacio).
ji tt er Muestreo
Ruido
Nivel 1
P (V) 0
V P (V ) 1
Tension Umbral
P(y|1)
P(y|0)
1
0
Y
Nivel 0
Figura Fund.20. Diagrama d e ojo dond e se muestra el jitter y el ruido en recepción (izda.) y
selección del nivel de discrimin ación (derecha).
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En la figura siguiente se puede observar un histograma de la distribución de unos y ceros.
El eje vertical representaría los niveles de corriente detectados para unos y para ceros.Las funciones representan la probabilidad de detectar un uno para una corriente “ y”
( p( y|1)) o un cero para una corriente “y ”( p(y|0)).
La probabilidad de error viene dada por:
1 0( ) ( ) (0 /1) (1/ 0)e D D BER P aP I bP I aP bP , es decir la probabilidad de recibir un
uno “a ” por la probabilidad de detectarlo con una
corriente inferior a la umbral (P1(ID)) (se
detectaría como un cero) mas la probabilidad de
recibir un cero “b ” por la probabilidad de
detectarlo con una tensión superior a la umbral
(P0(ID)) (se detectaría como un uno).
P(0/1) sería el área rayada que queda por debajo
del umbral y P(1/0) sería el área rayada que
queda por encima del umbral. Estas probabilidades se calcularían para una corriente “ I ”
como:
(0 /1) ( |1) (1/ 0) ( | 0) I
I P p y dy y P p y dy
APROXIMACIONES
Suponemos que la corriente de salida I out (t) sigue una distribución gaussiana,tanto para los unos como para los ceros. En este caso, la desviación estándar σ
t l l d l t ió d id (I N)2
l i 2√2 l
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-6
10-4
10-2
1
0 0
0
1 1
(1/ 0) 2 22 2
DQ I I
P erfc erfc
1 1
1
1 1
(0 /1) 2 22 2
DQ I I
P erfc erfc
y la BER queda:
0 1 0 1
0 1
1 1
4 42 2 2 2
D DQ Q I I I I
BER erfc erfc erfc erfc
BER Mínim o
El tasa de error de bit se puede minimizar eligiendo adecuadamente el valor de la
corriente umbral ID:
1 0 0 1
1 0
( )0
Mínimo D
D
d BER I I BER I
dI
En este caso:
Luego para BER mínimo:
1 0 0 1
1 0
D
I I I
1 01 0
1 0
I I Q Q Q
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Casos Part iculares:
a) Si sólo hay ruido shot:
1 0 0 1 1 0 10
1 0 1
0
0 D
I I I I I I
1 0 1 0 1 01 0
1 0 1 10
I I I I I I Q Q Q
1 0
1
1 1
2 22 2
Q I I BER erfc erfc
b) Si sólo hay ruido térmico
1 0 0 1 0 1 0 1
1 0 2
D
I I I I I I I
1 0 1 01 0
1 0 2
I I I I Q Q Q
1 01 1Q I I
BER erfc erfc
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Manual LCO – Conceptos Fundamentales de Comunicaciones Ópticas
IV.4. DISEÑO DE UN ENLACE
Para diseñar un enlace simple (punto a punto) de Comunicaciones Ópticas se deben
cumplir simultáneamente dos condiciones, que se expresan en forma de balances:
Balance de potencia. Debe llegar al circuito de recepción la potencia
suficiente superar una determinada relación señal/ruido.
Balance de dispersión. Las distorsiones de la señal deben estar por debajodel valor exigido para el régimen de transmisión que se establezca.
IV.4.1. Balanc e de po tenc ia
Se parte de una BER deseada para el diseño del enlace, y a partir de ella se
deduce una Q o una S/N.
Se calcula el ruido en recepción, y a partir de éste, el nivel de señal necesario
en el detector.
A partir de ahí se procede hacia el emisor, contando las pérdidas introducidas
por:
La propia fibra óptica (dB/km)
Los conectores (entre 0,5 - 1 dB cada uno)
Los empalmes y soldaduras (alrededor de 0,2 dB)
C l i l t di i l ( l d t )
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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
IV.4.2. Balanc e de dis persión
La distancia calculada en el apartado anterior garantiza que la potencia que llega al
detector es adecuada, pero no que la información pueda transmitirse con el régimen
binario deseado. En el balance de dispersión se estima la limitación del producto ancho
de banda x distancia, el cual, conjugado con el dato anterior, permite establecer el
ancho de banda tolerable en el canal.
El tiempo de respuesta del sistema se calcula como suma cuadrática de varios términos:
2
2
2
22222 35,044,0
B DL L
Bt t t t t q
emisor receptor fibraemisor sistema 9
donde el segundo y tercer término son dispersiones del medio (multimodo y monomodo,
respectivamente), y el último término corresponde al receptor.
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MANEJO DE LA INSTRUMENTACIÓNESPECÍFICA DEL LABORATORIO
I. Fibras Ópticas y DispositivosPasivos
En el Laboratorio de Comunicaciones Ópticas se manejan varios tipos de fibras ópticas
(FO) que a su vez vienen protegidas de diversos modos. Su manejo depende del t ipo de
f ibra y del recubrimiento de protección.
I.1. TIPOS DE FIBRAS ÓPTICAS
Se emplearán tres tipos fundamentales de FOs:
F IBRA DE P LÁSTICO (POF, P LASTIC O PTICAL F IBER ). Son fibras multimodo hechas de
plástico transparente, que se utilizan en la región visible del espectro (en nuestrocaso, se usarán a 650 nm, en el rojo).Tienen una atenuación muy elevada (se mide
en dB por metro , no por ki lómetro ) y una dispersión muy alta. Por ello no sirven para
Comunicaciones Ópticas a larga distancia. Sí son útiles, por ejemplo, para conexiones
de pocos metros (por ejemplo, entre dos ordenadores). En el Laboratorio resultan
muy adecuadas porque tienen un núcleo muy grande (en torno a 1 mm), que las hace
fá il d i l di Ad á ill d i
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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
I.2. RECUBRIMIENTOS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
Generalmente, las fibras ópticas que se utilizan en instalaciones reales están protegidas
por una serie de capas protectoras que las aíslan de agentes externos. Las FOs que se
emplean en el laboratorio, en ocasiones, vienen sin la mayoría de esas capas,
precisamente para permitir la manipulación de las mismas:
F IBRA D ESNUDA . Dícese de aquélla que carece de recubrimientos plásticos de
protección. Estas fibras son algo más gruesas que un cabello, y llevan únicamente un
recubrimiento de silicona (azul o incoloro en nuestro caso). Se deben manipular con
cuidado, porque se rompen con facilidad. En el Laboratorio hay bobinas de fibra
desnuda de varios kilómetros de longitud, y fragmentos arrollados de algunos
metros. Las fibras de plástico del laboratorio llevan un único recubrimiento negro de
polímero, y tienen un grosor de alrededor de 2 mm.
C ABLES DE F IBRA . Cuando no se necesita manipular la propia fibra, se emplean
cables, de aspecto semejante a los eléctricos, en los que las fibras están más
protegidas. Los extremos de estos cables de fibra vienen rematados con conectores.
En el Laboratorio se encuentran cables de fibra de 1-2 m ( lat igui l los) y carretes
que contienen desde cientos de metros a algunos kilómetros. La par te más frági l d e
los cables son los conectores de los extremos.
C ÓDIGOS DE C OLORES . No existe un código de colores establecido para distinguir las
características de una fibra solitaria (sí los hay para cables multifibra, que son los
habituales en enlaces). Los lat igui l los de fibra monomodo del Laboratorio son
h bit l t d l ill l d fib lti d l d l j
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LCOBM – Conceptos Básicos, Instrumentación y Manejo de Dispositivos
E MPALMES O S OLDADURAS DE F IBRA . Cuando se desea realizar una unión permanente
entre dos fibras, se fusionan sus extremos por medio de una máquina de soldar. Esta
operación se realiza típicamente en montajes de campo para unir carretes sucesivos.
E MPALMES P ROVISIONALES . Es una variante de laboratorio en la que se enfrentan dos
fibras y se sujetan mecánicamente sobre una superficie metálica provista de una
ranura (surco en V ). A veces se añade sobre el empalme una gota de líquido con el
mismo índice de refracción que las fibras, para evitar reflexiones en las interfases.
C ONECTORES P ROVISIONALES . Permiten conectar, de forma provisional, el extremo de
una fibra y la entrada a un dispositivo emisor o receptor. En determinados tipos de
conectores del laboratorio, también pueden utilizarse para estudiar las propiedades
del haz luminoso emergente, al facultar la manipulación del extremo de la fibra y su
colocación precisa dentro de un montaje óptico.
C ONECTORES P ERMANENTES . En montajes reales, son los conectores habituales para
los extremos emisor y receptor. En el Laboratorio se pueden encontrar en los
lat igui l los y en los carretes de cable . Los conectores de fibra de sílice del
Laboratorio son de tipo FC. Son semejantes a los conectores BNC eléctricos, pero
t ienen rosca . Son todos aéreos, del mismo género (macho), y se adaptan entre sí
por medio de pasamuros de doble rosca en los que quedan enfrentados.
I .3.1. Precaucio nes con los con ectores
Es importante observar que los conectores FC van provistos de una lengüeta que
j ranura d l P l t t el conector sólo encaja
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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
Los conectores deben estar tapados siempre que no se encuentren en uso, para
evitar que se ensucie el extremo de la fibra. Recuerde que está manipulando luz .Cualquier resto de suciedad en la cara del conector introducirá pérdidas en el enlace.
Los conectores de las fibras de plástico carecen de lengüeta, y se conectan por
presión, hasta escuchar un "clic". Se extraen tirando con cuidado del conector.
I.4. ACOPLADORES
Como es sabido, algunas manipulaciones que resultan muy simples con cables eléctricos
son bastante complejas en FOs. En particular, se encuentran en este grupo todas las
operaciones relacionadas con continuidad de las líneas (empalmes, uniones
provisionales) y con el encaminamiento de la señal (bifurcaciones, divisiones de señal,
inyección de señales a una misma línea, transmisión punto-multipunto). En otras
palabras, resulta más sencillo garantizar la continuidad eléctr ica que la óp tica .
Para poder realizar estas operaciones de
un modo sistemático, se han desarrollado
familias de elementos pasivos conocidos
con el nombre genérico de acopladores .Los acopladores (Figura I.1) son dispositi-
vos que combinan y/o separan las señales
procedentes de una serie de FOs. Suelen
distinguirse por su número de entradas y de salidas . Así se habla de acopladores 1x2,
2x2, o en general, MxN. Si las entradas son intercambiables por las salidas (depende de
Figura I.1. Aspecto real de un acoplador2x2 y esquema de un 2x2 y unMxN. Las asignaciones depuertas pu eden variar.
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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
Directividad. Potencia de una entrada que se acopla a otras. Tal como está
formulada, es tanto mejor cuanto mayor es:
ik P
P 10= D
k
entradai
log 4
I.4.2. Mult iplexores por divis ión en long itud de onda
Otro tipo de dispositivos pasivos de gran utilidad en Comunicaciones Ópticas son unos
elementos capaces de separar diferentes longitudes de onda de un canal. Pueden
considerarse un tipo especial de acopladores 1xN, en los que la potencia óptica
procedente de la única entrada se distribuye entre dos o más salidas según su longitud
de onda (ello permite enviar varias señales simultáneas por la misma fibra y separarlas a
la salida). Reciben el nombre de multiplexores por división en longitud de onda
(wavelength d ivis ion m ult ip lexer, WDM) . Los dispositivos son bidireccionales, es decir,
pueden servir para separar radiación de diferentes longitudes de onda que viaja por la
misma fibra, o para combinar varias longitudes de onda en una sola salida.
Los parámetros de caracterización de los WDM son los mismos que los ya
relatados para los acopladores. Poseen además como parámetros característicos, ladiafonía y el aislamiento, que mide la relación de potencias de diferentes longitudes
de onda en la misma sal ida . Así pues, es una medida del poder d e separación
espectral del dispositivo o una medida .
1 11
2 2
( )( ) 10 log
( )
P D
P
5
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LCOBM – Conceptos Básicos, Instrumentación y Manejo de Dispositivos
II. Emisores
Los emisores que se utilizan en Comunicaciones Ópticas son fundamentalmente de dos
tipos: diodo s emisores d e luz (LED) y láseres, en particular diod os láser (LD) . En el
Laboratorio se emplea para la mayoría de montajes una caja de emisores que aparece
en la Figura II.1.
II.1. MÓDULOS DE LA CAJA DE EMISORES
La caja de emisores está
formada por cuatro módulos
Figura II.1. Esquema de la caja de emisores del Laboratorio. Los tres módulos de la izquierdacon tienen LEDs, y el de la derech a es un dio do láser. Las long itud es de ond a defun cion amiento están especific adas en cada módu lo.
En trada señal moduladora LF
En tr ad a señal moduladora HF
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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
Dos conectores BNC para entrada de señal moduladora.
Un conmutador para seleccionar una de las entradas anteriores (modulación digital o
analógica).
Un potenciómetro para controlar la potencia luminosa de salida del LED o LD.
(a la derecha) Un pasamuros donde se introduce el conector de fibra. En el módulo de
650 nm, el pasamuros instalado es para fibra de plástico. En los tres restantes seencuentra un pasamuros FC. (¡Recu erde alin ear la lengüeta y la ranu ra!).
Medida de la corr iente consumida por el emisor LED. Relacionada con el
potenciómetro anterior. La medida se realiza con un polímetro, registrando la tensión
que cae en una resistencia instalada internamente que equivale a 10 .
El interruptor de encendido del módulo. Salvo indicación expresa, los módulos en
uso deben dejarse encendidos durante toda la práctica.
II.2. EL MÓDULO DEL DIODO LÁSER
En la Figura II.3 se muestra el módulo deldiodo láser. Además de los controles des-
critos en el apartado anterior, este módulo
presenta ciertos elementos adicionales. La
función de estos elementos se explica
recordando que los diodos láser comercia-
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El sensor de corriente incluido en los demás módulos aparece también en el módulo
LD, pero se incluye además un sensor de potencia. Esta medida procede delfotodiodo de control interno. Así, en el módulo LD se puede monitorizar la corr iente
entregada al dispositivo, y simultáneamente, de forma independiente, la potencia de
salida del láser.
En el centro del módulo se ha incluido un nuevo conmutador, etiquetado
CORRIENTE /POTENCIA. Con él se puede escoger el modo de funcionamiento del láser:estabilización en corr iente (se mantiene constante la corriente con independencia de
la potencia de salida) o estabilización en potenc ia (se manipula la corriente para que
la potencia, medida constantemente por el fotodiodo interno, sea constante).
II.3. PRECAUCIONES DE MANEJO DE LA CAJA DE EMISORES Las precauciones específicas que deben observarse con la caja de emisores son dos:
Seguridad. Las conexiones etiquetadas "S ALIDA F IBRA ÓPTICA" llevan inmediatamente
detrás un LED o diodo láser. En casi todos los casos se trata de luz infrarroja,
invisible al ojo. Aunque la potencia no alcanza niveles elevados, no es aco nsejable
m irar a tr avés d el con ecto r s i la fuen te es tá enc end ida. Esto es especialmenteimportante en el caso del diodo láser , cuya luz colimada se enfoca fácilmente en la
retina. Como norma t rabaje siempre con los emiso res en un plano h orizontal , a
una altura infer ior al pecho.
Deterioro del m aterial . No introduzca ningún objeto en los orificios de los conectores.
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III. Generadores
La caja de generadores de señal se muestra en la Figura III.1.
Consta de tres módulos iguales. Cada uno de ellos lleva un conmutador, de 10
posiciones, que controla la frecuencia de la señal, y una pareja de BNCs para salidas depulsos de reloj y de datos. En la posición 10, la frecuencia del reloj es de 40 MHz. Cada
posición anterior divide la frecuencia por 2: la 9 corresponde a 20 MHz, la 8 a 10 MHz,
etcétera. La posición 1 corresponde aproximadamente a 78 kHz.
Los tres módulos son idénti cos y síncro nos , puesto que la señal maestra se produce en
i d l t i
Figur a III.1. Caja de generado res
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Generador de Patrones de TV
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IV.
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IV. DETECTORES
La caja de detectores se muestra en la Figura IV.1. Consta de tres módulos equivalentes
situados en la parte izquierda, y uno especial, etiquetado pin InGaAs que ocupa la parte
derecha.
Los tres módulos de la izquierda contienen fotodetectores a tres longitudes deonda: 650 nm (para fibra de plástico; el conector es también POF), 820 nm y 1300 nm
(primera y segunda ventana, con conectores FC).
En cada uno de los tres módulos, por encima de los conectores de fibra se hallan dos
conectores BNC. Son salidas que permiten extraer la señal recibida por el
Figur a IV.1. Caja de detecto res
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LCOBM – Conceptos Básicos, Instrumentación y Manejo de Dispositivos
La tensión de polarización se ajusta con un control giratorio (abajo), y se mideen las bornas adyacentes.
V. Medidores de Potencia ÓpticaEn todos los puestos del Laboratorio existen unas unidades portátiles, semejantes a
polímetros digitales, que se emplean para medir potencia óptica. A tal efecto, poseen en
su parte superior los correspondientes conectores o adaptadores en los que colocar las
diferentes salidas de fibra óptica. Sus características más relevantes se comentan a
continuación:
Los medidores pueden trabajar a diferentes long itudes de ond a. Al realizar una
medida, deberá comprobarse que la de trabajo coincid e con la del medido r . En
caso contrario la medida realizada será incorrecta. Si el medidor carece de la
longitud de onda que se está empleando, utilice la más próxima dentro de las
Figura IV.2. Circui to del fo todiod o p -I-n
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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
Acrónimos habituales en Comunicaciones Ópticasy específicos del Laboratorio
APD. Avalanche photodiode. Fotodiodo
con ganancia empleado en CCOO.
DBR. Distributed Bragg reflection. Diodo
láser de reducida anchura espectral
con reflectores Bragg distribuidos.
DFB. Distributed Feed-back . Diodo láser
de reducida anchura espectral con
retroalimentación distribuida.
EDFA. Erbium-Doped Fiber Amplifier. Amplificador de fibra dopada con Erbio.
FC. Tipo de conector empleado en el
Laboratorio
FO. Fibra Óptica
Gbps. Gigabits por segundo
LCOBM. Laboratorio de Comunicacio-
nes Ópticas " B ri gad ier Mathé"
LD. Laser Diode – Diodo láser
LED. Light Emitting Diode – Diodo
Emisor de Luz
MM. Multimodo
OSA Optical Spectrum Analyzer .
Analizador de Espectro Óptico
OTDR Optical Time-Domain
Reflectometer. Reflectómetro Óptico
en el domino del tiempo. Instrumento
de medida y control de líneas de FO.
p-i-n O simplemente pin. Fotodiodo
empleado habitualmente en CCOO.
POF. Plastic Optical Fiber – Fibra Óptica
de Plástico
SM. Single Mode – Monomodo
SMA Tipo de conector paulatinamente
en desuso
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I Práctica 1: Elementos básicos de unenlace de Comunicaciones Ópticas
El objetivo de esta práctica es que el alumno caracterice la respuesta en continua de los
elementos básicos de un enlace de comunicaciones ópticas: emisores, fibra óptica y
detectores. Para ello será necesario que se familiarice previamente con la
instrumentación que utilizará en las prácticas del laboratorio. Se medirá la característica
Corriente - Potencia Óptica de un LED y de un Diodo Láser, se determinará la
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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
Conocimientos teóricos y cuestiones previas al desarrollo de la práctica
Para la realización de esta práctica es necesario recordar el proceso de conversión
electro-óptica y opto-eléctrica en diodos semiconductores, y su impacto en las
características potencia-corriente de fuentes y detectores, en particular:
o diferencia entre LED y LD
o concepto de corriente umbral y a qué se debe
o concepto de responsividad de un detector y de un receptor con
preamplificador
o dependencia de la responsividad con la longitud de onda, y su origen
físico
o conceptos de saturación y corte en circuitos electrónicos y en
dispositivos optoelectrónicos
También necesita recordar cómo se propaga la luz en una fibra óptica, el concepto de
ventana y de apertura numérica de la fibra.
Algunos de estos conceptos se encuentran en la parte introductoria de este manual de
prácticas, pero deberá repasar sus apuntes de clase o la bibliografía recomendada.
Recuerde anotar en su cuaderno de práct icas todos los valores medido s y calculados, as
com o la respu esta a todas las cuestio nes q ue se p lantean en la práctica.
En algunas m edidas se dan valores estim ados o márgenes de valores. Si los result ados
obtenid os al realizar la medid a no coin ciden, repase la medid a. Si el error persis te consu lte
a su p rofesor .
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Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas
Ambos con opción de aplicar el driver de modulación digital o analógica siendo losmodos de polarización distintos – AN. (modulación Analógica) DIG. (modulación Digital).
LD 1300nm (sólo modulación analógica).
Caja de Detecto res
Receptores con salida digital y analógica (Digital_OUT, Analog_OUT). El
funcionamiento de los comparadores en la salida Digital_OUT requiere conectar
el conmutador de Digital_OUT a ON.
Entrada de fibra de plástico: fotodetector de 650 nm.
Entrada conector FC:
Fotodetector p-i-n 820 nm + amplificador de transimpedancia,
Fotodetector p-i-n 1300 nm + amplificador de transimpedancia.
Receptor con salida analógica (Analog_OUT).
Entrada conector FC:
Fotodetector p-i-n InGaAs 1300 nm con circuito de polarizacióncontrolable.
Caja de generado res
Tres módulos iguales con 10 frecuencias diferentes.
Salida de señal de reloj.
Salida de señal de datos.
Además se dispone de elementos auxiliares y aparatos de medida:
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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
I.0.2. Conectores FC de fibra óptica
l t
LED - 650 nm LED - 820 nm LED - 1300 nm LD - 1300 nm
ON+
ON ON ON
OFF OFF OFF OFF
CONTROLPOTENCIA
SENSOR I
CONTROLPOTENCIA
CONTROLPOTENCIA
CONTROLPOTENCIA
SALIDAFIBRA ÓPTICA
+ +
SENSOR I SENSOR I
+ + ++V=10*I
MONITOR
+
POF SALIDAFIBRA ÓPTICA
FC
SALIDAFIBRA ÓPTICA
FC FC
V = 10*I V = 10*I V = 10*I
POT.CORR.
650 nm 820 nm 1300 nm p-i-n InGaAs
Digital OUT Digital OUT Digital OUT
Analog OUT
FO-In
2 k
10 k
30 k
FO-In FO-In
FO-In
Analog OUT
Analog OUT
Analog OUT
ON
Digittal OUT
Vcc
RL
OFFPOF
ENTRADA FIBRAÓPTICA
ENTRADA FIBRA ÓPTICAFC FC
FC
1 2 3
4
5 6 7
8
9
1 01 2
3
4
5 6 7
8
9
1 01 2
3
4
5 6 7
8
9
1 0
Reloj 1 Datos 1 Reloj 2 Datos 2 Reloj 3 Datos 3
Caja de emisores
Caja de detectores
Caja de generado res Fig. I.1. Cajas de emiso res, detectores y g enerado res
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Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas
I.0.3. Medidor de po tenci a
En la figura I.2 se esquematiza el manejo de un medidor de potencia del laboratorio.
Está dotado de un conector FC hembra en su parte superior, donde se acopla el
conector FC del latiguillo de fibra óptica.
Un medidor de potencia óptica no es ni más ni menos que un dispositivo optoelectrónico
Botón
ON/OFF
Selector de
780 nm
850 nm
1300 nm
1310 nm
1550 nm
Selección de modo delectura
dBm
W
Seleccione la longitud de
onda más cercana a la de
la señal que desee medir
El botón “ref” no lo use nunca
Fi I 2 M did d i
Si lo pul sa accidentalmente, puede
recuperar el funcionamiento
normal ulsando dBm/W
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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
I.1. MEDIDA DE POTENCIA ÓPTICA
Objet ivos: En este apartado se medirá la potencia óptica emitida por las fuentes
LED, con el fin de aprender a manejar el medidor de potencia y a
manipular los conectores FC.
Método d e med id a:
Los LED se emplearán en el modo de
polarización digital Dig., en el que la
corriente de polarización es fija
(Fig.I.3), no siendo afectada por el
potenciómetro de control de potencia
(Fig. I.1-caja de emisores).
Como, en esta práctica, no se va a
modular, la potencia óptica emitida por
el LED es constante.
Procedimiento experimental :
La Caja de Emisores deberá encontrársela encendida. Compruebe que los
indicadores LED están encendidos en todas las fuentes.
Seleccione modo Dig. y realice los puntos siguientes para una de las fuentes LED (820
o 1300 nm)
Entrada
HF
Estabilizador
de corriente
R
R
R
10
Circuito
Modulación
Alta Frecuencia
Sensor I
+5 vol.
Conexión a
fibra FC
Fig. I.3. Medida de corriente del LED en mo do Dig.
digital
Conmutador
An./Dig.
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Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas
posibles longitudes de onda (780 nm, 850 nm, 1300 nm, 1550 nm). Analice la causa de
las diferentes lecturas con la misma fuente de potencia:
Incluya en su cuaderno: una gráfica de la potencia (µW) en función de la la
inversa de la longitud de onda (nm), [1/λ , P], observe el tipo de dependencia (constante,
lineal, potencial, polinomial, exponencial, logarítmica...) e indique a qué se debe.
Explique si las potencias medidas son correctas y por qué.
Nota: Como se verá en la práctica 2, el modo de polarización de la señal óptica de
salida depende de la señal en la entrada Digital_IN, con inversión lógica:
cuando en esta entrada se aplica un “0” lógico (0 V, o ninguna tensión aplicada),
la potencia emitida es la máxima permitida (“1“ lógico), mientras que al aplicar un
“1” a la entrada (tensión de 5 V), el LED no emite potencia (“0” lógico).
I.2. MEDIDA DE LA RESPUESTA EN POTENCIA DE UN LED
Fig. I.4
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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
La potencia emitida se monitoriza en el medidor de potencia (Fig. I.4).
La corriente que circula por el LED se medirá en las bornas del sensor de
corriente del LED [Sensor I], que proporcionan la tensión en una
resistencia de 10 en serie con el LED y el estabilizador de corriente (Fig.
I.5).
Procedimiento experimental :
Realice los pasos descritos a continuación para la fuente LED de 820 nm.
I.2.A. Seleccione la posición An., en el conmutador An./Dig. del módulo de emisores
empleado.
Conecte el medidor de potencia y el LED por medio de un latiguillo de fibramultimodo.
Ajuste la longi tud de onda del medidor al valor más cercano al emisor
entre los disponibles.
Conecte el polímetro, en escala de Voltios DC, a las bornas [Sensor I ; V =
10 * I] del circuito de polarización del LED, cuya tensión es proporcional a lacorriente que lo atraviesa (ver Fig.I.5).
I.2.B. Partiendo de la posición mínima del potenciómetro del módulo emisor,
incremente el valor de la corriente aplicada al LED, anote su valor y mida la
potencia emitida.
El medidor deberá situarse en la escala lineal (mW) no en dBm.
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Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas
I.2.E. Para la fuente del LED de 1300 nm, repita I.2.A y mida la potencia máxima
emitida y la corriente de polarización del LED en ese punto. Calcule la relaciónPotencia en fibra/Corriente inyectada (W/A) para la mitad de la corriente de
polarización anterior.
I.2.F. Determine el valor de la eficiencia cuántica interna para cada tipo de LED e
identifique cual de ellos tiene mayor eficiencia interna. Considere la potencia
óptica emitida, Pe, igual a la potencia en fibra y una eficiencia cuántica de
extracciónn del 0,1% (se incluyen las pérdidas de acoplo a la fibra, n=3,5).
Recuerde: Pe = ηext Pint ; int int
hc I P
q
;
int
º _ _
º _ _
n de fotones generados
n de electrones inyectados ;
I.3. RESPUESTA EN POTENCIA DE UN DIODO LÁSER
P RECAUCIÓN : Nun ca m ire dir ectamen te a la salida d el emis or láser. Realice lascon exion es co n la potenc ia al mínim o.
No apague el emi so r du rante to da la práctic a
Objet ivos : En este apartado se analizará la característica de la potencia óptica
emitida en función de la corriente en un diodo láser, curva P-I.
Adicionalmente se medirá la relación entre la potencia emitida y la
corriente fotogenerada en el fotodiodo monitor interno del LD.
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Método d e med id a: El esquema de funcionamiento del módulo láser de la caja de
emisores (Fig. I.6) se puede observar en la Fig. I.7. Se empleará el mismo método demedida que en el apartado anterior, variando la corriente de polarización por el diodo
láser, anotando la tensión en bornas de una resistencia de 10 [Sensor I] y midiendo la
potencia emitida en el medidor de potencia óptica (Fig. I.8). Simultáneamente se medirá
la corriente en el fotodiodo monitor de potencia del diodo láser, anotando la tensión en
bornas de una resistencia VMonitor .
Procedimiento experimental :
I.3.A. Conecte el medidor de potencia al láser de 1300 nm por medio de un latiguillo de
fibra multimodo. Coloque el conmutador An./Dig. en la posición An. Ajuste la longitud de onda del medidor de potencia a la longitud de onda de
la fuente a caracterizar.
Conecte uno de los polímetros, en escala de Voltios DC, a las bornas
[V= 10*I] del láser, cuya tensión es proporcional a la corriente que lo
atraviesa (ver Fig. I.7 – Sensor I).
Fig. I.8
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Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas
I.3.D. A partir de dos puntos cualesquiera por encima de umbral, de las medidas
anteriores, determine en forma aproximada la eficiencia de la pendiente (W/A)del diodo láser (LD).
I.3.E. A partir de un punto cualquiera de las medidas anteriores, y sabiendo que la
resistencia de carga del fotodiodo monitor interno es 2,2 k, determine en forma
aproximada las relaciones Tensión en el monitor/Potencia en fibra (V/W) y
Corriente en el monitor/Potencia en fibra (A/W) del LD.
Al acabar, coloque el potenciómetro en la posición mínima.
I.4. MEDIDA DE LA ATENUACIÓN
Objet ivos : Determinar la atenuación por unidad de longitud de carretes de fibraóptica multimodo en primera y segunda ventana (a 820 nm y a 1300 nm)
Método d e medid a: Directo, monitorizando la potencia extraída de la fibra tras un corto
recorrido de fibra (un latiguillo), y comparándola con la potencia recibida
por el sistema, en idénticas circunstancias, tras haber atravesado un
carrete de fibra de longitud conocida. Las pérdidas se achacan al carrete.
Procedimiento experimental :
En la caja de emisores, encienda las fuentes LED 820 nm y LED 1300 nm si no lo
están ya, y coloque el potenciómetro de control de potencia aproximadamente a la
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I.4.C. Sustituya el latiguillo de fibra por el carrete de fibra MM y anote la potencia
transmitida. I.4.D. Calcule la atenuación (pérdidas por unidad de longitud) en los 2 casos
considerados. Si sus resultados fueran muy diferentes de 3 dB/km y 0,5 dB/km,
para 820 y 1300 nm, respectivamente, repita las medidas.
I.4.E. Conteste: ¿Cuáles son las principales causas de la atenuación de una fibra en
cada una de las dos ventanas?
I.5. RESPUESTA EN CORRIENTE DE UN FOTODIODO EN FUNCIÓN DE
LA POTENCIA ÓPTICA DETECTADA
Objet ivos : Medir la respuesta de un fotodiodo PIN en función de la potencia óptica
incidente.
Método d e med id a: El circuito de polarización del fotodiodo PIN etiquetado PIN-
InGaAs del laboratorio está representado en la figura I.9, junto a las
curvas características de funcionamiento de un fotodiodo. El fotodiodo
trabaja en su zona de respuesta lineal con tensiones de polarización tales
que lo mantengan en inversa -tercer cuadrante de la curva V(I)-. En esecaso la corriente fotogenerada es proporcional a la potencia óptica
incidente, siendo el factor de proporcionalidad la Responsividad (A/W).
La fotocorriente se mide a partir de la caída de tensión en la resistencia
de carga RL, que determina la recta de carga (Iph = VRL/RL ).
Para caracterizar la respuesta del fotodiodo se variará la potencia óptica
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Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas
Fig. I.9. Cu rvas características de fot od iodo s. El pu nto de tr abajo en cada m edida es tá en elcruce de la cur va I-V correspo ndiente a la potencia ópt ica incidente con la recta decarga del ci rcui to.
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de proporcionalidad calculado en I.3.E. Mida la tensión en la resistencia de carga
del PIN (VRL).I.5.C. Repita las medidas anteriores para 40, 60, 80 y 100 µW. Represente en una
gráfica los valores de la tensión leída en la resistencia de carga del fotodiodo
PIN (proporcional a la corriente fotogenerada) frente a la tensión leída en el
monitor de potencia (proporcional a la potencia incidente), y compruebe la
linealidad de la respuesta.
I.5.D. Calcule la responsividad del fotodiodo. Si el valor obtenido es muy diferente de
0,9 A/W, repita las medidas o los cálculos.
I.6 RESPUESTA EN TENSIÓN DE UN FOTODIODO CON
AMPLIFICADOR DE TRANSIMPEDANCIA EN FUNCIÓN DEPOTENCIA ÓPTICA DETECTADA
Objet ivos : Mediante el montaje desarrollado en este apartado se pretende
caracterizar la respuesta eléctrica de un fotodiodo con amplificador, en
función de la potencia luminosa incidente.
Método de med id a : En primer lugar se determinará el offset del amplificador, es decir,su tensión continua de salida cuando la potencia óptica de entrada es
nula. Posteriormente se medirá la linealidad de la respuesta del detector
al variar la potencia óptica incidente.
Para la medida de la potencia incidente en el detector se utilizará un
acoplador 2x2 y se supondrá que la potencia incidente en cualquiera de
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Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas
Conecte la salida Analog-Out del detector a un polímetro, en escala de
Voltios DC.
Compruebe que los conmutadores An./Dig. del LED escogido está en la
posición An..
I.6.B. Con el potenciómetro de control de potencia del LED al mínimo mida la tensión
de salida del detector (Analog-out). Así medirá el of fset de cont inua del
preamplificador.
I.6.C. Varíe la potencia de salida, potenciómetro [Control Potencia], del LED y mida la
tensión de salida del detector en (Analog-out) aproximadamente cada 2-3 µW
VDC
SALIDAFIBRA ÓPTICA
LED - 650 nm
+
CONTROLPOTENCIA
SENSOR I
+
+ +POF
V = 10*I
ON
OFF
LED - 820 nm
CONTROLPOTENCIA
+
SENSOR I
+
+ + SALIDAFIBRAÓPTICA
FC
V = 10*I
ON
OFF
LED - 1300 nm
CONTROLPOTENCIA
SENSOR I
+ +
+ + SALIDAFIBRAÓPTICA
FC
V = 10*I
ON
OFF
LD - 1300 nm
CONTROLPOTENCIA
+SENSOR I
SENSOR P
+
SALIDAFIBRAÓPTICA
FC
P OT. C ORR .
ON
OFF
Fig. I.10
Ó
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I.6.F. Compare las unidades de la responsiv idad medida en este apartado y el
anterior (I.5.D) y explique el origen de la diferencia.
I.7 APERTURA NUMÉRICA DE LA FIBRA DE PLÁSTICO
Objet ivo: Mediante un método sencillo se medirá la apertura numérica de una fibra
óptica. El requisito para utilizar este método es emplear luz visible y
utilizar una fibra de plástico, en la que el valor de la AN sea grande.
Método d e med id a: La luz emitida por la fibra de plástico se proyecta sobre una
pantalla a una distancia d de la fibra. Se determinará el diámetro D de la
zona iluminada. Se considerará que la AN puede aproximarse al seno
del ángulo del cono l um ino so de salida, que se determinará
geométricamente a partir de d y D :
sen2
tg AN d
D
Procedimiento experimental :
I.7.A. Conecte el latiguillo de fibra de plástico al LED de 650 nm y al soporte deplástico. Proyecte la radiación de salida sobre una pantalla, y mida la distancia
fibra-pantalla y el diámetro del círculo iluminado. Necesitará trabajar en
condiciones de baja luz ambiente.
I.7.B. Repita las medidas para varias distancias fibra-pantalla. Determine la AN como
el promedio de las medidas realizadas.
Ó
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Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas
No olvide incluir en su cuaderno la solución a las preguntas planteadas en el desarrollo
de la práctica (cuestiones, cálculos, curvas…) y todos los resultados de las medidasrealizadas. Para facilitar un resumen de los resultados, incluya en su cuaderno las
siguientes tablas.
I.1: Medida de potencia óptica
Longitud de onda dela fuente:
Potencia (dBm)
Longitud de onda en
medidor λ[nm]
780 nm 850 nm 1300 nm 1550 nm
Potencia(dBm)
Potencia
[μW]
λ[medidor]/ λ[fuente]
P [λ medidor-W]/
P[medida-W]
Explique el
comportamiento
Ó
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I.3: Respuesta corriente-potencia de un Diodo Láser
Posición conmutador
Corriente umbral (mA)
Eficiencia de la pendiente (W/A)
Tensión monitor/ Potencia fibra (V/W)
Corriente monitor / Potencia fibra (A/W)
I.4: Atenuación de la fibra
Datos carrete Nº:
L= Km
820 nm 1300nm
Potencia con latiguillo (dBm)Potencia con carrete (dBm)
Atenuación (dB/km)
¿A qué es debida la atenuación?
(en cada ventana)
I.5: Respuesta corriente-potencia de un fotodiodo
Potencia emitida Tensión en VRL
(V)
Tensión en monitor
potencia (V)
Responsividad:
(A/W)
40
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II Práctica 2: Comportamiento dinámicode los dispositivos optoelectrónicos
En esta práctica se estudiará el comportamiento dinámico de los emisores y receptores
ópticos y el comportamiento de la fibra en su respuesta temporal.
L b t i d C i i Ó ti D t T l í F tó i Bi i i í
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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
Recuerde anotar en su c uaderno de práct icas todos los v alores m edidos y calculados, as
com o la respu esta a todas las cuestio nes q ue se p lantean en la práctica.
Es impo rtante que estudie la par te introductor ia de manejo del osci los copio que ut i l iza en el
laboratorio (Tektron ix TDS2022B).
En algunas m edidas se dan v alores estimado s o márgenes de valores. Si los resu ltados
obtenidos al real izar la medida no coinciden repase las conexiones, l impie los conectores y
repita la medida. Si el error persiste con sulte a su pro fesor.
Conocimientos teóricos y cuestiones previas al desarrollo de la práctica
Para la realización de esta práctica es necesario recordar:
Respuesta característica (Corriente-Potencia) de LED y LD.
Concepto de corriente umbral y de temperatura característica de un LD.
Comportamiento de la respuesta característica del diodo (Tensión-Corriente) para
un fotodetector PIN a distintas potencias ópticas de excitación, así como su
circuito típico de polarización. Conceptos de responsividad, corte y saturación.
Todo ello se encuentra en la primera parte del manual de prácticas: “Conceptos
fundamentales de comunicaciones ópticas”.
Cuestiones previas (incluya en su cuaderno):
¿Cómo se calcula la temperatura característica de un LD a partir de medidas de la
corriente umbral a dos temperaturas distintas?
P á ti 2 C t i t di á i
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Práctica 2: Comportamiento dinámico
FO
RL Vout
Analog-outVsensor
V = 10 Ix
10
p-i-n
Ipol IAC LED
Por medio del mando de contro l d e potencia correspondiente al LED de 1300, en la caja
de emisores, se puede variar la corriente de polarización (Ipol) aplicada al LED. Si,
estando el conmutador en la posición AN., se aplica una señal de baja frecuencia
(f < 5 MHz) a la entrada ANALOG IN, se sumará a Ipol una corriente (i AC) proporcional a la
tensión aplicada. La corriente total aplicada al LED (Ipol + i AC) puede monitorizarse en
Vsensor (V=10xI).
La señal óptica producida por el LED se acopla al detector PIN de InGaAs de la caja de
detectores por medio de un latiguillo de fibra. Siempre que la tensión de polarización del
fotodiodo (Vc c ) lo mantenga polarizado en inversa, se generará una fotocorriente (iph)
proporcional a la potencia óptica recibida.
En resumen, con el mando “contro l de potencia ” se puede ajustar el valor de corriente
continua de polarización del LED. La señal de modulación se aplica al conector
“ANALOG IN” y el valor de la corriente instantánea aplicada al LED puede medirse en
“Vsensor ”. Por otra parte, la corriente instantánea generada en el fotodiodo puede medirse
a través de la resistencia de carga (RL) en Vout (Analog Out).
L b t i d C munic ci n s Óptic s Dpt T cn l í F tónic Bi in ni í
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tensión en Vout (ANALOG OUT). Calcule la relación entre Vout y la potencia que
incide sobre el fotodiodo [V/W]. Calcule la responsividad del p-i-n [A/W].
Valor es típic os :
Pot enc ia Ópt ica 15-30 µW
V OUT 0,3-0,8 V
V OUT /P OPT 15.000-30.000
0,7-1,0
II.1.B. Module el LED con una señal senoidal de 0,5 Vpp, 100 Hz y offset nulo2,
conectando el generador en Analog IN. Observe en el osciloscopio esta señal y la
presente en Vsensor de forma simultánea. Calcule la relación entre la corriente
alterna en el LED y la tensión alterna aplicada3.
Valor es típic os : i LED /V AC 45-65 mA /V
II.1.C. Conecte la señal Vsensor al canal 1 y Vout, del receptor , al canal 2 del osciloscopio.
Variando el punto de polarización del LED observe que la señal 1 queda
recortada en la parte superior o inferior. Explique por qué.
II.1.D. Aumente la señal del generador y ajuste el punto de polarización hasta que la
señal quede recortada en la parte superior e inferior. Pase el osciloscopio a modo
X-Y (en el Menú Display) y haga la imagen lo mayor posible con los mandos de
sensibilidad de los canales 1 y 2 y aumentando la amplitud de la señal del
generador, sin que se salga de la pantalla. Describa la imagen obtenida y
represéntela en su cuaderno en un gráfico acotado. Puesto que el osciloscopio
mide señales de tensión y ya ha medido los factores de conversión necesarios,
utilice en la representación como eje X el valor en mA de la corriente aplicada al
Práctica 2: Comportamiento dinámico
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Práctica 2: Comportamiento dinámico
Valor es típic os : P OPT /i LED Vease ho ja de carac terístic as HFBR -1312T
II.2. SEÑAL Y POLARIZACIÓN EN EL DIODO LÁSER. CÁLCULO DE LA
TEMPERATURA CARACTERÍSTICA
Objetivos: Igual que en apartado anterior, pero en un diodo láser. Adicionalmente se
medirá la temperatura característica del diodo.
Método de medida: Repita los apartados anteriores utilizando el diodo láser a 1300nm
Mon taje del Ap artado II.1.C. El mism o esq uema es válido p ara el Apartad o II.2 emp leando el módul o láser
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- Si en la curva P-I del LD observa una saturación:
o Averigüe si el origen es el emisor o el receptor
o ¿Cómo se puede corregir fácilmente (sin reducir la amplitud de la señal de
modulación y sin variar el punto de polarización)?
- Anote las diferencias entre los modos de funcionamiento del emisor (modo
corriente y modo potencia).
II.2.B. La temperatura tiene un efecto limitado sobre los LEDs, pero afecta notablemente
la emisión de los diodos láser, especialmente su corriente umbral. Antes de
desmontar el montaje, se medirá la temperatura característica (T0) del diodo láser,
según la ecuación:
0
0
expth
T I I
T
siendo I th la corriente umbral e I 0 una constante. La temperatura del láser se
obtiene midiendo con el polímetro la tensión existente en DIGITAL IN del módulo
láser. Este BNC está co nectado en realidad a un sensor LM-335 coloc ado
sob re el dio do. Está ajustado para pro duc ir un valo r de tensión tal que sus
decimales ind ican d irectamente la temperatura del dis posit ivo en ºC. Por
ejemplo si la tens ión medid a es de 1,25 v. el láser ten drá un a temperatu ra de
25ºC.
Para obtener la temperatura característica, es necesario tomar valores de
Práctica 2: Comportamiento dinámico
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Práctica 2: Comportamiento dinámico
Obtenga 4-5 medidas a intervalos durante el enfriamiento, represéntelas
gráficamente en escala semilogarítmica, ajústelas a una recta y calcule la
temperatura característica a partir de la misma.
Valor es típic os : T 0 40-80 K
Conteste:
- ¿Cómo variaría T0, dependiendo de que la temperatura del láser se mida en ºK o
ºC.?
II.3. SEÑALES DIGITALES EN LED.
El circuito de ataque analógico al LED (driver ) tiene un ancho de banda pequeño, como
indicamos anteriormente, sin embargo el digital aprovecha mucho más las capacidades
de conmutación del LED.
Debe señalarse que este comportamiento es propio de los circuitos desarrollados para
las prácticas y no es general , es decir, se pueden diseñar drivers analógicos tan rápidos
como los digitales.
Objetivos: Obtener un primer contacto con el comportamiento en conmutación de los
elementos optoelectrónicos. Medida de la velocidad de transmisión de las
señales ópticas en la fibra.
Método de medida: Se va a medir la velocidad de grupo de las señales en una fibra
óptica, es decir, la velocidad a la que se propaga la señal de un extremo a
otro de la fibra.
Como es sabido, la luz se propaga en el vacío con una velocidad de 3·108 m/s, en el caso
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efect ivo de un modo en función de la longitud de onda (dispersión modal). Los efectos de
la dispersión en un enlace se analizarán más profundamente en la siguiente práctica. En
ésta nos limitaremos a medir el índice efectivo y el efecto de la dispersión en la
transmisión de una señal pseudoaleatoria sin distinguir entre ambas dispersiones.
Procedimiento experimental:
II.3.A. Teniendo en cuenta que el índice de refracción efectivo esperado estará entre 1 y
2, el rango de velocidades estará entre 3·108 y 1,5·108 m/s. Emplearemos un
Mon taje del Ap artado II.3.A. El mi sm o esq uem a es válido p ara el Apartad o II.3.B emp leand o com o fuen te la señal de
datos 1 de la caja de generado res y s incro nizando con la señal de reloj 2. Conmu tador en DIG. (digital)
Práctica 2: Comportamiento dinámico
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Práctica 2: Comportamiento dinámico
- Utilice una frecuencia cuyo periodo sea mucho mayor que el retardo
máximo esperado para evitar incertidumbres en los impulsos a medir.
Calcule la velocidad de propagación y el índice efectivo, conociendo la
longitud del carrete de fibra y el retardo entre ambas trazas,
Valor es típic os :
Long i tud del Carrete 4,5 – 5 km Retardo de los flanco s 20-25 µs
Velocidad de Propag ación 200.000 km /s Índ ice efectivo 1,5
Compruebe, sustituyendo el carrete de fibra por un latiguillo, que el retardo
introducido por los sistemas electrónicos es despreciable.
II.3.B. En este caso utilizaremos como generador la señal de datos 1 de la caja de
generadores , con una tasa de 5 Mbps. Aplicaremos esta señal a la entrada digital del
driver de 820 nm, cuya salida óptica aplicaremos al carrete de 5 km de fibra. La salidaanalógica del módulo receptor correspondiente, la aplicaremos al canal 1 (acoplamiento
CA) del osciloscopio. Para reducir la distorsión de la señal de adaptar impedancias,
colocando el adaptador de 50 en la entrada del osciloscopio.
Para observar todas las posibles transiciones, se sincroniza con la señal de reloj en
sincronismo externo, y se selecciona persistencia en el Menú Display. La frecuencia
del reloj de sincronismo deberá ser igual o menor a la tasa binaria de la señal para
garantizar la observación de todas las transiciones
El resultado será un diagrama de ojo del canal. Maximice y centre la señal en la pantalla
empleando el Vernier (CH Menú Ganancia Variable Fina) y mida la pendiente los
flancos de subida y bajada; con el fin de familiarizarse con el osciloscopio, realice la
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Incluya en su cuaderno la siguiente tabla resumen de los resultados, junto con los
gráficos de emisores, receptores y el diagrama de ojo.
Popt
(CW)
Vout Vout/Popt Respons.
R
Ialt/Vmod Eficiencia
Popt/I
T0. Ith
(25ºC)
UnidadLED -- --
LD *
*) La eficiencia de la pendiente del laser.
P OR F AVOR , AL ACABAR LA P RÁCTICA R ECOJAN
T ODO Y D ÉJENLO C OMO E STABA AL P RINCIPIO .
S US C OMPAÑEROS SE LO AGRADECERÁN .
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III. Práctica 3: Balances de Tiempo y dePotencia en un Enlace
En esta Práctica se medirá el ancho de banda de un sistema óptico. Se estudiarán
diferentes enlaces variando los elementos que lo componen (fibra, drivers digitales y
analógicos, LED o láser, detectores con o sin amplificador), midiendo su respuesta en eltiempo o en la frecuencia y se calcularán los balances de tiempos en función de los
componentes de un enlace.
En segundo lugar se transmitirá una señal de vídeo en banda base empleando diversos
emisores y receptores, y se observarán los efectos del punto de polarización del emisor
sobre la calidad de la imagen recibida. A continuación, se transmitirá una señal de video
a través de varios canales con atenuación, reconstruyendo la señal mediante un
repetidor, cuando sea necesario. Se calculará, teóricamente, el balance de potencias en
función de las características de los elementos del enlace y se comparará con la
limitación real del enlace.
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p p g y g
Conocimientos teóricos necesarios
Antes de realizar la práctica, el alumno debe revisar y conocer los siguientes conceptos:
Balances de potencia y de dispersión. Diferentes componentes de la dispersión.
Conceptos básicos de los elementos que constituyen un enlace. Apertura numérica de una fibra. Pérdidas de acoplo entre dos fibras:
desalineamiento axial y longitudinal.
Preguntas y cálculos previos a la realización de la Práctica
Incluya en el cuaderno de prácticas las respuestas a las siguientes cuestiones
M ATERIAL N ECESARIO
Caja de emisores Caja de detectores
Caja de generadores
Osciloscopio
Medidor de potencia óptica
Generador de funciones de bajafrecuencia (Hameg 8030-G)
Carrete MM de 5 km
1 Polímetro + 2 bananas
1 Acoplador X-Y-Z con doslatiguillos
1 Conector de desacoplo encontinua
Latiguillo de fibra MM FC Latiguillo de fibra de plástico
3 cables BNC-BNC
1 conector BNC en T
Adaptador BNC-50
Amplificador integrado en generador
de funciones (Promax GF-232)
Generador de patrones de TV(Promax GV-290)
1 Atenuador BNC 1:20
PC con tarjeta de vídeo/ adaptador aBNC
Práctica 3: Velocidad de Respuesta de Transmisores y Receptores
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p y p
III.1. RESPUESTA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO
Objet ivos : Estimar la respuesta en el tiempo frente a una función escalón de loscircuitos y dispositivos optoelectrónicos, midiendo las respuestas en el
tiempo de sistemas ópticos con diferentes transmisores, receptores, y fibra.
Método d e med id a:
Se aplicará una señal cuadrada a la entrada del driver correspondiente al emisor,
y se medirán los tiempos de subida o bajada del sistema a la salida del receptor.
Al analizar los resultados de las medidas se tendrán en cuenta las siguientes
aproximaciones:
En todos los casos el tiempo medido (t si s
) corresponde al conjunto del sistema
completo: driver + emisor + fibra + detector + preamplificador + osciloscopio.
Supondremos despreciable, para esta práctica, el tiempo de respuesta de la
fibra, cuando se empleen latiguillos de corta longitud. Por tanto en estos casos:
2222
oscrecem sis t t t t
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p p g y g
M1. Driver digital + LED (1300 nm) + latiguillo fibra multimodo + fotodetector (1300nm)+ amp li f icador de transimpedancia (salida analógica)
M2. Driver analógico + LED (1300 nm) + latiguillo fibra multimodo + fotodetector (1300 nm)+ ampli f icador de transimpedancia (salida analógica)
M3. Driver digital + LED (820 nm) + latiguillo fibra multimodo + fotodetector (820 nm)+ ampli f icador de transimpedancia (salida analógica)
M4. Driver digital + LED (650 nm) + latiguillo fibra plástico + fotodetector (650 nm)+ ampli f icador de transimpedancia (salida analógica)
M5. Driver digital + LED (820 nm) + carrete de fibra multimodo + fotodetector (820nm)+ amp li f icador de transimpedancia (salida analógica)
M6. Driver digital + LED (1300 nm) + carrete de fibra multimodo + fotodetector (1300
nm)+ amp li f icador de transimpedancia (salida analógica)
Para la medida de los t iempo s de sub ida y bajada se recomienda:
En CH1 MENU ajustar: Acoplamiento “CA”, Limitar Ancho de Banda
“NO”, Ganancia Variable “FINA” (activa el vernier ), Sonda “1X”,
Invertir “NO”.
Ajus tar la señal en amplitu d (canal vert ic al) de form a que ocu pe casi to da la
pantalla.
Situar uno d e los flanco s en el centro de la pantal la e ir amp liando la escala
(canal horizontal) hasta la máxima resoluc ión pos ible, pero man teniendo
todo el f lanco (subida o b ajada) dentro d e la pantal la.
En el menú MEASURE, CH1, seleccionar el t iempo que se desee medir
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Procedimiento experimental :
III.1.A. Realice el montaje experimental de la figura, correspondiente al caso M1
anterior.
Seleccione la menor frecuencia posible de la señal de reloj (posición 1)
Coloque el conmutador AN./DIG. del LED en la posición DIG. (driver digital),
y desconecte las salidas Digital-OUT en la caja de detectores seleccionando
Montaje del A partad o III.1
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La posición AN. de los emisores selecciona el driver analógico con entrada
por ANALOG IN, y la posición DIG. selecciona el driver digital, con entrada
por DIGITAL IN. Mantenga la posición Digital-Out OFF (Comparadores OFF) en la caja de
detectores.
(*) Para el cálculo del t iempo del sistema considere
indistintamente el tiempo de subida, el de bajada o
un promedio de ambos.
Recuerde restar el t iempo del osci loscopio.
Recuerde, asimismo, que los t iempos se suman y
se restan al cuadrado.
III.1.D. A partir de los resultados obtenidos deduzca un lím ite máximo o un valor
est imado de tiempo de respuesta y ancho de banda, para los elementos:
Indique en su cuaderno de prácticas la justificación
de los valores deducidos o estimados.
Elemento
Driver digital
Driver analógico
LED 1300 nm
LED 820 nm
LED 650 nm
Fotodetector con amplificador de transimpedacia
Valo res típic os :
MONTAJETiempo de respu esta del
sistem a(*) (ns)
M1 2-5
M2 80-150
M3 3-6
M4 8-15
M5 30-70
M6 5-12
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III.1.G A partir de las medidas anteriores y de las hojas de características calcule y
determine para cada longitud de onda la dispersión predominante (modal o
cromática) en la fibra MM.
III.1.H. Con los equipos y fibras caracterizados, calcule la longitud máxima de un
enlace a 850nm y 1310nm transmitiendo una señal digital NRZ a 100 Mb/s, si el
enlace viniera limitado por dispersión.
Nota: Los cálculos III.1.G y III.1.H deben realizarse en casa y apuntar los resultados en el
cuaderno de prácticas. Se le solicitarán en una sesión de prácticas posterior.
III.2. RESPUESTA EN PEQUEÑA SEÑAL CON MODULACIÓN
SINUSOIDAL
Objet ivos : Determinar la máxima frecuencia de modulación de transmisores yreceptores. En concreto se medirá el ancho de banda: del driver analógico
de los LED, y del fotodiodo PIN en función de su resistencia de carga.
Método d e med id a: Se realizará un montaje experimental similar al del apartado
anterior, empleando ahora una sinusoide de frecuencia variable como
modulación de la fuente de señal óptica. Se aumentará la frecuencia de la
señal eléctrica hasta que la respuesta del sistema caiga 3dB respecto al
valor en baja frecuencia. Se utilizarán dos montajes sucesivos:
Montaje 1. Driver analógico + LED (1300 nm) + latiguillo MM + receptor
analógico (1300 nm)
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Procedimiento experimental :
Montaje 1
III.2.A. Realice el montaje experimental de la figura: modulando la fuente (LED) de señal
óptica de 1300nm con una señal sinusoidal de 1kHz, transmita la señal óptica
modulada por un latiguillo de fibra, de longitud despreciable, y recupere la señal
sinusoidal de 1kHz mediante un fotodetector PIN con amplificador. Visualice
ambas señales sinusoidales en el osciloscopio.
Para ello, seleccione una señal sinusoidal de 1 kHz en el generador,
Mont aje de los sub partado s III.2.A, III.2.B y III.2.C
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Si la amplitu d d e la señal de entr ada dismi nuy e al aumentar la frecu encia,
vuelva a ajustarla con el mando de ampli tud.
Valo r Típi co : 4 MHz
Compare el resultado con el ancho de banda del driver analógico del LED
obtenido en III.1.D.
Montaje 2
III.2.D. Asegúrese de que el mando de potencia del diodo láser está al mínimo y que el
conmutador CORR/POT está en la posición CORR. (por motivos de seguridad)
Realice el montaje experimental de la figura, es decir:
module la fuente (LD) de señal óptica de 1300nm con una señal sinusoidal de
1kHz; transmita la señal óptica modulada por un latiguillo de fibra, de longitud
despreciable, y recupere la señal sinusoidal de 1kHz mediante un fotodetector PIN
sin amplificador. Conecte el generador de ondas y la salida analog-out del p-i-n
para poder visualizar ambas señales sinusoidales en el osciloscopio según los
pasos siguientes.
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Para ello:
No utilice el adaptador BNC 50 .
Seleccione una señal sinusoidal de 1 kHz en el generador
Mantenga la posición AN. en el conmutador AN./DIG. del LD, puesto que vaa modular con una señal analógica de baja frecuencia.
Mantenga la posición Digital-Out OFF (Comparadores OFF) en la caja dedetectores, ya que no va a utilizar los comparadores de los receptoresdigitales.
Lleve al máxim o el potenciómetro Vcc del PIN para asegurar que la unión pn
está polarizada en inversa y seleccione una resistencia de carga de 30 k con el conmutador.
III.2.E. Ajuste la señal del generador a 100 mVpp con objeto de no superar el recorrido
de la curva característica del láser. Conecte el polímetro en escala de voltios DC
en las bornas [V= 10*I] del láser y ajuste la corriente de forma que el láser estépor encima del um bral (aprox. 10 mA). Compruebe en la pantalla que la señal
de salida del PIN no está distorsionada (si lo está reajuste la amplitud del
generador y el punto de polarización). Mida la amplitud de la señal de salida
(canal 1).
III.2.F. Mida la frecuencia de corte superior por el procedimiento descrito en III.2.C.
Repita las medidas empleando resistencias de carga de 10 k y 2 k, anotando
en cada caso el valor de la amplitud de la señal de salida a 1 kHz.
Valo res Típi co s
Resistencia deCarga R L
Frecuencia de cortesuper ior f 3dB (kHz)
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frecuencia de corte es (2··RL·C)-1, siendo C la capacidad del conjunto [PIN +
cables + osciloscopio], compruebe que el producto [tensión de salida (1 KHz) *
f3dB] es aproximadamente constante para los 3 valores de R L, y calcule la
capacidad C.
III.3. TRANSMISIÓN DE SEÑAL DE VÍDEO EN BANDA BASE Objet ivos: Transmitir una señal de vídeo en banda base en un sistema analógico de
comunicaciones ópticas utilizando diferentes transmisores. Comparar lacalidad de la transmisión de los distintos emisores en función de su punto
de polarización.
An tes d e realizar la p ráct ica: Repase conceptos asociados a una imagen de vídeo
como pueden ser: sincronismo de línea, contraste, luminancia, crominancia…
Método de med id a: El circuito equivalente del sistema está representado en la figura,
donde la señal Vin es una señal de vídeo en banda base . Esta señal se
obtiene de un Generador de patrones de TV, seleccionando una de las
tramas para comprobar la calidad de la imagen.
Procedimiento experimental :
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III.3.B. Realice el montaje experimental de la figura, en el que empleará como emisor el
láser de 1300nm.
Coloque el conmutador AN./DIG. del láser en posición AN.
Coloque el conmutador CORR/POT está en CORR
Gire el control de potencia del láser al mínimo.
Utilice el atenuador BNC -20 dB para disminuir la amplitud de la señal a la
entrada de la modulación del láser.
III.3.C. Varíe el control de potencia del láser hasta obtener una imagen con la mejor
cal idad posible en el monitor.
Mida la corriente de polarización en el láser en esas condiciones
Corriente de polarización para obtener la imagen co n m ejor cal idad ….. mA
Dibuje, acotándola, la señal que observa en la pantalla del osciloscopio.
III.3.D. Varíe la corriente de polarización del láser, tanto a altos como a bajos valores,
observado su efecto en la imagen y en la señal mostrada en el osciloscopio.
III.3.E. Compruebe qué sucede si no se emplea el atenuador BNC -20 dB.
III.3.F. Transmita la señal de vídeo empleando cada uno de los LEDs (650 nm, 820 nm y
1300 nm). Varíe la corriente de polarización del LED, observando su efecto en la imagentanto a altos como a bajos valores. Por supuesto, cada LED se utilizará con su fibra y
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detector correspondiente. Compruebe, en cada caso, si es necesario o no emplear el
atenuador BNC.
CONTESTE tras la realización de la práctica a las siguientes cuestiones:
- Justifique el comportamiento observado en la imagen (al variar la corriente de
polarización del láser tanto a altos como a bajos valores), a partir de la señal en la
pantalla del osciloscopio.
-Justifique por qué es necesario emplear un atenuador eléctrico en la entrada de
modulación del láser. ¿Qué sucede si no se emplea el atenuador BNC -20 dB?
- Justifique las diferencias observadas al emplear diferentes tipos de fuentes (diodo láser,
LED…), si las hubiera. Analice el comportamiento al variar el punto de polarización del
LED.
- Explique si ha sido necesario o no emplear el atenuador BNC en todos los casos.
Nota: Estas cuestion es debe realizarlas en casa y apun tar los resultado s en el cuaderno de
práctic as. Se le s oli citarán en un a ses ión d e prácti cas po steri or .
III.4. RED DE TRANSMISIÓN ANALÓGICA
III.4.1. Introducción
El objetivo de esta práctica es el diseño de una red de comunicaciones ópticas, en la que
la atenuación hace necesaria la regeneración de la señal. El esquema del montaje es el
siguiente: Una señal de vídeo en banda base excita al diodo láser de la caja de emisores.
Para evitar saturar al LD se utiliza un atenuador de 20 dB. La salida óptica se introduce
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CALCULE antes de realizar la práctica: A partir de los valores medidos en las prácticas 1 y 2, de respuesta de emisores,
detectores y fibra, el alumno debe calcular la máxima atenuación permisible en el
sistema de microposicionamiento X-Y-Z para poder recuperar la señal de vídeo en
recepción. Para ello dibuje un diagrama de bloques del sistema y anote todos los
valores de tensiones y potencias ópticas calculados.
Montaje del A partad o III.4
AN
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Nota importante : Las cajas de emisores del laboratorio disponen de dos tipos de
láseres. En la práctica se va a utilizar un LD cuya pendiente vale: PLD /ILD = 23 W/mA y
Vin /ILD = 50 mV/mA.
III.4.2. Experimental
En primer lugar ajuste en continua, con el medidor de potencia, las perdidas en el
microposicionador X-Y-Z al valor de máximo acoplo de potencia. Realice el montaje
experimental de la figura y compruebe el correcto funcionamiento de la red diseñada
teóricamente. Recuerde ajustar al máximo la ganancia del amplificador (potenciómetro
de amplitud del generador GF-232) y seleccionar el botón AMPL./COMP. Probablemente,
deberá reducir el acoplo de potencia en el microposicionador X-Y-Z hasta observar
correctamente la señal.
Mida las tensiones y/o potencias ópticas en cada uno de los puntos accesibles.
Observe el funcionamiento modificando la ganancia del amplificador y el acoplo
del sistema X-Y-Z.
Por último reduzca el acoplo de potencia en el microposicionador X-Y-Z (manteniendo la
ganancia del amplificador al máximo) hasta el valor donde se pierde la señal. Mida la
atenuación introducida por el acoplador X-Y-Z y compárela con el valor límite calculado
teóricamente.
CONTESTE tras la realización de la práctica:
- Especifique las concordancias y/o discordancias entre los resultados teóricos y
experimentales. Comente si, en su opinión, la diferencia observada entre cálculos
teóricos y medidas es razonable. Indique qué parámetros, de los empleados en los
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III.1. A-C
III.1.D
ElementoTiempo de respuesta
máximoAn cho de B anda mínim o
Driver digital
Driver analógico
LED 1300 nm
LED 820 nm
LED 650 nm
Fotodetectores + amplificador detransimpedacia
Valo res típic os :
MONTAJE
Tiempo típic o d e
respuesta del
s istema (ns)
Tiempo de
subid a (ns)
Tiempo de
bajada (ns)
Tiempo de
respuesta del
s istema (ns)
M1 2-5
M2 80-150
M3 3-6
M4 8-15
M5 30-70
M6 5-12
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III.2.G
Frecuencia de corte superior
típ ic a (MHz)
Frecuencia de corte superior
medida (MHz)
5
III.2.H
Resistencia deCarga R L
Tensión de salidaa 1 kHz
Frecuencia decorte superior f 3d B
(kHz)
V. de salida XFrec. de cortesuper ior
Capacidad
30 k
10 k
2 k
III.4.1 (Cálcu los Previ os )
Diagrama de bloques:
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IV. Práctica 4: Respuesta en frecuencia
En esta práctica se analizará la respuesta en frecuencia eléctrica de diversos sistemasde Comunicaciones Ópticas, empleando tanto modulación analógica como digital, paralo cual se utilizará un Analizador de Espectro Eléctrico (AEE). En primer lugar seobservará el espectro eléctrico de la señal transmitida al modular analógicamente undiodo láser por encima y debajo del umbral. En segundo lugar se observará elespectro al modular un LED con datos en formato digital. Finalmente, en el último
apartado se estudiarán las características de transmisión de un sistema de fibra deplástico, observando el efecto de la atenuación en la fibra sobre la potencia óptica yeléctrica de la señal recibida y se estimará el nivel de ruido del sistema.
El AEE permite observar los espectros de las señales aplicadas, que anteriormentehan sido calculados de forma teórica, permitiendo calibrar las medidas obtenidas.
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Conocimientos teóricos necesarios
Antes de realizar la práctica, el alumno debe revisar y conocer los conceptos teóricossiguientes:
Sistemas lineales: Señales periódicas y no periódicas; espectros discretos y
continuos.
Características de los LDs y de las fibras ópticas de plástico.
INTRODUCCIÓN TEÓRICA Y CÁLCULOS PREVIOS
Los Analizadores de espectro, tanto ópticos, como eléctricos, representan la densidad
espectral de potencia (PSD) de una señal en función de la frecuencia (o longitud de
M ATERIAL N ECESARIO
Caja de emisores
Caja de detectores
Caja de generadores
Osciloscopio
Analizador de espectro eléctrico
1 Medidores de potencia óptica
Generador de funciones
Latiguillo de fibra MM FC
3 cables BNC-BNC
1 adaptador BNC en T
1 Atenuador BNC 1:10
Carrete de fibra de plástico de ~50m
Latiguillo de fibra de plástico
1 adaptador BNC 50 (o unsegundo BNC en T y un terminadorde 50 )
BNC - Bananas
Práctica 4: Respuesta en frecuencia
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( )dP f
df de señales de espectro continuo, habrá que tener en cuenta la anchura del
filtro utilizado, y dividir el valor de potencia indicado por el AEE entre dicho ancho debanda.
Si una señal es periódica, su espectro consiste en una serie de componentes discretas
de potencia finita en las frecuencias múltiplo de la frecuencia básica o fundamental.
Claramente, el filtro paso-banda no puede ser infinitamente estrecho, así que el
resultado estará formado por picos de anchura igual a la del filtro. A esta anchura sedenomina resolución del espectro y suele poder ajustarse en función de la medida a
realizar; así en el AEE del laboratorio podremos seleccionar 20 ó 400 kHz.
Un parámetro que hace especialmente útil a los AEE es su rango dinámico,
normalmente superior a 60 dB, que permite comparar componentes espectrales con
amplitudes muy diferentes. Aprovecharemos esta capacidad para medir cómo sedistorsiona una señal analógica al ser transmitida por un canal óptico.
En la zona inferior de la pantalla puede apreciarse normalmente el ruido propio del
equipo cuando se conecta a su entrada una impedancia de 50Ω (si ésta es su
impedancia de entrada) y determina la sensibilidad del equipo.
En cuanto a los controles del AEE del laboratorio, además de seleccionar su
resolución, como se dijo antes, podemos introducir atenuaciones de 10 dB con la
botonera próxima a la entrada, además de subir o bajar la traza de forma continua. En
cuanto al eje de frecuencias, podemos seleccionar la escala en MHz/cm y desplazar la
imagen para centrar la zona de la frecuencia de interés. La escala vertical es fija y vale
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catálogos es la relacionada con descripciones generales de los AEE y sus parámetros
más relevantes.
Cálculos previo s
1.- Para reconocer las curvas obtenidas en el desarrollo de la práctica, es calcule u
obtenga de alguna referencia los espectros de las siguientes señales:
a) Tono puro sinusoidal de frecuencia f 0.
b) Tono puro de frecuencia f 0 rectificado en media onda.c) Señales digitales aleatorias (NRZ y RZ) con un periodo de bit T0.
d) Señal de ruido blanco con una potencia espectral SN (W/Hz).
2.- En los espectros anteriores, obtenga la relación entre las frecuencias significativas
y las amplitudes correspondientes, así como la forma de la curva (continua, picos,
etc.).
3.- ¿Qué relación existe entre la amplitud de una sinusoide y su valor eficaz?
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
En esta sesión se estudiarán los siguientes puntos:
1. Estudio del espectro de una señal sinusoidal. Aplicación a la medida de la
corriente umbral de un LD
2. Espectro de una señal pseudoaleatoria de datos
3. Medida de la atenuación de una fibra de plástico y nivel de ruido del sistema.
Práctica 4: Respuesta en frecuencia
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Idea básica del procedimiento:
P
I
Muy ampliado
Saturación Driver
Comprobamos que la señal del receptor no está distorsionada en el osciloscopio y
observamos su espectro eléctrico, que debe consistir en un pico a 1 MHz y otros picos
de mucha menor altura, en los sucesivos armónicos (2 MHz, 3MHz,...). Importante:
no se confunda con el pico de mayor altura correspondiente a la componente DC
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Varíe la corriente de polarización y observe qué ocurre con los armónicos cuando la
señal se distorsiona, bien por bajar de la corriente umbral, bien por saturación.
Compruebe también que la distorsión es pequeña cuando todo el recorrido de lacorriente está por debajo del umbral, si bien el pico fundamental tiene un valor mucho
más bajo (es lineal, pero prácticamente no emite luz).
Cuaderno de Laboratorio:
Dibuje un esquema del montaje utilizado, indicando los equipos y sus conexiones y los
parámetros utilizados.
Dibuje las formas de onda y espectros observados, con sus respectivas cotas, tanto enla medida de Ith, como con distorsión.
2. Espect ro de un a señal de datos pseudoaleator ia
En este montaje realizaremos la transmisión de una señal de datos y analizaremos el
espectro de la señal recibida. Emplearemos el emisor LED a 1300 nm y el
correspondiente módulo receptor.
La señal de datos es una secuencia de máxima longitud (MLS) generada en un
registro de desplazamiento de N etapas con una cierta realimentación. El resultado es
una secuencia periódica de 2N-1 bits que contiene todas las combinaciones de N bits,
salvo la formada por N ceros.
Aplicaremos una señal de datos de 10 Mb/s desde la caja de generación de datos a la
entrada digital del transmisor. Llevaremos la señal óptica por medio de un latiguillo de
fibra al receptor y la salida analógica del módulo receptor la aplicaremos al AEE para
Práctica 4: Respuesta en frecuencia
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Cuaderno de Laboratorio:
Dibuje un esquema del montaje utilizado, indicando los equipos y sus conexiones y
los parámetros utilizados.
Dibuje los espectros utilizados para medir la tasa binaria y la frecuencia de repetición
de las tramas.
/ B
trama
trama
R Mb s
Frec Hz
Longitud bits
N etapas
3. Atenuación de la POF y nivel de ruido
En este apartado mediremos con el AEE la atenuación de la fibra óptica de plástico
(POF). Para ello, aplicaremos a la entrada analógica del transmisor de 630 nm una
señal sinusoidal de frecuencia 500 kHz sin offset y con una amplitud en el rango de
algunos centenares de milivoltios (más tarde ajustaremos su valor).
Por otra parte, llevaremos la salida del receptor de 630 nm al AEE para observar su
espectro.
Primero conectaremos el emisor y el receptor con un latiguillo de fibra. Mida la longitud
de dicho latiguillo ya que la atenuación de la POF hace que no sea despreciable.
Ajuste la amplitud de la señal del generador para asegurarse que no hay distorsiones
(los armónicos a 1 MHz, 1,5 MHz, … tienen amplitudes, al menos, 30 dB por debajo
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En la parte inferior de la pantalla del AEE puede observarse el ruido. Para calcular su
nivel necesitamos establecer una medida absoluta en el analizador. Para ello, conecte
simultáneamente la señal de entrada del AEE al osciloscopio, con el fin de medir suamplitud. Sabiendo que la impedancia de carga del AEE son 50Ω y la amplitud de la
señal, calcule su valor en dBm, que será el representado por el pico del AEE.
señal P mW dBm
Mida la diferencia entre el pico de la señal y el fondo de ruido para conocer la
densidad espectral de ruido (suponga que es ruido blanco, aunque haya zonas donde
no sea plano). Tenga en cuenta la resolución del AEE y exprese su valor en W/Hz.
/ruidoS W Hz
Cuaderno de Laboratorio:
Dibuje un esquema del montaje utilizado, indicando los equipos y sus conexiones y
los parámetros utilizados.
Dibuje los espectros obtenidos con las frecuencias y amplitudes utilizadas para las
mediciones.
Incluya los resultados obtenidos y los cálculos intermedios.
P OR F AVOR , AL ACABAR LA P RÁCTICA R ECOJAN
T ODO Y D ÉJENLO C OMO E STABA AL P RINCIPIO .
S US C OMPAÑEROS SE LO AGRADECERÁN .
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V. Práctica 5: Caracterización de unSistema de Transmisión Digital y sus
componentes pasivos
En esta práctica se empleará el método del diagrama de ojo para analizar las
características de portadoras ópticas moduladas digitalmente. Analizando la forma de
onda de la señal óptica recibida, se observará la degradación de la calidad de transmisión
de una señal digital a causa de la atenuación y la dispersión introducida por el sistema
óptico.
Se compararán las cualidades de transmisión de un enlace a dos longitudes de onda.
Para ello se hará un montaje en WDM, cuyos componentes pasivos se habrán
caracterizado previamente. La visualización de señales a ambas longitudes de onda se
hará de forma simultánea para que la comparación resulte sencilla.
Se comprobarán algunas de las opciones de estructuras de un enlace que ofrecen los
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Conocimientos teóricos necesarios
Para la realización de esta práctica es necesario recordar los conceptos y parámetros
que se enumeran a continuación. Adicionalmente se incluyen algunos conceptos que
debe conocer.
Acopladores ópticos:
o Parámetros: pérdidas de inserción, relación de acoplo, pérdidas de exceso,
directividad.
Se denomina acoplador plano a aquél que presenta una respuesta similar en un
amplio rango de longitudes de onda. Se denomina acoplador bidireccional a aquél
que presenta un comportamiento similar al emplear las entradas como salidas y
viceversa.
Multiplexores/Demultiplexores ópticos WDM:
o Parámetros: pérdidas de inserción, aislamiento.
Receptores ópticos: ruido, BER, factor Q, sensibilidad.
Transmisores ópticos: relación de extinción (definida como PON/POFF)
Sistemas de comunicaciones digitales: Diagramas de ojo, balances de potencia y de
dispersión, limitación por potencia y por dispersión, sistemas simplex y full-duplex.
Microposicionador XYZ (práctica 3)
Preguntas y cálculos previos a la realización de la Práctica
Incluya en el cuaderno de prácticas las respuestas a las siguientes cuestiones
a) Dibuje el esquema de un acoplador 2x2, y escriba las fórmulas de definición de sus
Práctica 5: Caracterización de Sistemas y Dispositivos
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Recuerde anotar en su c uaderno de práct icas todos los valores medido s y calculados, as
com o la respu esta a todas las cuestio nes q ue se p lantean en la práctica.
En algunas m edidas se dan v alores estimado s o márgenes d e valores. Si los resultados
obtenid os al realizar la medid a no coin ciden, repase la medid a. Si el error p ersiste cons ulte
a su pro fesor .
C ARACTERIZACIÓN DE C OMPONENTES P ASIVOS
V.1. CARACTERIZACIÓN DE UN ACOPLADOR PLANO 2X2
Objet ivos : Caracterizar el comportamiento y determinar los parámetros de un
acoplador plano.
Método d e med id a: Directo, monitorizando la potencia de salida en las ramas del
acoplador a dos distintas, 820 nm y 1300 nm.
Procedimiento experimental :
Utilice como fuentes los LEDs de 820 nm y 1300 nm en modo analógico, y como detector
el medidor de potencia óptica. Considere como entradas las puertas 1 y 2, y como salidas
las puertas 3 y 4. Determine experimentalmente las pérdidas de inserción, la directividad
y la relación de acoplo del dispositivo. Rellene en su cuaderno una tabla similar a la
adjunta. Si algún valor de potencia no pudo ser medido indique el límite del parámetro
correspondiente (mayor que o menor que)
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CONTESTE en su cuaderno tras la realización de las medidas:
V-1-a En la caracterización del acoplador, ¿Ha comprobado si se corresponde con un
acoplador plano? ¿Por qué?
V-1-b Complemente las medidas realizadas, con las medidas necesarias para
determinar si el acoplador es bidireccional. ¿Cuál es el resultado obtenido?
V-I-c Compare los valores de los parámetros medidos con las características
proporcionadas con el fabricante que se encuentran en el apéndice de este
manual. ¿En qué parámetro observa una gran diferencia? ¿Cuál es la causa de
esta gran diferencia? Compruébelo numéricamente sabiendo que el índice de
refracción de la sílice es aproximadamente 1,5.
V.2. CARACTERIZACIÓN DE UN WDM
Objet ivos: Caracterizar el comportamiento y determinar los parámetros de un
multiplexor/demultiplexor en longitud de onda.
Método d e medid a: Directo, midiendo la potencia de salida para una entrada dada, con
todas las posibles combinaciones de entradas y salidas, a dos longitudes
de onda distintas, 850 nm y 1300 nm.
Procedimiento experimental
Realice las medidas necesarias para caracterizar el WDM, sin conocer a priori cuál de
sus puertas es la común. A partir de los resultados identifique cada una de las puertas
(común 820+1300nm, puertas de 820 y 1300 nm). Calcule las pérdidas de inserción,
rellenando una tabla similar a la adjunta
Práctica 5: Caracterización de Sistemas y Dispositivos
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CONTESTE en su cuaderno tras la realización de las medidas:
V-2-a) De acuerdo con los valores obtenidos ¿qué configuración de entrada-salida
elegiría para utilizar el dispositivo caracterizado como multiplexor de un canal a
820nm y otro a 1300nm? ¿y para el caso de emplearlo como demultiplexor?
Dibuje los esquemas correspondientes.
V-2-b) Compare los valores de los parámetros medidos (pérdidas de inserción y
aislamiento) con las características proporcionadas con el fabricante que se
encuentran en el apéndice de este manual.¿Observa diferencias significativas
entre sus resultados y los datos del fabricante? Si ha realizado la práctica E1,
compare los resultados obtenidos en ambas prácticas.
C ARACTERIZACIÓN DE S ISTEMAS
Montaje básico :
Para la caracterización de los diagramas de ojos a dos longitudes de onda
simultáneamente se empleará multiplexación mediante dos WDM. Las fuentes serán los
LEDs de 850 nm y 1300 nm con modulación digital de dos señales de datos. Losreceptores serán los correspondientes PIN+amplificador de transimpedancia, en su salida
analógica, salvo indicación en contra. En cada apartado se modificará el dispositivo
instalado entre los puntos comunes de los WDM, y se observarán simultáneamente los
diagramas de ojo en los dos canales del osciloscopio.
Tenga en cuenta las siguientes consideraciones para todos los montajes:
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Práctica 5: Caracterización de Sistemas y Dispositivos
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V.3. ENLACE MULTIMODO CORTO:
Objet ivos: Caracterizar el diagrama de ojo en un enlace con pocos metros de fibra
óptica a dos longitudes de onda y diferentes tasas binarias.
Procedimiento experimental
Dibuje en su cuaderno el esquema del montaje experimental. Seleccione una tasa
binaria de 40 Mb/s en ambos canales, visualice simultáneamente los diagramas de ojo en
el osciloscopio, y caracterice sus parámetros. Repita las medidas empleando una tasa
de 20 Mb/s. Dibuje los diagramas de ojo en el cuaderno anotando la tasa binaria, la
frecuencia de sincronismo, la escala horizontal, la escala vertical en cada canal y la
apertura en amplitud y tiempo para cada longitud de onda
V.4. ENLACE MULTIMODO DE 4,5 KM
Objet ivos: Caracterizar el diagrama de ojo en un enlace de varios kilómetros de fibra
óptica a diferentes longitudes de onda. Determinar la velocidad de
transmisión máxima del sistema limitada por dispersión.
Procedimiento experimental :
Sustituya el latiguillo de fibra del apartado anterior por un carrete de 4,5 km multimodo, y
visualice simultáneamente los diagramas de ojo en ambos canales. Observe las
diferencias entre 820 nm y 1300 nm a diferentes tasas binarias. Determine la máxima
tasa binaria a cada longitud de onda en la que se puede considerara que el diagrama de
ojo está abierto.
Seleccione una la tasa binaria de 20 Mb/s en ambos canales y caracterice los diagramas
de ojo dibujándolos en forma aproximada en su cuaderno con cotas en ambos ejes
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analógica en el receptor. En este último apartado se empleará además la salida digital de
los receptores y se comprobará que el diagrama de ojo obtenido para cada caso es
distinto.
Procedimiento experimental :
V.5.A. Sustituya el carrete del montaje anterior, por el microposicionador XYZ
Localice aproximadamente la posición de acoplo máximo midiendo la salida
del microposicionador XYZ con el medidor de potencia y manipulando los
microposicionadores si es necesario.
Conseguida la posición de acoplo máximo, lleve la señal a los receptores y
visualice el diagrama de ojo, para ambas longitudes de onda a 40 Mb/s.
V.5.B. Manipulando únic amen te el eje Z del microposicionador, aumente las pérdidas
del acoplador hasta que se degrade la transmisión de cada uno de los canales
hasta el valor de amplitud calculado previamente, que correspondía a un BER de
10-9.
V.5.C. Para cada longitud de onda, mida la potencia media que recibe el detector en
cada una de las condiciones del aparatado anterior. Este valor es una estimación
de la sensibilidad del receptor para un BER de 10
-9
. Determine las pérdidasintroducidas por el microposicionador XYZ, a cada longitud de onda y la longitu d
de fib ra ópt ica qu e in tro du ciría las m ism as pérd idas .
V.5.D. A partir de los valores de amplitud calculados, de la sensibilidad medida y de la
responsividad medida en prácticas anteriores, calcule la relación de extinción de
Práctica 5: Caracterización de Sistemas y Dispositivos
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Con el fin de analizar, en conjunto, las diferentes calidades de transmisión de los enlaces
que ha medido en esta práctica, rellene en su cuaderno una tabla similar a la mostrada a
continuación:
Enlace cortoTasa bin aria 40 Mb/ps Tasa bin aria 20 Mb/s
820 nm 1300 nm 820 nm 1300 nm
Apertura en amplitud
Apertura en tiempo
Enlace de 4,5 Km 820nm 1300nm
Tasa binaria 20 Mb/s
Apertura en amplitud
Apertura en tiempo
Enlace con
Pérdidas
Máximo acoplo Máxima degradación
820nm 1300nm 820nm 1300nm
Potencia óptica, dBm
Apertura en amplitud
Apertura en tiempo
Pérdidas en XYZ -----
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VI. Práctica E1:
Analizador de Espectros Ópticos
En esta práctica se pretende estudiar y comprender el manejo de un Analizador
de Espectros Ópticos (OSA), así como familiarizarse con las técnicas de medida que se
utilizan para la caracterización de componentes fotónicos activos y pasivos. En particular,
se medirán los espectros de emisión de diodos emisores de luz (LED) y diodos láser
(LD), y a partir de ellos se calculará la anchura espectral de estas fuentes de luz. Por otro
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Conocim ientos teóricos previos
En primer lugar repase sus conocimientos de señales y sus espectros. Repase las
diferencias entre espectros discretos (amplitud y potencia de los armónicos) y continuos
(densidad espectral de amplitud y de potencia).
Repase además el funcionamiento de las fuentes de luz LED y LD, y el proceso de
conversión electro-óptica en diodos láseres tipo Fabry-Perot, tanto en los que configuran
su característica espectral (características geométricas y ópticas del resonador de Fabry-
Perot), como los que llevan a la generación de luz coherente (transición de emisiónespontánea a emisión estimulada,). Sólo una parte de estos conceptos están referidos en
la introducción teórica de este manual, por lo que le recomendamos que consulte la
bibliografía recomendada o sus apuntes de la asignatura Comunicaciones Ópticas.
Repase las ecuaciones de resonancia en la cavidad. Le serán necesarias para cálculos
de la práctica.
Tendrá también que conocer el comportamiento en frecuencia óptica de dispositivos
pasivos como la fibra óptica, los multiplexores en longitud de onda WDM y los filtros
Bragg así como sus parámetros característicos (diafonía, aislamiento, etc.). La
introducción teórica de este manual revisa la fibra óptica, y los Anexos de “Características
técnicas de los componentes utilizados en las prácticas” proporcionan algunos
parámetros medidos de WDMs, pero un repaso teórico es conveniente.
Finalmente, consulte el Anexo1_E1 de esta práctica para familiarizarse con la utilización
del Analizador de Espectros ópticos OSA.
Para guardar los resultados de la práctica, el alumno debe traer al laboratorio una
memoria pen-drive.
Práctica E1: Analizador de Espectros Ópticos
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VI.1. CARACTERIZACIÓN DE COMPONENTES ACTIVOS: MODO DE
OPERACIÓN DIRECTO Para la caracterización de componentes activos o fuentes de luz en el analizador
de espectros óptico se emplea el método de medida “modo de operación directo” es
decir, se conecta directamente la salida de la fuente de luz a la entrada del OSA,
extremo del latiguillo de fibra etiquetado como “Optical Input” (Fig. E1.1).
Fig. E1.1.- Diagrama de bloques para caracterización de comp onentes act ivos .Modo d e operación directo.
NOTA: No debe tocar las entradas y salidas físicas del OSA, ya que su uso continuo
podría llevar a su deterioro. USE SOLO EL ORDENADOR. NO DEBE TOCAR NINGÚN
MANDO DEL OSA
Monitor
Monocromador
ANALIZADOR DE ESPECTROS ÓPTICO OSA
Fuente de luza caracterizar
Entrada delMonocromador
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A.2) Procedimiento Experimental .
Conecte la salida óptica del LED a 1300 nm de la caja de emisores al extremo del
latiguillo de fibra etiquetado como “Optical Input” mediante un latiguillo de fibra
multimodo. Seleccione el conmutador de modulación en alta frecuencia “DIG.” (en esta
posición el potenciómetro de control de potencia está desactivado). Visualice ahora el
espectro de la fuente.
Como se puede observar, el espectro de emisión del LED queda parcialmente
enmascarado por el ruido, por lo cual se hace necesario seleccionar unas condiciones demedida más idóneas.
A.3) Establecimiento de las condicio nes de medida
Para una medida más precisa del espectro de emisión de la fuente, se deberán
establecer las siguientes condiciones de medida adecuadas en el OSA, centrando en
ambos ejes la zona de la traza a estudiar.
A.3.1) Eje de abcisas. Se fijará el centro de la zona de interés con el comando
Centro WL y la anchura de la zona con el comando Ancho WL (WLWaveLength-
longitud de onda).
Es absolutamente imprescindible introducir las unidades (u para m o n para nm)
Al f ijar los parámetros Centro WL y Ancho WL , los parámetros de comienzo y final
de la traza (start WL y Stop WL ) quedan fijados automáticamente.
A.3.2) Eje de ordenadas. Observe en el display interactivo el valor máximo de la zona de
interés. Se introducirá un valor ligeramente superior como valor de referencia (Ref Level-
Nivel de Referencia ). Ajústese la escala de amplitud logarítmica (Log Scal ing ) para
Práctica E1: Analizador de Espectros Ópticos
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4. Vuelva al menú de configuración y modifique las condiciones de medida:
a. Cambie el Nivel_referencia con los datos del marcador que haya fijado.
(así sitúa el nivel de referencia en el máximo de la señal a medir. En este
caso del LED.)
b. Cambie el Centro_WL con el valor fijado del mismo marcador. De esta
forma, tendrá centrado en la pantalla el espectro de emisión de la fuente
de luz.
Los d atos de configu ración pu eden introducirs e directamente sin necesitar f i jar el
marcador.
A.4) Med ida de parámetros caract eríst ic os .
Realice la medida y a continuación determine los parámetros característicos de la fuente
con ayuda de los cursores del “Visualizador de Trazas”. Los parámetros característicos
que se van a determinar a partir de la medida del espectro de emisión del LED serán:
Densidad espectral de potencia en el pico de emisión: Se define como la
relación entre la potencia en el pico de emisión y el ancho de banda de resolución
del filtro óptico sintonizable. RB, (dBm/nm)-,
Longitud de onda en el pico de emisión (nm): Se define como la longitud de
onda a la cual se produce el pico del espectro del LED.
Ancho de banda a 3 dB o anchura espectral (nm).: Es el parámetro que se utiliza
para la medida de la anchura espectral de la fuente de luz. Se define como la
diferencia entre las longitudes de onda que están 3 dB por debajo del pico de
emisión del LED.
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B) ESPECTRO DE EM ISIÓN DE LD 1500 nm
B.1) Procedimiento experimental .
Conecte la salida óptica del LD a 1500 nm al extremo del latiguillo de fibra etiquetado
como “Optical Input” mediante un latiguillo de fibra multimodo. Seleccione los
conmutadores, de modulación en baja frecuencia “AN.” y de estabilización en corriente.
Fije una corriente de polarización del LD de 20mA, para lo cual debe de hacer
uso del voltímetro suministrado. Realice una medida y visualice la traza adquirida.
B.2) Establecimiento de las con diciones de medida.
Ajuste la traza visualizada a la zona de emisión del láser, tal y como lo hizo en la
caracterización del LED, centrando ambos ejes (N_Ref y Center_WL) y ajustando los
márgenes (Ancho_WL). Vaya ampliando la traza poco a poco en el eje de abcisas,
disminuyendo el valor del parámetro "Ancho_WL" y midiendo, hasta llegar a un valor de
10nm. Observará como al ir reduciendo este parámetro van apareciendo los distintos
picos Fabry-Perot y simultáneamente, aumenta automáticamente la resolución del filtro
(Res_BW –Resolution Band Width Resolución del ancho de banda, mostrado en
parámetros de la traza en el “visualizador de trazas”) hasta su máximo valor (0.1nm).
B.3) Med ida de parámetros caract eríst ic os .
Guarde la medida en una traza y determine los parámetros característicos de la fuente
con ayuda de los cursores del “Visualizador de Trazas”. A partir de la medida del espectro
de emisión del LD se determinarán los siguientes parámetros característicos:
Amplitud del pico de emisión (dBm): Nivel de potencia de la componente espectral
de pico del láser Fabry-Perot.
Práctica E1: Analizador de Espectros Ópticos
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Valo res Típi co s:
Resolu ción d el fi l tro: 0,1nm. Si tiene un a resolu ción dis tinta n o está obs ervan do la señal con lamáxima resoluc ión posible. Tenga en cu enta que la luz emit ida por cada mod o es co herente y por
tanto (casi) mon ocr omática. Aju ste el parámetr o Ancho WL (anc hu ra de l a traza) par a ver l a señal co nla máxim a reso luc ión.
Long i tud de ond a en el pico de emisión (modo fundamental): 1550 nm
Potencia en el pico de emisión: entre -5 dBm y -15 dBm
Anch ura espectral del mod o fundam ental 0,09 nm – 0,11 nm
Espaciado entre modo s: 0,7 nm – 1,3 nm
A partir de la medida del espaciado entre modos, y sabiendo que el índice derefracción del material activo del LD es igual a 3.5, haga una estimación de la long itud
de la cavidad.
Valor típic o: 0,3 mm . Para el cálcu lo d e la lon git ud d e la cavi dad r epas e prev iamente la teo ría de
reson ancia en un a cavid ad láser
Imprima (guarde en la memoria pen-drive en formato PDF) la pantalla de visualización de
resultados.
B.4) Medida de la corriente umbral del LD
Modifique la escala vertical a unidades lineales.
Modifique ahora la corriente de polarización del LD mediante el potenciómetro de
control de corriente del LD llevándola al mínimo y aumentándola poco a poco. Observe
como el LD pasa de trabajar de régimen de emisión espontánea a emisión estimulada.
Determine grosso modo el punto de paso de emisión espontánea a emisión estimulada
(el LD comienza a lasear ) y determine, por tanto, la corriente umbral del LD.
Para ello cada vez que modifique la corriente de polarización del láser realice una
medida. Procure localizar el valor aproximado de la corriente umbral con dos o tres
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C) ANALISIS DE LOS RESULTADOS
C.1. Rellene la siguiente tabla
Parámetro LED LD Unidades
Nivel de Referencia del OSA
Sensibilidad del OSA
Ancho de banda de resolución del OSA
Longitud de onda en el pico de emisión
Ancho de banda a 3dB del pico
Densidad espectral de potencia en el pico
Separación espectral entre modos N/A
Longitud de la cavidad FP N/A
Corriente umbral N/A
C.1. Compare los resultados obtenidos
- Respecto a la potencia del pico de emisión y la densidad espectral en el mismo
punto, ¿Cuál de los parámetros es característico del LED y cuál del método de
medida?
- ¿Y en el caso del LD?
- ¿Cuál es la relación entre las dimensiones del LD y su espectro?
- ¿Y en el LED? ¿de qué depende el espectro?
Práctica E1: Analizador de Espectros Ópticos
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de emisión de una fuente de luz y se mide su característica de transmisión en potencia.
La medida lógicamente dependerá de la fuente de luz utilizada por lo que deberá ser
normalizada.
El OSA incorpora una fuente de luz blanca que se utilizará para la excitación en
lasm medidas espectrales de dispositivos pasivos de amplio espectro, como la fibra y el
WDM. También se puede usar una fuente externa: en la medida de la red de Bragg
utilizaremos un láser de 1550 nm. En otro tipo de medidas se usan diodos
superluminescentes o láseres de cavidad vertical VCSEL.La fuente de luz blanca incorporada en el equipo tiene un espectro de emisión con
fluctuaciones relativamente escasas en el rango de 900 a 1600 nm, pero que en rangos
de longitudes de onda prácticos requiere la normalización del resultado respecto al
estímulo. En el caso de utilizar la fuente de luz blanca seguiremos los siguientes pasos:
En primer lugar se elige un margen de longitudes de onda entre los cuales el
espectro de luz blanca del OSA sea razonablemente plano.
Se fijan las condiciones de medida –en particular la sensibilidad – para que las
medidas sean comparables.
Se mide y almacena el espectro de la fuente de luz.
A continuación se intercala el dispositivo pasivo a medir Se adquiere el espectro (medida en dBm) y se resta el espectro de la fuente de
luz.
La medida resultante es la característica de transmisión del elemento pasivo en
dB.
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El diagrama de bloques para el modo de operación estímulo – respuesta se
muestra en la Fig. E1.8.
Fig. E1.8.- Diagrama de bloq ues p ara caracterización de comp onentes p asivos.Modo de o peración estímu lo – respu esta.
A) Fibra mul t imodo
Los parámetros principales que caracterizan el comportamiento de las fibras en
los sistemas de comunicaciones ópticas son su atenuación y dispersión. Los
analizadores de espectros ópticos carecen de resolución temporal, por lo que solamente
podremos medir la atenuación de estas fibras. Se pretende medir la curva característica
de atenuación de la fibra multimodo y por tanto deberán identificarse las diferentes
Monitor
Monocromador
ANALIZADOR DE ESPECTROS ÓPTICO (OSA)
Dispositivo pasivo a caracterizar
Entrada delmonocromado
Salida deFuente de Luz
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A.2) Establecimiento de las con diciones de medida.
Las medidas se llevarán a cabo entre 900nm y 1600nm. (Ancho WL de 700nm,
centrado en 1250nm). Encienda la fuente de luz blanca (se hace por software). Fije la
sensibilidad, por ejemplo, a -60dB, mida y guarde la medida en una traza diferente a la
traza 0 (en el menú “Manejar Traza”)
El espectro visualizado es el de emisión de la fuente de luz blanca en dBm. Esta
traza será la que utilizaremos como referencia para la normalización de las medidas.
A partir de ahora no cambie las condiciones de medida de longitud de onda, yaque si no, los resultados no serán válidos y tendrá que volver a comenzar todo el proceso
de medida.
A.3) Montaje para la caracterización del dis posit ivo pasivo
Conecte ahora el carrete de fibra multimodo entre los extremos de los latiguillos
de fibra etiquetados como “Source Output” y “Optical Input”.Mida y visualice el espectro, de la señal transmitida por el carrete en la traza 0
(medida en dBm). Para conocer el valor en decibelios (dB) de la pérdidas, reste el valor
de la potencia emitida por la fuente de luz blanca (en dBm), que almacenó en otra traza,
al valor almacenado en la traza 0. El resultado guarda en la traza 0 la característica de
transmisión en decibelios de la fibra. Para ello utilice el menú “Manejar Traza”.
Tenga en cuenta que si realiza esta operación al revés (es decir, restando la
salida en dBm a la entrada en dBm, obtendrá la transmisión (10 log (Pout/Pin)) en lugar
de la atenuación (10 log Pin/Pout)). Recuerde: Lo que entra menos lo que sale es lo que
se queda dentro.
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Fi l i i ( d di f PDF) l ll d i li ió d
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Finalmente, imprima (guarde en disco en formato PDF) la pantalla de visualización de
resultados.
B) Mult iplexor/Demu lt iplexor WDM
Los parámetros característicos que definen el funcionamiento del WDM son las
longitudes de onda que se multiplexan / demultiplexan y la diafonía entre canales. Para
el caso particular de la práctica se trabajará con un mu lt iplexor / demu lt iplexor de dos
canales para el cual se deberán determinar:
Canales a multiplexar / demultiplexar : El número de canales, y las correspon-
dientes longitudes de onda, que puede multiplexar / demultiplexar el dispositivo.
Aislamiento entre canales: Se define como el rechazo (en dB) que presenta la
selección de una canal frente a los otros. En el laboratorio se trabajará con
dispositivos WDM de dos canales que coinciden con la primera y la segunda
ventanas de transmisión. El aislamiento se medirá para cada una de las salidas como
el cociente (diferencia si se trabaja en dB) de las potencias normalizadas del canal
deseado y del canal rechazado.
Utilizando el modo de operación estímulo - respuesta descrito para la
caracterización de la fibra multimodo, mida la característica de potencia en transmisión de
la entrada 1 hacia la salida 2, y de la entrada 1 hacia la salida 3. A partir de las
medidas describa el funcionamiento del multiplexor/demultiplexor WDM y calcule el
aislamiento entre canales para cada una de las salidas.
B.1) Norm alización de la medid a
Práctica E1: Analizador de Espectros Ópticos
t d l t 1 t d l t 3 lid
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Repita la medida tomando la puerta 1 como entrada y la puerta 3 como salida,
restándole la traza de la fuente de luz blanca. En la traza 0 se encuentra ahora la
característica en transmisión del dispositivo entre la entrada 1 y la salida 3, en dB.Calcule de nuevo el aislamiento entre canales para la salida 3 e imprima la pantalla de
resultados. Visualice simultáneamente las trazas de caracterización del dispositivo WDM.
Valor es típic os : > 20 dB (s eñal des eada/señal no des eada). La r elación es m ayo r en l a pu erta 2 q ue en
la puer ta 3.
A partir de las medidas realizadas describa el funcionamiento delmultiplexor/demultiplexor WDM. Imprima –guarde en disco – las medidas.
C) ANALISIS DE LOS RESULTADOS
C.1. Rellene la siguiente tabla
Atenuación de la fibraPrimera ventana: atenuación: dB longitud de onda: nm
Segunda ventana: atenuación: dB longitud de onda: nm
Tercera ventana: atenuación: dB longitud de onda: nm
WDM
Canal 1: perdidas de inserción: dB; aislamiento: dB
Canal 2: perdidas de inserción: dB; aislamiento: dB
C.1. Compare los resultados obtenidos
- Indique cual es la componente de atenuación dominante en cada una de las tres
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L it d d d d B D fi id l l it d d d l l d
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Longitud de onda de Bragg: Definida como la longitud de onda a la cual se produce
el pico mínimo de transmisión (o el máximo de reflexión).
Reflectividad: Se define como el tanto por ciento de luz que se refleja a la longitud de
onda de Bragg. Hay que hacer notar que para dispositivos ideales sin pérdidas, la
reflectividad (medida en potencia) es igual a uno menos la transmisividad (medida en
potencia).
Ancho de banda a 3 dB: Se define el ancho de banda a 3 dB referidos a la longitud
de onda de Bragg
Relación de supresión de lóbulos secundarios: Es la diferencia (en dB) entre el
mínimo de t ransmisividad (máximo de reflectividad) y el siguiente mínimo relativo.
Representa cómo es de ideal el filtro en amplitud.
Para realizar las medidas realice un montaje que le permita medir el funcionamiento tantoen transmisión como en reflexión. Para el lo uti l ice un Circulador m onom odo . Dibuje un
esquema del montaje realizado.
Conecte el láser al OSA a través del circulador y observe y registre su espectro.
Conserve la traza.
Inserte ahora su montaje entre el LD y el OSA y observe y registre el espectro entransmisión. No es necesario normalizar las medidas con respecto a la fuente.
¿Cual es la longitud de onda de Bragg? Conserve la traza sin eliminar la que
midió anteriormente directamente del LD.
Observe por último la respuesta en reflexión. Compare las respuestas en reflexión
Práctica E1: Analizador de Espectros Ópticos
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D2. Compare los resultados obtenidos
- ¿Cuáles de las medidas anteriores son fiables?
- ¿A qué se deben las diferencias entre el espectro del láser y el espectro de
transmisión en los modos más alejados de la de Bragg?
- ¿A qué se deben los lóbulos en el espectro de reflexión que no aparecen
atenuados en el espectro de transmisión? Explíquelo sobre el esquema del
montaje.
P OR F AVOR , AL ACABAR LA P RÁCTICA R ECOJAN T ODO Y
D ÉJENLO C OMO E STABA A L P RINCIPIO .
S US C OMPAÑEROS SE LO AGRADECERÁN .
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ANEXO1_E1: Analizador de EspectrosÓpticos
ANEXO2_E1: CONTROL REMOTO DEL EQUIPO DE
LABORATORIO OSA
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ANEXO1 E1 A li d d E t
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ANEXO1_E1: Analizador de Espectros
Ópticos
A1.-1. INTRODUCCIÓN
El analizador de espectros
óptico (Optical Spectrum Analyzer ,OSA) se utiliza para realizar medidas
de potencia óptica en función de la
longitud de onda. Sus aplicaciones
incluyen la caracterización de
fuentes de luz (diodos de emisión
de luz, LED, y láser, LD) en cuanto a
su distribución de potencia y pureza
espectral (anchura espectral); así
como la medida de la carac terística
en transmisión de componentes
ópticos pasivos. En la Fig. E1.1 semuestra una medida típica de la caracterización de una fuente de luz láser Fabry-Perot
en tercera ventana.
La anchura espectral de una fuente de luz es un parámetro muy importante en los
sistemas de comunicaciones ópticas debido a la dispersión cromática que presenta la
fibra y que limita el ancho de banda de modulación del sistema Este efecto de la
Fig. E1.1.- Medid a típic a del espectr o de em isiónde un LD en tercera ventana.
Práctica E1: Analizador de Espectros Ópticos
Por otro lado el OSA se hace imprescindible en el testeo de las redes ópticas
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Por otro lado, el OSA se hace imprescindible en el testeo de las redes ópticas
basadas en multiplexión por longitud de onda (Wavelength Division Multiplexing , WDM),
así como de los componentes fotónicos que se utilizan para su desarrollo
(multiplexores/demultiplexores, filtros, etc.).
A1.-2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
El diagrama de bloques de un analizador de espectros ópticos se muestra en la Fig. E1.2.
La luz que entra al analizador de espectros ópticos pasa a través de un f i l t ro
óp tico s in tonizable en longitud de onda, llamado monocromador o interferómetro, el
Conversor
Analógico
Digital
Entrada
Filtro
sintonizable
pasobanda
-
Fotodetector
Amplificador de
transimpedancia
Posición horizontal
Posición
vertical
Generador
de rampa
Sintonización
en longitud de onda
Fig. E1.2.- Diagrama de bloq ues sim pl i f icado del anal izador de espectros ópt ico.
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onda Es importante destacar que en la Fig E1 2 la anchura espectral de cada modo del
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onda. Es importante destacar que en la Fig. E1.2, la anchura espectral de cada modo del
láser es función de la resolución espectral del f i l t ro óptico sinto nizable en longitud
de onda.
En este sentido, la calidad del analizador de espectros óptico vendrá determinada
por los parámetros que caracterizan al filtro óptico paso-banda sintonizable en longitud
de onda. En la Fig. E1.3 se representan los principales de estos parámetros:
Resolución en longitud de onda: Ancho de banda a 3 dB del filtro óptico paso-banda.
Sensibilidad : Mínimo nivel de potencia óptica que puede detectar el analizador de
espectros.
Rango de operación en longitud de onda: Rango de longitudes de onda en el que
puede sintonizarse el filtro óptico paso banda
Nivel de
potencia
óptica
Longitud de
onda
Sensibilidad
3 dB
Rango de operación en longitud de onda
Resolución enlongitud de onda
Rango
dinámico
Fig. E1.3.- Parámetr os s ign ificativo s en las m edidas r ealizadas p or u n OSA.
Práctica E1: Analizador de Espectros Ópticos
A) Analizador de espectros ópticos basado en el interferómetro Fabry-Perot.
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A) Analizador de espectros ópticos basado en el interferómetro Fabry Perot.
Un interferómetro Fabry-Perot, selecciona una componente espectral tal como se
presenta en la Fig. E1.4. El barrido a lo largo del rango espectral se consigue mediante
un giro en el resonador, o una variación de su anchura por efecto piezoeléctrico.
Fig. E1.4.- Anal izador de espectros ópt icos basado en el interferómetro Fabry -Perot.
Como principales características presenta:
Resolución en longitud de onda muy estrecha y fija del orden entre 10 y 100 GHz. Se utilizan para medir el chi rp de los láseres.
Su principal limitación es el rango de operación de longitudes de onda.
B) Analizador de espectros ópticos basado en el interferómetro Michelson.
Resonador
Espejos parcialmente
transparentes
Fotodetector
Salida
eléctrica
Entrada
de luz
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Tienen un rango dinámico pequeño debido a la superposición de un fondo de
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Tienen un rango dinámico pequeño debido a la superposición de un fondo de
potencia constante a la señal de correlación que deseamos medir.
Fig. E1.5.- Anal izador de espectros ópt icos basado en el interferómetro Michelson.
C) Analizador de espectros ópticos basado en redes de difracción.
En la Fig. E1.6 se muestra el esquema del filtro óptico paso-banda sintonizable del
analizador de espectros óptico basado en redes de difracción que desvían cada longitud
de onda en una dirección de propagación diferente. Un diafragma permite barrer una
porción de este espectro que alcanza un fotodetector, como se indica en la figura, o bien
se proyecta la luz difractada sobre un CCD o array lineal de diodos obteniéndose las
amplitudes relativas en cada direccion del espacio.
Fotodetector
Entrada
de luz
Divisor
de haz
Espejo
fijo
Espejo
móvil
Red deE t d
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ANEXO2_E1: CONTROL REMOTO DEL EQUIPO DE LABORATORIO
OSA
En este apartado se pretende dar unas notas introductorias para la realización de
medidas con el analizador de espectros óptico. En el caso que presentamos, el
analizador estará controlado por un ordenador personal PC a través de un bus de
comunicaciones GPIB. Por tanto, el alumno no deberá usar los controles del
dispositivo físico OSA.
VI.1. FUNCIONAMIENTO DEL PROGRAMA: PANTALLA INICIAL
Al arrancar el programa “esclavo” se accede a la pantalla principal de
funcionamiento, que se puede ver en la figura E1.6. En dicha pantalla se tiene en todo
momento el estado de los cinco registros de funcionamiento. Además se puede observar
cómo en el momento inicial, el Registro de Configuración se carga con la denominada
Configuración por Defecto (conjunto de valores por defecto que se han introducido en la
configuración), mientras que los otros cuatro, los Registros de Trazas, aparecen vacíos.
Con respecto a los marcadores, se comienza con sus valores a “0”.
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Logo del
Departamento
Número de
puestoOpciones
principales
Acceso a
créditos
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elementos de visualización y de selección de opciones con que cuenta esta pantallaprincipal. Como elementos de visualización se tienen:
Número de puesto
Logo del Departamento de Tecnología Fotónica
Displays con el contenido de los marcadores
S ñ li i d l t d d l i t d C fi ió T E t
Visualización
de marcadores
Señalizaciones del estado
de los registros de
Configuración y Trazas
Rótulos de los
registros de
Configuración y Trazas
Salida del
programa
Fig. E1.7.- Ejemplo del panel princ ipal fuera del momento inic ial .
Práctica E1: Analizador de Espectros Ópticos
Salvo la opción de Créditos, cuya misión es mostrar los mismos, el resto de las
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p y
opciones se verán a continuación.
VI.2. CONFIGURAR OSA Y /O MEDIR
Accediendo a esta opción se muestra el panel representado en la figura E1.8.
Los elementos de visualización de dicho panel son:
Displays con el contenido de cada uno de los campos del Registro de
Configuración, que se corresponden con los parámetros de configuración delOSA. Se utilizarán cuando se efectúe una solicitud medida. Adicionalmente semuestran también los valores de inicio y fin del espectro a medir para una mayorfacilidad a la hora de realizar configuraciones, si bien éstos no son parámetrosdirectamente configurables, sino a través del centro y el ancho de dicho espectro.
Displays con el contenido de los marcadores.
Botones acceso acambio de valores Displays convalores y estados Visualizaciónmarcadores
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Cargar Configuración.- Permite recuperar de un archivo los valores de
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g gconfiguración y cargarlos sobre los correspondientes campos.
Cargar Configuración por Defecto.- Carga en todos los campos deconfiguración los valores por defecto de los mismos.
Medir .- Para solicitar una medida sobre el O.S.A. con los parámetros que en esemomento tengamos definidos en el Registro Configuración. Al pulsar esta opciónse deshabilitan todas las demás opciones y se ofrece una nueva, la de DETENERMEDIDA, tal y como se muestra en la figura E1.9.
Además se visualiza la fecha y hora de comienzo de la solicitud de mediday el tiempo transcurrido. De esta opción se sale con el correspondiente aviso definalización de la medida, salvo que antes se pulse la opción anterior.
Es importante resaltar que los resultados de la medida siempre seguardan sobre la Traza 0, borrando el contenido anterior que pudiera tener ,de lo cual se da el correspondiente aviso antes de lanzar la medida. Además en elcampo de observaciones se introduce la fecha y hora de realización de la medida.
Volver .- Devuelve a la pantalla principal del programa.
Práctica E1: Analizador de Espectros Ópticos
VI.3. VISUALIZAR TRAZAS
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VI.3. VISUALIZAR TRAZAS
Opción para la visualización de las trazas contenidas en los Registros de Traza y que secorresponderán con medidas realizadas o con operaciones hechas sobre ellas. Su panel
se muestra en la figura E1.10.
Elemento de
visualización
de trazas
Selección de
visualización
de trazas
Visualiza
parámetros
trazasVisualiza
escala
Visualiza
estado y rótulos
trazas
Otras
o ciones
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voluntad por cualquiera de las trazas y volcar sus coordenadas sobre los marcadores,
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que posteriormente se pueden utilizar en la opción de configuración. Para desplazar
dichos puntos contamos con las correspondientes barras de desplazamiento, cada unade ellas con sus botones de “ajuste fino”.
El elemento fundamental es el que se ha denominado el “Elemento de
visualización de trazas”, donde se representa la curva de cada traza en su respectivo
color. Este elemento permite hacer ampliaciones a voluntad de la parte que se desee, sin
más que seleccionar el rectángulo de ampliación con el ratón. En cualquier momento,
pulsando el botón Auto Scale, se vuelve de nuevo a la visualización completa de las
trazas.
Además de dicha representación gráfica, se muestran también los siguientes
elementos:
Para cada traza se muestran los siguientes parámetros: Nivel de Referencia,Sensibilidad y Ancho de Banda de Resolución, referidos a la medida cuyosresultados almacena la traza.
Tipo de escala visualizada en el eje Y (lineal o logarítmica).
Estado y rótulos de las trazas. La visualización de estado sigue el mismo criteriode colores que en el panel principal.
Coordenadas de los puntos donde se encuentran situados los “puntos
marcadores”, así como la posición relativa de uno respecto al otro. Contenido de los marcadores.
Para la selección de opciones, se cuenta con las siguientes posibilidades:
Cuatro botones rotulados Traza X (X = número de traza), cada uno del colorasociado a la traza que corresponda, para ver u ocultar cada una de las trazas.
Cambio de escala.- Cambia la escala del eje Y de logarítmica a lineal y
Práctica E1: Analizador de Espectros Ópticos
MKY->Sig.max.Drcha.- Desplaza el “punto marcador” Y, al siguiente pico de nivel
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a la derecha del punto donde esté situado, dentro de la traza donde se encuentre.
MKY->Sig.max.Izqda.- Desplaza el “punto marcador” Y, al siguiente pico de nivela la izquierda del punto donde esté situado, dentro de la traza donde seencuentre.
Fijar MKY.- Vuelca las coordenadas del “punto marcador” Y, sobre el marcador Y,solicitando las observaciones a incluir en el mismo.
Imprime Pantalla.- Lanza la impresión de toda la pantalla sobre la impresora queesté configurada por defecto en el ordenador.
Imprime Trazas.- Lanza la impresión del “Elemento de Visualización de Trazas”sobre la impresora que esté configurada por defecto en el ordenador.
VOLVER.- Vuelve a la pantalla principal del programa.
Cargar Traza
Opción que sirve para recuperar una traza desde un archivo seleccionado por el
usuario, guardándola sobre uno de los cuatro Registros de Traza. El archivo debe ser deidéntico formato al utilizado por la opción Salvar trazas (punto VII.2.6) para realizar el
proceso inverso.
Manejar trazas
Entrando en esta parte del programa se pueden realizar determinadas operaciones entrelas distintas trazas. El panel que se presenta al acceder es el de la figura E1.11.
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En la pantalla se presentan el estado y los rótulos de las trazas. Para el estado de las
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trazas, de nuevo, se sigue el mismo criterio de colores que en el panel principal.
Los botones de ejecución de las distintas operaciones son:
X=>>Y.- Copia el contenido de la traza X sobre la traza Y borrando el contenidoanterior que pudiera tener esta. La traza X no puede estar vacía. Existen botonespara todas las posibilidades de copiado.
X<<=>>Y.- Intercambia totalmente el contenido de las trazas X e Y. Ninguna delas trazas puede estar vacía. Existen botones para para todas las posibilidades deintercambio.
0 – X=>0.- Resta al nivel de los puntos de la traza 0 el nivel de los puntos de latraza X, guardando el resultado sobre la traza 0. El resto de los datos de la traza 0se mantienen con el valor anterior. Ambas trazas deben empezar y terminar en losmismos puntos, es decir abarcar exactamente el mismo rango del espectro y,lógicamente, no estar vacías.
0 + X=>0.- Suma al nivel de los puntos de la traza 0 el nivel de los puntos de latraza X, guardando el resultado sobre la traza 0. El resto de los datos de la traza 0se mantienen con el valor anterior. Ambas trazas deben empezar y terminar en losmismos puntos, es decir abarcar exactamente el mismo rango del espectro y,lógicamente, no estar vacías.
Borra Traza X.- Borra totalmente el contenido de la traza X. Se pide confirmaciónpara la realización de esta operación. Existen botones para borrar todas las trazasy, lógicamente, no pueden estar ya vacías.
Texto Traza X.- Introduce observaciones para la traza X, solicitándoselas al
usuario y ofreciendo como valor por defecto las observaciones anteriores quepudiera contener la traza. Existen botones para todas las trazas.
Salvar trazas
Con esta opción se puede guardar cualquiera de las trazas en el archivo y la
ubicación que se elija. En el caso de que el archivo elegido ya existiese, el programa
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VII. Práctica E2: Reflectómetro Óptico enel Dominio del Tiempo (OTDR)
El Reflectómetro Óptico en el Dominio del Tiempo, más conocido con sus siglas inglesasOTDR (Optical Time-Domain Reflectometer ), es el instrumento de campo más importante
para el control y supervisión de enlaces de fibra óptica. Posee resolución espacial , es
decir, además de detectar los posibles fallos de un enlace, es capaz de ubicarlos en un
estrecho tramo del tendido. Esta característica es especialmente interesante en tendidos
largos y de difícil acceso como las líneas soterradas y submarinas
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Figura E2.1.- Diagrama de bloques de un OTDR genérico.
La señal recibida en el Detector del OTDR, procedente del acoplador (ocirculador), ver figura E2.1, que separa la señal enviada a través de la fibra óptica a medir
y la de retorno de la fibra, tiene en el tiempo diferentes orígenes. La interpretación del
origen de la señal detectada nos aporta la información sobre el estado de la fibra óptica.
La señal procedente de la fibra se representa en un gráfico en función de la distancia. La
distancia se corresponde con el tiempo que ha tardado en llegar la reflexión del pulso
emitido por el LD (Laser Diode) al detector. Las reflexiones son producidas por:
Reflexión difusa (scattering lineal Rayleigh1 ) que tiene lugar a lo largo de toda la fibra
y es debida a fluctuaciones microscópicas del índice de refracción del medio;
constituye la principal contribución a la atenuación de las fibras ópticas. Así pues,
Práctica E2: El OTDR
Es importante destacar, sin embargo, que un OTDR no es el mejor método para
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p , g , q j p
medir atenuación de fibras ópticas. Otros métodos empleados durante las
prácticas son más precisos.
Cualquier imperfección en la fibra significa una variación en el índice de
refracción y, por tanto, produce una reflexión que se detectará como un pico de
señal; a continuación se produce un descenso del nivel de señal (puesto que la
luz de retorno procedente de puntos más adelantados experimentará una
atenuación equivalente a la vuelta). Estos defectos se localizan en puntosconcretos del enlace, cuya localización precisa depende de la resolución espacial.
Como imperfecciones se detectan asimismo las pérdidas por curvaturas,
soldaduras, conexiones y empalmes provisionales o permanentes que
contenga el enlace. Las soldaduras –bien hechas – introducen una pequeña
atenuación (< 0,1 dB) por alterar la forma física del núcleo, no producen reflexiónal igual que las pérdidas por curvatura. Los empalmes y conexiones suelen
dar pérdidas mayores. Como se explica posteriormente, algunos eventos
producen un pico reflexivo antes de atenuar, y otros únicamente un descenso de
potencia.
La salida típica de un OTDR (Figura E2-2) es una representación gráfica de la atenuación
en función de la distancia. Cualquier variación en la línea descendente que representa la
FO se le denomina “evento” . Los picos de reflexión representados en la gráfica se
llaman “eventos reflexivos” ; y cuando sólo hay pérdidas “eventos no- reflexivos” . La
gráfica tiene al comienzo una brusca bajada que corresponde a la propia conexión entre
el instrumento y la FO; y se extiende hasta una distancia determinada, o hasta que el
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Cuestiones Previas
a. Explique con un dibujo y estime la diferencia de la pérdidas de acoplo que sufren
dos señales con direcciones opuestas a su paso por una unión entre una fibra
monomodo –SM- y una fibra multimodo –MM-. Considere sólo las pérdidas
relacionadas con el tipo de fibra y no por una unión defectuosa.
b. Dibuje tres finales de fibra: conector PC, conector APC y fibra rota; indique qué
diferencias habrá en la señal reflejada cuando se transmite una señal por dicha
fibra.
c. Razone por qué en los apartados VIII.2 y VIII.3 se le indican los valores típicos
que debe obtener, en la medida del RDR -Rango Dinámico de Reflexión- y del
RDS -Rango Dinámico de Scattering-, sin hacer mención al equipo TFS3031 que
le haya tocado emplear para realizar dichas medidas.
d. ¿Cómo podría mejorarse el Rango Dinámico de Reflexión y el Rango Dinámico deScattering?
e. ¿Qué ventajas ofrece el emplear un circulador en vez del acoplador dibujado en la
Fig. E2-1?
Figura E2-2 Representación de una hipotética medida. La gráfica no está a escala. Las gráficasrestantes de este capítulo sí son salidas reales.
Práctica E2: El OTDR
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Recuerde anotar en su c uaderno de práct icas todos los valores medido s y calculados, ascom o la respu esta a todas las cuestio nes q ue se p lantean en la práctica.
En algunas m edidas se dan v alores estimado s o márgenes de v alores. Si los resultado s
obtenid os al realizar la medid a no coin ciden, repase la medid a. Si el error p ersiste cons ulte
a su pro fesor .
VII.1. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
Esta práctica se realiza de forma combin ada con la práctica E3 , Soldadura de Fibras
Ópticas. En el Laboratorio se dispone de 2 OTDR Tektronix. Uno de ellos (TekRanger2)
está asociado a la máquina de soldar y el otro (TekRanger ) se utiliza únicamente en esta
práctica. Ambos son un TFS3031 y en lo que respecta a su uso, las diferencias entre
ambos son:
Las long itudes de onda de trabajo . TekRanger trabaja en segunda y tercera
ventana, mientras que TekRanger2 trabaja en primera y segunda ventana.
Las fibras para las que están diseñados. TekRanger trabaja con fibras
monomodo, mientras que TekRanger2 trabaja con fibras multimodo.
Adicionalmente, ambos OTDRs tienen adaptada una impresora para obtener
copia de los resultados en pantalla.
En esta práctica se propone la realización de una serie de medidas con los OTDR del
laboratorio, que permiten simultáneamente evaluar diferentes líneas de transmisión, y
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iv) Falsas medidas y detecciones . En concreto, se explican las circunstancias en
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que pueden surgir ecos y fantasmas, fenómenos que pueden falsear las
medidas, y se intenta reproducir alguno de ellos.
Para facilitar la lectura de los apartados, las introducciones teóricas sobre sus contenidos
se incluyen por separado al comienzo de cada sección.
¡PRECAUCIONES!
El diodo láser para realizar las medidas se activa pulsando el botón START/STOP.
DISTRIBUCIÓN DE LOS EQUIPOS
A fin de agilizar la realización de la práctica, las medidas se efectuarán de la formasiguiente:
1. El grupo que tenga asignada en primer lugar la Práctica E3, Soldadura, reali zarápreviamente las dos prim eras medid as, Rangos dinámicos de Reflexión yde Scattering (Apartados VIII.2 y VIII.3), para familiarizarse con el instrumento,y seguidamente la Práctica E3. Utilizará para todo ello el OTDR TekRange2.
2. El grupo que tenga asignada en primer lugar la Práctica E2, OTDR, realizará losc inco bloqu es de medidas de esta práctica con el OTDR TekRange.
3. Al finalizar los dos grupos (tiempo estimado, 2h 30m), se intercambiarán yrealizarán los bloq ues de medidas restantes , es decir, los tres bloques finalesdel OTDR el primer grupo (en el OTDR TekRange monomodo) y la práctica E3completa el grupo 2, usando el OTDR TekRange2.
Práctica E2: El OTDR
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VII.2. MEDIDA DEL
RANGO
DINÁMICO DE
REFLEXIÓN
(USAR UNO
CUALQUIERA DE LOS OTDR)
VII.2.1. Teoría
Como se ha comentado, algunos de los eventos detectados por un OTDR son reflexivos,
es decir, nos indican que en ese lugar parte del pulso luminoso emitido es reflejado hacia
el emisor. En el OTDR, estos eventos se detectan como un brusco aumento de la
potencia recibida, seguido de una caída (porque la potencia transmitida a partir de ese
punto es menor). La potencia recibida puede saturar al detector si le llega un exceso de
señal procedente de un evento muy reflexivo. El problema es especialmente grave
cuando el evento está próximo a la fuente.
El Rango Dinámico de Reflexión (Reflective Dynamic Range, RDR) se define como larelación entre la potencia reflejada en un evento reflexivo, cercano al conector del
panel frontal del OTDR, y la potencia de ruido del sistema. (El nivel de ruido del
OTDR está relacionado con el ruido shot de la corriente de oscuridad del detector.)
Este parámetro determina el rango sobre el cual el OTDR puede realizar medidas de la
reflexión producida en ciertos elementos reflexivos como pueden ser los conectores,
acoplos mecánicos etc.
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asegurar que la reflexión de los diferentes eventos se encuentra por debajo del nivel
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umbral deseado.
VII.2.2. Desarr ol lo de la Práct ic a
Objet ivo: Determinar el RDR de OTDR Tektronix TFS3031 (en su versión
monomodo de 2ªy3ª ventana o en su versión multimodo de 1ªy2ª ventana)
en unas condiciones de medidas predeterminadas.
Método de med id a: El valor del RDR está asociado con el ancho del pulso que emite la
fuente del OTDR (nm)3, el rango de prueba elegido (km) y el tiempo de
promedio que se utiliza en la medida (tiempo que tarda en realizar el
“número de promedios” –averages- requeridos).
Estos parámetros se deben seleccionar consecuentemente con la longituddel enlace que posteriormente se desea caracterizar. En general, los
rangos muy largos y los anchos de pulso muy pequeños suponen tiempos
de promedio más elevados. Si se selecciona un rango muy inferior o muy
superior a la longitud del enlace, se medirá un nivel de ruido inferior o
superior, respectivamente, al real. Una vez elegidos los parámetros
adecuados del sistema, la medida se realizará valorando la diferencia de
señal entre el pico de reflexión y el ruido, como se muestra en la Fig. E2-2.
Procedimiento experimental
1.- Compruebe que hay un cordón de fibra4 conectado a la salida del panel frontal del
Práctica E2: El OTDR
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2
8
9
B
3
4
5
67
A
1
Iniciar medida
Volver apantallainicial
Cambiar
configuración
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3.- Inicie el proceso de medida pulsando el botón START/STOP (Botón 5). La
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medida habrá terminado cuando deje de parpadear 5 el piloto 7 de la Figura E2-3.
4.- Active el cursor A (Botón 4) y mediante las flechas del botón circular, sitúelo en
el máximo del pico inicial de reflexión. Si fuera necesario active el zoom
(Botón 3), luego desactívelo.
Active el cursor B y sitúelo en la zona de ruido donde los picos presenten una
amplitud aproximadamente constante. Asegúrese de estar en alguno de los
máximos promedio del ruido (véase nivel adecuado en figura E2-2).
5.- Compare la forma de onda obtenida con la de la figura E2-2. Compruebe la
situación de los cursores y anote la diferencia en dB entre ambos (A –B) que
aparece en pantalla.
Valo r Típi co del RDR: 16 – 20 dB
En el laboratorio el TekRanger2 (MM) tiene el menú en español y el TekRanger (SM) eninglés como el de la Fig. E2-3.
VII.3. MEDIDA DEL RANGO DINÁMICO DE S CATTERING (USAR UNO
CUALQUIERA DE LOS OTDR)
VII.3.1. Teoría
El Rango Dinámico de Scattering (RDS) es el parámetro que típicamente se asocia con
el rango dinámico de un OTDR. Se define como la relac ión (en dB) ent re l a señal
“retrodispersada” ( backscattered, devuelta) en el conecto r del panel frontal del
OTDR y el nivel de ruido del instrumento.
Práctica E2: El OTDR
El RDS resulta muy similar al “Rango de Medida” que determina la atenuación máxima
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que puede existir entre el instrumento y el evento que se quiere caracterizar, si se desea
que el OTDR realice una medida precisa.
VII.3.2. Desarrol lo de la práct ic a
Objet ivo: Determinar el RDS del OTDR Tektronix TFS3031 en unas condiciones de
medida predeterminadas.
Método de med id a: Se evalúa la diferencia de niveles de señal entre el final de la
reflexión del panel frontal y el nivel de ruido del instrumento (Figura E2-4).
Se realizará en diferentes condiciones de medida para una misma línea de
transmisión (monomodo si usa el TekRange y mul t imodo en el
TekRange2).
La medida depende de la longitud de la fibra utilizada. Si se emplean
fibras de longitudes muy cortas se pueden obtener medidas del RDS
ficticiamente superiores que las obtenidas con fibras de mayor longitud.
Para evitar una medida errónea se deben utilizar una fibra de prueba con
una longitud similar a la que se medirá en situación de campo.
Procedimiento experimental
1 km SM o 2 km MM
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3.- Inicie el proceso de medida.
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4.- Active el cursor A y sitúelo al inicio de la “forma de onda”, donde la pendiente
comienza a ser lineal. Si fuera necesario active el zoom, luego desactívelo. Active
el cursor B y sitúelo en la zona de ruido donde los picos presenten una amplitud
aproximadamente constante. Asegúrese de estar en la amplitud máxima media
del ruido.
5.- Compare la forma de onda obtenida con la de la figura E2-4. Compruebe la
situación de los cursores y anote la diferencia en dB entre ambos.
Valo r Típi co RDS : 10 – 12 dB (siempre meno r que el RDR)
N OTA : S I TENÍA A SIGNADA L A P RÁCTICA E3, S OLDADURA, EN PRIMER TURNO , DETÉNGASE AQUÍ Y PAS E A REAL IZAR
DICHA PRÁCTICA . LOS RESTANTES APARTADOS LOS REALIZARÁ CON EL OTDR T EK R ANGE MONOMODO
POSTERIORMENTE . S I TENÍA A SIGNADA LA P RÁCTICA E2 EN PRIMER TURNO , SIGA ADELA NTE .
VII.4. CARACTERIZACIÓN DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN (A
PARTIR DE ESTE BLOQUE USAR SÓLO EL OTDR MONOMODO) A.- Localización y medida de pérdidas en eventos Reflexivos.
B.- Medida de la Zona Muerta
C.- Medida del coeficiente de atenuación de una fibra.
VII.4.1. Teoría
VII.4.1.a. Eventos Reflexivos
Se consideran eventos ref lexivos todos aquellos fenómenos en los que se produce un
Práctica E2: El OTDR
Reflectividad que genera, definida como la relación en dB entre la potencia
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inyectada y la reflejada.
En un conector con pulido plano, la reflexión que se produce es de alrededor del 3,6% ó
–14 dB (coeficiente de reflexión de Fresnel). Los conectores comerciales más usuales
NOTA SOBRE CONECTORES
El extremo de la fibra óptic a en los co necto res estándar es p lano. Lasconexiones se real izan enfrentado dos conectores por medio de una juntaroscada. La superf ic ie plana perpendicular a la pro pagación produ ce una ref lexiónintensa.
Para reducir la ref lexión, se preparan con ectores (PC) con pu l ido redon deado.Aún menos ref lexión producen los conectores PC con pul ido incl inado (PCangu lar o APC). En ellos , la reflexión se desvía de manera qu e no p ueda g uiarsede retorno.
Curvatura
SoldaduraConector APC(PC en ángulo)
Conector PCConector plano
Final de fibra
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Todos los sistemas de medida tienen un rango de aplicación limitado. En el caso del
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OTDR el límite se traduce en pulsos detectados con pendientes de bajada no infinitas.
Así, si se tienen dos eventos reflexivos muy cercanos, a una distancia crítica inferior a la
de ‘Resolución del OTDR’, puede que la señal causada por el primer evento no haya
finalizado cuando la del segundo empieza a ser significativa . El resultado es que ambos
eventos se confunden.
Se denomina Zona Muerta (Dead Zone , DZ) o “Resolución de eventos” a la distancia
a partir de la cual se comienza a distinguir entre dos eventos próximos.Este parámetro puede ser muy importante dependiendo de la aplicación. Por ejemplo, si
se desea medir y caracterizar una red de fibra óptica en una oficina, donde las
distancias entre conexiones pueden ser muy cortas, será necesario un instrumento con
una DZ muy pequeña. Por el contrario, si la red que se desea medir es un enlace de larga
distancia, donde los empalmes o conexiones se sitúan a varios kilómetros unos de otros,
el parámetro será de poca importancia.
VII.4.1.c. Zona muerta de pérdida de medición
Otro parámetro utilizado para especificar la calidad de un OTDR, es la “zona muerta de
atenuación” o Zona Muerta de
Pérdida de Medición (Loss-Measurement Dead Zone, LMDZ). Se
define como la distancia tras un
evento durante la cual no se puede
obtener información de la señal del
OTDR d bid li it i l
Práctica E2: El OTDR
se pueden saturar temporalmente y será necesario un tiempo (distancia en la pantalla del
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OTDR) para que el detector se recupere.
Sin necesidad de llegar a la saturación, debido al ancho de banda limitado del
amplificador, la señal no puede volver inmediatamente al nivel de retrodispersión.
Cuando esto sucede, no se puede obtener información de la señal presentada por el
OTDR, debido a la distorsión de la forma de onda.
VII.4.1.d. Coeficiente de atenuación
Además de los eventos puntuales que producen pérdidas en localizaciones específicas,
la radiación que atraviesa una fibra óptica experimenta una atenuación constante, que
procede de varias causas. Las dos más importantes son la reflexión difusa o scattering
Rayleigh, y la absorción. La importancia relativa depende de la ventana de transmisión,
tal como se mostraba en la Figura Fund-11.
La señal base descendente que detecta el OTDR se debe a la retrodispersión, es decir,
la parte de la reflexión difusa que se propaga en sentido contrario al de la transmisión.
Dicha radiación, en ausencia de otros factores, equivale formalmente a la que se recibiría
de un conjunto infinito de emisores situados homogéneamente por toda la fibra. La
potencia recibida de cada tramo diferencial irá disminuyendo a medida que el tramo está
más lejos de la fuente, por dos razones:
La potencia retrodispersada es proporcional a la potencia incidente. Ésta se
va atenuando al atravesar la fibra.
La potencia retrodispersada, a su vez, se va atenuando durante el camino
de vuelta hasta el receptor.
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mismo tramo. Permite evaluar la degradación de un enlace con el tiempo, pero no sirve
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para medir atenuaciones válidas en el diseño de enlaces. En este último caso se emplea
la técnica OLTS - Optical Loss Test Set- similar a la empleada en la práctica I, apartado
I.4.
VII.4.2. Desarr ol lo de la Práct ic a
Objet ivo: Medir los diferentes parámetros que surgen en una gráfica OTDR.
Método d e med id a
A) CARACTERIZACIÓN DE EVENTOS REFLEXIVOS.
Distancia: En la “forma de onda” adquirida por un OTDR, la distancia a la que se
produce un evento reflexivo se corresponde con el último punto de
muestreo justo antes de la subida de la forma de onda.
Pérdidas: Las pérdidas se valorarán midiendo el nivel de señal (en dBs) antes y
después del evento.
Reflectividad: La reflectividad se calcula indirectamente a partir de la ecuación
siguiente:
D B R
H
ns ·110log10 5 1
donde:
Práctica E2: El OTDR
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B) ZONAS MUERTAS DZ Y LMDZ
La zona muerta DZ se define como la distancia entre el comienzo de la zona
reflexiva y el punto donde la señal decrece 3 dB respecto del máximo de reflexión
(ver Figura E2-7- pag.VIII-15).
La zona muerta de pérdida de medición LMDZ se define como la distancia entre
el inicio del evento y el punto donde la forma de onda del OTDR ha recuperado el
nivel de retrodispersión. Para su medida habrá que determinar el inicio del
evento y el punto donde la señal es 0,5 dB superior al nivel de retrodispersión
(Figura E2-7). La separación (en metros) entre estos dos puntos dará el LMDZ.
C) ESTIMACIÓN DEL COEFICIENTE DE ATENUACIÓN
Para medir el coeficiente de atenuación de una fibra se escoge un tramo en que
no exista ningún tipo de evento o influencia de ellos. Se mide la pendiente
situando los cursores al inicio y al final del tramo.
Figu ra E2-9
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3.- Obtenga la forma de onda. Imprímala pulsando el Botón 9 y siguiendo las
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instrucciones de pantalla. Identifique los eventos reflexivos comparando la
gráfica y el montaje experimental.
4.- Active el cursor A y sitúelo al inicio del evento reflexivo próximo a 1 km.
Asegúrese que está justo al inicio del evento comprobando que en el siguiente
desplazamiento del cursor éste se introduce en la zona reflexiva. Si fuera
necesario active el zoom, luego desactívelo.
Anote la distancia que marca el cursor.
5.- Active el cursor B y sitúelo en la zona lineal después del evento reflexivo.
Mantenga el cursor A en la posición anterior.
La diferencia en dB entre los cursores dará una estimación de las pérdidas
introducidas en el evento. Anote este valor y la diferencia en metros entre los dos
cursores.
Tenga en cuenta que si existe mucha distancia entre los dos cursores, la medida
realizada está incluyendo las pérdidas en la fibra. También tiene que considerar
si las fibras acopladas son de iguales características.
6.- Sitúe el cursor B en el punto máximo de la reflexión. Mida la diferencia de señalentre ambos cursores (valor H de la Figura E2-8). Haciendo uso de la ecuación
1, calcule la reflectividad del evento. (H es siempre una cantidad positiva)
Valor es típic os :
Nº de eventos ref lexivos (sin con siderar los c onectores inic iales n i el lat igui l lo): 3
Distancia del Primer evento ref lexivo: 1 km 1 1 km
Práctica E2: El OTDR
Active ahora el zoom (Botón 3 de la Figura E2-3).
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Compruebe que el cursor A está sobre el máximo del evento y sitúe el cursor B,aproximadamente, a 3 dB por debajo del anterior.
Nota.- Si no pud iera si tuar el cursor B cercano a los 3 dB , real ice un prom edio entre las
distancias obtenidas en las do s p osic iones más cercanas a este valor.
Mueva ahora el cursor A al inicio del evento y anote la separación entre ambos
cursores. La medida realizada es lo que se conoce como zona muerta DZ.
Valo res típi co s:
DZ 25m – 30m
LMDZ 35m – 45m (siempre mayo r que DZ)
8.- Sitúe el cursor A en el nivel de retrodispersión lineal, después del pulso. El
cursor B sitúelo, aproximadamente, a +0.5 dB del anterior. ¡Cuidado con los
signos! Sitúe nuevamente el cursor A al inicio del evento, y anote la distancia
entre ambos cursores. Esta medida será el LMDZ del primer evento reflexivo de la
línea.
9.- Caracterice el siguiente evento reflexivo de la misma forma que el anterior.
Compruebe si existen diferencias entre una conexión SM-SM y otra SM –MM.
10.- Mida el coeficiente de atenuación de cada uno de los tramos de fibra, así como
su longitud.
Para realizar una medida correcta de la atenuación, sitúe los cursores de manera
que abarquen una distancia amplia, en la zona donde no haya influencia de
ningún tipo de evento y donde se aprecie una pendiente lineal.
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VII.5. IDENTIFICACIÓN DE ECOS Y FANTASMAS
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VII.5.1. Teoría
VII.5.1.a. Identificación de Ecos
En sistemas ópticos con varios elementos reflexivos, parte del pulso del láser puede
reflejar se más d e un a vez antes de volver al OTDR. Cuando esto sucede se producirá
una forma de onda artificial denominada ECO.
Figura E2-10. Generación de ecos entre dos eventos reflexivos
La señal recorre 4L1
El OTDR localiza el eventoreflexivo en 2L1, sinpérdidas y con pico dereflexión bajo, señal muyatenuada.
Práctica E2: El OTDR
Existen OTDRs dotados de la capacidad de detectar automáticamente eventos reflexivos
( di t l it ) d t i ál d ll ECOS E l d l T kt i
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(mediante algoritmos) y determinar cuáles de ellos son ECOS. Es el caso del Tektronix
TFS3031 que se utiliza en el laboratorio.
VII.5.1.b. Identificación de Fantasmas
Otra forma de onda falsa es la conocida como fantasmas. Son muy similares a los ecos
pero ocurren por razones muy diferentes.Los fantasmas se deben a una selección in co rrecta de los parámetros de medid a , en
concreto a una frecuencia de repetición del pulso demasiado alta. Si es así, puede
suceder que la reflexión al final de la línea de un pulso no haya llegado al detector
cuando se lanza el siguiente pulso. En ese momento se inicia una nueva adquisición de
datos y la reflexión del final de línea se solapa con la retrodispersión del segundo pulso y
aparece como un evento reflexivo.
Cuando un evento se desplaza de posición o desaparece cuando se cambia el rango de
medida, se le puede identificar como un FANTASMA y no como un ECO. Estos últimos
son independientes de los parámetros de adquisición.
Si aparece un fantasma durante una adquisición, se debe seleccionar una repetición de
pulso más baja para eliminarlo.
Cuando no se identifica un evento, se debe realizar la medida con otros valores de ancho
d l l i d d d di ió d did L i l dif
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VII.5.2. Desarr ol lo de la Práct ic aObjet ivo: Detectar sucesos, como ecos y fantasmas, que no corresponden a ningún
evento real.
Método de Medida
La localización de los ECOS está asociada a la siguiente fórmula:
Zj Zi Z eco 2 2
Donde Z i y Z j son las localizaciones de dos eventos reflexivos (que no
tienen por qué ser consecutivos) en el eje de distancias, siendo Z=0 la
conexión al OTDR.
Procedimiento experimental
1.- Realice el montaje de la Figura E2-11.
2.- En el menú SETUP, seleccione los siguientes parámetros:
Fiber Scan: Manual
Test Range: 8 km
Pulsewidth: 20 m (200 ns)Longitud de onda: 1310 nm
Práctica E2: El OTDR
6.- En el menú SETUP, cambie el parámetro “Fiber Scan” de Manual a Intell i trace .
Obtenga la forma de onda y edite la Tabla de Eventos presionando el Botón 2 de
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Obtenga la forma de onda y edite la Tabla de Eventos presionando el Botón 2 de
la Figura E2-3.
7.- Considerando pares de elementos reflexivos y utilizando la ecuación 2, calcule
dónde deberían aparecer los ECOS. Compare los resultados teóricos con los
experimentales.
Valores típicos: Aparic ión del eco con conector defectuoso al doble d e distancia del prim er carrete.
8.- Explique por qué en este apartado ha tenido que emplear un carrete de 1,3km.
¿Aparecen eventos fuera de línea, a más de 2,3km? Indique de dónde provienen.
P OR F AVOR , AL ACABAR LA P RÁCTICA R ECOJAN
T ODO Y D ÉJENLO C OMO E STABA AL P RINCIPIO .
S US C OMPAÑEROS SE LO AGRADECERÁN .
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No olvide incluir en su cuaderno la solución a las preguntas planteadas en el desarrollo
d l á ti ( ti ál l ) t d l lt d d l did
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de la práctica (cuestiones, cálculos, curvas…) y todos los resultados de las medidas
realizadas. Para facilitar un resumen de los resultados, incluya en su cuaderno las
siguientes tablas.
Ap artados VII.2 y VII.3
Rango Dinámico de Reflexión
Condiciones de medida: Longitud de onda________ nm
Rango de Prueba _________km; Promedio_______
RDR*
Ancho de pulso 10m
20m
¿Qué información le aporta este parámetro?
Rango Dinámico de Scattering
Condiciones de medida: Longitud de onda________ nm
Rango de Prueba _________km; Promedio_______
RDS*
Práctica E2: El OTDR
CARACTERIZACIÓN DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN
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Apartado VII.4
Número de eventos que obtiene en la medida:
Condiciones de medida: Longitud de onda________ nm;
Rango de Prueba _______ __km; Ancho de pulso:________m; Promedio_______ Sin contar el del panel frontal
Cursor A
________km
Inicio del 1er evento.
Distancia entre cursores: dB
Pérdidas introducidas por el primer evento reflexivo: m
H (>0) Reflectividad:
Zona Muerta DZ m
¿Qué le indica este parámetro?
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Cursor A
________km
Inicio del 2er evento.
Distancia entre cursores: dB
Pérdidas introducidas por el primer evento reflexivo: m
H (>0) Reflectividad:
Condiciones de medida:
Longitud de onda:________ nm;
Rango de Prueba: _________km;
Ancho de pulso:________m;
Promedio:___________
1er Tramo 2º Tramo 3er Tramo
Coeficiente de Atenuación
Longitud (km)
¿Se corresponden con los valores indicados en los carretes o
esperados?______________________________________________________________
Práctica E2: El OTDR
CARACTERIZACIÓN DE EVENTOS NO REALES: ECOS.
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Medida con conector defectuoso
Apartado VII.5
Número de Eventos
Condiciones de medida: Longitud de onda:________ nm;
Rango de Prueba: _________km;
Ancho de pulso:________m;
Promedio:__________
1er Evento 2º Evento 3er Evento …
Distancia(km)
¿Es un ECO? S/N
¿Está fuera de línea?
¿Por qué se emplea un carrete de 1,3km en vez de uno de 1km?
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VIII. Práctica E3: Soldadura de
Fibras Ópticas
N OTA I MPORTANTE : ANTES DE REALIZAR ESTA PRÁCTICA ES NECESARIO QUE SE FAMILIARICE CON EL MANEJO DEL
OTDR, QUE UTILIZARÁ COMO CONTROL DE CALIDAD DEN TRO DE LA MISMA . P ARA ELLO DEBERÁ REALIZAR
ALGUNOS APA RTADOS DE LA PRÁCTICA E2, OTDR, EN PRIMER LUGAR . P ASE A LA PRÁCTICA E2 SI NO LA HA
HECHO YA , Y SIGA LAS INSTRUCCIONES QUE AL LÍ SE INDICAN .
Recuerde anotar en su c uaderno de práct icas todos los valores medido s y calculados, as
l t t d l t i l t l t i
M ATERIAL N ECESARIO
Máquina de empalmar
2 carretes MM (50/125) OTDR Multimodo
Cortadora de fibra
Peladora de Fibra Alcohol y Tisú
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considera la capacidad del operador de maniobrar tanto en el proceso de alineamiento de
las fibras como en el de fusión. Así, por ejemplo, se dice que una máquina de soldar es
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, p j p , q q
totalmente manual cuando la acción del operador es necesaria en los dos procesos ysemiautomática cuando el operador tiene libertad de acción sólo en uno de ellos.
Casi todas ellas tienen en común el tipo de sujeción de las fibras que van a ser
fusionadas. Esto se realiza mediante unas plataformas que poseen un surco en forma de V,
donde se introducen las fibras (desprovistas, en cierta longitud, de cualquier tipo de
protección) y se fijan mediante unas presillas.Otra forma de clasificar las máquinas de empalme es considerando la técnica que
utilizan para optimizar el proceso de alineamiento entre las fibras enfrentadas:
Alin eamiento por comparación de diámetros.
Al ineamiento mecánic o automático.
Alineamiento po r inyección y d etección de luz.
VIII.1.1. Ali neamiento po r comparación del diámetro de lascub iertas de las fibras
Este tipo de soldador se compone, básicamente, de las plataformas antes mencionadas
con libertad de movimiento en todos los ejes (x, y, z) y de un microscopio que facilita la
visión del proceso de alineamiento (en versiones más sofisticadas el microscopio sesustituye por una videocámara).
Una vez colocadas las fibras (correctamente preparadas) en sus plataformas, el
operador las alínea, tomando el diámetro de sus cubiertas como referencia. Cuando
considere "a ojo" un alineamiento óptimo procederá a realizar la fusión.
Práctica E3: Soldadura de Fibras Ópticas
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a
b
cde
f
g
h
a
b
cde
f
g
h
Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
c. Interruptor de alimentación.
d Interruptor iluminación microscopio
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d. Interruptor iluminación microscopio.
e. Selector manual-automático.
En modo manual el operario tiene que desplazar las fibras hasta que sus
extremos produzcan una ligera presión el uno contra el otro.
En modo automático es la propia máquina la que produce esa presión,
cuando se está soldando.
f. Control de potencia del arco voltaico.
g. Mandos para desplazar las fibras según el eje “z”.
h. Botones para hacer saltar el arco entre los electrodos.
VIII.1.3. Ali neamiento po r iny ección y detecc ión de luz
En este caso, la mecánica para alinear las fibras consiste en inyectar luz mediante una
curvatura realizada en la fibra y detectar en el otro extremo por el mismo procedimiento,
como se indica en la Figura E3-2.
Práctica E3: Soldadura de Fibras Ópticas
curvada (por exceder el ángulo crítico). Esta zona se enfrenta a un fotodiodo para su
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detección.
El proceso de alineamiento puede ser realizado por la máquina automáticamente,
valorando la potencia medida, o de forma manual dando una lectura de la potencia extraída
y siendo el operador el encargado de variar los ejes (x, y, z) para encontrar la lectura
máxima.Este tipo de máquinas son las más potentes ya que presentan limitaciones menos
restrictivas en cuanto al tipo de fibra óptica a fusionar pero, en cambio, están limitadas a su
uso con fibras cuya protección cumpla una serie de características específicas con el fin de
poder inyectar y extraer luz por curvatura.
Figur a E3-3
Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
equipos. Esto es debido, principalmente, a que la utilización de estas máquinas a nivel
industrial se realiza en líneas de tendido con localizaciones tan diversas como conductos
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metropolitanos o zanjas campestres.
VIII.2. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
Objet ivo: Realizar un empalme entre dos fibras multimodo y valorar las pérdidas
introducidas en el acoplo.
Figur a E3-4. Etapas en la realización de una so ldadu ra
Práctica E3: Soldadura de Fibras Ópticas
VIII.2.1. Preparación de los Extrem os de las Fibras
L ti ió d t ll l i d
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Los pasos que a continuación se van a detallar son comunes a cualquier proceso de
acoplo a fibra, ya sea la fusión entre dos de ellas, el acoplo de luz a uno de sus extremos
o la detección de potencia óptica.
La preparación correcta de los extremos de la fibra consta de:
Pelado y limpieza
Corte
Pulido
Cuando se trabaja con una fibra óptica, hay que tener en cuenta que aunque el
núcleo y la cubierta tienen diferentes índices de refracción, visualmente no es posible
identificar el área correspondiente a cada una de ellas. Por tanto, en el laboratorio la fibra
se “verá” como un único cilindro de sílice.
VIII.2.1.a. Pelado y limpieza de la fibra
Las fibras comerciales, debido a su
fragilidad, siempre van recubiertas de
algún tipo de protección o cableado. El
primer paso consistirá en eliminar
cualquier tipo de protección, es decir,
dejar la fibra desnuda.
En general, el cableado más
Figur a E3-5
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cables de cobre. El desplazamiento fibra-pelacables debe hacerse en la dirección que
indica la flecha de éste.
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Una vez que se tiene la fibra desnuda, hay que proceder a la limpieza de posibles
residuos en su superficie transversal. Para ello se utiliza papel tisú impregnado en
acetona o isopropanol.
VIII.2.1.b. Corte de la fibra
Un corte defectuoso puede producir una serie de efectos no deseados como un aumento
de la potencia reflejada, pérdidas en conexiones y acoplos, etc.
La técnica de corte de una fibra se realiza en dos pasos:
El primero consiste en realizar,
en la superficie transversal de
la fibra, una pequeña incisión
perpendicular al eje de
propagación, mediante una
punta de diamante o una hoja
de carbono.
En el segundo paso se debe
provocar una tensión de igualfuerza a ambos lados de la
incisión, de forma que ésta se
extienda por toda la sección transversal de la fibra (Figura E3-7).
La incisión seguida de la tensión, causa una fractura secuencial de los enlaces
Figur a E3-7
Práctica E3: Soldadura de Fibras Ópticas
más debido a que la protección adherida hace tope en un estrechamiento del
canal dispuesto a tal fin.
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2. Fíjela con la presilla de sujeción.
3. Baje una de las piezas que cubre el canal.
4. Baje la otra pieza que posteriormente se encargará de producir la tensión
sobre la fibra, para su corte.
5. Haga la incisión en la fibra desplazando la pieza que soporta la hoja de corte.
6. Presione sobre la pieza que se encarga de tensar la fibra para su definitivo
corte.
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Esta máquina realiza de forma continua los procesos de incisión en la fibra y posterior
tensión para su corte definitivo.
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1. Desbloquear la máquina, actuando sobre el mando de la zona posterior.
2. Retire la protección que cubre la punta de diamante encargada de hacer
la incisión sobre la fibra
3. Coloque la fibra en el canal donde
debe alojarse. Hay una escala
graduada que indica la distanciaal punto de corte. Sitúe en el
punto adecuado de esa escala el
extremo de la protección adherida
de la fibra.
4. Fije la fibra con la presilla de
sujeción.
5. Baje suavemente la palanca
superior de la máquina de corte,
que primero hará la incisión sobre
la fibra, y posteriormente el corte definitivo.
6. Vuelva a poner la protección sobre la punta de diamante.
7. Baje la palanca y vuelva a bloquear la máquina.
VIII.2.1.c. Pulido de la superficie transversal de la fibra.
Si el proceso de pelado y corte de la fibra se ha realizado como paso previo al montaje de
Fig. 3-9: Cortadora de f ibra mo delo CT20
Práctica E3: Soldadura de Fibras Ópticas
La existencia de burbujas puede producirse aún suponiendo un alineamiento y
preparación de los extremos de las fibras perfecto, cuando se procede a la fusión sin haber
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realizado una prefusión, ya que la fuente de calor que se utiliza (arco voltaico) caliente lafibra de fuera a dentro y posiblemente se fusionarían las cubiertas de las fibras enfrentadas
y no los núcleos de las mismas (figura E3-10(c)). Con la prefusión de las caras transversales
se consigue que el primer contacto se
produzca en el núcleo y la fusión se
realizará de dentro a fuera. Como
orientación, hay que destacar que la
prefusión se realiza con intensidades de
arco o tiempos de arco inferiores a los
utilizados en la fusión.
Como se indica al principio de este
apartado, lo que se pretende es hacer un
ligero redondeo en el canto de la superficie
transversal de la fibra; si se sobrepasa este
objetivo y la punta de la fibra queda
redondeada, la posterior soldadura
presentará una excesiva atenuación.
VIII.2.3. Al ineam iento , Fus ión y Protec ción
Las etapas restantes del proceso de soldadura son:
Figur a E3-10
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La figura E3-10 muestra, de forma esquemática, algunos factores que inducen a una
soldadura defectuosa.
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VIII.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: SOLDADURA Y CONTROL
CON EL OTDR
1) Pele y limpie la fibra, siguiendo las instrucciones indicadas en el apartado IX.2.1.a.
(Pelado y limpieza de la fibra). Se deben pelar unos 30 mm de fibra.2) Corte la fibra dejando una longitud desnuda que permita colocarla correctamente en
la plataforma de sujeción del soldador (entre 15 y 20 mm.).
3) Levantando las presillas de sujeción, coloque ambos extremos en las
correspondientes plataformas y vuelva a bajar las presillas; compruebe que éstas
apoyan sobre una zona de fibra con protección adherida. Si lo hacen sobre la fibradesnuda no se sujetará correctamente a la máquina de soldar, debido a su reducido
diámetro. Observando por el microscopio, asegúrese que los cortes son
suficientemente aceptables.
4) Con el mando de movimiento en la dirección z, sitúe la punta de una de las fibras en
el camino del arco y retire ligeramente la otra. Proceda a la prefusión de ese
extremo. Debe utilizar una corriente de arco de 75 ( AC ADJUST ) durante 4
segundos, o aplicar 3 ó 4 descargas breves (el tiempo se controla manualmente presionando
simultáneamente los dos mandos de descarga del arco, situados en los laterales del soldador).
Para verificar que la punta de la fibra está situada correctamente observe por el
microscopio el proceso de prefusión. Repita el paso anterior hasta que observe que
Práctica E3: Soldadura de Fibras Ópticas
Tenga especial cuidado de no manipular cerca del arcovoltaico cuando esté en descar a
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5) Retire ligeramente el extremo redondeado y repita la misma operación con el otro
extremo de fibra.
6) Acerque las fibras de forma que ambas se puedan visualizar en el microscopio (sin
tocarse) y de manera que el enfrentamiento de sus caras quede justamente en el
camino del arco voltaico.
7) Proceso de alineación: En la máquina empleada, la alineación está fijada por la
situación de las presillas de sujeción. Si observa en el microscopio alguna anomalía
en el enfrentamiento de las fibras, sáquelas de la plataforma y vuelva a colocarlas.
8) Conecte uno de los carretes al latiguillo del OTDR y deje libre el otro extremo.
Escoja un rango de distancias adecuado (4 km, para abarcar toda la línea) y
seleccione el LD de 1300 nm si no lo está ya. Obtenga la traza del OTDR y observe
que el final de la traza está a la distancia adecuada (longitud del primer carrete)
9) Con el mando de movimiento en z acerque las fibras de forma que queden
enfrentadas en el camino del arco voltaico. Observe y recuerde en qué dirección ha
girado los mandos para separar o acercar las fibras.10) Acerque las fibras hasta que entren en contacto y se presionen levemente
(Utilizando el procedimiento manual). Vuelva a obtener la traza del OTDR. Si las
fibras están bien enfrentadas debería ver la traza con una longitud suma de los dos
carretes. En la intersección de los carretes debería ver un evento reflexivo con
voltaico cuando esté en descar a.
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13) Mida y anote el nivel de pérdidas existente en la soldadura. Para ello, active
alternativamente los cursores A y B, y colóquelos a ambos lados de la soldadura.
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Tome el dato A –B que ofrece el instrumento en pantalla. Si la medida deatenuación es superior a 0,5 dB repita la descarga. Si no mejora, repita la soldadura
desde el principio.
Sea consciente de que según vamos dando sucesivas descargas a la unión, ésta va
mejorando; mejora que se manifiesta en una mayor uniformidad de la superficie de la
zona soldada y una menor atenuación; hasta que llegamos a un punto óptimo, apartir del cuál se deteriora rápidamente la calidad de la soldadura.
14) Una vez concluida la soldadura repita la medida de la atenuación empleando el
diodo láser de primera ventana del OTDR. Compare los resultados.
P OR F AVOR , AL ACABAR LA P RÁCTICA R ECOJAN
T ODO Y D ÉJENLO C OMO E STABA AL P RINCIPIO .
S US C OMPAÑEROS SE LO AGRADECERÁN .
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IX. Práctica E4: Modos Guiadosen Fibras Ópticas
Práctica Opcional
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confinamiento cilíndrico a que se ve sometida la radiación en una guíaonda circular como
es la fibra óptica.
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El cálculo exacto de la distribución de modos en guíaondas circulares es bastante
complicado, a causa del confinamiento existente en dos direcciones ortogonales. Los
modos que se originan por esta circunstancia difieren bastante de los simples TE y TM
que surgen en GO planas (confinadas en una sola dimensión), y su tratamiento
exhaustivo resulta muy laborioso.
Afortunadamente existe una aproximación (modos débilmente guiados o weakly-guidedmodes, WGM) que simplifica el cálculo de forma notable, y que se puede aplicar en todos
los casos de interés. Se describen someramente a continuación las “familias” más
relevantes de modos en fibras ópticas, y posteriormente se desarrolla el modelo
simplificado.
IX.1. MODOS EN GUÍAONDAS PLANAS Y CIRCULARES Sea una GO plana en la que se propaga
radicación según el eje z, confinada solamente en
la dimensión x. Los modos obtenidos tienen una
componente E z o H z nula, es decir, son
transversales eléctricos (TE) o magnéticos (TM).
En la Fig. E4-1 se muestra la distribución de
campo de los cuatro primeros modos TE de una
GO plana simétrica. El campo tiene una variación
armónica en el interior del film o núcleo, y además no está estrictamente confinado al
Fig. E4-1. Mod os en un a guíaon da planas imétr ic a
Práctica E4: Modos en Fibras Ópticas
generalmente se traduce en una pérdida de potencia de los modos guiados en el núcleo,
en especial los de orden más alto.
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En la práctica se suele recubrir la cubierta de la fibra con un material que produzca
pérdidas por radiación hacia el exterior, scattering y/o absorción.
IX.1.2. Modos co n pérd id as o leaky
A distancias cortas, la distinción entre modos guiados y no guiados se hace tenue. Una
buena parte de modos inclinados no están bien confinados, y van perdiendo potenciadurante su propagación. Incluso en modos meridionales, la condición de guiado
12 knkn 1
que separa los modos confinados de los no guiados, no es siempre determinante de que
la señal luminosa se transporte por modos que cumplen esa condición. Recuérdese que
es la constante de propagación, =kn1·sen . Para más detalles, consúltese el apartadoFund II.2.
En los modos leaky se cumple que
kn2 2
La mayoría de modos de este tipo desaparece al cabo de unos cuantos cm de fibra, pero
algunos con bajas pérdidas pueden “sobrevivir” hasta 1 km. En trayectos cortos, una
parte bastante notable de la potencia óptica transportada por la fibra puede deberse a
estos modos.
IX.1.3. Modo s meridionales en fibras ópticas
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IX.1.4. Modos incl in ados o skew
Además de los modos meridionales, las FO
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Además de los modos meridionales, las FO
soportan otros en los que ni E z ni H z son nulos.
Estos modos híbridos corresponden a trayectorias
torcidas o inclinadas (“skew rays” , Fig. E4-2) en
modelo de rayos, que describen órbitas helicoidales
en la FO. Reciben el nombre de modos HE lm o
EH lm, dependiendo de si es el campo magnético H o el eléctrico E el que tiene mayor contribución al
campo transversal.
IX.1.5. Modos débilm ente gui ados
La resolución exacta de las ecuaciones de Maxwell que describe la propagación enguíaondas dieléctricas homogéneas y cilíndricas (es decir, en fibras ópticas) es
matemáticamente complicada (se deben resolver las seis componentes híbridas del
campo electromagnético) y conduce a resultados complejos. Afortunadamente, se puede
simplificar considerablemente el tratamiento, con muy pocas pérdidas de exactitud, si se
restringe el estudio a las FO empleadas en Comunicaciones Ópticas, o más bien a las FO
con una diferencia de índices muy baja, n1 –n2 << n1. La condición implica que sólo se
guiará radiación con incidencia casi rasante , o lo que es lo mismo, que la apertura
numérica NA de la fibra es baja. En tal caso, la distinción entre modos meridionales e
inclinados se difumina.
La aproximación se denomina de modos débilmente guiados o weakly-guided
Fig. E4-2. Trayecto ria helico idal de unskew ray
Práctica E4: Modos en Fibras Ópticas
modos degenerados como combinación lineal con una constante de propagación común
ya que, a todos los efectos, la radiación guiada por cualquiera de los modos del grupo se
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va a comportar de la misma manera, con independencia del modo concreto que latransporte. En resumen, la adopción de modos LP permite evitar el uso de los modos EH,
HE, TE y TM anteriores dentro de la aproximación WGM . En la Tabla I se muestran las
correspondencias entre modos exactos y modos LP.
Modos LP
(ordenados porfrecuencia de corte)
Modos exactos y númeroNº de modos total en
el modo LP
LP01
LP11
LP21
LP02
LP31
LP12
LP41
LP22
LP03
HE11 2
TE01, TM01, HE21 2
EH11 2, HE31 2
HE12 2
EH21 2, HE41 2
TE02, TM02, HE22 2
EH31 2, HE51 2
EH12 2, HE32 2
HE13 2
2
4
4
2
4
4
4
4
2
Tabla I . Correspondencia entre modos exactos y L P de m enor frecuencia de cor te
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En el siguiente apartado se incluye de forma resumida el tratamiento matemático que
conduce a la obtención de modos. Partiendo de la E.Max., se llega a la ecuación de onda
y se resuelve el caso particular con las condiciones de contorno de la fibra, y laaproximación WGM. Si no desea profundizar en el desarrollo matemático, puede pasar
directamente al apartado X.3 .
IX.2. RESOLUCIÓN DE LAS ECUACIONES DE LA GUÍAONDA
Para estudiar la propagación de ondas electromagnéticas por una guíaonda cilíndrica,parece apropiado utilizar un sistema de coordenadas cilíndricas (r, , z ). La
propagación de la OEM se hace en el eje z , y las componentes transversales x e y se
transforman en r y , lo que permite aprovechar las propiedades de simetría de la GO.
La OEM que se propaga por z tiene una dependencia funcional
E E r j z t 0 ( , ) exp ( ) 3a
H H r j z t 0 ( , ) exp ( ) 3b
que es armónica en z y t . El parámetro es la constante de
propagación, es decir, la componente z del vector de
ió k E GO ilí d i l i
Figura E4-4. Los cu atro primeros m odos L P
Práctica E4: Modos en Fibras Ópticas
z
E j E 5
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t
E j E 6
Las ecuaciones son:
1
r
E jr E j H
z
r
7a
E
r j E j H
z
r 7b
1
r
rE
r
E j H
r
z
7c
Idéntico cálculo puede hacerse con el campo magnético, obteniendo:
1
r
H jr H j E
z
r
8a
H
r j H j E
z
r 8b
1
r
rH
r
H j E
r
z
8c
Este es el conjunto de seis ecuaciones que se mencionaba en un principio, antes de
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E
E
r r
H
r
z z
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E
H
H
j
q
r E
H
r
r
H
H r
r
E
E
r
r
r
z
z
z
z
z
z
2
1
1
9
siendo q k 2 2 2 2 2
.
Sustituyendo las dos ecuaciones inferiores en 8c se obtiene la correspondiente
ecuación de onda en coordenadas cilíndricas:
2
2 2
2
2
21 1
0 E
r r
E
r r
E q E
z z z
z 10
y con las otras dos se obtiene la equivalente para H z :
2
2 2
2
2
21 1
0 H
r r
H
r r
H q H
z z z
z 11
Si se observan las ecuaciones 10 y 11, se comprueba que E z y H z aparecen de forma
independiente. Aparentemente, las componentes longitudinales de E y H están
desacopladas, y se puede escoger cualquier valor arbitrario de una sin que la otra se
afecte. Lo cierto es que aún no hemos impuesto las condiciones de contorno que dicta la
propagación por una GO cilíndrica. Si estas condiciones no implicasen, en algún caso, el
acoplamiento entre E y H , se podrían obtener soluciones con E z = 0 (modos TE) o H z = 0
(modos TM). En los demás casos, si tanto Ez 0 como Hz 0, se obtendrán modos HE o
Práctica E4: Modos en Fibras Ópticas
Los factores F 3(z) y F 4(t) vienen dados por la propia definición de campo realizada
en 3:
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F z F t j z t 3 4( ) ( ) exp ( ) 13
La función F 2 ( ) puede evaluarse considerando la simetría circular de la GO (al fin y al
cabo, para eso utilizamos coordenadas cilíndricas). Se supone implícitamente que la
sección de la FO es perfectamente circular y constante y que el perfil de índices tiene
simetría radial. Todo ello es bastante exacto en fibras con perfiles especiales.
La dependencia funcional ha de ser tal que las componentes del campo no se
modifiquen cuando la coordenada se incrementa o decrementa en cantidades
múltiplo de 2. Suponemos por tanto una dependencia funcional periódica de la forma:
F j2 ( ) exp( ) 14
Para cumplir la condición, la constante ha de ser entera, positiva o negativa. La
imp osición de una condición periódica dictada por la periodicidad del campo da lugar
a la aparición de modos (estrictamente, familias de modos).
Sustituyendo en la ecuación de onda 10 los factores evaluados hasta ahora, nos
queda:
2
12 1 2
2
2 1
10
F
r r
F
r q r F
15
En esta ecuación se observa que el factor F 1 que nos faltaba, y que contiene la
función radial, tiene una dependencia que corresponde a la form a diferencial de las
funcio nes de Bessel . Se puede deducir una ecuación idéntica para H z .
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Para resolver la
ecuación 15 se ha de tener
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en cuenta que, para cadamodo guiado, el campo ha
de ser finito en el núcleo, y
en concreto para r 0, mien-
tras que en la cubierta habrá
de tender a 0 cuando r .
En estas circunstancias, las
soluciones para r<a (siendo a
el radio del núcleo) habrán
de ser funciones de Bessel
de primera clase y orden
(Fig. E4-6), para las que
emplearemos la notación J (ur), siendo
u k k n 1
2 2 2
1
2 2 16
Así pues, las expresiones para E z y H z en el núcleo quedan como sigue:
E r a AJ ur j j z t z ( ) ( ) exp( ) exp[ ( )] 17
H r a BJ ur j j z t z ( ) ( ) exp( ) exp[ ( )] 18
siendo A y B constantes arbitrarias.
En la parte externa (r>a), las soluciones que se adaptan a las condiciones
t l f i d B l difi d d d l l
Fig. E4-6. Func iones J de Bessel de los tres órdenes más bajos.Los cor tes por 0 determinan los rangos de los modo s.
Práctica E4: Modos en Fibras Ópticas
que es un límite inferior para . El límite superior viene dado por el comportamiento de
J (ur). Para que F 1 sea real en el núcleo, u ha de ser real. Por lo tanto
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k 1 23
Así pues, el rango de soluciones aceptables para es:
kn k k kn2 2 1 1 24
siendo k=2 /=/c , la constante de propagación en el vacío, y k 1=/v 1 y k 2 =/v 2 , las
respectivas constantes de propagación en ambos medios.
IX.2.2. Ecu ación Modal
Las soluciones para
pueden determinarse a partir
de las condiciones de
contorno. Las componentes
tangenciales de E z y E han
de conservarse a uno y otro
lado de la interfase, tomando
el mismo valor para r=a. Lo
mismo sucede para H z y H .Con ello podemos plantear
un sistema de cuatro
ecuaciones que permita
calcular las cuatro incógnitas
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Utilizando las ecuaciones 9 con 17 y 18 se puede calcular E 1, mientras que si se
emplea con 20 y 21 se puede calcular E 2 . Igualando para r=a
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0)('
)(
)('
)(
2
221
wawK Bwa K a
jC
w
j
uauJ Bua J a
j A
u
j E E
28
donde X’ indica diferenciación respecto al argumento. Idéntico tratamiento puede
aplicarse a H , obteniendo un juego equivalente de ecuaciones: BJ ua DK wa ( ) ( ) 29
0)('
)(
)('
)(
22
1221
wawK C wa K
a
j D
w
j
uauJ Aua J a
j B
u
j H H
30
(Obsérvese que en 28 se utiliza una sola permeabilidad –que será igual a la del
vacío – mientras que en 30 se distingue entre 1 y 2.) Componiendo 25, 28, 29 y
30 como sistema de ecuaciones se plantea el determinante:
0
)()('
)()('
)(0)(0
)(')()(')(
0)(0)(
2
2
2
1
22
wa K aw
wa K w
jua J
auua J
u
j
wa K ua J
wa K w
jwa K aw
ua J u
jua J au
wa K ua J
31
que se iguala a 0 para encontrar las soluciones. La evaluación de este determinante
Práctica E4: Modos en Fibras Ópticas
IX.3. MODOS EN FIBRAS DE ÍNDICE ABRUPTO
J
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Las funciones J de Bessel tienen un comportamiento oscilatorio amortiguado (Fig. E4-6)que hace que cada una corte por cero m veces, es decir, que cada tenga m raíces.
Llamaremos m a estas raíces. Los modos que definen serán TEm, TM
m, HEm o EH
m
(Fig. E-8). En una GO dieléctrica circular, todo s los mo dos son híbridos excepto los
de =0. En estos últimos, se anula el miembro derecho de 32 y se obtienen dos
ecuaciones:
000 KJ 34
00
2
20
2
1 KJ k k 35
y utilizando las relaciones de recurrencia
)()(')()('1010 r K r K r J r J 36
quedan
J ua
uJ ua
K wa
wK wa
1
0
1
0
0( )
( )
( )
( ) 37a
k J u a
uJ ua
k K wa
wK wa
1
2
1
0
2
2
1
0
0( )
( )
( )
( ) 37b
La primera corresponde a los modos TM om y la segunda a los TE 0m.
Cuando 0, la solución estricta de 32 ha de hacerse por cálculo numérico,
como ya se ha comentado. Existen sin embargo excelentes aproximaciones basadas en
la proximidad de índices entre núcleo y cubierta, es decir, en la suposición que soporta la
G
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que conducen eventualmente a la
definición de modos LP. Estos
l i
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modos, que no son valores propios
(autovalores), sino combinaciones
lineales de éstos, se deberían aplicar
desde un punto de vista estricto a
modos degenerados (es decir, con
idéntica ). Las combinaciones
escogidas corresponden a modos
que son d egenerados d entro de la
aproximación; por lo tanto, la
utilización de modos LP será
aceptable o no dependiendo de lo
buena que la propia aproximaciónsea, lo cual depende en último
término de la proximidad de los índices de núcleo y cubierta.
Tabla I I. Condic iones de c or te de los m odos exactos en una GO circular
Índ ic e Modo Condic ión de cor te
0 TE0m, TM0m J ua0 0( )
1 HE1m, EH1m J ua1 0( )
>1 EHm J ua( ) 0
n ua1
2
Fig. E4-8. Soluc iones exactas HE, EH, TE y TM ob tenidas enuna FOIA, en función de la frecuencia norm al izadaV. Obsérvese c ómo se aso cian uno o v arios
modos con constantes de propagac ión muysimi lares para form ar modos L P.
Práctica E4: Modos en Fibras Ópticas
Las condiciones de corte pueden expresarse en función de la frecuencia
normalizada, también llamada parámetro V :
2 2
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V a
n na
2 2
1
2
2
2
NA 39
siendo NA la apertura numérica. Asimismo se puede relacionar con u y w :
V a u w 2 2 40
Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
IX.3.2. Diagrama b-V de los modos LP
En resumen, el diagrama de la figura E4-8 se suele expresar comúnmente en función de
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parámetros normalizados. El resultado es un diagrama b-V como el de la Fig. E4-9. En
esta figura, además, se han introducido modos LP, combinaciones lineales de los modos
de la anterior figura agrupados del modo que se mostraba en la misma.
Cada modo es guiado a partir de un valor concreto de V . Los modos se cortan
cuando
=kn 2 (esto es, cuando b=0 ). El modo HE11 carece de frecuencia de corte; sólo
deja de propagarse cuando se hace cero el diámetro del núcleo.
Los números de los cuadros de la figura corresponden a índices m de los modos
LP. Para saber de qué modos
exactos procede cada modo LP,
basta con observar el valor de ,
tal como se puede comprobar enla Tabla III. Nótese que sólo
aparecen modos TE y TM con
=0, es decir, pertenecientes a la
curva J 0 de Bessel (véase 34).
Es interesante relacionar los valores obtenidos aquí con una gráfica normalizadade las funciones de Bessel (Fig. E4-10). Se observa que cada frecuencia de corte
corresponde al paso por cero de una determinada curva. Por ejemplo, el modo LP02
comienza a existir a partir de V=3,83, primer corte de J 1 por cero, mientras que el modo
LP12 existe a partir de V=5,52 , segundo corte de J 0 por cero. Tanto en esta figura como
Tabla III . Modos que intervienen en la com bin aciónl ineal de cada mod o LP .
Índi ce delmodo LP
TE TM HE EH
0 -- -- 1 --
1 0 0 2 --
>1 -- -- +1 –1
Práctica E4: Modos en Fibras Ópticas
Así pues, para conseguir
una fibra óptica monomodo
b t d i á t
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basta con reducir su parámetroV por debajo de 2,4. Según la
expresión de este parámetro
que se daba en 39, para
reducirlo se puede:
Reducir el radio delnúcleo de la fibra.
Reducir la aperturanumérica NA, aproximan-do los índices de núcleo ycubierta.
Aumentar la longitud deonda.
Una FO monomodo actual tiene un núcleo con un diámetro entre 4 y 9 m (unas
pocas longitudes de onda). La diferencia de índices es también muy baja, n
0,1-
0,2%. La longitud de onda suele venir predeterminada por la aplicación, por lo que no
suele ser un parámetro con el que se pueda contar en este contexto. En todo caso,
conviene recordar que una FO monomodo en 3ª ventana, por ejemplo, no es
necesariam ente monomodo en 2ªó 1ªventana . Expresado de otra forma, para calificaruna FO de monomodal hay que especificar la longitud de onda a que se trabaja; cualquier
FO deja de ser monomodo reduciendo lo suficiente.
IX.3.3. Selec ción de FOs par a la práct ic a
Fig. E4-10. Los cortes por cero d e las funcion es J deBessel determinan las frecuencias de corte delos modo s.
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El cálculo de V (ver 39) es 2,11 para esa longitud de onda (1310 nm). Como V es
inversamente proporcional a , aumenta hasta V = 4,37 a 632,8 nm. Llevado al diagrama
b V b í l 4 i d LP l t d
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b-V , se observa que a esa se guían los 4 primeros modos LP, que son los mostradosen la Figura E4-4.
IX.3.4. Modos e intensid ad lum inos a
Los modos guiados de una FO son soluciones matemáticas que predicen distribuciones
de campo eléctrico aceptables dentro de las condiciones establecidas por el mediodieléctrico y el confinamiento. Sería de esperar que tales soluciones se correspondieran
con algo más tangible, como es la distribución de potencia luminosa en el plano
transversal de la FO. La cuestión tiene dos facetas: la propia distribución transversal de
potencia y el transporte de dicha potencia luminosa por la FO. Este segundo aspecto no
se trata aquí. Por lo que respecta a la distribución, conviene recordar que el hecho de
que un a guía sopo rte un d etermin ado modo no s ignif ica necesariamente que dicho
mo do con tenga energ ía lum ino sa. En la práctica modificaremos la propagación en la
fibra para hacer que la potencia se guíe preferentemente por uno u otro modo
Cuando se acopla un emisor a una fibra, se excitan unos modos más que otros,
Ident i f icación de mod os por su dist r ibución lumino sa
Como curiosidad, es posible saber qué modo LP corresponde a una determinada distribución transversal de
luz. Recuérdese para ello que el índice del modo aparece ligado a la dependencia angular (variable )
mientras que m , asociado a cortes en funciones de Bessel, es un índice radial.
El primero de los índices, , se calcula contando el número de máximos de intensidad que aparecenen una vuelta completa a la sección, tomando como centro el eje de la FO. El índice es la mitad del resultado(nótese que el número de máximos de intensidad es el doble que el de campo, ya que va con |E|2 ). Elsegundo es el número de máximos que corta un radio desde el centro hasta la interfase con la cubierta.
Práctica E4: Modos en Fibras Ópticas
Cualquier imperfección o curvatura de la
FO genera un nuevo juego de modos que se
h í d l t i t itid l
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haría cargo de la potencia transmitida por elhipotético modo solitario. Este tipo de reparto se
denomina termalización puesto que equivale a la
migración de calor entre una parte fría y otra
caliente de un material o fluido. El mismo
mecanismo excita ocasionalmente modos no
guiados, influyendo en la atenuación de la FO
(pérdidas en curvaturas por encima de radio
crítico, por ejemplo).
Por esta razón, la distribución luminosa que se observa en el extremo de una FO
suele carecer de los máximos radiales y circulares predichos por la teoría de modos,
aunque en laboratorio pueden llegar a separarse al menos en trayectos cortos. Porejemplo:
puede variarse el ángulo de incidencia, y aprovechar la dependencia con el
ángulo de las constantes de propagación.
también puede recurrirse al uso de polarizadores. Al ser l inealmente
polarizados , unos modos LP son ortogonales respecto a otros, pudiendovisualizarse por separado sin más que interponer un polarizador entre la fibra y
la pantalla de proyección.
Fig. E4-11. Bo ceto de la in tensidad lum ino- sa q ue se obs ervaría en u n c orte
transversal de una FO si sólo seexci tase un modo.
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Desarrollo de la Práctica
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Intro du cc ión al manejo de la cámara
Durante el desarrollo de esta práctica se utilizará una webcam con visión infrarroja para
capturar las imágenes obtenidas.
Sobre el objetivo de la cámara se ha colocado un difusor graduado sobre el que se
proyectarán los patrones de campo lejano.
Para manejar la obtención de imágenes en la webcam debe abrir el programa
Webcam Station Evolution SE , cuyo icono se puede encontrar en el escritorio.
M ATERIAL N ECESARIO
2 Láseres He-Ne rojos (632,8 nm)
1 Láser He-Ne verde (543,5 nm)
1 Caja de emisores
1 Kit de acoplo a fibra desnuda
2 Kits de acoplo He-Ne FC
1 Cámara de vídeo
1 Ordenador con tarjeta capturadorade vídeo
1 Soporte fibra FC
1 Soporte fibra desnuda
1 Cable coaxial RCA - RCA (2,5 m)
1 Cordón de Fibra SM (1300 nm)
1 Cordón de Fibra SM (visible)
1 Cinta métrica
Práctica E4: Modos en Fibras Ópticas
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Para configurar la cámara debe pulsarse el icono del programa con forma de “sol”
situado en el lateral izquierdo del programa. Esto abrirá la ventana de Ajustes de
video.
Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
Las imágenes recogidas por la cámara no deben estar saturadas. Para ello, cuando
proyecte la salida de una fibra sobre el difusor del objetivo debe ajustar el obturador hasta
que no haya zonas blancas En caso contrario las medidas realizadas serían erróneas
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que no haya zonas blancas. En caso contrario las medidas realizadas serían erróneas.
IX.4. VISUALIZACIÓN DE MODOS TRANSMITIDOS EN UNA FIBRA
Objet ivo : El objetivo de esta práctica es confirmar visualmente los patrones de campo
permitidos en la propagación de radiación luminosa por una fibra. Para ello, es necesarioseleccionar la propagación individual de cada uno de los modos. Se puede conseguir, como
ya se ha comentado, gracias a que cada modo se propaga con un ángulo diferente. De esta
forma, seleccionando adecuadamente el ángulo con el que se enfoca el haz procedente
del láser sobre la superficie transversal de la fibra, se logra la propagación predominante de
un modo específico (de los posibles guiados).
Si se utilizan fibras de mayor radio; sin embargo, al permitir la propagación de un
número elevado de modos, resulta más complicado seleccionar la propagación individual de
cada uno de ellos.
La obtención de la configuración de campo eléctrico se realiza mediante la técnica
denominada de Campo Cercano . La diferencia entre un patrón de campo lejano o cercano,
está relacionada con la distancia que existe entre la salida de la fibra óptica y el plano de
observación. Si el objetivo de esta práctica fuera la "medida" de los patrones de campo,
deberíamos colocar la pantalla de observación prácticamente pegada a la salida de la fibra,
o bien una lente que amplificara la imagen obtenida justo en la cara final de la fibra.
No obstante como el objetivo perseguido es una "visualización" de las formas
Práctica E4: Modos en Fibras Ópticas
Procedimiento Experimental
1. En primer lugar es necesario acoplar el haz procedente del láser de He-Ne a una
fibra con las características indicadas en el apartado X 3 3 mediante el Kit de acoplo
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fibra con las características indicadas en el apartado X.3.3 mediante el Kit de acoploF-916. Como no se realiza ninguna medida de potencia, el acoplo se considerará
óptimo cuando se observe en la pantalla un patrón de campo de un rojo intenso,
correspondiente a alguno de los patrones mostrados en la en la figura E4-4.
2. En principio, proyecte el patrón de salida sobre una pantalla utilizando los postes y
bases necesarios. Observe y dibuje patrón de campo obtenido.3. Proyectando el patrón de campo sobre el objetivo de la cámara digitalice la
configuración observada.
4. Varíe el ángulo de incidencia del haz de entrada manipulando alguno de los
mandos del Kit de acoplo F-916. Se recomienda una variación muy lenta y
secuencial de los mandos para no perder la señal. Con este procedimiento debe
conseguir la propagación individual de cada uno de los cuatro modos de menor
orden. Dibuje y digitalice las imágenes que obtiene.
5. Vuelva a jugar con los mandos hasta conseguir una distribución de campo que
crea que corresponde a la propagación de dos modos. Coloque la lámina
polarizadora detrás de la fibra de salida y gírela lentamente hasta visualizar y
digitalizar cada uno de los modos dependiendo de la posición de giro de la lámina.
Mediante este procedimiento aísle los modos de la figura E4-4.
Nota: Grabe todos los ficheros que digitalice en el “escritorio”, cópielos en u n dis quete al finalizar la
práctica y bórrelos del “escritorio” a continuación.
Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
2. Proyecte la salida sobre una pantalla y anote si se observa algo.
3. Varíe la velocidad del obturador de la cámara hasta que la imagen esté
completamente oscura
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completamente oscura.
4. Active la iluminación nocturna.
5. Enfoque el extremo situado en el soporte de proyección al objetivo de la cámara.
6. Ajuste la velocidad del obturador de la cámara hasta que la imagen no esté saturada.
7. Mida el tamaño de la imagen proyectada y la distancia desde el extremo de la fibra a
la pantalla de proyección.
Puede ser necesaria la uti l ización de una camp ana para elimin ar la luz ambiente
8. Calcule la apertura numérica a dicha longitud de onda.
9. Suba la corriente de polarización del LED al máximo.
10. Repita los apartados 6, 7, y 8, del ejercicio anterior.
11. Desactive la iluminación nocturna.
12. Baje al mínimo la corriente de polarización del LED y desmonte el cordón del extremo
de la caja de emisores.
Valo r típic o AN: 0,09
AN a 543 nm
1. Conecte un extremo del cordón monomodo (amarillo) al láser verde y el otro extremo
al soporte de proyección.
2. Abra el obturador del láser.
3. Proyecte el extremo de salida sobre una pantalla. Dibuje la distribución modal
Práctica E4: Modos en Fibras Ópticas
10. Desmonte el cordón de la salida del láser.
11. A partir de los valores de apertura numérica calculados y conociendo que el radio del
núcleo de la fibra es de 5 micras calcular cuantos modos es posible acoplar a
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núcleo de la fibra es de 5 micras calcular cuantos modos es posible acoplar a543 nm.
v= nº de modos= .
IX.6. MEDIDA DE LA APERTURA NUMÉRICA EN UNA FIBRA
MONOMODO EN EL VISIBLE
Objetivo: Medida de la apertura numérica de una fibra monomodo en visible a
543,5 nm.
Método de medida
Acoplando un cordón monomodo en visible (cordón de color verde) a la salida FC de un
láser verde y proyectando la imagen sobre una pantalla situada sobre el objetivo de una
cámara. La apertura numérica se calcula de modo análogo al apartado anterior.
1. Conecte un extremo del cordón monomodo (verde) al láser verde y el otro extremo al
soporte de proyección.
2. Abra el obturador del láser.
3. Ajuste la velocidad del obturador de la cámara hasta que la imagen no esté saturada.
4. Mida el tamaño de la imagen proyectada y la distancia desde el extremo de la fibra a
la pantalla de proyección.
5. Calcule la apertura numérica a dicha longitud de onda.
Val o r típ ic o 0,08
Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería
destructivamente entre ellos en cualquier plano perpendicular a la trayectoria de transmisión
de la fibra.
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Recuerde que la luz asociada con un a emisión estimu lada, com o es el caso de un láser, est
en fase. El t iempo en el cual la onda se m antiene continuamente en fase se denomin a tiempo
de coherenc ia, c , y depende del ancho esp ectral de la fuente. La distancia a lo largo de la
dirección de pro pagación so bre la cual la radiación p ermanece en fase se denom ina longitud
de coheren cia, l c .
Así, el patrón de radiación que se puede observar al final de la fibra adopta una forma
peculiar, compuesta por multitud de pequeñas manchas que se denominan “speckles”. El
número de speckles presentes en el patrón speckle es proporcional al número de modos
que se están propagando por la fibra ya que cada speckleel se corresponde con la
interferencia de un par de modos específico.
Después de una distancia de propagación suficiente la dispersión modal puede
producir un retardo de propagación relativo entre varios modos que exceda el tiempo de
coherencia de la luz. Si esto sucede, el patrón speckle observado tendrá un fondo con un
nivel de radiación uniforme.
Por otro lado, los modos que se propagan por la fibra, debido a imperfecciones
estructurales de ésta o a causas externas a ella, pueden intercambiar parte de la energía
que portan produciéndose lo que se denomina acoplo entre modos Este intercambio de
Práctica E4: Modos en Fibras Ópticas
Método de medida: Acoplar la luz procedente de un láser verde a una Fibra una fibra
multimodo y proyectar el patrón de salida sobre una pantalla.
1 Conecte un extremo del cordón multimodo al láser verde y el otro extremo al soporte
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1. Conecte un extremo del cordón multimodo al láser verde y el otro extremo al soporte
de proyección.
2. Abra el obturador del láser.
3. Proyecte la radiación de salida de la fibra sobre una pantalla y observe el Patrón
generado.
4. Compruebe la variación del Patrón de Speckle con variaciones en el camino detransmisión. Para ello mueva el cordón de fibra al tiempo que observa el patrón.
APÉNDICE 1: TRATAMIENTO NUMÉRICO Y GRÁFICO DE LAS IMÁGENES
ALMACENADAS 1. Fuera del laboratorio, el alumno podrá realizar representaciones gráficas
(bidimensionales o tridimensionales) del perfil de la distribución de energía luminosa.
Se recomienda realizarlo con Matlab mediante el procedimiento siguiente:
Copiar el archivo “archivo.bmp” en el directorio \MATLAB\toolbox\matlab\iotun
Teclear en la línea de comandos de Matlab:
>> a=imread (‘archivo’,’bmp’);
esto nos guarda una matriz (a) de valores de intensidad luminosa del fichero
“ hi b ”
P OR F AVOR , AL ACABAR LA P RÁCTICA D EJE EL P UESTO T AL C OMO LO E NCONTRÓ. N O
APAGUE EL O RDENADOR NI C IERRE LOS SHUTTER DE LOS LÁSERES .
ANEXO HOJAS DE CARACTERÍSTICAS
Anexo Manual LCOP
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ANEXO: HOJAS DE C ARACTERÍSTICAS En las siguientes páginas se encuentran las hojas de características de algunos de los
componentes utilizados en las Prácticas. Con el fin de ilustrar los diferentes tipos de
información que es posible manejar, se han incluido tres tipos de características: A)
Normativa que debe cumplir un componente, como por ejemplo, la fibra. B)
Características genéricas de una serie de componentes, dadas por su catálogo, como en
el caso de emisores y receptores, y C) Características concretas de un componente,
medidas por el fabricante, como en el caso de los acopladores y WDMs. En algunos
casos (los láseres) se han incluido características de los tipos B y C.
A continuación se incluye una lista de los componentes cuyas características se adjuntan
y sus nombres comerciales y/o fabricantes:
Componente Referencia Página
Fibra monomodo Categoría 2 A 3
Fibra multimodo Categoría 0 A 7
Fibra de plástico (POF) HFBR-R A 11
Red de difracción de Bragg en fibra 3M Fiber Bragg Grating Technologies A 13
LED 650 nm HFBR-1527 A 17
LED 820 nm HFBR-1414T A 21
LED 1300 nm HFBR-1312T A 29
Manual del Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Anexo Componentes Anexo Manual LCOP
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Anexo Manual LCOP
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Anexo Manual LCOP
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Anexo Manual LCOP
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Plastic Optical Fiber and
HCS® Fiber Cable andC f V il Li k
Anexo Manual LCOP
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Connectors for Versatile Link
Technical Data
Features
• Compatible with HP Versatile
Link Family of Connectors
and Fiber Optic Components
• 1 mm Diameter Plastic
Optical Fiber (POF) in TwoGrades: Low Cost Standard
POF with 0.22 dB/m Typical
Attenuation, or High
Performance Extra Low Loss
POF with 0.19 dB/m Typical
Attenuation
• 200 µm Diameter Hard Clad
Silica (HCS®) Fiber with
8 dB/km Typical Attenua- tion, Riser or Plenum Rated
Jackets, Superior
Mechanical Strength
Applications
• Industrial Data Links for
F A i d
• Reduction of Lightning and
Voltage Transient
Susceptibility
• High Voltage Isolation
Cable DescriptionThe HFBR-R/EXXYYY series of
plastic fiber optic cables are
constructed of a single step-index
fiber sheathed in a black poly-
ethylene jacket. The duplex fiber
consists of two simplex fibers
joined with a zipcord web.
Standard attenuation and extra low loss POF cables are identical
except for attenuation
specifications.
The HFBR-H/VXXYYYY series of
hard clad silica fiber optic cables
are constructed of a single step
HFBR-RXXYYY Series (POF)HFBR-EXXYYY Series (POF)HFBR-HXXYYY Series (HCS)HFBR-VXXYYY Series (HCS)
d B / k m
620
1000
1660
10
100
680640 700
HCS
POF
Plastic Optical Fiber Specifications: HFBR-R/EXXYYY
Absolute Maximum Ratings
Parameter Symbol Min. Max. Unit Note
Anexo Manual LCOP
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y
Storage and Operating Temperature TS,O -55 +85 °C
Recommended Operating Temperature TO -40 +85 °C
Installation Temperature TI -20 +70 °C 1
Short Term Tensile Single Channel FT 50 N 2
Dual Channel FT 100 N
Short Term Bend Radius r 25 mm 3, 4
Long Term Bend Radius r 35 mm
Long Term Tensile Load FT 1 N
Flexing 1000 Cycles 4
Mechanical/Optical Characteristics, T A = -40 to +85°C unless otherwise specified.
Parameter Symbol Min. Typ.[5] Max. Unit Condition
Cable Standard Cable, αO 0.15 0.22 0.27 dB/m Source is HFBR-15XX Attenuation Type "R" (660 mm LED, 0.5 NA)
Extra Low Loss, 0.15 0.19 0.23 = 50 meters
Type "E"
Reference Standard Cable, αR 0.12 0.19 0.24 dB/m Source is 650 nm,
Attenuation Type "R" 0.5 NA monochrometer,
Extra Low Loss, 0.12 0.16 0.19 = 50 meters
Type "E" Note 7, Figure 1
Numerical Aperture NA 0.46 0.47 0.50 >2 meters
Diameter, Core and Cladding DC 0.94 1.00 1.06 mm
Diameter, Jacket D J 2.13 2.20 2.27 mm Simplex Cable
Propagation Delay Constant l/v 5.0 ns/m Note 6
Mass per Unit Length/Channel 5.3 g/m Without Connectors
Cable Leakage Current IL 12 nA 50 kV, = 0.3 meters
Refractive Index Core n 1.492
Force
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125 Megabaud Versatile Link
Transmitter
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Absolute Maximum Ratings
Parameter Symbol Min. Max. Unit Reference
Storage Temperature TS -40 85 °C
Operating Temperature TO -40 70 °C
Lead Soldering Temperature 260 °C Note 1
10 s
Transmitter High Level Forward IF,H 120 mA 50% Duty CycleInput Current ≥ 1 MHz
Transmitter Average Forward Input Current IF,AV 60 mA
Reverse Input Voltage V R 3 V
HFBR-15X7 Series
DescriptionThe HFBR-15X7 transmittersincorporate a 650 nanometer LEDin a horizontal (HFBR-1527) or
vertical (HFBR-1537) grayhousing. The HFBR-15X7transmitters are suitable for use
with current peaking to decreaseresponse time and can be used
with HFBR-25X6 receivers in data links operating at signal ratesfrom 1 to 125 megabaud over 1mm diameter plastic optical fiberor 200 µm diameter hard cladsilica glass optical fiber. Refer to
Application Note 1066 for detailsfor recommended interfacecircuits.
ANODE1
CATHODE2
GROUND3
GROUND4
GROUND
GROUND
SEE NOTE 6
Cycle Time
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HP8082A E R
1.2
0°C
Anexo Manual LCOP
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PULSEGENERATOR
50 OHMLOAD
RESISTOR
HP54002A50 OHM BNCINPUT POD
HP54100AOSCILLOSCOPE
BCP MODEL 300500 MHz
BANDWIDTHSILICON
AVALANCHEPHOTODIODE
N O R M A
L I Z E D S P E C T R A L O U T P U T P O W E
620
0.6
0
WAVELENGTH (nm)
630 650 670 680
1.0
0.2
660
70°C
0.8
0.4
640
25°C
0 C
Figure 2. Typical Spectra Normalized to the 25°C Peak.
Figure 1. Test Circuit for Measuring Unpeaked Rise and Fall Times.
F O R W A R D V O L T A G E – V
2.4
2.0
70°C
2.225°C
0°C
A L I Z E D O U T P U T P O W E R – d B
0
-15
-5
0°C-10
25°C
Anexo Manual LCOP
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155 MBd Link (HFBR-14X4/24X6)
(refer to Application Bulletin 78 for details)
Typical Link Performance
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Parameter Symbol Typ.[1,2] Units Max. Units Conditions Ref.
Optical Power Budget OPB50 7.9 13.9 dB NA = 0.2 Note 2 with 50/125 µm fiber
Optical Power Budget OPB62 11.7 17.7 dB NA = 0.27 with 62.5/125 µm fiber
Optical Power Budget OPB100 11.7 17.7 dB NA = 0.30
with 100/140 µm fiberOptical Power Budget OPB200 16.0 22.0 dB NA = 0.35
with 200 µm HCSfFiber
Data Format 20% to 1 175 MBd80% Duty Factor
System Pulse Width |tPLH - tPHL| 1 ns PR = -7 dBm PeakDistortion 1 meter 62.5/125 µm fiber
Bit Error Rate BER 10-9 Data Rate < 100 MBaudPR >-31 dBm Peak Note 2
Notes:
1. Typical data at T A = 25°C, V CC = 5.0 V dc, PECL serial interface.
2. Typical OPB was determined at a probability of error (BER) of 10-9. Lower probabilities of error can be achieved with short fibersthat have less optical loss.
HFBR-14X2/14X4 Low-Cost High-Speed
TransmittersDescription
fiber and typically can launch-15.8 dBm optical power at
60 mA into 50/125 µm fiber and-12 dBm into 62.5/125 µm fiber.Th HFBR 14X2 d d
Housed Product
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The HFBR-14XX fiber optictransmitter contains an 820 nm
AlGaAs emitter capable of efficiently launching opticalpower into four different opticalfiber sizes: 50/125 µm, 62.5/125µm, 100/140 µm, and 200 µmHCS®. This allows the designerflexibility in choosing the fibersize. The HFBR-14XX is designedto operate with the Hewlett-Packard HFBR-24XX fiber opticreceivers.
The HFBR-14XX transmitter’shigh coupling efficiency allowsthe emitter to be driven at low current levels resulting in low power consumption and increasedreliability of the transmitter. TheHFBR-14X4 high power transmit-ter is optimized for small size
The HFBR-14X2 standardtransmitter typically can launch-12 dBm of optical power at60 mA into 100/140 µm fibercable. It is ideal for large sizefiber such as 100/140 µm. Thehigh launched optical power level
is useful for systems where starcouplers, taps, or inline connec-tors create large fixed losses.
Consistent coupling efficiency isassured by the double-lens opticalsystem (Figure 1). Power coupledinto any of the three fiber types
varies less than 5 dB from part to
part at a given drive current andtemperature. Consistent couplingefficiency reduces receiverdynamic range requirements
which allows for longer linklengths.
Absolute Maximum RatingsParameter Symbol Min. Max. Units Reference
Storage Temperature TS -55 +85 °C
Operating Temperature T A -40 +85 °C
Lead Soldering Cycle Temp. +260 °C
Time 10 sec
Forward Input Current Peak IFPK 200 mA Note 1
Unhoused Product
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HFBR-14X4 Output Power Measured out of 1 Meter of Cable
Parameter Symbol Min. Typ.[2] Max. Unit Conditions Reference
50/125 µm PT50 -18.8 -15.8 -13.8 dBm T A = 25°C IF = 60 mA dc Notes 5, 6, 9
-19 8 -12 8 peakFiber Cable
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19.8 12.8
-17.3 -13.8 -11.4 T A = 25°C IF = 100 mA dc
-18.9 -10.8
62.5/125 µm PT62 -15.0 -12.0 -10.0 dBm T A = 25°C IF = 60 mA dc
-16.0 -9.0
-13.5 -10.0 -7.6 T A = 25°C IF = 100 mA dc
-15.1 -7.0
100/140 µm PT100 -9.5 -6.5 -4.5 dBm T A = 25°C IF = 60 mA dc
-10.5 -3.5
-8.0 -4.5 -2.1 T A = 25°C IF = 100 mA dc
-9.6 -1.5
200 µm HCS PT200 -5.2 -3.7 +0.8 dBm T A = 25°C IF = 60 mA dc
-6.2 +1.8
-3.7 -1.7 +3.2 T A = 25°C IF = 100 mA dc
-5.3 +3.8
p
peak
peak
peak
NA = 0.2
Fiber CableNA = 0.275
Fiber CableNA = 0.3
Fiber CableNA = 0.37
14X2/14X4 Dynamic Characteristics
Parameter Symbol Min. Typ.[2] Max. Units Conditions Reference
Rise Time, Fall Time tr, tf 4.0 6.5 nsec IF = 60 mA Note 7,(10% to 90%) No Pre-bias Figure 12
Rise Time, Fall Time tr, tf 3.0 nsec IF = 10 to Note 7,(10% to 90%) 100 mA Figure 11
Pulse Width Distortion PWD 0.5 nsec Figure 11
Notes:
1. For IFPK > 100 mA, the time duration should not exceed 2 ns.2. Typical data at T A = 25°C.3. Thermal resistance is measured with the transmitter coupled to a connector assembly and mounted on a printed circuit board.4. D is measured at the plane of the fiber face and defines a diameter where the optical power density is within 10 dB of the
maximum.5. PT is measured with a large area detector at the end of 1 meter of mode stripped cable, with an ST® precision ceramic ferrule (MIL-
Recommended DriveCircuits
The circuit used to supply currentto the LED transmitter cani ifi l i fl h i l
Figure 11 uses frequency com-pensation to reduce the typical
rise/fall times of the LED and a small pre-bias voltage to minimize
g ti d l diff
or high-speed data transmissionat signal rates of up to 155 MBd.
Component values for this circuitcan be calculated for differentLED d i t i g th
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significantly influence the opticalswitching characteristics of theLED. The optical rise/fall timesand propagation delays can beimproved by using the appro-priate circuit techniques. TheLED drive circuit shown in
propagation delay differencesthat cause pulse-width distortion.The circuit will typically producerise/fall times of 3 ns, and a total
jitter including pulse-width dis-tortion of less than 1 ns. Thiscircuit is recommended for appli-
cations requiring low edge jitter
LED drive currents using theequations shown below. Foradditional details about LEDdrive circuits, the reader isencouraged to read Hewlett-Packard Application Bulletin 78and Application Note 1038.
( )
( )
(V CC - V F) + 3.97 (V CC - V F - 1.6 V) (5 - 1.84) + 3.97 (5 - 1.84 - 1.6)R y = ––––––––––––––––––––––––––––––– R y = –––––––––––––––––––––––––––––
IF ON (A) 0.100
1 R y 3.16 + 6.19R X1 = – –––– R y = ––––––––––– = 93.5 Ω 2 3.97 0.100
1 93.5REQ2(Ω) = R X1 - 1 R X1 = – –––– = 11.8 Ω2 3.97
R X2 = R X3 = R X4 = 3(REQ2) REQ2 = 11.8 - 1 = 10.8 Ω
2000(ps)C(pF) = –––––––– R X2 = R X3 = R X4 = 3(10.8) = 32.4 Ω
R X1(Ω)
2000 ps Example for I F ON = 100 mA: V F can be C = ––––––– = 169 pF
11.8 Ωobtained from Figure 9 (= 1.84 V ).
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1300 nm Fiber Optic
Transmitter and Receiver
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Technical Data
Features
• Low Cost Fiber Optic Link
• Signal Rates over 155
Megabaud
• 1300 nm Wavelength
• Link Distances over 5 km• Dual-in-line Package Panel-
Mountable ST* and SC
Connector Receptacles
• Auto-Insertable and Wave-
Solderable
• Specified with 62.5/125 µm
and 50/125 µm Fiber
• Compatible with HFBR-0400
Series
Applications
• Desktop Links for High
Speed LANs
• Distance Extension Links
T l S i h S
communication applications from
low-speed distance extenders up
to SONET OC-3 signal rates.
Pinouts identical to Hewlett-
Packard HFBR-0400 Series allow
designers to easily upgrade their
820 nm links for farther distance.The transmitter and receiver are
compatible with two popular
optical fiber sizes: 50/125 µm and
62.5/125 µm diameter. This
allows flexibility in choosing a
fiber size. The 1300 nm wave-
length is in the lower dispersion
and attenuation region of fiber,
and provides longer distancecapabilities than 820 nm LED
technology. Typical distance
capabilities are 2 km at 125 MBd
and 5 km at 32 MBd.
Transmitter
requires only the removal of a few
passive components.
ReceiverThe HFBR-2316T receiver con-
tains an InGaAs PIN photodiode
and a low-noise transimpedance
preamplifier that operate in the
1300 nm wavelength region. The
HFBR-2316T receives an optical
HFBR-0300 Series:
HFBR-1312T Transmitter
HFBR-2316T Receiver
HFBR-1312T Transmitter HFBR-2316T Receiver HFBR-0300 Series
Mechanical Dimensions
2, 6ANODE
6
2
VCC
ANALOGSIGNAL
H
5 05PART NUMBER
DATE CODE
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HFBR-2316T is pin compatible
with HFBR-24X6 receivers and
can be used to extend the
distance of an existing application
Note: The “T” in the product
numbers indicates a Threaded ST
connector (panel mountable), for
both transmitter and receiver.
81
3
5
2
4
6
7
PIN NO. 1INDICATOR
3CATHODE
BOTTOM VIEW
PIN FUNCTION
1†234†5†67*8†
N.C.ANODECATHODEN.C.N.C.ANODEN.C.N.C.
* PIN 7 IS ELECTRICALLY ISOLATED FROMPINS 1, 4, 5, AND 8, BUT IS CONNECTEDTO THE HEADER.
† PINS 1, 4, 5, AND 8 ARE ISOLATED FROMTHE INTERNAL CIRCUITRY, BUT AREELECTRICALLY CONNECTED TO EACH OTHER.
81
3
5
2
4
6
7
PIN NO. 1INDICATOR
BOTTOM VIEW
3, 7
SIGNAL
VEE
PIN FUNCTION
1†23*4†5†67*8†
* PINS 3 AND 7 ARE ELECTRICALLYCONNECTED TO THE HEADER.
† PINS 1, 4, 5, AND 8 ARE ISOLATED FROMTHE INTERNAL CIRCUITRY, BUT AREELECTRICALLY CONNECTED TO EACH OTHER.
N.C.SIGNALVN.C.N.C.VVN.C.
EE
CCEE
8 1
3
5
2
4
6
7
PIN NO. 1
PINS 1,4,5,8
0.51 X 0.38(0.020 X 0.015)
PINS 2,3,6,7
0.46(0.018)
DIA
12.6
(0.495)
3.81(0.150)
2.54
(0.100)
3/8-32 UNEF-2A
H Y Y W W H F B R - X 3 1 X T
12.6(0.495)
5.05
(0.199)
7.05(0.278)
29.8(1.174)
DATE CODE
DIA.
6.30(0.248)
7.62(0.300)
3.60(0.140)
8.31
(0.327)
10.20(0.400)
5.10(0.202)
2.54
(0.100)
1.27(0.050)
Panel Mounting Hardware
The HFBR-4411 kit consists of 100 nuts and 100 washers with
dimensions as shown in Figure 1
mounting template in Figure 2.
When tightening the nut, torque
should not exceed 0.8 N-m (8.0in-lb).
Do not use partially halogenated
hydrocarbons (such as 1.1.1 tri-
chloroethane), ketones (such asMEK), acetone, chloroform, ethyl
acetate methylene dichloride
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Figure 1. HFBR-4411 MechanicalDimensions.
Figure 2. Recommended Cut-out forPanel Mounting.
dimensions as shown in Figure 1.
These kits are available from HP
or any authorized distributor. Any
standard size nut and washer will
work, provided the total thickness
of the wall, nut, and washer does
not exceed 0.2 inch (5.1mm).
When preparing the chassis wall
for panel mounting, use the
Recommended Chemicals for Cleaning/Degreasing HFBR-0300 Products
Alcohols (methyl, isopropyl,
isobutyl)
Aliphatics (hexane, heptane)
Other (soap solution, naphtha)
acetate, methylene dichloride,
phenol, methylene chloride, or N-
methylpyrolldone. Also, HP does
not recommend the use of
cleaners that use halogenated
hydrocarbons because of their
potential environmental harm.
9.80(0.386)
DIA.
8.0(0.315)
14.27
(0.563)
TYP.
DIA.
10.41(0.410)
MAX.DIA.
0.46(0.018)
1.65(0.065)
3/8 – 32 UNEF-
2B THREAD
HEX-NUT
INTERNAL TOOTH LOCK WASHER
DIA.12.70
(0.50)
WASHER
NOTE: ALL DIMENSIONS IN MILLIMETRES AND (INCHES).
DIA.9.53
(0.375)
HFBR-1312T Transmitter Absolute Maximum Ratings
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HFBR-2316T Receiver Absolute Maximum Ratings
Parameter Symbol Min. Max. Unit ReferenceStorage Temperature TS -55 85 °C
Operating Temperature T 40 +85 °C
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Operating Temperature T A -40 +85 C
Lead Soldering Temperature 260 °C Note 1
10 s
Signal Pin Voltage V O -0.5 V CC V
Supply Voltage V CC - V EE -0.5 6.0 V Note 2
Output Current IO 25 mA
CAUTION: The small junction sizes inherent to the design of this bipolar component increase the component's susceptibility to damage from electrostatic discharge (ESD). It is advised that normal static precautions betaken in handling and assembly of this component to prevent damage and/or degradation which may beinduced by ESD.
Cycle Time
HFBR-2316T Receiver Electrical/Optical and Dynamic Characteristics0 to 70°C; 4.75 V < V CC - V EE < 5.25 V; power supply must be filtered (see note 2).
Parameter Symbol Min. Typ.[3] Max. Unit Condition Ref.
Responsitivity RP 6.5 13 19 mV/ µ W λp = 1300 nm, 50 MHz Note 4
Fig. 1, 5
RMS Output Noise V NO 0.4 0.59 mV RMS 100 MHz bandwidth, Note 5
PR = 0 µ W
1.0 mV RMS Unfiltered BandwidthPR = 0 µ W
Equivalent Optical PN, RMS -45 -41.5 dBm @ 100 MHz, PR = 0 µ W Note 5
0.032 0.071 µ W
Peak Input Optical PR -11.0 dBm 50 MHz, 1 ns PWD Note 6
80 µW
Voltage Fig. 2
Noise Input Power
(RMS)
Power Fig. 3
Notes:
1. 2.0 mm from where leads enter case.
2. The signal output is referred to V CC
, and does not reject noise from the V CC
power supply. Consequently, the V CC
power supply must
be filtered. The recommended power supply is +5 V on V CC for typical usage with +5 V ECL logic. A -5 V power supply on V EE is
used for test purposes to minimize power supply noise.
3. Typical specifications are for operation at TA = 25°C and V CC = +5 V DC.
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yp p p A CC DC
4. The test circuit layout should be in accordance with good high frequency circuit design techniques.
5. Measured with a 9-pole “brick wall” low-pass filter [Mini-CircuitsTM, BLP-100*] with -3 dB bandwidth of 100 MHz.
6. -11.0 dBm is the maximum peak input optical power for which pulse-width distortion is less than 1 ns.
7. Electrical bandwidth is the frequency where the responsivity is -3 dB (electrical) below the responsivity measured at 50 MHz.
8. The specifled rise and fall times are referenced to a fast square wave optical source. Rise and fall times measured using an LED
optical source with a 2.0 ns rise and fall time (such as the HFBR-1312T) will be approximately 0.6 ns longer than the specifled rise
and fall times. E.g.: measured tr,f ~ [(specifled tr,f )2 + (test source optical tr,f )
2]1/2.
9. 10 ns pulse width, 50% duty cycle, at the 50% amplitude point of the waveform.10. Percent overshoot is defined as: ((V PK - V 100%)/V 100%) x 100% . The overshoot is typically 2% with an input optical rise time ≤ 1.5 ns.
11. The bandwidth*risetime product is typically 0.41 because the HFBR-2316T has a second-order bandwidth limiting characteristic.
Figure 1. HFBR-2316T Receiver Test Circuit. Figure 2. Typical Output SpectralNoise Density vs. Frequency.
150
0 50 100 150 200 250
FREQUENCY – MHZ
125
100
75
50
25
0
300
S P E C T R A L N O I S E
D E N S I T Y – n V /
H Z
3.0
n s
6.0 1.1
1 0
DATA +
DATA –
10
9
13
12
8
14
15
6
7
4 2
5 316
0.1 µF + 5.0 V
75 Ω
75 Ω
220 Ω
1
2.7 Ω
24 Ω
NE46134
150 Ω
NE46134
2.7 Ω 220 Ω
0.1
µF
10 µF
TANTALUM HFBR-1312T
MC10H116A
MC10H116B
MC10H116C
NOTES:1. ALL RESISTORS ARE 5% TOLERANCE.
2. BEST PERFORMANCE WITH SURFACE MOUNT COMPONENTS.3. DIP MOTOROLA MC10H116 IS SHOWN, PLCC MAY ALSO BE USED.
11Vbb
2, 67
3
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Coaxial Pigtailed Laser Module
Technical Data
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LST252X - 200 µ W Coaxial Laser
LST282X - 1 mW Coaxial Laser
LST292X - 1.6 mW Coaxial Laser
LST3X21 - Dual-in-Line Package
Features
• Compact Coaxial Package
• Strained Multi Quantum
Well (SMQW) Laser Chip
• Low Thresholds Current and
Operating Currents
• Wide Operating Tempera-
ture -40°C to +85°C
• Optical Power May Be
Customized up to 2 mW
• Modulation Capability up to
622 Mb/s
• Convenient Variety of
Pinout and Mounting Flange
Options
Applications
• Telecommunications
• Fiber in the Loop
• Inter/Intra Office
SONET/SDH
Description
Products in the LST2X2X family
are compact coaxial pigtailed
laser transmitters, operating in
the 1300 nm wavelength region
and coupling light to single mode
fiber. They are designed for usein short, medium and long
distance networks with bit rates
up to 622 Mb/s.
The device features a high
reliability SMQW laser diode and
rear facet monitor photodiode.
These are electrically connected
to four pins in an industry-standard configuration.
Environmental performance is
designed to be compatible with
the requirements of Bellcore’s
TA-NWT-000983 document.
available on the market. We also
offer a comprehensive range of alternative mounting flanges
including a dual in line option.
If the specific arrangement or
performance you require is not
listed, please contact your local
Limits
Absolute Maximum RatingsAbsolute limiting (maximum) ratings mean that no catastrophic damage will occur if the product is subjected to these ratings for short periods,
provided that each limiting parameter is in isolation and all other parameters have values within the performance specification. It should not beassumed that limiting values of more than one parameter can be applied to the product at the same time.
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Limits
Parameter Symbol Test Condition Min. Max. Units
Laser Forward Current If DC 120 mA
Laser Reverse Voltage Vlr DC 2 V
Photodiode Reverse Voltage Vr DC 20 V
Photodiode Forward Current Ipf DC 1 mA
Operating Temperature Tc Temperature measured at case –40 +85 °C
Storage Temperature Ts –40 +85 °C
Relative Humidity RH noncondensing %RH
Fiber Pull Strength Three times; 10 sec. 10 N
Mechanical Shock MIL-STD-883D, Method 2002, 500 G
Condition A
Vibration MIL-STD-883D, Method 2007, 20 G
Condition A
Performance Specifications
LST252X LST282X LST292X
LST3521 LST3821 LST3921
Parameter Symbol Test Condition Min. Max. Min. Max. Min. Max. Units
LASER CW, Tc = –40°C to+85°C, Po as noted
below unless otherwisestated
Rated Optical Power Po Tc = ranges specified 0.2 1.0 1.6 mW above, CW
Threshold Current Ith Tc = +25°C 3.5 10 3.5 10 3.5 10 mA
Threshold Current Ith 1.5 30 1.5 30 1 30 mA
Coupled Power in Pth If = Ith – 2 mA 10 10 10 µW
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125 Megabaud Versatile Link
Receiver
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Absolute Maximum Ratings
Parameter Symbol Min. Max. Unit Reference
Storage Temperature TS -40 +75 °C
Operating Temperature T A 0 +70 °C
Lead Soldering Temperature 260 °C Note 1
10 s
Signal Pin Voltage V O -0.5 V CC V
Supply Voltage VCC -0 5 6 0 V
HFBR-25X6 Series
Description
The HFBR-25X6 receivers contain
a PIN photodiode and
transimpedance pre-amplifier
circuit in a horizontal (HFBR-
2526) or vertical (HFBR-2536)
blue housing, and are designed to
interface to 1mm diameter plastic
optical fiber or 200 µm hard clad
silica glass optical fiber. The
receivers convert a received
optical signal to an analog output
voltage. Follow-on circuitry can
optimize link performance for a variety of distance and data rate
requirements. Electrical
bandwidth greater than 65 MHz
allows design of high speed data
links with plastic or hard clad
silica optical fiber. Refer to
Application Note 1066 for details
for recommended interface
circuits.
1
2
GROUND3
4
GROUND
GROUND
SEE NOTES 2, 4, 9
GROUND
SIGNAL
VCC
Cycle Time
Electrical/Optical Characteristics 0 to 70°C; 5.25 V ≥ V CC ≥ 4.75 V; power supply must be filtered
(see Figure 1, Note 2).
Parameter Symbol Min. Typ. Max. Unit Test Condition Note
AC Responsivity 1 mm POF RP,APF 1.7 3.9 6.5 mV/ µ W 650 nm Note 4
AC Responsivity 200 µm HCS RP HCS 4 5 7 9 11 5 mV/µW
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AC Responsivity 200 µm HCS RP,HCS 4.5 7.9 11.5 mV/ µ W
RMS Output Noise V NO 0.46 0.69 mV RMS Note 5
Equivalent Optical Noise Input PN,RMS - 39 -36 dBm Note 5
Power, RMS - 1 mm POF
Equivalent Optical Noise Input PN,RMS -42 -40 dBm Note 5
Power, RMS - 200 µm HCSPeak Input Optical Power - PR -5.8 dBm 5 ns PWD Note 6
1 mm POF
-6.4 dBm 2 ns PWD
Peak Input Optical Power - PR -8.8 dBm 5 ns PWD Note 6
200 µm HCS
-9.4 dBm 2 ns PWD
Output Impedance ZO 30 Ω 50 MHz Note 4
DC Output Voltage V O 0.8 1.8 2.6 V PR = 0 µ W Supply Current ICC 9 15 mA
Electrical Bandwidth BW E 65 125 MHz -3 dB electrical
Bandwidth * Rise Time 0.41 Hz * s
Electrical Rise Time, 10-90% tr 3.3 6.3 ns PR = -10 dBm
peak
Electrical Fall Time, 90-10% tf 3.3 6.3 ns PR = -10 dBm
peak
Pulse Width Distortion PWD 0.4 1.0 ns PR = -10 dBm Note 7
peak
Overshoot 4 % PR = -10 dBm Note 8
peak
Notes:
1. 1.6 mm below seating plane.
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Figure 1. Recommended Power Supply Filter Circuit.
Figure 2. Simplified Receiver Schematic.
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Absolute Maximum Ratings
Parameter Symbol Min. Max. Units Reference
Storage Temperature TS -55 +85 °C
Operating Temperature T A -40 +85 °C
Lead Soldering Cycle Temp. +260 °C Note 1
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Electrical/Optical Characteristics -40°C to +85°C; 4.75 V ≤ Supply Voltage ≤ 5.25 V,
RLOAD = 511 Ω, Fiber sizes with core diameter ≤ 100 µm, and N.A. ≤ -0.35 unless otherwise specified
Parameter Symbol Min. Typ.[2] Max. Units Conditions Reference
Responsivity RP 5.3 7 9.6 mV/ µ W T A = 25°C Note 3, 4
@ 820 nm, 50 MHz Figure 16
4.5 11.5 mV/ µ W @ 820 nm, 50 MHz
RMS Output Noise V NO 0.40 0.59 mV Bandwidth Filtered Note 5
Voltage @ 75 MHz
PR = 0 µ W
0.70 mV Unfiltered Bandwidth Figure 13
PR = 0 µ W
Equivalent Input PN Bandwidth Filtered
Optical Noise Power @ 75 MHz
(RMS)
Optical Input Power PR -7.6 dBm pk T A = 25°C Figure 14
175 µ W pk Note 6-8.2 dBm pk
150 µ W pk
Output Impedance Zo 30 Ω Test Frequency =
50 MHz
dc Output Voltage V o dc -4.2 -3.1 -2.4 V PR = 0 µ W
Time 10 s
Supply Voltage V CC -0.5 6.0 V
Output Current IO 25 mA
Signal Pin Voltage V SIG -0.5 V CC V
(Overdrive)
µ W 0.0650.050
dBm-41.4-43.0
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150
125
100
75
S E
D E N S I T Y –
n V /
H Z
3.0
2.5
2.0
1.5
W I D T H
D I S T O R T I O N – n s
6.0
5.0
4.0
3 0S P O N S E
T I M E –
n s
tf
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Figure 14. Typical Pulse WidthDensity vs. Frequency.
Figure 16. Receiver SpectralResponse Normalized to 820 nm.
Figure 15. Typical Rise and FallTimes vs. Temperature.
Figure 13. Typical Spectral NoiseDistortion vs. Peak Input Power.
0 50 100 150 200 250
FREQUENCY – MHZ
50
25
0
300
S P E C T R A L N O I S
0 20 30 40 50 70
PR – INPUT OPTICAL POWER – µW
1.0
0.5
080
P W D – P U L S E
W
10 60 -60 -40 -20 0 20 40
TEMPERATURE – °C
3.0
2.0
1.060
t r ,
t f – R E S
80 100
tr
1.25
400 480 560 640 720 800
λ – WAVELENGTH – nm
1.00
0.75
0
880
N O R M A L I Z E D
R E S P O N S E
0.50
0.25
960 1040
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PDT Connectorized PIN Photodiode Specifications
Absolute Maximum Ratings Absolute maximum limits mean that no catastrophic damage will occur if the product is subjected to these
ratings for short periods, provided each limiting parameter is in isolation and all other parameters have
values within the performance specification. It should not be assumed that limiting values of more than one
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Performance SpecificationTest Conditions:
Unless Otherwise Stated PDT031X PDT041X
Parameter Symbol Vr = 5 V, Tc = 25°C Min. Max. Min. Max. Units
Dark Current Id – 1 – 1 nA
Tc = 85°C – 50 – 50 nA
Reverse Breakdown Vbr Ir = 10 µ A 35 – 35 – V
Voltage
Capacitance C 1 MHz – 1.1 – 1.7 pF
Responsivity R λ = 1300 nm 0.7 – 0.7 – A/W
Operating λ 80% points 1200 1650 1200 1650 nm
Wavelength
Rise/Fall Times τr/ τf 10% to 90% – 0.25 – 0.5 nS
p p g
parameter can be applied to the product at the same time.
Parameter Symbol Minimum Maximum Units
Reverse Voltage Vr – 20 V
Reverse Current Ir – 12 mA
Forward Voltage Vf – 1 V Forward Current If – 5 mA
Power Dissipation – – 50 mW
Operating Temperature Tc -40 85 °C
Storage Temperature Ts -40 85 °C
Soldering–10 seconds – – 260 °C
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