Perdidas de Potencia en Fibra Óptica

8/18/2019 Perdidas de Potencia en Fibra Óptica

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República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del poder Popular para la Defensa

Universidad Experimental Politécnica de la Fuerza rmada !acional Bolivariana

U!EF" M#R$D

PÉRDIDAS DE POTENCIA EN FIBRA ÓPTICA

%omunicaciones &pticas

Prof' (olcat) Mancilla

*ecci+n, $-%" .* / D01

2uilera %alzadilla nderson El3as %'$, V"45'67.'8.7'

D3az lbornoz Mar3a 9osé %'$, V"44'8::'466'

*;nc


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ÍNDICE

$!-R?DU%%$&!'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''5

-E!U%$&!''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''6

%U** DE @ -E!U%$&!'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''6

$!F@UE!%$ DE@ M-ER$@ DE %?!*-$-U%$&! DE@ %!@''''''''''''''''''6

F?RM* DE MED$R @ -E!U%$&!''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''':

-$P?* DE -E!U%$&!'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''':

PREVE!$R @ -E!U%$&!''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''.

-E!U%$&! E! F$BR &P-$%''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''.

P#RD$D* $!-RA!*E%*'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''7

P#RD$D* P?R D$*PER*$&!'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''7P#RD$D* @$!E@E* P?R D$*PER*$&!'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''7

D$*PER*$&! R@E$C,'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''7

D$*PER*$&! M$E'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''11

PERD$D !? @$!E@E* P?R D$*PER*$&!'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''11

D$*PER*$&! P?R E*-$MU@%$&! BR$@@?U$!,'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''11

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B*?R%$&! DEB$D R?* U@-RV$?@E-* E $!FRRR?9?*'''''' '''14P#RD$D* E-RA!*E%*''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''15

D$*PER*$&! P?R %URV-UR'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''15

D$*-?R*$&! DE *E@E* E! CUA* DE ?!D* &P-$%*'''''''''''''''''''''''''''16

D$*-?R*$&! DE PU@*?''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''16

GHU# %U* @ D$*-?R*$&! DE @?* PU@*?* DE E!-RDI''''''''''''''''16

RE-RD? DE CRUP?''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''1:

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B$B@$?CRFA''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''1=

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ATENUACIÓN

En telecomunicaci+n> se denomina atenuaci+n de una seLal> sea esta acústica> eléctrica u+ptica> a la pérdida de potencia sufrida por la misma al transitar por cualuier medio de

transmisi+n' *i introducimos una seLal eléctrica con una potencia P4 en un circuito pasivo>como puede ser un cable> esta sufrir; una atenuaci+n ) al final de dic la atenuaci+n no suele expresarse como diferencia de potencias sino enunidades lo2ar3tmicas como el decibelio> de maneKo m;s c+modo a la siendo uno de los m;s peueLos el de la fibra +ptica Nse


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FORMAS DE MEDIR LA ATENUACIÓN

@a forma m;s fiable de medir la atenuaci+n en un canal consiste en in)ectar sucesivamente a la entrada del canal seLales sinusoidales puras de distintas frecuencias> pero todas con el mismo nivel de potencia' *e toman las medidas de potencia a la salida dela l3nea de transmisi+n> ) a la entrada de la misma> para as3 en launi+n se produce una variaci+n del 3ndice de refracci+n lo cual 2enerareflexiones ) refracciones> sum;ndose a la presencia de impurezas> todo estoresulta en una atenuaci+n' *e mide en ambos sentidos tom;ndose el promedio'@a medici+n en uno de los sentidos puede dar un valor ne2ativo> lo cual

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parecer3a indicar una amplificaci+n de potencia> lo cual no es posible en unempalme> pero el promedio debe ser positivo> para resultar una atenuaci+n'

Epa'e% proe"ia"o%

El resultado real de la medici+n de un empalme se obtiene midiéndolo desde unextremo> lue2o> en otro momento se medir; desde el otro> ) finalmente se tomar; comoatenuaci+n del empalme el promedio de ambas Nsuma sobre 4O'

Fi2ura 4' Representaci+n 2r;fica del método de medici+n de empalmes con un ?-DR'

Epa'e% atenua"o%

En al2unos casos> la atenuaci+n de un tramo de F? es tan baKa ue en el final del mismola seLal +ptica es demasiado alta ) puede saturar o daLar el receptor' Entonces es necesario provocar una atenuaci+n controlada ) esto se con lafunci+n de empalme atenuado'

Fi2ura 5' %ausales de atenuaci+n 2eométrica'

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Entonces> para realizar empalmes atenuados una empalmadora puede desalinear losnúcleos o darle un li2ero ;n2ulo a una de las dos fibras'

PRE(ENIR LA ATENUACIÓN

Para prevenir ) disminuir la atenuaci+n en los medios de transmisi+n se usan repetidoreso amplificadores para extender las distancias de la red m;s all; de las limitaciones delcable'

Un repetidor es un dispositivo electr+nico ue recibe una seLal débil o de baKo nivel ) laretransmite a una potencia o nivel m;s alto> de tal modo ue se puedan cubrir distanciasm;s lar2as sin de2radaci+n o con una de2radaci+n tolerable' @os repetidores se utilizan amenudo en los cables transcontinentales ) transoce;nicos )a ue la atenuaci+n Npérdida deseLalO en tales distancias ser3a completamente inaceptable sin ellos' @os repetidores seutilizan tanto en cables de cobre portadores de seLales eléctricas como en cables de fibra+ptica portadores de luz' @os repetidores se utilizan también en los servicios de

radiocomunicaci+n'

ATENUACIÓN EN FIBRA ÓPTICA

@a pérdida es considerada el factor fundamental ue limita el rendimiento de lossistemas de comunicaci+n por fibra +ptica' @as pérdidas reducen el promedio de potenciaue lle2a al receptor'

@a distancia de transmisi+n es una limitante in si

consideramos ue los receptores reuieren una cantidad m3nima de potencia para reconocer la seLal de transmisi+n'

@as ventaKas dadas por la baKa atenuaci+n presentada por las fibras +pticas respecto aconductores convencionales se expresan en el si2uiente dia2rama,

.


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Fi2ura :' tenuaci+n con respecto a la frecuencia en diferentes tipos de medio de trasmisi+n'

@a fi2ura ue si2ue nos muestra el espectro de la curva de atenuaci+n de una t3pica fibra+ptica


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@a tenuaci+n puede ser causada por varios factores los cuales pueden ser clasificadosen dos cate2or3as, $ntr3nsecos ) Extrinsecos'

Atenuación Intr)n%eca, ?curre debido a al2o interno o in ) est;

causada por las impurezas del vidrio durante el proceso de fabricaci+n' @a m;s precisametodolo23a de fabricaci+n no a pesar de ue losadelantos tecnol+2icos


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PÉRDIDAS INTRÍNSECAS

PÉRDIDAS POR DISPERSIÓNPrimer tipo de atenuaci+n intr3nseca> las diferentes formas de dispersi+n son la causa de

atenuaci+n m;s frecuente en la fibra +ptica> se clasifican se2ún la manera en ue modificanel modo de propa2aci+n> pueden ser lineales o no lineales'

PÉRDIDAS LINEALES POR DISPERSIÓN

@a dispersi+n lineal transfiere parte de la potencia contenida en un modo de propa2aci+n

a otro modo de forma lineal' Este proceso produce una atenuaci+n )a ue parte de la potencia transferida puede pasar a un modo no permitido ue ser; radiado al exterior' ?tracaracter3stica de este tipo de pérdidas es ue no la dispersi+n de Ra)le2< representa cerca del 78S de la atenuaci+nde una fibra +ptica' Es causado por las in peueLas alcompararlas con el tamaLo de la lon2itud de onda transmitida' Estas in no ocurrir; atenuaci+n> *i la luz es dispersada con un ;n2ulo ue no soporta un

viaKe frontal continuo> la luz es desviada fuera del núcleo ) ocurre una atenuaci+n' l2o deluz es refleKada


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direcciones' l2o de la luz difractada continúa recorriendo la fibra> ) al2o escapa a travésdel revestimiento'

Fi2ura .' Ra)o +ptico dispersado en múltiples direcciones'

@a dispersi+n debido a estas in ue ocurren en todas direcciones

produce una atenuaci+n proporcional a λ

4 se2ún la f+rmula,

γ R=8π

3

3 λ4 (n8 . p2. βc . K .T F ) N5O

Entre los términos de los ue depende la relaci+n anterior nos interesan n ue es el

3ndice de refracci+n ) T F ue es una temperatura ficticia ue depende del método de

fabricaci+n' Podemos apreciar ue la atenuaci+n disminu)e con la lon2itud de onda> con loue es preferible ir a lon2itudes de onda ma)ores NinfrarroKo medio o leKanoO ) a 3ndices derefracci+n menor Nla elecci+n del material también cuentaO'

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Fi2ura =' Pérdida por dispersi+n de Ra)lei2< en funci+n de la lon2itud de onda'

DISPERSIÓN MIE

@a dispersi+n lineal también puede ser causada por in


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@a fibra +ptica no siempre se comporta como canales de transmisi+n lineales en loscuales el incremento en la potencia de entrada impliue un incremento proporcional de la potencia de salida' a) varios efectos no lineales ue provocan un incremento mu) alto enla atenuaci+n' Este efecto ocurre para elevadas potencias +pticas' Esta dispersi+n no lineal

2enera ue la potencia de un modo sea transferida a otro> tanto en la misma direcci+n de propa2aci+n como en la contraria> este otro modo tendr; adem;s una lon2itud de ondadistinta' Esta dispersi+n depende fuertemente de la densidad de potencia +ptica ) s+lo essi2nificativa sobre determinados umbrales de potencia' @os dos tipos de dispersi+n m;simportantes son la dispersi+n por estimulaci+n Brillouin ) Raman'

DISPERSIÓN POR ESTIMULACIÓN BRILLOUIN!

Puede explicarse como una modulaci+n de la luz debida a vibraciones térmicasmoleculares en el interior de la fibra' @a luz dispersada aparece como unas bandas de

frecuencia laterales Ncomo una modulaci+n de frecuenciaO> estas bandas laterales aparecenen la transmisi+n en la direcci+n contraria a la de la luz dispersada'

parte de detalles f3sicos ue no son nuestra prioridad podemos establecer ue el umbral

de potencia PB para el ue aparece esta dispersi+n es,

PB=4,4 x 10−3d2 λ

2α dB v watios N6O

Donde d es el di;metro del núcleo de la fibra ) T es la lon2itud de onda transmitida>

ambas en micr+metros>α

dB es la atenuaci+n de la fibra en decibelios por Qil+metro )v es el anc


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ABSORCIÓN

Es el se2undo tipo de atenuaci+n intr3nseca' @a luz es absorbida debido a las propiedadesu3micas o impurezas naturales en el vidrio' De manera similar a la dispersi+n> la absorci+n puede ser limitada mediante el control de las impurezas durante el proceso de fabricaci+n'Este tipo de absorci+n representa entre el 5":S de la atenuaci+n de una fibra'

ABSORCIÓN DEBIDA A RA+OS ULTRA(IOLETAS E INFRARRO.OS

Este mecanismo de pérdidas se debe a la interacci+n existente entre los fotones ueviaKan por la fibra ) las moléculas ue componen el núcleo' @a ener23a fot+nica se cede en

parte a las moléculas de s3lice ue van encontrando los fotones en su camino> produciendovibraciones en las mismas' @a absorci+n debida a la componente de radiaci+n ultravioletade la luz transmitida decrece exponencialmente con la lon2itud de onda> ) es casidespreciable a partir de los 1000 nm' @a debida a los ra)os infrarroKos se ori2ina por lasvibraciones entre ;tomos de silicio ) ox32eno> creciendo exponencialmente con la lon2itudde onda> pero no es apreciable


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Fi2ura 10' Macrocurvatura en Fibra &ptica'

-ambién se dan cuando> al aumentar la temperatura ) debido a la diferencia entre los

coeficientes de dilataci+n térmica entre fibras ) buffer> las fibras se curvan dentro del tubo'

Fi2ura 11' Microcurvatura en Fibra &ptica'

DISTORSIÓN DE SE0ALES EN ,UÍAS DE ONDASÓPTICAS

DISTORSIÓN DE PULSO

?curre cuando los pulsos de entrada se ensanc lle2ando

al punto extremo ue puede aumentar la interferencia entre s3mbolos Ninter s)mbolinterference> $*$'O'

1:


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Fi2ura 14' Representaci+n 2r;fica de la $nterferencia entre s3mbolos'

12UÉ CAUSA LA DISTORSIÓN DE LOS PULSOS DE ENTRADA3

-al ) como muestra la anterior fi2ura> la luz ue entra a la fibra tiene múltiples modos de propa2aci+n> unos de baKo orden ) otros de alto orden' %omo los modos de alto ordenrebotan m;s veces antes de lle2ar al punto final> recorren una ma)or distancia ) sedemorar;n en lle2ar un poco m;s de tiempo ue los modos de baKo orden' Por esto es uelos pulsos se distorsionan' %uando al éstos ensanc es el retardo de transmisi+n de informaci+n

modulada sobre una portadora' Representa el retardo real de la seLal de informaci+n'Retardo de 2rupo' @a fase NWO> en radianes o en 2rados> puede ser especificada

directamente o también mediante la funci+n denominada retardo de 2rupo> ue se definecomo,

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τ (ω )=∂Φ (ω)∂ω N8O

El retardo de 2rupo τ (ω ) expresa el retardo experimentado por el entorno de una

componente de pulsaci+n W del espectro de la seLal de entrada' @a funci+n de retardo de2rupo es utilizada a menudo como especificaci+n para el diseLo de un filtro> especialmentecuando es importante el comportamiento en el dominio del tiempo> como en los sistemas detransmisi+n de datos'

DISPERSIÓN CROM4TICA O EN ,UÍA DE ONDAS

@os diodos emisores de luz N@EDO emiten ases ue contiene una combinaci+n delon2itudes de onda' %ada una de ellas> en la seLal de luz compuesta> viaKa a distintavelocidad> en consecuencia> los ra)os de luz ue emite un @ED ) ue al mismo tiempo se propa2an por una fibra +ptica no lle2an al extremo opuesto al mismo tiempo' Esto da comoresultado una seLal recibida distorsionadaX denomina distorsi+n crom;tica' *e Puedeeliminar usando una fuente monocrom;tica> como por eKemplo un diodo laser de in)ecci+nN$@DO' @a dispersi+n crom;tica o de lon2itudes de onda solo se presenta en fibras contransmisi+n unimodal'

mbas dispersiones dependen del ran2o de lon2itud de onda de la seLal>afortunadamente la dispersi+n puede tener diferentes s3mbolos> dependiendo si le velocidad

de la luz en la fibra se incrementa o disminu)e con la lon2itud de onda' De esta manera lasdispersiones de 2u3a de onda ) crom;tica se cancela una a otra en un punto cercano a 1'51mm en una fibra standard del tipo step"index tal como se muestra en la fi2ura' %ambiandoel diseLo de la intercara núcleo"claddin2 se puede alterar la dispersi+n de 2u3a de onda ) as3cancelar la dispersi+n crom;tica en otra lon2itud de onda'

1.


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Fi2ura 15' Dispersi+n en una Cu3a de ?ndas

DISTORSIÓN DE SE0ALES EN FIBRAS MONOMODO

@a fibra monomodo utiliza el 3ndice de refracci+n escalonado ) una fuente de luzenfocada> la cual limita los ra)os a un ran2o mu) peueLo de ;n2ulos> cercanos a la ori2ina ue el ;n2ulo cr3tico este mu) cercano a los 70Y para con 2radiente escalonado ) monomodo'

1=

http://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtml


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Fi2ura 16' %omparaci+n entre los modos de transmisi+n'

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CONCLUSIÓN

En uno de los extremos de la fibra se sitúa una fuente de luz estable> la cual emite unaseLal continua en una lon2itud de onda determina> mientras ue en los otros extremos el

medidor detecta dic unade las ventaKas de los diferentes euipos es ue permiten obtener resultados en forma bidireccional mediante el control técnico en cada extremo' En al2unos casos> la atenuaci+nde un tramo de F? es tan baKa ue en el final del mismo la seLal +ptica es demasiado alta ) puede saturar o daLar el receptor' Entonces es necesario provocar una atenuaci+ncontrolada ) esto se con la funci+n de empalme atenuado'

%uando empalmamos una fibra con otra> en la uni+n se produce una variaci+n del 3ndicede refracci+n lo cual 2enera reflexiones ) refracciones> ) sum;ndose la presencia deimpurezas> todo esto resulta en una atenuaci+n'

*e mide en ambos sentidos tom;ndose el promedio' @a medici+n en uno de los sentidos puede dar un valor ne2ativo> lo cual parecer3a indicar una amplificaci+n de potencia> lo cualno es posible en un empalme> pero el promedio debe ser positivo> para resultar unaatenuaci+n'

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http://www.monografias.com/trabajos14/control/control.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/control/control.shtml


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BIBLIO,RAFÍA

Dann) Melo N*O' Perdidas por dispersi+n scartterin2 de Ra)lei2< ) Mie' Disponibleen,

Perdidas de Potencia en Fibra Óptica

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