Clase 1
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FIBRA ÒPTICA
Maturin, Octubre del 2012
Instructor:Ing. Cristóbal Espinoza
1
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EVOLUCIÓN HISTÓRICA
• 1958: INVENCIÓN DEL LASER
• 1970: PRIMERA FIBRA ÓPTICA DE BAJAS PÉRDIDAS.
• 1975: PRIMER CABLE ÓPTICO COMERCIAL (CORNING INC)
• 1980: PRIMERA GENERACIÓN DE LOS SISTEMAS ÓPTICOS:
MULTIMODO 850nm. 2 dB/km.LASER Y LED de GaAs.
DIODOS PIN Y APD DE Si y Ge. 140Mb/s.12Kms.
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EVOLUCIÓN HISTÓRICA
• 1984: SEGUNDA GENERACIÓN: MULTIMODO 1300nm.
0.5 dB/km.LASER Y LED de InGaAsP. PIN Y APD DE Ge,
InGaAs y InGaAsP. 140Mb/s. 30Kms.
• 1986:TERCERA GENERACIÓN : MONOMODO 1300nm.
0.2dB/km.LASER Y LED de InGaAsP. DIODOS PIN Y APD DE
Ge y InGaAs. 565Mb/s. 60Kms.
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EVOLUCIÓN HISTÓRICA
• 1987: CUARTA GENERACIÓN: MONOMODO 1550nm.
0.1 dB/km. LASER de InGaAsP. DIODO APD DE InGaAs.
565Mb/s. 120Kms.
• 1988:QUINTA GENERACIÓN : SISTEMAS COHERENTES DE
MODULACIÓN DIGITAL (FSK, ASK, PSK, DPSK). 300Kms.
• 1990:SEXTA GENERACIÓN : USO DE HALOGENOS EN LA
FABRICACIÓN DE FIBRAS. 0.01dB/Km.
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Arquitectura de las Redes Actuales
Arquitectura de las Redes Actuales
Adaptación Redes ActualesAdaptación Redes Actuales
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Red Óptica InteligenteRed Óptica Inteligente
Mejoras ya hoy en la capa óptica: Transmisión y Conmutación
Se trabaja en dotar de Inteligencia a los nodos ópticos
Definición de estándares para la interconexión de los elementos de datos
directamente a la capa óptica
Arquitectura de la Red Óptica Inteligente
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Solución de Futuro
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REQUERIMIENTOS DE ANCHO DE BANDA7
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Ancho de Banda es la medida de la capacidad de transporte de información de una línea de transmisión, va a depender de la frecuencia de operación
ANCHO DE BANDA
Los criterios establecidos por Fourier (Series y Transformadas) dicen que cualquier señal F(wt) se puede representar por un nivel constante, una señal F0(wt) llamada fundamental y una sumatorias de señales con frecuencias multiples de F(wt): F1(2wt) + F2(3wt)+ F3(4wt)+....
8
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ANALIZADOR DE ESPECTRO
MEDICIÓN DEL ANCHO DE BANDA
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FACTORES QUE AFECTAN LA TRANSMISIÓN
ATENUACIÓN
RUIDO
DISPERSIÓN ( ISI)
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TEORÍA ÓPTICA
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Ventajas de la Fibra Óptica
Enorme ancho de banda Inmunidad a la interferencia electromagnética Tamaño y peso pequeño Rígido y flexible Baja perdida en la transmisión Seguridad en la señal que viaja en el cable Aislamiento eléctrico Potencial bajo costo
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DISPERSION DE LA LUZ ( FOURIER )
REFRACCION
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Índice de Refracción
El índice de refracción, n, es un numero adimensional que expresa la proporción de lavelocidad de la luz en el espacio al vacío (Co), y la velocidad de la luz (V) en un medioespecifico.
n = Co V
En el Vacío n = 1.0
V = Co
En un medio “X”n > 1.0
V < Co
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Índices de Refracción
Vacío 1.000
Aire 1.0003
Agua 1.33
Cuarzo 1.46
Vidrio 1.50
Diamante 2.00
Silicon 3.40
Índices de Refracción Típicos Algunos Materiales
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•Cuando el índice de refracción del segundo medio es mayor que el índice de refracción del primer medio (n2 > n1), el rayo de luz se
acerca a la normal.
•Cuando el índice de refracción del segundo medio es menor que el índice de refracción del primer medio (n2 <n1), el rayo de luz se
aleja de la normal.
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REFLEXION DE LA LUZ 21
El ángulo crítico viene dado por:
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Apertura Numérica, Ángulo y Cono de Aceptancia
revestimiento
n = 1.0003
n = 1.470
núcleo
rayo de luz
cono de Aceptancia
normal
ángulo deaceptancia
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![Page 23: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/23.jpg)
Analogía 1
Tubo de gran diámetro
Tubo de pequeño diámetro
Analogía 2
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![Page 24: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/24.jpg)
Fibra Multimodo
revestimiento
n = 1.470núcleo
buffer
rayos de luz
rayos de luz
n = 1.003
Fibra Monomodo
revestimientonúcleo
buffer
rayo de luz
rayo de luz
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Fibra de Índice Escalón
revestimiento
n = 1.470núcleo
buffer
rayos de luz
rayos de luz
n = 1.003
Fibra de Índice Gradual
revestimiento n
núcleo
buffer
rayos de luz
n 5n 4
n 3n 2
n 2n 3
n 4n 5
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Figura Nro. 22.- Dispersión Modal
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CARACTERÍSTICAS DE TRANSMISIÓN DE LAS FIBRAS
ATENUACIÓN: REPRESENTA LAS PÉRDIDAS DE POTENCIA LUMINOSA POR UNIDAD DE LONGITUD Y ESTÁN EXPRESADAS EN dB/km, A PARTIR DE LA RELACIÓN:
= (10/L) log (Po/ PL)donde: es el coeficiente de atenuación L la longitud de la fibra en kilómetros Po la potencia luminosa de entrada a la fibra PL la potencia luminosa de salida de la fibra
LA ATENUACIÓN AFECTA LA LONGITUD DEL ENLACE SIN REGENERADORES.
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VENTANAS DE TRANSMISIÓN ÓPTICA
El coeficiente de atenuación (dB/Km) de la fibra depende de la longitud de onda. Tres ventanas de transmisión actualmente utilizadas:
en los alrededores de 0,85mFibras Multimodo: aproximadamente 2,5 dB/Km.Fibras Monomodo: aproximadamente 2 dB/Km.
en los alrededores de 1,30m Fibras Multimodo: aproximadamente 1 dB/Km. Fibras Monomodo: aproximadamente 0,4 dB/Km.
en los alrededores de 1,55m Fibras Monomodo: aproximadamente 0,2 dB/Km.
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VENTANAS DE TRANSMISIÓN ÓPTICA
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CAUSAS DE LA ATENUACIÓN ÓPTICA
• ABSORCIÓN:* ULTRAVIOLETA* INFRAROJO* IONES METÁLICOS* IONES OH
• DISPERSIÓN DE RAYLEIGH
• IMPERFECCIONES DE LA FIBRA ÓPTICA (MICROCURVATURAS)
• CURVATURAS30
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CAUSAS DE LA ATENUACIÓN ÓPTICA• ABSORCION :
– ULTRAVIOLETA (SiO2): 0.1 dB/Km a 0.8 m
0.05 dB/Km a 1 m
0.01 dB/Km a 1.5 m
– INFRAROJO (SiO2): 0,01 dB/Km a 1.5 m
1 dB/Km a 1.8 m– IONES METALICOS :1 PPM de Fe en SiO2 puede causar 130 dB/Km dc pérdidas en 0.85 m
– IONES OH: 1 dB/Km a 0.945 m
2.8 dB/Km a 1.24 m
65 dB/Km a 1.38 m
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CAUSAS DE LA ATENUACIÓN ÓPTICA
• DISPERSION DE RAYLEIGH:
Variaciones de la densidad y concentración de los materiales dopantes.
Varía en forma proporcional a -4
Ej: Fibra Multimodo (AN= 0.17 ; = 10-2):
* 1.6 dB/Km a 0.85 m
*0.47 dB/Km a 1.3 m
Ej: Fibra Monomodo ( = 10-2):
* 0.33 dB/Km a 1.3 m
*0.14 dB/Km a 1.55 m 32
![Page 33: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/33.jpg)
DISPERSION DE RAYLEIGH
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![Page 34: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/34.jpg)
CARACTERÍSTICAS DE TRANSMISIÓN DE LAS FIBRAS
• DISPERSION : REPRESENTA EL ENSANCHAMIENTO Y LA DISTORSIÓN DE LOS PULSOS TRANSMITIDOS, HACIÉNDOSE INDISTINGUIBLES PARA EL FOTORECEPTOR.
LA DISPERSIÓN ES FUNCIÓN DE LA LONGITUD DE FIBRA: CUANTO MAYOR SEA SU LONGITUD MAYOR SERÁ SU EFECTO.
AFECTA EL ANCHO DE BANDA DEL SISTEMA Y POR ENDE A LA VELOCIDAD (bits/seg) Y A LA CAPACIDAD DE TRANSMISIÓN (Número de canales a transmitir).
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![Page 35: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/35.jpg)
MEDIDA DE LA DISPERSIÓN
SI EL IMPULSO DE ENTRADA ES GAUSSIANO DE ANCHO EFICAZ s1 (AL 50% DE T1), EL IMPULSO DE SALIDA TAMBIEN ES GAUSSIANO DE ANCHO EFICAZ s2 (AL 50% DE T2) :
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![Page 36: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/36.jpg)
DISPERSIÓN EN LA FIBRA ÓPTICA
• DISPERSION TOTAL vs ANCHO DE BANDA DEL SISTEMA:
0,187
y B= T
T : ENSANCHAMIENTO EFICAZ TOTAL PRODUCIDO POR LA FIBRA
DOS CONTRIBUCIONES INDEPENDIENTES EN LA DISPERSION TOTAL:
• DISPERSION INTERMODAL (m ) (FIBRAS MULTIMODO)
• DISPERSION CROMATICA ( c ) :
*DEBIDA AL MATERIAL (MAT)
*DEBIDA A LA GUIA DE ONDAS (GO)
c = MAT + GO36
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DISPERSION TOTAL vs LONGITUD DE FIBRA
T 2( L) = c
2 ( L) + m 2 ( L)
EN GENERAL SE EVALÚA LA DISPERSION EXPRESADA EN (ns / km) o
EN ( ps / km) Y LUEGO PARA LA LONGITUD TOTAL DE FIBRA (L en Kms.)
*DEPENDENCIA DE LA DISPERSION MODAL CON LA LONGITUD
m ( L) = m . L E
coeficiente de concatenación que toma en cuenta el acoplamiento entre los modos por causa de microcurvaturas, curvaturas, empalmes y conectores. Dado por el fabricante de la fibra y su valor está comprendido entre 0.5 y 1.
*DEPENDENCIA DE LA DISPERSION MODAL CON LA
LONGITUDc ( L) = c . L37
![Page 38: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/38.jpg)
Dispersión Modal
Es el ensanchamiento de un pulso de luz debido a las múltiples rutas que toma en el núcleo de la fibra, y que ocasionan el retardo en la llegada de los distintos haces de luz que componen al pulso original.
revestimiento
núcleo
buffer
Fuente de luz
rayos de luz
fibra
![Page 39: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/39.jpg)
DISPERSIÓN EN LA FIBRA
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![Page 40: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/40.jpg)
DISPERSION INTERMODALOCASIONADA POR DIFERENCIA DE TIEMPOS QUE TARDAN LOS MODOS EN RECORRER LA FIBRA
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![Page 41: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/41.jpg)
DISPERSION INTERMODAL
41
![Page 42: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/42.jpg)
Dispersión Cromática
Es el ensanchamiento de un pulso de luz ocasionado por su descomposición en distintas longitudes de onda cuando viaja en núcleo de la fibra. Debido a que cada longitud de onda tiene una velocidad distinta de propagación llegan en tiempos distintos en el extremo emisor.
fibra
y
1
y
2
1+2
y
1+2
y
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![Page 43: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/43.jpg)
DISPERSION CROMÁTICA
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![Page 44: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/44.jpg)
DISPERSION CROMÁTICA
44
![Page 45: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/45.jpg)
DISPERSION CROMÁTICA
45
![Page 46: Clase 1](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022052907/559338d21a28ab301e8b45ba/html5/thumbnails/46.jpg)
LED
ANCHO ESPECTRAL
LASER
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Características LED Laser
Ancho espectral 20-60 nm 0.5-6 nm
Corriente 50 mA 150 mA
Potencia de salida 5 mW 100 mW
Apertura númerica 0.4 0.25
Velocidad 100 MHz 2 GHz
Tiempo de vida 10,000 hrs. 50,000 hrs.
Costo $1.00- $1500 USD$100 - $10000 USD
Características típicas de los LEDs y los Lasers
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