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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.
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas 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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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.
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas 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
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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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra 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)
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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.
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)
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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).
Estructura de la Fibra pticaEstructura de la Fibra pticaEstructura de la Fibra pticaEstructura de la Fibra ptica
> >
> >
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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
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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
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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
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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
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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
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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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
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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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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.
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
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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
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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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
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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
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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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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)
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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)
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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 + @
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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-
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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 ).
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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 +
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
Atenuacin Atenuacin Atenuacin Atenuacin en FOen FOen FOen FO
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
AbsorcionUltravioleta
EsparcimientoRayleigh
Absorcion por OH-
AbsorcionInfrarroja
Microcurvaturas
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
Atenuacin Atenuacin Atenuacin Atenuacin en FOen FOen FOen FO
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
1a. ventana 2a. ventana 3a. ventana
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Dispersin en la Fibra pticaDispersin en la Fibra pticaDispersin en la Fibra pticaDispersin en la Fibra ptica
Los smbolos se tornan
irreconociblesPinPout
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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 en la Fibra pticaDispersin en la Fibra pticaDispersin en la Fibra pticaDispersin en la Fibra ptica
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
Dispersin en la Fibra pticaDispersin en la Fibra pticaDispersin en la Fibra pticaDispersin en la Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
Dispersin en la Fibra pticaDispersin en la Fibra pticaDispersin en la Fibra pticaDispersin en la Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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\-
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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.
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
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
Ing. Jaime Rupaylla A. Introd. a los Sistemas de Fibra ptica
FIN
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