Dispositivos y Medios de Transmisin ptica

Introduccin

Autor: Carmen Vzquez GarcaColaboradores: Pedro Contreras, Isabel Prez, Jose Manuel Snchez

Grupo de Displays y Aplicaciones Fotnicas (GDAF)Dpto. de Tecnologa Electrnica

Universidad CARLOS III de Madrid

Introduccin

1

Introduccin Introduccin Estructura general sistema de comunicacionesEstructura general sistema de comunicaciones

Fuente de informacinFuente de informacin Transmisor Medio Receptor Destino

2

Fuente deperturbaciones

Comn todo sistema comunicaciones. Diferencia: BANDA FRECUENCIASemplea transmisin.

La luz (portadora ptica) se modula con la seal a transmitir.

Ejemplo digital:

IntroduccinIntroduccin

0"0""1"

>>> PP

dBP

10"1"

DC

AC P1

P0

+

3

dBP

10

"0"

"1"

DC

Necesidad modular la luz emitida por las fuentes pticas para enviar informacin: M1

La fibra ptica transmite esa informacin

Datos

Seal a otro enlace

empalme

conector

Divisor de potencia

Repetidor

Transmisor ptico

pigtail

DriverFuente

ptica

Detector

ptico

Elementos del enlaceElementos del enlace

Detectorptico

Procesador de seal

preamplif

DatosAmplif. ptico

enlace

Receptor ptico

electrnica

Trx ptico

Atenuacindispersin

MedioMedioFOFO

Introduccin: motivacin

The basics

History1970 Low loss FO, 17dB/Km

Desarrollo del mercado de fibra ptica

> 30 years

Wheatherford @

IEEE Lightwave Technologies in Instrumentation &Measurement Conference October 20, 2004

5

Produccin europea en Fotnica

Sigue siendo mercado en auge

La Comisin Europea ha reconocido endocumento oficial a la Fotnica como una de lascinco tecnologas habilitadoras clave (key

Introduccin. Introduccin. MotivacinMotivacin

Tasa crecimiento anual USA:

3,5% componentes pticos 2010: 2700 M$

30 % en sensores 2014: 1600 M$

cinco tecnologas habilitadoras clave (keyenabling technology) que marcarn el futuro de laindustria europea.

Red de Excelencia: 49 sociosRed de Excelencia: 49 socios

VCE: Centros Virtuales de ExcelenciaVCE: Centros Virtuales de Excelencia

TeachingTeaching

Proyectos en tpicos especficos

Building the Future Optical Network in Europe (BONE)

Red de Red de ExcelenciaExcelencia

Proyectos en tpicos especficos

Acciones de movilidad, publicaciones

IntroduccinIntroduccin. . AntecedentesAntecedentes

Medio transmisor: fibra ptica (FO).

19661966, Kao y Hockman sugieren empleo de FO para transmisin a largas distancias, vidrio slice 1000 dB/Km (coaxial 5-10dB/Km).

19701970, Compaa Corning Glass Works:

Emisor: lser

1960,1960, 1er lser funcionamiento, rub material base.

19621962, lser He-Ne 632.8 nm...

19731973, lser semiconductor LD tiempo vida>1000 horas

The Nobel Prize in Physics 2009Charles K. Kao

"for groundbreaking achievements

concerning the transmission of light in

fibers for optical communication

8

19701970, Compaa Corning Glass Works: Kapron, Keck, Maurer obtienen FO 20 dB/Km @ 1m

19721972, 4dB/Km, 19751975 2dB/Km @ 850n

19761976, 0.5dB/Km @ 1300 nm

19791979 0.2dB/Km @ 1.55m 19851985 DSF bajas prdidas y dispersin

19901990 EDFA, amplificacin

19981998 NZDSF, evitar FWM en WDM

vida>1000 horas

19771977 >7000h, 1 LD @ 1300nm

19791979>100.000h, 1 LD @ 1500nmFP, anchura 2-5nm,AlGaAs/GaAs:0.8-0.9InGaAsP/InP: 1.3 -1.5 m.

Mejoras anchura lnea, ancho banda, rango sintona:

DFB (realimentacin distribuda): 1MHz, 10Gb/s

DBR (reflectores Bragg distribudos): 2-10nm, 500 KHz

ECL (cavidad externa): 100KHz, 60 nm

MQW (mltiples pozos cunticos): 270 KHz, >30 GHz

Introduccin.Introduccin.VentajasVentajas e inconvenientese inconvenientes Ventajas?

Insensibilidad interferencias electromagnticas

Ligeras, robustas, flexibles, reducido tamao

Biocompatibles, seguras ( no descargas elctricas)

Bajas prdidas (segn longitud de onda).

9

Bajas prdidas (segn longitud de onda).

Gran ancho de banda

Compatibilidad sistemas de telemetra basados FO: Monitorizacin remota directa y continua.

Inconvenientes? Coste componentes asociados

Manejo y conectorizacin

Introduccin:Introduccin:

Caracterstica ptica de materiales: NDICE DE REFRACCIN (n)

n

]s/m[c]s/m[vmedio = 1: >nSiempre

CAMINO PTICO (Lptico)

Propagacin de la luz en un medioPropagacin de la luz en un medio

10

geomtricoptico LnL =

Ley de Ley de SnellSnell

NORMAL

MEDIO 1 (n1)

MEDIO 2 (n2)

Rayo incidente

Rayo reflejado

Rayorefractado

irefl

refr

refri sennsenn 21 =

n2 > n1: La ley se cumple para cualquier ngulo de incidencia

n1 > n2 : Existe un NGULO CRTICO (C)para el que

2pi =refr REFLEXIN TOTAL (no hay ningn rayo

propagndose en el medio 2)

IntroduccinIntroduccin. . Estructura fsica.Estructura fsica.

Indice refraccin medio: n()=c/v 2 materiales

Indices refraccin distintos

11

refraccin distintos

nncleo>ncubierta

Seccin transversalNcleo a(core) n1;

b; Cubierta, n2(cladding)

Introduccin:Introduccin:Estructura fsica de una fibra pticaEstructura fsica de una fibra ptica

8 62.5m125m245m

12

Diferencia ndices pequea

n

r

1.4651.460

Slice

Salto de ndice (SI)

Introduccin:Introduccin:Espectro electromagnticoEspectro electromagntico

VLFLFMFHFVHFUHFSHF Au-dioMilim-tricas

Comunicacionespticas

Par TrenzadoCable CoaxialGuiaondas

13

Fibras pticas

Nomenclatura

Medios de Transmisin

z = c= 299792,458m/s 30cm/ns (1ft/ns)

Introduccin:Introduccin:Ondas electromagnticasOndas electromagnticas

2

22E

nE

=

14

Describe la luz: (longitud de onda), (frecuencia)Ejemplo: 1550nm 200THz

Campo transversalestacionario

Propagacin

200t

nE

=

( ) ( )ztwjerEE =