modulo 2 fibra optica 1 - inictel

Curso 2

Introduccin a los Sistemas

de Fibra ptica

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

ProgramaProgramaProgramaPrograma

Especialista en Comunicaciones Especialista en Comunicaciones Especialista en Comunicaciones Especialista en Comunicaciones OpticasOpticasOpticasOpticas

Objetivo GeneralObjetivo GeneralObjetivo GeneralObjetivo General

Definir conceptos bsicos de comunicaciones pticas.

Realizar empalmes, conectorizacin, pruebas,

mediciones e instalacin de cables de fibra ptica.

Aplicar los conocimientos para realizar diseos e

instalaciones de fibra ptica.


Modulo IIModulo IIModulo IIModulo II

Dar a conocer las tcnicas de terminacin de fibra pticamediante la conectorizacin y empalmes.

Realizar experiencias de Laboratorio sobre los procedimientospara la conectorizacin de cables de fibra ptica.

Realizar experiencias de Laboratorio sobre los procedimientospara la ejecucin de empalmes mecnicos y por fusin.

Dar a conocer las tcnicas para el acondicionamiento del cablede fibra ptica en los Gabinetes de Terminacin ptica yrealizar experiencias de laboratorio.

Instalador de Fibra Instalador de Fibra Instalador de Fibra Instalador de Fibra OpticaOpticaOpticaOptica

Objetivo del ModuloObjetivo del ModuloObjetivo del ModuloObjetivo del Modulo


TemarioTemarioTemarioTemario

Conectorizacino Tipos de Conectores, consideraciones Mecnicas y Ambientaleso Especificaciones y Performance, prdidas de Conectoreso Cables Preconectorizados

Empalme Mecnico y por Fusino Empalme Mecnico y empalme por Fusino Especificaciones y Performance

Gabinetes y paneles pticoso Gabineteso Unidades de Distribucin, Tipos, Bandejas de Empalmeo Tipos de Aplicacin y Criterios de Seleccin.o Cajas de Empalme: Areo, Subterrneoo Acondicionamiento, enrutamiento y Preparacin de Cables


TemarioTemarioTemarioTemario

Instalacino Planificacin y Estndareso Mtodos para LAN, Campus y de Planta Externao Tcnicas para Tendido Areo y Subterrneoo Herramientas de Instalacin y Equipos

Mantenimientoo Herramientas y Equiposo Aplicaciones, Identificacin y Documentacin

LABORATORIO:o Componentes de Terminacino Conectorizacion ST, SC, LCo Empalme Mecnico y empalme por Fusino Tendido de Cables, acondicionamiento en Gabinete

1. Resumen Conceptos de FO

2. Empalmes

3. Conectorizacion

4. Gabinetes y Paneles Opticos

5. Instalacion

6. Mantenimiento


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

Fibra ptica se refiere al medio y la tecnologa asociada con

la transmisin de la informacin a travs de impulsos de luz a

lo largo de una fibra de vidrio o de plstico.

La fibra ptica es una Gua de Ondas que transporta mucho

mas informacin que los pares de cobre y son menos

susceptibles a las interferencias electromagnticas.

La mayora de las compaas telefnicas de Larga Distancia

transportan su informacin a travs de cables de fibra ptica.


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

Es una de las tecnologas ms avanzadas y empleadas

Se estima que para el 2014 tendremos 2 billones de Km de

FO instalados en el mundo (13,000 veces distancia al sol).

Gran capacidad de transporte (hasta 200 lseres de distinta

longitud de onda en una misma fibra)

Reducido tamao, compacto y ligero (Seran necesarios 2

Ton. de alambre de cobre para transmitir o 0.5 Kg de FO

Alta confiabilidad, inmune a ruidos RFI o EMI.

Baja atenuacin y respuesta plana (280 Km. sin repetidor).

Bajos costos pues su materia prima es el slice


La transmisin ptica se compone de un transmisor que transforma las

ondas electromagnticas con la informacin deseada en energa

luminosa, esta energa se transmite a travs de las fibras pticas hasta

el lugar de destino en donde un detector ptico convierte la seal

luminosa en energa electromagntica, lo ms similar posible a la seal

original; en este punto se extrae la informacin que se transmiti.

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


La FO est compuesta por tres cilindros concntricos flexibles

llamados ncleo (core), revestimiento (cladding) y primera cubierta

protectora (jacket o buffer) con diferente ndice de refraccin, el

mismo que mediante una reflexin interna permite que la luz sea

guiada por el ncleo.

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

1er recubrimientoprotector(coating)

Nucleo de vidrio(core)

Cubierta de vidrio(cladding)


Ncleo (Core) : seccin interna de material de vidrio con ciertasimpurezas y dopantes o plstico las cuales determinan suscaractersticas, es la zona de propagacin de la luz

Revestimiento o Envoltura (Cladding) : recubre a cada una de lasfibras del ncleo y posee propiedades pticas diferentes

Cubierta protectora o chaqueta (Coating y/o buffer) : Material deplstico que recubre a una o ms fibras revestidas, las protegecontra corrosin, humedad, etc.


1er recubrimientoprotector(coating)

Nucleo de vidrio(core)

Cubierta de vidrio(cladding)


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

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

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


> >

> >


La cantidad del potencia ptica luminosa que puede seraplicada al ncleo de la fibra depende de la habilidad de reunir(acaparar) luz de la fibra y esta contenida en un cono

La Apertura Numrica (NA) o cono de aceptancia define elngulo mximo de la luz que ser transmitida por la fibra; suarista forma con el eje de la fibra un angulo que da lugar a lareflexion total en la interfaz nucleo/revestimiento

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

Cono deAceptacin

an2

n1

Apertura NumricaApertura NumricaApertura NumricaApertura Numrica


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

Eje cilndricodel ncleo

Cladding (n2 )

Rayo de luz ingresaal ncleo desde el aire

Rayos de luz menores queel ngulo critico sonabsorbidos por el revestimiento

Ncleo (n1 )

buffer

Angulo dereflexin

Angulo deincidencia

La luz es propagada por reflexin interna total

n1 ndice de refraccin del ncleo

n2 ndice de refraccin del revestecimiento

Corte Longitudinal


n0 = ndice de refraccin del aire.

n1 = ndice de refraccin del ncleo.

n2 = ndice de refraccin del cladding.

= Diferencia relativa de ndices de

refraccin.

= Angulo de aceptancia

Apertura NumricaApertura NumricaApertura NumricaApertura Numrica

= sin = = sin =

= 2 = 2

=

2=

2


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

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

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

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

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


A B0

Perfil del Perfil del Perfil del Perfil del IndiceIndiceIndiceIndice dededede RefraccinRefraccinRefraccinRefraccin

Perfil del ndice por pasosMultimodo de ndice escaln

Perfil del ndice graduado (cuadrtico)Multimodo de ndice gradual

Se denomina perfil de refraccin de una fibra ptica a la variacinradial que tiene el ndice de refraccin en el nucleo n(r) conformenos movemos en la seccin transversal de la fibra desde el ejehasta el revestimiento (a lo largo del dimetro) en funcion delcoeficiente que determina su perfil: gG es un parametro de diseo (varia entre 1 y ), define laforma del perfil del indice de refraccion del nucleo


n2

n2

n1

D1D2

D1 = 50 um

D2 = 125 um

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

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

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

menor es el nmero de modos que se transmiten

Fibra MultimodoFibra MultimodoFibra MultimodoFibra Multimodo


Existen dos tipos de fibra Multimodo distinguidos por el perfil

del ndice que poseen y por la manera como la luz viaja a

travs de ella

o La fibra multimodo de ndice escaln, tambin llamada de

Salto de ndice de Refraccin

o La fibra multimodo de ndice gradual

FO MultimodoFO MultimodoFO MultimodoFO Multimodo

Nucleo (um) Revestimiento (um)

Escaln

200 250 - 380

Gradual

50 (Japn, Europa) 125

62.5 (America) 125

85 125


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

La fibra de ndice Escalonado tiene un ncleo de un solo tipo

de vidrio con un ndice de reflexin constante y un lmite de

transicin bien definido entre el ncleo y la cubierta.

En este caso todos los modos se propagan a la misma

velocidad pero sobre trayectos de distancias diferentes, la

dispersin modal puede ser critica en grandes distancias.

n 2

n 1 nDim

etro


n 2

n 1 nDim

etro

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

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

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


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

El numero N de modos que se propagan por una fibra es funcionde la frecuencia normalizada y del exponente del perfil del indicedel nucleo g

=

2

=

2

=

4

=

4ndice Escaln ndice Gradual

> 2.405

2.405

FO Multimodo

FO Monomodo TE11

=1

2

!

! + 2

=

1

2

!

! + 2

g = Exponente del perfil.

a = Radio del ncleo de la fibra

N = numero de modos.


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

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

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

las fuentes, son mas caras

Fibra MonomodoFibra MonomodoFibra MonomodoFibra Monomodo

n2

n2

n1

Nucleo (um)

8 -10

Revestimiento (um)

125


Tipos Fibras CCITTTipos Fibras CCITTTipos Fibras CCITTTipos Fibras CCITT

Modo ndice

Diferencia Indices de Refraccion

Dext ncleo (um)

Dint revest(um)

Atenuacin (dB/Km)

Apertura Numrica

BW (MHz-Km)

Monomodo Salto 0.3% 10 125 0.3 0.08 > 1000

Multimodo Gradual 1% 50 125 4 (850 nm) 0.2 600

Multimodo Salto 1% 100 200

Multimodo Gradual 1% 85 125

Multimodo Gradual 1% 62.5 125 4 (850 nm) 0.2 160

Multimodo Salto 1% 100 140 5 (850 nm) 0.2 100


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

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

n2

n1 n

Dim

etro

n2

n1 n

Dim

etro

Fibra Mono-Modo

Fibra Multimodo


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

Los parmetros que determinan las caractersticas de transmisin

y propagacin de los modos a travs de una fibra ptica son:

PARAMETROS ESTATICOS, constantes a lo largo de la FO.

o Geomtricos

o pticos

PARAMETROS DINAMICOS, afectan la transmisin de la seal.

o Atenuacin

o Dispersin Temporal

PARAMETROS DE TRANSMISION


GEOMETRICOS

Son funcin de la tecnologa usada en la fabricacin de las

fibras; dimetro del ncleo y revestimiento, excentricidad,

no circularidad.

OPTICOS

Apertura Numrica

ndice de Refraccin y Perfil del ndice de refraccin.

Diferencia relativa de ndices

Longitud de onda de corte

Dimetro del campo modal

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


ATENUACION , Afectan la potencia y el nivel de la seal

Intrnsecas: constitucin fsica.

Extrnsecas (Perdidas) : fabricacin, envejecimiento, tendido.

DISPERSION TEMPORAL , Limita la tasa de transmisin

(respuesta de frecuencia en Banda Base)

Dispersin Modal

Dispersin del material

Dispersin por guas de onda (waveguide)

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


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

Dimetro del ncleo (MM).- Diametro del circulo que define el

centro del nucleo

Dimetro del revestimiento (SM, MM).- Diametro del circulo

que define el centro del revestimeinto

No circularidad del ncleo (MM).- Diferencia entre los

diametros maximo y minimo del nucleo dividido por el diametro

teorico del nucleo

No circularidad del revestimiento (SM, MM).-Diferencia entre

los diametros maximo y minimo del revestimiento dividido por

el diametro teorico del nucleo


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

Error de concentricidad ncleo revestimiento (SM, MM).-

Distancia entre el centro del nucleo y el centro del

revestimiento dividida entre el diametro del nucleo

Dimetro del recubrimiento primario (SM, MM).

No circularidad del recubrimiento primario (SM, MM).

Error de concentricidad de revestimiento - recubrimiento

primario (SM, MM)


Potencia

Distancia

Coeficientede atenuacin

de la fibra

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

PinPout

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

La atenuacin de la seal no depende del ancho de banda o lamodulacin, y no presentan distorsion de amplitud

La potencia total se distribuye entre los diferentes modos (MM)con atenuaciones distintas y entre los rayos espectrales (SM)


Intrnsecaso Perdidas por absorcin Ultravioleta e Infrarrojoo Perdidas por Esparcimiento Rayleigh (Scattering)o Perdidas por Scattering debido a la estructura no uniforme

del ncleo Extrnsecas.- Ajenas a la fibra, debido a defectos de

fabricacion o instalacin (mal cableado o empalme)o Por absorcion de impurezas OH-

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

transmisores (reflexin de Fresnel)

Atenuacin Atenuacin Atenuacin Atenuacin en FOen FOen FOen FO


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

pueden eliminarse, representan el limite teorico

Las ondas de luz en el vaco no sufren ninguna perturbacin,

pero al propagarse por un medio no vaco, interactan con la

materia producindose un fenmeno de dispersin debida a:

o Dispersin por absorcin: la luz es absorbida por el material

transformndose en calor.

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

direcciones.

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

y se atenuara al final de un tramo de fibra.

Perdidas IntrnsecasPerdidas IntrnsecasPerdidas IntrnsecasPerdidas Intrnsecas


Perdidas por Absorcin UV e IRPerdidas por Absorcin UV e IRPerdidas por Absorcin UV e IRPerdidas por Absorcin UV e IR

Absorcin ultravioleta se debe a la interaccin existente entre losfotones que viajan por la fibra y las vibraciones molculares en elncleo, es despreciable a partir de 1000 nm

Absorcin por infrarrojos se debe al fenomeno de vibracion porinteraccion entre los atomos de silicio y oxigeno, no esapreciable hasta los 1300 nm

#$ = 1.933'10()*

+.,,-.

/ = 7.88'10*

(+2.+2-.

Ate

nuac

ion

(dB

/Km

)

(um)

0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

1

0.75

0.5

0.25

0

AbsorcionUltravioleta

AbsorcionInfrarroja


El esparcimiento de Rayleigh es un tipo de prdidas causado porlas fluctuaciones microscpicas (micro homogeneidades) en ladensidad del material producidos por la agitacin trmica eirregularidades en el proceso de fabricacin de la fibra, talescomo burbujas de gas atrapadas en el proceso de enfriamiento,secciones no vitrificadas o materiales que no han reaccionado

Las fluctuaciones de densidad causan la fluctuacin aleatoria delndice de refraccin sobre una escala mucho ms pequea quela longitud de onda ptica.

Cladding

Core

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


Las irregularidades hacen que parte de la seal optica sufrapequeas reflexiones originandose atenuacion inversamenteprorporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda

Son despreciables a longitudes de onda superiores a 1000 nm

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

B = Coeficiente de Guiaonda Scattero perdida de imperfeccion

B = varia entre 40 y 100

= Diferencia relativa de indices de refraccion

Ate

nuac

ion

(dB

/Km

)

(um)

0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4

1

0.75

0.5

0.25

0

3456 78 9: = .2,2,

-:) 1 + @


AbsorcionAbsorcionAbsorcionAbsorcion por Impurezaspor Impurezaspor Impurezaspor Impurezas

Ate

nuac

ion

(dB

/Km

)

Longitud de Onda (um)0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

6

5

4

3

2

1

0

Perdidas de Absorcion motivadas por contaminacioncon grupos OH-

OH-

Impurezas por agua

OH-

OH-


Desde que se fabrica hasta que se instale la fibra puede versesometida a diferentes curvaturas (pandeos) en la etapa delbobinado o del tendido

Esta macrocurvatura origina atenuaciones adicionales alproducirse la fuga de modos que en condiciones normales noocurre, varia exponencialmente con el radio de curvatura y seaprecia al sobrepasar el radio de curvatura critico, debido a quelos haces de luz logran escapar del ncleo por superar el ngulomximo de incidencia admitido para la reflexin total interna.

En la practica el radio de curvatura no debe exceder 10 veces eldiametro exterior del cable

Perdidas Por CurvaturasPerdidas Por CurvaturasPerdidas Por CurvaturasPerdidas Por Curvaturas

A =3

'B

4C ).

A =3

'B

4C ).


Micro curvaturas (Microbending) son causadas por defectosespaciados cuasi-periodicamente: irregularidades entre el ncleoy revestimiento, fluctuaciones del dimetro (error de elipticidad) ytortuosidades del eje de la fibra (error de concentridad)

Son independientes de y se consideran solo cuando lasirregularidades estan espaciadas a menos de una longitud L0

Se evita aumentando la seccion de la fibra (radio a) oaumentando la diferencia entre los indices de refraccion delnucleo y revestimiento empleando los adecuados recubrimientosde la fibra (tipo multicapa primera capa de bajo modulo deYoung y segunda capa de alto modulo)

Perdidas por tendido, ambiente y envejecimiento o porradiaciones nucleares

Perdidas Por Perdidas Por Perdidas Por Perdidas Por MicrocurvaturasMicrocurvaturasMicrocurvaturasMicrocurvaturas

D 4F +


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

Macro curvatura es referida a las prdidas causadas por

doblar la fibra ms all de un radio de curva mnimo.

Micro curvatura es entendida como las pequeas curvas o

las desviaciones mnimas en la interface entre el ncleo y el

cladding.

Cladding

Core

Presinaplicada

Luz de entrada

Luz de salida

R < Radio de curvatura mnimo



Ate

nuac

ion

(dB

/Km

)


6

5

4

3

2

1

0

AbsorcionUltravioleta

EsparcimientoRayleigh

Absorcion por OH-

AbsorcionInfrarroja

Microcurvaturas



Ate

nuac

ion

(dB

/Km

)


6

5

4

3

2

1

0

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


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

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

Ventanas de TrabajoVentanas de TrabajoVentanas de TrabajoVentanas de Trabajo

Ventana Banda(nm)

Longitud de Onda (nm)

Alcance (Km)

Atenuacin(dB/Km)

Costos Usos

1ra 800 - 900 850 2 2.3 Bajo LAN

2da 1250 - 1350 1310 40 0.5 MedioLAN, WAN,

SONET

3ra 1500 - 1600 1550 160 0.25 ElevadoWAN,

SONET


La dispersin es un fenmeno que origina que dos seales se

copropagen por diferentes rutas a travs del mismo medio.

En comunicaciones por fibra ptica, hay algunos tipos de

dispersin que puede afectar el rendimiento, ellos son: modal,

material, Gua de onda y polarizacin

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

Ti To

50%

GHIJ*KIHL = M M


Dispersin sucede cuando diferentes componentes de seal(modos) viajan a diferentes velocidades de propagacin debido alas diferentes estructuras pticas y geomtricas del material oguia de ondaso Su efecto son los pulsos que se ensanchan en el tiempoo Se produce interferencia intersimbolos (ISI), mas erroresDefine la capacidad mxima o volumen de informacin que porunidad de longitud puede transmitirse por una fibra


Los smbolos se tornan

irreconociblesPinPout


A medida que los pulsos viajan por la fibra, un retraso de los

diversos rayos de luz origina el ensanchamiento temporal de los

pulsos.

Esto limita la distancia, ancho de banda y velocidad de bits en

una fibra, este efecto es acumulativo con la longitud de la fibra.

En fibras MM la dispersin se da por las diferentes trayectorias y

en fibras SM depende del ancho de banda del emisor




Dispersin Total

ps / (nm Km)

Dispersin Modal o Intermodal

FO MM

Dispersin Cromtica

Dispersin por efecto Gua de Onda

FO SM

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

Polarizacin

CAUSAS

EFECTO Limita el Ancho de Banda



Para medir el ensanchamiento del pulso luminoso se usa el valor

cuadratico medio de su duracion, pues se considera a la fibra optica

como un sistema lineal, y se requiere calcular el valor cuadratico

medio del ensanchamiento que produce cada uno de los

fenmomemos dispersivos

Fibra Optica(Sistema Lineal)

Pulso Optico Pulso Optico MOD GMAT

N =N:7 " N:O "NP>O


Dispersin ModalDispersin ModalDispersin ModalDispersin Modal

Dispersin de modos .- Los diferentes modos de una mismalongitud de onda siguen rutas distintas, tienen diferentesvelocidades y llegan en instantes diferentes causando ensancha-miento del pulso de luz debido a la diferencia de retardos de grupoentre modos (desafasaje temporal)

Cladding

Core

ModoFundamental

M1 Onda lenta

M2 Onda veloz

Salto de IndiceDispersion = 20 ns/Km

N:7(3..) I/RS =

2T


Dispersin ModalDispersin ModalDispersin ModalDispersin Modal

Son importantes en fibras multimodo, puede optimizarse empleandofibras multimodo de indice gradual con perfil de indice parabolico (g=2)No dependen de la distancia L recorrida, depende del grado deacoplamiento modal (transferencia energetica entre modos) lo cual seve reflejado en el coeficiente de acoplamiento modal U, varian entre 0.5y 0.6 (salto de indice) y entre 0.7 y 0.8 (indice gradual)

Cladding

Core

ModoFundamental

M1 Onda lenta

M2 Onda veloz

Indice Gradual (g=2)Dispersion = 0.1 ns/Km

N:7(..) I/RS = W

8)(W)T N:7(..) I = N:7 I/RS D

X


Dispersin del material o espectral , debido a que el ndice derefraccin del material depende de , las diferentes longitudes deonda (componentes espectrales) que componen el pulso enviadoviajan a velocidades distintas y causan ensanchamiento(desfasaje temporal) del pulso de luz. Causada por el anchoespectral de la fuente ptica ()y afectan a fibras MM y SM.(prisma)

Dispersin MaterialDispersin MaterialDispersin MaterialDispersin Material

1 2 3

espectro

(-3dB)

1 2 3

L

1 2 3


Cada material esta caracterizado por un coeficiente que nos da lamedida de la variacion del indice de refraccion con la longitud deonda M(). En el silice puro dicho parametro presenta cero dedispersion alrededor de 1300nm

Dispersin MaterialDispersin MaterialDispersin MaterialDispersin Material

Fibra ndice Escaln

1ra Ventana Max 120 ps Km nm

2da Ventana Max 5 ps nm Km

Longitud de Onda (um)

N:O =1

2.35BDY-

0.8 1.00.9 1.1 1.31.2 1.4 1.61.5

120

100

80

60

40

20

0

-20

-40

Sili

ceP

uro

M(

) ps

/nm

xKm


Son importantes en fibras monomodo, causada por la dependenciadel grado de confinamiento del mod fundamental de la longitud deonda, a mayor mas se incrementa la penetracion desde el nucleo alrevestimiento. Por ello cuando el ndice del ncleo difiere levementedel ndice del cubrimiento y una fraccion de la luz del modofundamental se propaga por el revestimiento sucede que dentro delancho espectral se tienen diferencias en los tiempos de recorrido;se caracterizan porque tienen un coeficiente especifico del materialdel que se trate G()

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

1 2

1 > 2

NP>O =

.)ZBD\-


La dispersion del material y del guia de ondas tienen una naturalezasimilar por ello en forma global se le denomina Dispersion CromaticaLos coeficientes M() y G() tienen signos opuestos por encima de1300 nm por lo cual pueen emplearse para desplazar el CERO DEDISPERSION mas alla de los 1300nm o para acotarla en la banda de1300 a 1550 nm (dispersion plana)

Dispersin Dispersin Dispersin Dispersin CromaticaCromaticaCromaticaCromaticaD

ispe

rsio

n(p

s/nm

/Km

)

(um)1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

40

20

0

-20

-40

M()+G()

G()

M() N:O = N:O "NP>O

N:O = BD] - ^(-)

.)Z


n

n

n

Seccin de la Fibra ndice deRefraccin

125 um 100 um

10 um

50 um

125 um

125 um

Monomodo

Multimodo ndice gradual

Multimodo ndice en escaln

Pulso deEntrada

Propagacin de laluz en la fibra

Pulso deSalida

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


Son elementos encargados de generar los impulsos luminosos

que se transmitirn a lo largo de la fibra, reciben seal elctrica

modulada en voltaje y la convierten en seales de luz moduladas.

Existen dos tipos:

o Diodos Luminosos (LED = Light Emiting Diode)

o Lseres (ILD = Injection Laser Diode).

Deben evaluarse diferentes parmetros: consumo, fiabilidad a

cambios de temperatura, potencia de salida para mayor alcance,

pureza espectral, modulacin a la velocidad de transmisin.

Al emplear fibras de diferente dimetro, la potencia varia debido a

las perdidas por acoplamiento

Fuentes pticasFuentes pticasFuentes pticasFuentes pticas


Son fuentes de luz con emisin espontnea (no coherente)

o Fuentes baratas fcil de fabricar y utilizar

o Grandes para el acoplamiento a las fibras multimodo

o Apto slo para aplicaciones de bajo nivel y corta distancias

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

o La mayora de las aplicaciones

actuales, utilizan LED's a 850

nm, limitada a algunos cientos

de Mbps y algunos Kms.


Las LASER (amplificacin de luz por emisin estimulada de

radiacin), son fuentes de luz coherente de emisin estimulada

o Pequeos, de tamao concentrado, permiten un buen

acoplamiento con las fibras monomodo

o Permiten distancias ms largas

o Costosos, ms complejos y de difcil fabricacin

o Los lser pueden ser modulados (prendido/apagado) en altas

velocidades; el tiempo de subida o bajada va desde el 10% al

90% de la potencia pico; pueden alcanzar velocidades de

datos del orden de Gbit/s en tercera ventana

LASERLASERLASERLASER


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

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

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

Modo Multimodo Multimodo -Monomodo

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

Frecuencia de Modulacin Hasta 200 MHz Mayor a 1 GHz

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

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

Confiabilidad Mayor Menor

Sensibilidad temperatura Menor regular

Ruido Modal Bajo Alto

Costo Barato Caro y genera calor

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


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

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

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

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

Potencia(mw)

1

2

3

4

Corriente deExcitacin

(mA)

LEDs

Laser

100 200 300 400

Umbral

Autolimitacintrmica

Potencia(mw)

.1

.5

0

5

10

Longitud de Onda(nm)

LEDs50 nm

Laser1 nm


0 20 40 60 80

TEMPERATURA ( C )

10

1

0.1

Potencia de Salida ptica

( mw )

I = 200 mA = 1.3 m.

SLED

ELED

SLD

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

0 50 100 150 200 250

CORRIENTE ( mA. )

4

3

2

1

0

Potencia desalida ptica( mW. )

SLD, InGaAsP

T = 0C5

10

15

20

25

3035

40

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


Deben evaluarse diferentes parmetros: consumo, tamao,

sensibilidad, rendimiento a conversin opto elctrica, tasa de

errores y ruido, demodulacin de la portadora recibida

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

Los ms usados son del tipo:

o PIN (P-intrnseco-N) : Genera un par electrn-

hueco por fotn incidente

o APD (Avalanche Photo Diodes) : Genera mas

de un electrn-hueco por fotn incidente, a

travs de un proceso Ionizacin por impacto


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

o APD mas sensible (puede detectarseales dbiles)

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

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

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

o APD mas costoso y mas complejo deusar

Velocidad de Transmisin 565 Mbps 140 Mbps 34 Mbps

Sensibilidad PIN (dBm) -37 -45.5 -49

Sensibilidad APD (dBm) -42 -49 -56


FIN

CAPITULO 1

modulo 2 fibra optica 1 - inictel

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