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CAPITULO 1: INTRODUCCION A LAS COMUNICACIONES POR FIBRA OPTICA

Docente Responsable:Nstor Fierro Morineaud

3/13/2015 2

Introduccin a Dispositivos

Propiedades y Ventajas de la FO

Introduccin a Sistemas

Ubicacin espectral

Contenido de la Presentacin

La luz

Color

Dispersin - Difraccin

Polarizaciones

Identificacin de la red de telecomunicaciones

OADM

WDM10G

Core

AccesoULTIMA MILLA

STM-XX

Backbone

STM-XXSTM-XX

ISP

Proveedores de contenido

Grandes empresas

PymesSector

residencial

3

4 El medio de transmisin dominante es la fibra ptica. Estas brindan soluciones para transmisin de alta capacidad,

ofrecen dispositivos rpidos de conmutacin y tambin en una

solucin de ltimo kilmetro hasta el cliente final.

Satisfacer la demanda de

ancho de banda.

Proporcionartransparencia a

protocolos.

Proveer alta confiabilidad de

conexin.

5 Se llama luz a la parte de la radiacin electromagntica quepuede ser percibida por el ojo humano.

Hay objetos luminosos y objetos oscuros. La luz se propaga a partir de las fuentes en todas las

direcciones posibles.

Se propaga a travs de la atmsfera, y aun donde no hay; y sesigue propagando indefinidamente mientras no se encuentre

con un obstculo que le impida el paso. La luz viaja en lnea recta mientras no haya nada que la desve

y mientras no cambie el medio a travs del cual se est

propagando

6 Los obstculos presentan diversos efectos sobre la luz.

o Objetos opacos, que no la dejan pasar. Esto a su vez

se puede deber a 2 razones:

a) que el objeto refleje la luz que incide sobre su

superficie, b) que la absorba.La mayora de los cuerpos opacos reflejan una parte

de la luz que les llega y absorbe el resto. La luz que

absorbe un objeto ya no la regresa.

o Objetos transparentes, tienen otro efectointeresante sobre la luz: la refractan. Esto significa

que al entrar la luz en el material cambia su

direccin de propagacin. Mientras sta sigue

viajando en el nuevo material, se propaga en lnea

recta y ya no se desva, pero si llega a cambiarnuevamente de medio, se refracta otra vez.

7 Las superficies speras oirregulares, producen una reflexin

difusa, enviando la luz reflejada en

todas las direcciones posibles,

Una superficie lisa y bien pulida,en cambio, produce una reflexinregular; la luz que incide en una

direccin determinada, la refleja en

otra direccin bien determinada

Un reflector perfectamente liso ylimpio es invisible, como lo es elespejo que slo nos permite ver la

imagen reflejada.

8 Ejemplo: una cuchara parcialmentesumergida en un vaso de H2O parece

quebrada.

Cuando un rayo de luz pasa de un medio aotro con diferente ndice de refraccin, se

desva. Si el ndice de refraccin delsegundo medio es > que el del primero, el

rayo se quiebra, alejndose de la superficie

entre los medios.

Cuando disminuye el ndice de refraccin,sucede lo contrario: el rayo se acerca a lasuperficie.

El ndice de refraccin de los materiales es> que 1, aunque en algunas circunstancias

especiales puede llegar a ser = 1.

9 La luz siempre lleva asociado algn color, o unacombinacin de ellos; esto nos sugiere que el color ha de

estar relacionado con alguna propiedad fsica de la luz.

Dos factores contribuyen al color de los objetos: stosmismos y la luz que los ilumina. Ejemplo, una hoja de papelblanco es blanca cuando est iluminada por la luz del Sol,

pero se ve roja cuando se la ilumina con luz roja.

10

La luz emitida por una fuente de luz tiene un color quedepende :

- del material que la constituye.

- del mecanismo de emisin.

- de condiciones fsicas, como la T de la fuente.

Objetos iluminados por una fuente de luz roja se vern ms clarosque otros, pero todos se vern rojos y de ningn otro color. Esto

nos indica que los objetos no cambian el color de la luz que les

llega; slo afectan su intensidad, su brillo. Las superficies que

parecen ms claras son las que reflejan mayor cantidad de luz

roja y absorben menos.

Color

11

Al encenderse simultneamente la luzroja, la verde y una azul, en

proporciones adecuadas de intensidad:

los objetos parecen recuperar su color

"normal"

Color

12

Las superficies blancas son las quereflejan todos los colores; las negras no

reflejan, porque lo absorben todo. Cuando

un material transparente es incoloro es

porque deja pasar todos los colores, sin

reflejar o absorber ninguno en particular.

Cuando el rojo, el verde y el azul sesuman en proporciones adecuadas, el

resultado es blanco. Por ello a estos tres

colores se les llama primarios.

Color

13

Al enviar un haz de luz blanca hacia un prisma de vidrio (materialtransparente), el prisma refracta la luz dos veces (I/O). Pero lo hace

descomponindola en todos los colores del espectro (el prisma

dispersa la luz en forma de abanico, separndola en c/u de sus

colores).

La componente roja es la que menos se quiebra y la violeta es laque sufre una mayor refraccin. Esto nos indica que el ndice de

refraccin del vidrio es diferente para c/u de los colores: para el

naranja es > que para el rojo, para el amarillo > que para el naranja.

Color

El efecto de dispersin por la atmsfera es ms notable en la

luz violeta y azul que en el resto. Por ello, aunque la luz solar

es blanca, el Sol aparece amarillento cuando lo miramos de

frente (ha perdido parte de su componente azul), y en cambio la

luz dispersada por la atmsfera, que ilumina el cielo, es

esencialmente azul.

Al acercarse el Sol al horizonte, la luz que nos llega tiene que

atravesar una capa ms gruesa de atmsfera, por lo que la

dispersin aumenta; la mayor parte de la luz violeta, azul y

verde es desviada, de manera que slo nos llegan los colores

comprendidos entre el amarillo y el rojo (ocasos).

Dispersin

14

15

En un estanque con una barrera, la onda sedeforma al llegar a ella, como dndole la vuelta

al obstculo (la onda puede ser detectada aun

detrs de la barrera aunque con una menor

intensida). Este efecto, llamado difraccin.

Por eso escucharmos a alguien que nos llamadesde otro cuarto: el sonido le da la vuelta a los

bordes de las paredes. Es ms, los tonos ms

bajos nos llegan mejor, (las ondas de mayor

longitud se difractan ms).

No es usual observar la difraccin de la luz: lalongitud de las ondas de la luz es sumamente

pequea, (los contornos de las sombras pierden

su nitidez); la frontera entre luz y sombra deja de

ser clara. En la zona del borde aparecen franjas

claras y oscuras.

16

Las ondas de luz emitidas por dos fuentes con fasesconstantes se interfieren.

Para que esto se d es necesario que las dos fuentesenven sus ondas en forma coherente, es decir, que las

crestas salgan de sus respectivas fuentes al mismo

tiempo (en fase) o con una diferencia de tiempos que se

mantenga constante durante toda la emisin; si la fase

vara al azar, se destruye la interferencia.

17

Si en lugar de 2 fuentes, se usaron 2 rendijas por las quepasa la luz emitida por una solamente. (ya que que 2 fuentes

de luz independientes no producen emisiones coherentes).

Cada una de las rendijas acta como una nueva fuente.Las zonas oscuras son aquellas en las que la onda de una

fuente siempre cancela a la de la otra; son las llamadaszonas de interferencia destructiva, en las que la onda

resultante siempre es nula. A sas no llega la luz.

Las zonas que aparecen ms iluminadas son aquellas en lasque siempre coinciden las crestas (o los valles),

producindose interferencia constructiva.

Interferencia

18

Las ondas electromagnticas que constituyen la luz por ser transversales vibran perpendicularmente

a la direccin de propagacin.

El plano determinado por la direccin devibracin y la direccin de propagacin se

denomina plano de onda o de oscilacin.

Cuando un rayo se desplaza en una

determinada direccin alrededor de ella

habr una infinidad de planos en los quepueden vibrar las ondas luminosas.

19

Si se hace pasar el rayo a travs de un cristal de calcita u otrofiltro adecuado, slo emergen las ondas luminosas que vibran

en uno de los planos, mientras que las dems son absorbidas

por el filtro. Cuando esto ocurre la luz obtenida est polarizada.

El fenmeno de polarizacin de la luz puede ser por reflexin

en superficies metlicas o por refraccin al atravesar ciertas

sustancias como cuarzo, turmalina, el vidrio, etc.

20

Si se colocan dos filtros cuyos planosde polarizacin son perpendiculares

entre s, el primer filtro deja pasar la luz

en un determinado plano de oscilacin

(polariza la luz), mientras que el

segundo la detiene y, porlo tanto, el rayo polarizado se anula.

Esta propiedad se usa en los vidrios

polarizados, anteojos para sol, etc.

La parte de la luz solar est polarizada

horizontalmente, por reflexin en diversas

superficies (como el agua, por ejemplo), es

detenida por los vidrios polarizados ya

que estos la transmiten en direccin vertical.

21

Algunos cristales, como elcuarzo y la turmalina, tienen la

capacidad de polarizar la luz,

gracias a una propiedad muy

curiosa: estos cristales tienen dos

ndices de refraccin. Esto

significa que un solo haz

incidente es refractado por el

cristal de dos maneras, por lo

que salen dos haces separados y

se forman dos imgenes. Cada

una de stas est hecha con luz

polarizada.

22

La refraccin es el cambio de

direccin que experimenta una

onda al pasar de un medio a otro.

Se produce cuando la luz pasa de

un medio de propagacin a otro

con una densidad ptica

diferente, sufriendo un cambio de

velocidad y un cambio de

direccin n = c / v

Se denomina ndice de refraccin al cociente de lavelocidad de la luz en el vaco y la velocidad de la luzen el medio cuyo ndice se calcula. Se simboliza conla letra n y se trata de un valor adimensional.

Material ndice de refraccin

Vaco 1,00000

Aire (*) 1,00029

Agua (a 20C) 1,333

Acetona 1,36

Vidrio 1,52

Diamante 2,417

(*) en condiciones normales

de presin y temperatura

24

COMUNICACIONES OPTICAS800-1600 nm

3/13/2015Grupo de Comunicaciones pticas 25

f c cf

f

ddf

f cf

f

f dfd

c

2

2

f

f

26

Ventajas de la Fibra ptica como medio de transmisin

Gran anchura de banda:

(32 THz. por Km).Baja atenuacin:

(A 1550 nm, =0.2 dB/Km)

27


Tamao y peso reducidos

28


Inmunes a EMI y EMP

Aislantes elctricos

29


Seguras

(difcilmente pinchables)

3/13/2015 30


Material base muy

abundante

SiO2

31

Revestimiento

2b SiO2Ncleo 2a

SiO2 GeO2

Estructura de Una Fibra ptica

Cubierta

Parmetros en la Fibra

3/13/2015 33


n i n tn n t i

1 2

1 2

sen sen

t

ri

n2

n1

cisi

n

nArcci

1

2sen

no hay seal transmitida

Angulo crtico de incidencia

toda la seal se refleja hacia

el medio original

Ley de Snell

c

t=p/2

normal

3/13/2015 34


Cada rayo guiado con un ngulo de inclinacin diferente

se denomina MODO

Guiado de Rayos: Modos

3/13/2015 35


r=ar=b

Multimodo

Indice

Gradual

62.5 mm

r=ar=b

Multimodo

Salto de

Indice62.5 mm

r=b

9r=a

Monomodo

9 mm

ndice de Refraccin

36


Concepto de Atenuacin

37


0.18

m( )m0.85 1.3 1.55

( / )dB Km

3 ventana2 ventana

0.5

1 ventana

5

0.18

1

10

100

1 10 50 100 1000

RG-19/U

fibra

par trenzado

f(MHz)

Comparativa prdidas fibra/cable

38


Dispersin Intermodal en Fibras pticas

Cada Modo recorre una distancia diferente a una velocidad

prcticamente igual, por tanto sufre un retardo distinto

Modo 2

Modo 3

Modo 1

39


Longitud de onda

Retardo

1 0 1 1 11umbraldecision

umbral

decision

ERROR!

t t

Dispersin Cromtica en Fibras pticas

Para un mismo modo , la con de propagacin, ,

depende de la frecuencia de forma no lineal.

40


I

Plaser

LED

LED (10 microW, 200 Mb/s)

Laser (1 mW, 20 Gb/s)

Convierten electrones en fotones

I=Io+I(t)

pn

P=Po+P(t)

Fuentes pticas

41


Convierten fotones

incidentes en corriente

elctrica

Fotodiodos

-pin

-Avalancha

-BWD=40 GHz

Detectores pticos

I=Io+I(t)

pn

P=Po+P(t)

42


empalme

detector

ptico

electrnica

trx ptico

amplif.

ptico

Repetidor

Receptor ptico

seal a

otro enlace

divisor

de potencia

Datos

detector

pticoprocesador

de seal

preamplif

filtro

ptico

conmutador

integrado

fuente

pticaDriver

Transmisor ptico

PigtailEnlace pto a pto

modulador

externo

integrado

Datosconector

43


MULTIPLEX

ELECTRONICO

MEDIO DE TRX

OPTICO

Sistemas MI-DD

Mux electrnico

digital en el tiempo

ETDM en banda base

SCM; Mux electrnico

analgico o digital en

RF (division de frec)

E: ElectronicT: TimeD: DivisionM: Multiplexing

S: SubC: Carrier M:Multiplexing

MULTIPLEX

OPTICO

MEDIO DE TRX

OPTICO

Sistemas WDM

Mux ptico (analgico

o digital) divisin de

frecuencia

Sistemas OTDM

mux ptico digital en el

tiempo

W: WavelengthD: DivisionM: Multiplexing

O: OpticalT: TimeD: DivisionM: Multiplexing

Tcnicas de Multiplexacin en Sistemas de CO

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S

f1

f2

fN

Canal 1

Canal 2

Canal N

Banda RF compuesta

TRX

RCX

* Enlace de Fibra ptica

* Sistema de distribucin

pasivo

MEDIO

OPTICO

Canales

analgicosRCX

fN

f1

SCM

45


TRX1

TRX2

TRXN

1

2

n

RCX1

RCX2

RCXn

(1,2,..n)

Filtro ptico

sintonizable

Multiplexor

(acoplador

Nx1)

(AWG)

Filtro ptico

fijo

1xN 1xM

Enlace de fibra

Mltiples enlaces amplificados

Sistema de distribucin en rbol

Sistema en anillo

WDM

3/13/2015 46


WDM

Es la tcnica ms consolidada y de mayor potencial

para la transmisin multicanal de banda ancha.

A) Primeros productos comerciales (8 @ 2.5 Gb/s) en

1997

B) Disponibles hoy comercialmente 32 @ 2.5 Gb/s

(80 Gb/s)

C) En marcha la comercializacin de sistemas de 32

@ 10 Gb/s (320 Gb/s)

47

CUESTIONARIO N1

1. Si un rayo incide en un espejo, cuntas posibles direcciones

puede tener el rayo reflejado?

2. Diferencia entre los fenmenos de reflexin y refraccin de la

luz.

3. (a) A que longitudes de onda la sensibilidad del ojo tiene un

valor de la mitad de su valor mximo? (b) Cules son la

frecuencia y el perodo de la luz para los cuales el ojo tiene

su mxima sensibilidad?

4. Haga una lista con al menos dos aplicaciones de la fibra

ptica como sensor y dispositivo de control.

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