Fibra Óptica

Realizada por: Armando Sánchez Montero

A.S.M© 2010

asamonciclista@hotmail.com

Hoy es Hoy es lunes, 10 de abril de lunes, 10 de abril de 20232023 y ahora mismo son y ahora mismo son

las las 11:48:55 a.m.11:48:55 a.m.

INDICE

Fundamentos de la fibra óptica.

Conectores.

Empalmes de F.O

Transmisión en la fibra óptica

Seguridad de la fibra óptica.

Comprobación en la F.O

Fundamentos de la Fibra Óptica

Indice del seminario

• 1790 Sistemas ópticos de telegrafo (Chappe/France)

• 1870 Dirección ligera en un chorro del agua(J.Tyndall / UK)

• 1880 Photophon (G.Bell / USA)

• 1934 Sistema de teléfono óptico (R.French / USA)

• 1960 Primer Laser utilizable (T.H.Maiman / USA)

• 1965 Fibra 20 dB/km

• 1970 Fase de modo simple < 20 dB/km

• 1995 Fibra 0,25 dB/km (1550 nm)

Historia

Servicios ofrecidos hoy y en el futuro

• Pago por canal, Pago por visión, pago por radio

• Teleaprendizaje / Teleenseñanza

• Televisión digital interactiva

• Servicios en demanda (Compra en casa)

Sistemas de red nuevos

• Fibra para la casa (FTTH)

• Fibra sobre el escritorio (FTTD)

• Voz a traves de IP (VoIP)

Internet

• Comercio electrónico, etc....

Tendencias en la telecomunicación

Requerimientos de ancha de banda

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

1975 1980 1985 1990 1995

RS 232

DEC VAX

IBM 3270IBM AS 400

4 Mb/s Token Ring

10-BASE-T Ethernet16 Mb/s Token Ring

55 Mb/s ATM

Full Motion Video

622 Mb/s1 Gb/s

100 Mb/s

10 Mb/s

1 Mb/s

100 Kb/s

10 Kb/s

1 Kb/s

TP-DDI

2000

CAT.1 / 2

CAT 3

CAT 4

CAT 5

CAT 6

LWL

LWL

2005

100000010 Gb/s

xDSL

Ancho de Banda

Depositos ilimitados de material

Seguridad – dificultad para “pinchar“

Capacidad extremadamente alta de ancho de banda

Inmunidad a las interferencias electricas (no hay problemas EMV)

Seguridad - ningun flujo eléctrico en la corriente

Excepción – separación galvánica

Ninguna charla cruzada

Baja atenuación

Bajo peso frente al cobre

Diametro de cable pequeño frente al cobre

buenas características de flexión

Ventajas de la fibra óptica (FO)

application bandwidth rangesecure for

interferencepotential

separation weightwide area x x xmilitary x x x x xLAN x x x xmining x xshipbuilding x xaircraft & spaceindustry x x xautomotive x x

Aplicaciones de la Fibra Óptica

Cableado Estructurado EN 50173 / ISO 11801

Fibra Óptica

Fibra Óptica

Fibra Óptica /cobre

Fibra al escritorio(FTTD)

¿Que es la luz ...?

Isaak Newton La luz consiste en la salida de muchas pequeñas particulas - „Korpuskeln“

C. Huygenes Suaves speads saliendo en una oscilación periodica haciatodos los lados

Max Planck La energia de la radiación al igual que la luz consiste en lasalida de varios paquetes pequeños de energia incargablesllamadas particulas

Albert Einstein La radiación de la luz es la secuencia singularde pequeñasparticulas llamadas fotones

Los físicos hoy La luz tiene dos formas diferentes:1) Luz de A-B ->> Teoria de onda2) Luz de objeto a objeto ->> Teoria de fotón

Teorías Físicas

+

-

1 cyclewavelength

timedistance

Frecuencia / Longitud de Onda

• El índice binario se relaciona directamente

con la frecuencia, medida en hertzios

• El requisito de la frecuencia de redes de ordenadores

modernas es alto, se mide Hertz MEGA, (megaciclo)

o GIGA Hertz (GHz): 1 Megaciclo = 1.000.000

Hertzios 1 GHz = 1.000.000.000 Hertzios

• El término que cuantifica el requisito de la frecuencia es el ancho de banda. Una anchura de banda más alta significa más capacidad de la señal

• El ancho de banda esta relacionado con la longitud del cable. Esto se llama el producto de la longitud-anchura de banda que se mide en el kilómetro de MegaHertz (MHz.km).

Los cables de fibraóptica tienen una anchura de banda típica de 500MHz.km, en donde los cables de cobre de CAT5 y el rango CAT6 tiene una actual anchura de banda entre de 100/200 megaciclos sobre 100 metros.

Subsonic 0

Cosmic Rays

Gamma RaysX-Rays

Ultraviolet Light

Visible LightInfrared Light

Radar and TVFM Radio

Short-wave RadioAM Radio

Sound

Frequency (Hz)1022 ––––––

1020 ––––––

1021 ––––––

1019 ––––––

1017 ––––––

1018 ––––––

1016 ––––––

1014 ––––––

1015 ––––––

1013 ––––––

1011 ––––––

1012 ––––––

1010 ––––––

108

––––––

109

––––––

107 ––––––

105 ––––––

106 ––––––

104 ––––––

102 ––––––

103 ––––––

10 ––––––

Ultraviolet

Violet

Yellow

Orange

Red

Infrared

Blue

Green

wavelength (nm)

400

455

490

550

580

620

750

800

850

1300

1550

Longitud de onda:

Rapidez de la luzfrequency

Espectro Electromagnético(1)

Espectro Electromagnético(2)

Yellow

Orange

Red

Infrared

Green

Longitud de onda490 nm

550 nm

580 nm

620 nm

750 nm

850 nm1300 nm1550 nm

Longitud de onda:

Rapidez de la luz

frecuencia

0

1

2

3

4

5

6

7

700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600

MM1.Window

MM/SM2.Window

SM3.Window

dB/km

nm

Ventanas Ópticas

• La luz es perdida o atenuada cuando viaja atraves de la fibra. La luz blanca es atenuada mucho más que la luzIR, asi la luz invisible tiene más futuro en el viaje a traves de la fibra.

• Mucha de las perdidas de luz en la fibra óptica ocurren por la dispersión ligera debido a las imperfecciones minuciosas en la base del cristal. Esto se denomina “DISPERSIÓN DE RAYLEIGHT”

• La cantidad de dispersión (por lo tanto pérdida) aumenta como las longitudes de onda conseguidas son más cortas, (más hacia luz visible)

• La ventana de los 850nm está bastante lejos en la región IR para darnos las distancias razonables de la transmisión (los 2-3km) que usan los LED’s barato

Base

Entrada de luz

Luz dispersada de vuelta

Entradade luz

Señalde entrada

Señal de salida

Atenuación

Microtorcimientos Superficie (e.g. rasguños)

Burbujas de aire

Macrotorcimientos

Material defectuoso

Estructura (dispersión)

• Macrotorcimientos y muescas ( debido a la tensión mecánica, a la flexión fuerte, a la presión, a los objetos sostenidos, etc..)

•¡Burbujas de Aire y contracciones (e.j. pobre empalme)

• Arañazos en la superficie de la fibra de los conectores (pulimiento pobre, conectores sucios, dirección mala de los conectores, etc..)

Posibles causas

• Material Defectuoso (particulas de polvo, burbujas de gas, dispersión, etc.)

• Tolerancias del diámetro del revestimiento y de la base

• Microtorcimientos (torcimientos microscopicos)

Causas de atenuación (1)

Video atenuación

La rapidez de la luz en el aireLas ondas electromagnéticas se separan hacia fuera en vacío con la velocidad de la luz

Co = 299.792,458 km/s

El valor redondeado para separarse hacia fuera en el aire (n=1) está casi:

Co = 300.000 km/s

y es bastante bueno para los calculos.

Indice de Refracción nThe movimiento de separación de la luz es dependiente del mateial en el cual la luz sea desprendida :

n = Co / Cm

n = indice de refracciónCo = rapidez de la luz en el aireCm = rapidez de la luz en el material óptico

Refracción (1)

Nivel de separación

media 2(Media ancha - alto n)

media 1(Media fina - bajo n)

La luz refracta o se dobla cuando pasa de una media que tiene un índice de refracción a

una media que tiene un diverso índice de refracción.

Refracción (2)

A un ángulo de incidencia de 90 grados no se dobla. Cualquier al otro ángulo

de incidencia la refracción ocurrirá.

Ø

Ejemplo de refracción

Regla

Agua

Aire

La regla aparece doblada cuando está vista fuera del cristal debido a la refracción

Valores típicos: IOR or n

vacio 1,0aire 1,0003agua 1,33fibra de cristal (MM) en base 1,457fibra de cristal (MM) en revestimiento 1,417fibra de cristal (SM) en base 1.471cristal 1.5-1.9diamante 2.42

Indice de refracción

Reflexión

Si se refleja un rayo de luz, entonces el Ø1 (angulo de incidencia) = Ø2

Nivel de separación

Ø1 Ø2

Media 2(media - alta n)

Media 1(media fina - bajo n)

A los ángulos mayores que el ØC del ángulo crítico, la luz reflejará totalmente el interfaz

entre la base y el material del revestimiento (reflexión interna total). Los actos del interfaz

como superficie reflejada.

ØC

Ejemplo de Reflexión

Apertura numérica

Angulo de aceptación

Ø Apertura numérica AN

AN=n0 · sin = ncore²-ncladding²

Tipicamente tu puedes encontrar la apertura numerica en vez del ángulo de

aceptación. Los valores son aproximadamente AN=0,2 (correspondientes a 11º )

Angulo crítico> Angulo crítico

LED Base

Revestimiento

• El LED produce un haz de luz ancha que contiene millares de rayos o de modos individuales de luz - por lo tanto el término con varios modos de funcionamiento

• El término usado para describir la extensión de las longitudes de onda de la luz producidas por un LED se llama anchura espectral

• Aunque la base de la fibra para la fibra multimodo es muy pequeña, sigue siendo bastante grande corresponder con de cerca la luz que emite la área de un LED.

• Los LED visibles se utilizan a menudo como luces de indicador en el equipo electrónico. Pueden también ser hechos para emitir la luz invisible o infrarroja, ideal para el uso en la óptica de fibra.

Fuente de luz LED

LED Laser

1260 1300 1340 nm 1290 1300 1310 nm

LED vs. LASER

LASER Base

Revestimiento

• El laser produce un haz de luz muy estrecho que hace que el enfoque no se separe es decir se enfoca

• Una fuente de laser tiene una anchura espectral muy baja para los medios que contengan una extensión muy estrecha de longitudes de onda

• Porque la base de la fibra monomodo es muy pequeña, si se utiliza una fuente del LED la mayoría de la energía ligera emitida por el LED se pierde y no se incorpora la base de la fibra. Por lo tanto los LASERs se utilizan más comunmente en sistemas monomodo

• Los dispositivos del laser son mucho más costosos que los dispositivos del LED

Fuentes de Luz LASER

Revestimiento

Revestimiento

Base

ncl

no

ncl

light

Los efectos de la fibra óptica

1 micron0,001 mm

0,001 inch = 0,0254 mm

Pelo humano

0,0889 mm 9 micron(base de la fase monomodo)

Como de grande es un „Micron“?

Capa primaria

revestimiento

base

• La base y el revestimiento de cristal esta hecho de cristal extremadamente puro

• El cristal es así que puro usted podría ver a través de un bloque los 40km de densidad!

• Una capa del acrylato (material plástico) con diámetro de 250 µm (1/4m m) cubre el revestimiento para proporcionar protección, flexibilidad y fuerza extensible a la fibra

• Una capa secundaria del 900 µm (9/10m m) también se utiliza en muchos tipos de formato del cable

• La base lleva la luz

• El revestimiento contiene la luz dentro de la base

Estructura de la fibra óptica

Revestimiento 125 µm

Base 62,5 µm

Capa primaria250 µm

Base 50 µm

• La fibra multimodo (MM), a menudo llamada fibra de comunicaciones de datos, se utiliza en las redes de área local (LANs) con los rangos hasta los 2km

• Hay dos tipos de fibras MM: de 50 µm y 62,5 µm

• Es una mal práctica interconectar diferentes tamaños de base

Fibra Óptica Multimodo (MM)

Revestimiento 125 µm

Base 8-10 µm

Capa Primaria250 µm

• Las fibras monomodo (SM) son denominadas a menudo como las fibras de las telecomunicaciones

• Debido a las mayores distancias necesitadas para el trabajo de las telecomunicaciones , se utiliza una fuente de luz mucho más de gran alcance, un laser

• El laser produce en el SM unicamente un un modo o rayo de luz

• El LASERS tiene el ancho espectral mucho más estrechoque un LED

• Para mantener un monomodo (rayo de luz), la base del diametro necesita ser muy pequeña por lo tanto el diámetro de base de los 8-10µm

Fibra Óptiva Monomodo (SM)

Multi Modo (MM) índice de

progresión (especial)

Multi Modo (MM) índice graduado

MonoModo step index

Revestiento

Base

200 µm250 - 380 µm

50 µm 62.5 µm

100 µm

125 µm 125 µm

125 µm

9 µm125 µm

MonoModo (SM) // MultiModo (MM)

Par de cobre 0,6mm

Par de cobre 0,6mm Fibra Fibra

Cantidad de fibras 6 100 2, 4, 6 100Diametro exterior (mm) 12 31,5 11,5 20Peso (kg/km) 140 1245 100 295

(std.) Longitud de salida (m) 1000 1000 2000 2000Distancia de repeticion (km) 1,5 1,5 50 (SM) 50 (SM)Ancho de banda 300-3400 Hz 300-3400 Hz 150-400 THz 150-400THz

FO vs. Cobre

Per

fil d

e IO

R

Fibra de índice progresión (MM)

Pulso de entrada

Pulso desalida

muchos modos de luz malos ensanchan

el pulso de salida

(dispersión modal)

efecto modal de la dispersión en lafibra de índice de progresión (m)

Indice de progresión (MM)

Bala simple en tubo pequeño

Indice de progresión (SM)

voleo de munición en un tubo grande

Ejemplo de Dispersión Modal

Indice gradiente de la fibra (MM)

Pulso de entrda

Cada modo de luz necesita

aproximamente el mismo tiempo

=> No se ensancha ningun pulso de salida

(no más dispersion modal)

Pulso de salida

Per

fil d

e IO

R

La dispersión modal es compensada en la fibra de indice gradiente (MM)

Fibra Monomodo (indice de progresión)

Pulso de salida

Pulso de entrada

Un modo => dispersión no modal

Indice de progresión de la fibra (SM)

Faltar el radio de flexión mínimo especificado para un cable de la fibra de cristal conduce al aumento

de la atenuación debido al macrotorcimiento.

revestimiento

base

Radio de flexión

Radio minímo de flexión (1)

e.j. Enchufe de

pared

ConectorRadio de

flexión

Radio minimo de flexión (2)

la materia prima es el cristal puro del cuarzo extremo (SiO2)

el cristal del cuarzo es manchado por dotación especial de gas = > por esto que se templa el índice de la refracción

dote a la materia prima rotación = > rotación symetrica

el objeto semitrabajado de la fibra tiene casi 20 milímetros de grueso y casi 800-1000 milímetros de largo

de este objeto semitrabajado se traza la fibra real

condiciones de limpieza de habitación

varios metodos existentes...

Fabricación de la fibra de cristal(1)

OVD (Deposición Exterior Del Vapor) Europa and US

VAD (Deposición Axial Del Vapor) Japón

MCVD (Deposición De Vapor Químico Modificada) USA

PCVD (Deposición Químico De Vapor de Plasma Activado) Philips

PICVD (Deposición De Vapor Químico Del Impulso Del Plasma) Philips

Fabricación de la fibra de cristal (2)

Deposición Exterior Del Vapor (OVD)

Rotación del cilindro (ROD)

SiC4 GeCl4 Gas

atravesando el mechero de gas

Material de base

llama

(1) los gases químicos se depositan sobre la BARRA, formando gradaciones del índice de la base y del revestimiento

(2)El tubo es entonces collapsed (prform)

Material de revestimiento

Fabricación de la fibra de cristal (3)

fibra trazada y capa primaria

• se trazan típicamente 10-25 kilómetros; sin embargo los 150km son posibles

• trazado de la forma previa puede variar el dimetro final de la fibra - nivel de entrada del objeto semitrabajado - temperatura de calentamiento - tensión trazada

preform

oven

measurement of the fiber diameter

coating

coil up

125 m

250 m

Tor

re d

e fib

ra t

raza

da:

15-2

0m h

igh

Fabricación de la fibra de cristal(4)

Revestimiento apretado

la protección del almacenador intermediario

se aplica directamente sobre la fibra

Tubo Perdido

Identificación del tubo externo > de O.D.

de la fibra

Tipo de cables de Fibra Óptica

Cable monomodo

Revestimiento exterior (PVC)

revestimiento

Mienbro de fuerza (kevlar)

capa protectora(PVC)

(primary) capa

base

Construcción del cable

Ejemplo:el cable al aire libre con 4 tubos flojos llenos cada uno con 12 fibras se calificó G50/125 y el elemento del metal en el centro

B • L = 500MHz • km = 0,9 dB/km at 1300nm

A-DSF(L)2Y 4x12G50/125 0,9 F500 LG

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

Bandbreite in MHz/km

Wellenlänge:B 850 nmF 1300 nmH 1550 nm

Dämpfungskoeffizient in dB/km

Manteldurchmesser in µm125 µm140 µm

Kerndurchmesser in µm9 µm50 µm62,5 µm100 µm

FasertypeE EinmodenfaserG Gradientenfaser

Anzahl der Fasern1;2;...

Anzahl der Adern1;2;...

AußenmantelB BewehrungBY Bewehrung mit PVCB2Y Bewehrung mit PE Schutz

1. MantelH LSOHY PVC2Y PE(ZN)2Y PE nichtmetallische Zugentlastung(L)(ZN)2Y PE Schichtenmittel nichtmetallische Zugentlastung

Füllung:F PetrolatfüllungS metallenes ElementQ Quellflies

AderV VolladerD BündeladerW Hohlader

Kabeltype A- Außen; J- Innen

14. LG Lagenverseilung

Especificación del Cable(DIN VDE 0888)

fibra compacta / revestimiento apretado

cable de correción

cable desglosado

tubo perdido

Cables De interior De Fo

coleta = conector con la fibra de 1-3 m

900 mbuffer

50/125 m62,5/125 m8-10/125 m

cable flexible

diametro de salida pequeño

- tensión y presión directamente sobre el cable

=> se utiliza solamente en pequeña mecánica de tensión

Fibra compacta / revestimiento apretado (Interior)

250 mprimarycoating

typ. Cable de corrección = 2 conectores con x metros de fibra

900 mbuffer

50/125 o. 62,5/125 o. 8-10/125 m3 mmbuffer

kevlar as miembro de fuerza

Cable de corrección (Interior)

n x

3m

m c

ab

le

desglosamiento

Mini Desglosamiento... es más y más substituir el cable del desglose classical.

muy fino

extremadamente flexible

de instalación facil

buena relación calidad/precio

Cable desglosado(Interior)

fibra 250 m / 900 m

Tubo perdido

Con relleno protector o vacio

x fibra en tubo perdido insensible contra expansión porque longitud excepcional de la fibra

elementos adicionales del miembro de la fuerza (aramid / kevlar)

- diámetro externo más grande

Tubo perdido (Interior)

Tubo perdido

Cable multitubo

cable de cinta

Cables de salida de FO

Optical fibresCentral Uni tubeSwellable tapeStrength member1.1 mm LSZH sheath

2 arriba sobre 12 fibras en tubo perdido

Tubo perdido (Salida)

insensible contra expansión porque longitud excepcional de la fibra

elementos adicionales del miembro de la fuerza (aramid / kevlar)

relleno de protección para la protección sobre presiones ajenas y humedad

- diámetro externo más grande

2 arriba sobre 12 fibras en x tubos perdidos

ø 2.5 mm FRP strength memberø 2.3 mm loose tubesSwellable wrapping tapeGlass yarns as rodent protection2 mm LSZH sheath

Cable Multimodo (Salida)

insensible contra expansión porque longitud excepcional de la fibra

elementos adicionales del miembro de la fuerza (aramid / kevlar)

relleno de protección para la protección sobre presiones ajenas y humedad

fibra con plastico reforzadode longitud para una estabilidad adicional

- diametro más grande

Cubiertas de cables

• Algunas siglas utilizadas para cubiertas de cables.

• KP: Aramida/fibra de vidrio y Polietileno. • PKP: Polietileno, aramida/fibra de vidrio y polietileno. • SP: Acero y Polietileno. • PSP: Polietileno, acero y polietileno. • ESP: Cinta de acero corrugado y polietileno. • PESP: Polietileno, cinta de acero corrugado. • -R: Relleno de gel (Petrolato).

Revestimiento de protección

Fibra de cinta

Revestimiento de salida„Fibra de cinta“

Cable de cinta (Salida)

ideal para empalmar la masa

permite la reparación facil

dirección fácil de las fibras

Facil identificación

alta cantidad de fibras en el cable

-Más didicultad en producción

- Temperatura de estabilidad más crítica

-Más sensible a los macrotorcimientos

Conectores de Conectores de Fibra ÓpticaFibra Óptica

Conector Biconic

• estilo de tornillo

• Conector de FO antiguo

•Versión Multi- o Monomodo

• Principalmente para sistemas IBM

Conectores SMA / FSMA

• Estilo de tornillo

• Conector de FO antiguo

• Modo Multimodo unicamente

Conector FC / PC

• Estilo de tornillo

• Estandar en Telecomunicaciones en Estados Unidos

• Versión Monomodo principalmente

Conector ST

• Estilo de bayoneta

• estándar actual de LAN

• Versión Multi- o Monomodo

Conector SC

• Estilo de push-pull

• Versión simplesimplex version

• Versión duplex

• Estándar actual de LAN

• Versión Multi- o MonoModo

Empalme FC

• Estandar en telecomunicaciones en US

• Versión principalmente Monomodo

Empalme ST

• Versión simple

• Versión duplex

• Estandar actual de LAN

• Versión Multi- o Monomodo

Empalme SC

• Versión simple

• Versión duplex

• Estandar actual de LAN

• Versión Multi- o Monomodo

Funda llena de silicona Epoxy

Funda partida de Zircona

Funda de Hoja de Trébol

Funda Invertida de Hoja de Trébol

Materiales:• Ceramica• Cobre• Bronce• Plastico

Empalmes de fundas

Dimensión del final de la rectas conectadas con virolas

Final Plano(generalmente entra

en contacto)

Final PC(contacto positivo)

Final con boquete(No contacta)

Virolas

Fibra

Epoxy

KevlarConector

Buffer

Prendado

Epoxy Funda de 3mm

Terminación al cable de fibra óptica

Metodo epoxy

Kevlar

Anillo de prensado

Prensado de la funda Fibra

Cable / Fiber Termination

Metodo Prensado

Conectores SFF (Small Form Faktor)

SC-DC

MT-RJLC

VF-45

Duplex SC(apenas en

comparación)

Opti-Jack

Conectores estandar en el futuro

Video Montaje conector VF-45

Elmpalme de Fibra Óptica

Desplazamiento Angular De la Alineación

Desplazamiento longitudinal (µm)

Perdida (dB)

Monomodo MFD = 9.5µm l = 1.3µm

End Separation

MultiModoCore = 62.5µmNA = 0.27l = 1.3µm

Without In

dex

Matching Gel

With Index

Matching Gel