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1Diseñamos primero,
fabricamos después1 © 2008 TELNET-RI
Adolfo García Yagüe ~ agy@telnet-ri.esVersión 0.0 ~ Mes Año
Capítulo 1 – Conceptos Básicos
Curso de Fibra Curso de Fibra ÓÓpticaptica
Dpto. Ingeniería Producto Cables Ópticos ~ jmlain@telnet-ri.esVersión 1.0 ~ Junio 2005
Diseñamos primero,fabricamos después
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CURSO DE FIBRA CURSO DE FIBRA ÓÓPTICAPTICA
Capítulo 1: Conceptos básicos
Capítulo 2: Cables de fibra óptica
Capítulo 3: Cableado
Capítulo 4: Empalme de la fibra óptica
Capítulo 5: Componentes Ópticos Pasivos
Capítulo 6: Conectores
Capítulo 7: Reflectometría
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CONCEPTOS TECONCEPTOS TEÓÓRICOS (I)RICOS (I)
Un Pulso de luz es una onda electromagnéticaNo hay circulación de corriente eléctrica, sino
propagación de luz (en pulsos y modos)Cada pulso de luz es un campo electromagnético en
propagación o MODO
LOS PULSOS DE LUZ SE PROPAGAN EN UN MEDIO ESPECÍFICO: FIBRA ÓPTICA
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CONCEPTOS TECONCEPTOS TEÓÓRICOS (II)RICOS (II)
Conectores de FO
Cable de FO
Señal ópticaTransmisor
electro-óptico
Diodo LED o LASER
Receptor electro-óptico
Fotodiodo
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5 © 2008 TELNET-RIVentanas de la FO
c = c = λλ··ff c = c = λλ/T/T
Altas Frecuencias Microondas Infrarojos Visible Ultravioleta Rayos X
1.5 µm 1.4 1.3 1.2 1.1 1 900 nm 800 700 600 500
λ
F
100 Km 10 Km 1 Km 100 m 10 m 1 m 1 dm 1 cm 1 mm 100 µm 10 µm 1 µm 100 nm 10 nm 1 nm 100 pm 10 pm
10 k 100 k 1 M 10 M 100 M 1 G 10 G 100 G 1 T 10 T 100 T ...
FRECUENCIAS Y LONGITUDES DE ONDAFRECUENCIAS Y LONGITUDES DE ONDA
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ÍÍNDICE DE REFRACCINDICE DE REFRACCIÓÓN (I)N (I)
Indice de refracción teórico de un medio: relación entre la velocidad de la luz en el vacío c y la velocidad de la luz en el medio vp.
n = c / vp
c = 300.000 Km/segVidrio de la f.o. Comercial: n=1,44
n depende de la λλ en el medio en el medio ⇒ Existen variaciones en la velocidad de propagación de la onda de luz a través de un mismo medio de propagación.
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ÍÍNDICE DE REFRACCINDICE DE REFRACCIÓÓN (II)N (II)
Si Vp no es constante ⇒ las ondas de luz emplean distintos tiempos en recorrer la misma distancia física en la f.o.El tiempo que emplea el pulso lumínico en propagarse depende de un nuevo factor que es el Índice de refracción de grupo ng
ng > nm (1,4466 frente a 1,4616 a 1300nm)
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LONGITUDES DE ONDA: LASERLONGITUDES DE ONDA: LASER--LEDLED
Longitudes de onda
LEDLED Diodo lDiodo lááserser850 nm 1300nm1300 nm 1550 nm
Ancho espectral
LEDLED Diodo lDiodo lááserser40-80 nm 1-2 nm
Comparacion Laser-LED
LED Diodo laser
Más barato Más caro
Multimodo Monomodo
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REFRACCIREFRACCIÓÓN Y REFLEXIN Y REFLEXIÓÓN (I)N (I)
REFRACCIÓN: Cambio de velocidad, dirección y sentido que sufre una onda de luz al incidir sobre otro medio. La propagación de la onda prosigue por el segundo medio.
REFLEXIÓN: Cambio de dirección y sentido que sufre una onda de luz al incidir sobre otro medio con n menor. La propagación de la onda prosigue por el medio inicial.
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REFRACCIREFRACCIÓÓN Y REFLEXIN Y REFLEXIÓÓN (II)N (II)
n1
n2 < n1
11 2
3
1) Rayo incidente2) Rayo reflejado3) Rayo refractado
θ1
θ2
El rayo se aleja de la normalSi θ1 crece θ2 decrecePor encima de cierto ángulo θc sólo hay reflexión: Angulo crítico. θc = 1/sen (n2/n1)
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CARACTERIZACICARACTERIZACIÓÓN DE LAS N DE LAS F.OF.O..
Parámetros geométricos– Diámetro del núcleo– Diámetro del revestimiento o cubierta– Diámetro del recubrimiento primario
Parámetros estructurales– Apertura numérica– Perfil de la fibra óptica– Longitud de onda límite
Parámetros fundamentales de transmisión– Coeficiente de atenuación– Dispersión total / ancho de banda
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Núcleo (Core): Zona interior de la f.o., donde se produce la propagación de la onda de luz. Existe propagación porque nn > nrRevestimiento (Cladding): Capa central concéntrica con el núcleo.Recubrimiento primario (Coating o Jacket): Capa exterior de la fibra óptica, concéntrica con las dos anteriores.
La trayectoria descrita por la onda de luz en su propagación depende de la distribución de los índices de refracción a lo largo de las secciones del núcleo y revestimiento (Perfil de f.o.)
GEOMETRGEOMETRÍÍA DE LA A DE LA F.OF.O..
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PERFIL DE F.O.PERFIL DE F.O.
Perfil de índice de refracción es la distribución del índice de refracción a lo largo de un diámetro de una fibra óptica.
– Perfil gradual: nc no se mantiene constante presentando una sección de forma acampanada ⇒ n es máximo en el centro del núcleo y decrece a medida que nos aproximamos al revestimiento. (MM)
– Perfil escalonado: nc se mantiene constante, presenta una sección recta ⇒ n es máximo en toda la sección del núcleo. (SM/MM)
nr siempre se mantiene constante
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APERTURA NUMAPERTURA NUMÉÉRICARICA
Determina el ángulo máximo de luz incidente ⇒ Sólo la luz incidente bajo la NA se propaga por la fibra.Depende de los índices de refracción n1 y n2.
valores típicos de N.A.0.27 en multimodo0.11 en monomodo
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TIPOS DE FIBRAS: MULTIMODO (I)TIPOS DE FIBRAS: MULTIMODO (I)
Multimodo: salto de índice– Ancho de banda: 100MHz x Km– Poco utilizadas
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TIPOS DE FIBRAS: MULTIMODO (II)TIPOS DE FIBRAS: MULTIMODO (II)
Multimodo: índice gradual– Perfil de índice parabólico: se reduce la dispersión.– Ancho de banda 1000MHz x Km– 62,5/125µm mayor atenuación que 50/125 µm– Atenuación menor a 1300nm que a 850nm– λ utilizadas: 850 y 1300nm– Mayor ancho de banda a 1300nm
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TIPOS DE FIBRAS: MONOMODOTIPOS DE FIBRAS: MONOMODO
Monomodo: salto de índice– El diámetro del núcleo solo permite el modo fundamental:
No hay dispersión modal– Ancho de banda 100GHz x Km– Longitud de onda de corte: 1255nm– Atenuación menor a 1550nm que a 1310nm– λ utilizadas: 1310 y 1550nm
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ATENUACIATENUACIÓÓN (I)N (I)
Tipo FO 850 nm 1300 nm 1550 nm
MM salto índice 5 -12 dB/km
MM Indice gradual 3 - 5 dB/km 0.5-0.7 dB/km
Monomodo 0.3-0.4 dB/km 0.2-0.3 dB/km
Disminución o pérdida de potencia de luz inyectada en la fibra con la distancia.La atenuación A(λ) a una λ entre dos secciones transversales de una f.o. 1 y 2 separadas una distancia L se define como:
– A(λ)=10log (P1(λ)/P2(λ)) (dB)
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ATENUACIATENUACIÓÓN (II)N (II)
Factores que intervienen el la atenuación:– Dispersión Rayleigh o Scattering
– Absorción de la luz
• Dióxido de Silicio (UV, IR)• Iones oxhidrilo (OH) (950nm, 1230nm y 1450nm)
– Curvaturas: se excede el ángulo critico. Radio de curvatura mínimo:máxima curvatura que puede soportar una fibra óptica circunscrita en un mandril de radio: radio de curvatura mínimo, sin variar alguna de sus características de transmisión.
Ventanas de transmisión: 850nm, 1310nm, 1550nm1550nm es la ventana de transmisión de atenuación mínima
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ATENUACIATENUACIÓÓN (III)N (III)
MACROCURVATURAS
ABSORCIÓN
MICROCURVATURAS
SCATTERING
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ATENUACIATENUACIÓÓN (IV)N (IV)
MACROCURVATURAS
ABSORCIÓN
MICROCURVATURAS
SCATTERING
GRÁFICA DE ATENUACIÓN ESPECTRAL
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Ancho de Banda de f.o.: Frecuencia a la que la potencia óptica decae 3dB con respecto a la potencia a frecuencia cero.
Dispersión: es el ensanchamiento del pulso de luz a lo largo de la fibra
– Dispersión modal (Sólo en multimodo)
– Dispersión en el material
– Dispersión en la Guiaonda
– Polarización (PMD) en X e Y la luz viaja a diferentes velocidades, afecta sobre todo en monomodo
DISPERSIDISPERSIÓÓN Y ANCHO DE BANDAN Y ANCHO DE BANDA
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DISPERSIDISPERSIÓÓN MODAL (I)N MODAL (I)
Se produce porque la velocidad del haz de luz cuando se propaga por el núcleo de la f.o. no se mantiene constante.
Dependencia de la dispersión modal con la anchura espectral del haz de luz inyectado.
Menor anchura espectral ⇒ Mayor Ancho de Banda
Limitación ancho de banda f.o. Multimodo ⇒ Dispersión modal. El resto de tipos de dispersión es despreciable (en f.o. MM)
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DISPERSIDISPERSIÓÓN MODAL (II)N MODAL (II)
Fibra multimodo de índice gradual– Menor Vp de los modos de orden inferior que los de orden
superior.– Modos de orden inferior: parte central del núcleo, mayor nx
62,5µm
125µm
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DISPERSIDISPERSIÓÓN MODAL (III)N MODAL (III)
Fibra multimodo de salto de índice– Adelanto de los modos de orden inferior con respecto a los
de orden superior.– Los modos de orden inferior recorren menor camino y la Vp
se mantiene constante ya que nx es constante.
62,5µm
125µm
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Dispersión en el material– Variación del índice de refracción puntual del núcleo de fibra óptica– Vp no se mantiene constante
Dispersión en la Guíaonda– Falta de uniformidad en los fenómenos de reflexión del haz lumínico
que se propaga en el núcleo de la fibra– Dispersión característica de las fibras de salto de índice ya que la
propagación se produce por reflexiones sucesivas.
La suma de estos dos tipos de dispersión es lo que se llama: Dispersión cromática o intramodal. Depende de λ.1310nm es la λ con cero de Dispersión cromática (en SMF)
DISPERSIDISPERSIÓÓN EN EL MATERIAL Y GUN EN EL MATERIAL Y GUÍÍAONDAAONDA
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VENTAJAS DE LA F.O. (I)VENTAJAS DE LA F.O. (I)
Ancho de banda muy elevado (GHz)
Baja atenuación-larga distancia
Inmunidad electromagnética
Tamaño reducido
Bajo peso
Seguridad de la información
Aislamiento eléctrico
Rentabilidad
No hay riesgo de chispas/explosión
El silicio es uno de los materiales más abundantes de la tierra
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VENTAJAS DE LA F.O. (II)VENTAJAS DE LA F.O. (II)
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29 © 2008 TELNET-RI
DESVENTAJAS DE LA F.O.DESVENTAJAS DE LA F.O.
Tecnología compleja: fabricación, instalación, medidas
Coste de los equipos terminales
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VENTAJAS DE DWDM
FIBRAS FIBRAS ÓÓPTICAS ESPECIALES (I)PTICAS ESPECIALES (I)
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Comparación de los tipos de F.O. (I):
FIBRAS FIBRAS ÓÓPTICAS ESPECIALES (II)PTICAS ESPECIALES (II)
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FIBRAS FIBRAS ÓÓPTICAS ESPECIALES (III)PTICAS ESPECIALES (III)
Comparación de los tipos de F.O. (II)– FIBRAS ÓPTICAS CONVENCIONALES
• SMF (G.652B)• DSF (G.653)
– FIBRAS ÓPTICAS ESPECIALES• Low Water Peak SMF (G.652D) : PureBand• NZ-DSF for CWDM & DWDM (G.655A) : PureMetro• Advanced NZ-DSF for DWDM (G.655B) : PureGuide• Ultimate Lowest Attenuation (G.654) : Z Fiber• Submarine Cables : PureCouple• Dispersion Compensation Fiber : PureShaper• Erbium doped fiber
– FIBRAS ÓPTICAS MULTIMODO GIGABIT ETHERNET
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MANEJO DE LA MANEJO DE LA F.OF.O: TENSIONES MEC: TENSIONES MECÁÁNICASNICAS
Toda la f.o. viene probada del fabricante mediante el “PROOF TEST”
100 Kpsi >1% elongación
Esto equivale en f.o. de 125 um a 8.5 N = 850 g
Garantiza la inexistencia de micro-roturas
La f.o. rompe por tracción a aprox. 65 N = 6.5 Kg
34Diseñamos primero,
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Adolfo García Yagüe ~ agy@telnet-ri.esVersión 0.0 ~ Mes Año
Gracias por su AtenciGracias por su Atencióónnwww.telnet-ri.es
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