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Introduccion
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Dispositivos y Medios de Transmisin ptica
Introduccin
Autor: Carmen Vzquez GarcaColaboradores: Pedro Contreras, Isabel Prez, Jose Manuel Snchez
Grupo de Displays y Aplicaciones Fotnicas (GDAF)Dpto. de Tecnologa Electrnica
Universidad CARLOS III de Madrid
Introduccin
1
Introduccin Introduccin Estructura general sistema de comunicacionesEstructura general sistema de comunicaciones
Fuente de informacinFuente de informacin Transmisor Medio Receptor Destino
2
Fuente deperturbaciones
Comn todo sistema comunicaciones. Diferencia: BANDA FRECUENCIASemplea transmisin.
La luz (portadora ptica) se modula con la seal a transmitir.
Ejemplo digital:
IntroduccinIntroduccin
0"0""1"
>>> PP
dBP
10"1"
DC
AC P1
P0
+
3
dBP
10
"0"
"1"
DC
Necesidad modular la luz emitida por las fuentes pticas para enviar informacin: M1
La fibra ptica transmite esa informacin
Datos
Seal a otro enlace
empalme
conector
Divisor de potencia
Repetidor
Transmisor ptico
pigtail
DriverFuente
ptica
Detector
ptico
Elementos del enlaceElementos del enlace
Detectorptico
Procesador de seal
preamplif
DatosAmplif. ptico
enlace
Receptor ptico
electrnica
Trx ptico
Atenuacindispersin
MedioMedioFOFO
Introduccin: motivacin
The basics
History1970 Low loss FO, 17dB/Km
Desarrollo del mercado de fibra ptica
> 30 years
Wheatherford @
IEEE Lightwave Technologies in Instrumentation &Measurement Conference October 20, 2004
5
Produccin europea en Fotnica
Sigue siendo mercado en auge
La Comisin Europea ha reconocido endocumento oficial a la Fotnica como una de lascinco tecnologas habilitadoras clave (key
Introduccin. Introduccin. MotivacinMotivacin
Tasa crecimiento anual USA:
3,5% componentes pticos 2010: 2700 M$
30 % en sensores 2014: 1600 M$
cinco tecnologas habilitadoras clave (keyenabling technology) que marcarn el futuro de laindustria europea.
Red de Excelencia: 49 sociosRed de Excelencia: 49 socios
VCE: Centros Virtuales de ExcelenciaVCE: Centros Virtuales de Excelencia
TeachingTeaching
Proyectos en tpicos especficos
Building the Future Optical Network in Europe (BONE)
Red de Red de ExcelenciaExcelencia
Proyectos en tpicos especficos
Acciones de movilidad, publicaciones
IntroduccinIntroduccin. . AntecedentesAntecedentes
Medio transmisor: fibra ptica (FO).
19661966, Kao y Hockman sugieren empleo de FO para transmisin a largas distancias, vidrio slice 1000 dB/Km (coaxial 5-10dB/Km).
19701970, Compaa Corning Glass Works:
Emisor: lser
1960,1960, 1er lser funcionamiento, rub material base.
19621962, lser He-Ne 632.8 nm...
19731973, lser semiconductor LD tiempo vida>1000 horas
The Nobel Prize in Physics 2009Charles K. Kao
"for groundbreaking achievements
concerning the transmission of light in
fibers for optical communication
8
19701970, Compaa Corning Glass Works: Kapron, Keck, Maurer obtienen FO 20 dB/Km @ 1m
19721972, 4dB/Km, 19751975 2dB/Km @ 850n
19761976, 0.5dB/Km @ 1300 nm
19791979 0.2dB/Km @ 1.55m 19851985 DSF bajas prdidas y dispersin
19901990 EDFA, amplificacin
19981998 NZDSF, evitar FWM en WDM
vida>1000 horas
19771977 >7000h, 1 LD @ 1300nm
19791979>100.000h, 1 LD @ 1500nmFP, anchura 2-5nm,AlGaAs/GaAs:0.8-0.9InGaAsP/InP: 1.3 -1.5 m.
Mejoras anchura lnea, ancho banda, rango sintona:
DFB (realimentacin distribuda): 1MHz, 10Gb/s
DBR (reflectores Bragg distribudos): 2-10nm, 500 KHz
ECL (cavidad externa): 100KHz, 60 nm
MQW (mltiples pozos cunticos): 270 KHz, >30 GHz
Introduccin.Introduccin.VentajasVentajas e inconvenientese inconvenientes Ventajas?
Insensibilidad interferencias electromagnticas
Ligeras, robustas, flexibles, reducido tamao
Biocompatibles, seguras ( no descargas elctricas)
Bajas prdidas (segn longitud de onda).
9
Bajas prdidas (segn longitud de onda).
Gran ancho de banda
Compatibilidad sistemas de telemetra basados FO: Monitorizacin remota directa y continua.
Inconvenientes? Coste componentes asociados
Manejo y conectorizacin
Introduccin:Introduccin:
Caracterstica ptica de materiales: NDICE DE REFRACCIN (n)
n
]s/m[c]s/m[vmedio = 1: >nSiempre
CAMINO PTICO (Lptico)
Propagacin de la luz en un medioPropagacin de la luz en un medio
10
geomtricoptico LnL =
Ley de Ley de SnellSnell
NORMAL
MEDIO 1 (n1)
MEDIO 2 (n2)
Rayo incidente
Rayo reflejado
Rayorefractado
irefl
refr
refri sennsenn 21 =
n2 > n1: La ley se cumple para cualquier ngulo de incidencia
n1 > n2 : Existe un NGULO CRTICO (C)para el que
2pi =refr REFLEXIN TOTAL (no hay ningn rayo
propagndose en el medio 2)
IntroduccinIntroduccin. . Estructura fsica.Estructura fsica.
Indice refraccin medio: n()=c/v 2 materiales
Indices refraccin distintos
11
refraccin distintos
nncleo>ncubierta
Seccin transversalNcleo a(core) n1;
b; Cubierta, n2(cladding)
Introduccin:Introduccin:Estructura fsica de una fibra pticaEstructura fsica de una fibra ptica
8 62.5m125m245m
12
Diferencia ndices pequea
n
r
1.4651.460
Slice
Salto de ndice (SI)
Introduccin:Introduccin:Espectro electromagnticoEspectro electromagntico
VLFLFMFHFVHFUHFSHF Au-dioMilim-tricas
Comunicacionespticas
Par TrenzadoCable CoaxialGuiaondas
13
Fibras pticas
Nomenclatura
Medios de Transmisin
z = c= 299792,458m/s 30cm/ns (1ft/ns)
Introduccin:Introduccin:Ondas electromagnticasOndas electromagnticas
2
22E
nE
=
14
Describe la luz: (longitud de onda), (frecuencia)Ejemplo: 1550nm 200THz
Campo transversalestacionario
Propagacin
200t
nE
=
( ) ( )ztwjerEE =