Transmision Por Fibra Optica TOPICO

7/24/2019 Transmision Por Fibra Optica TOPICO

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Sistemas de Comunicacionespticas

Escuela de Ingeniera Electrnica

Universidad Privada de Tacna

Ing. Ricardo Sante Zavaleta


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Sistemas de Comunicaciones pticas 2

Objetivos

1. Estudiar cada uno de loscomponentes de un Sistemade Fibra ptica.

2. Aplicar los diferentes criteriosde diseo regidos porNormatividad para Sistemaspticos.

3. Conocer las tcnicasconstructivas de instalacionespticas.


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Introduccion General

Este curso versa sobre las consideraciones de la comunicacin atravs de la fibra ptica, analizando las prestaciones de este medio detransmisin, caractersticas de los cables pticos, dispositivos yaccesorios usados, tomando en cuenta lo necesario para lasinstalaciones de la planta ptica y el anlisis para su diseo.

El primer tpico esta orientado a entender el funcionamiento de la fibraptica como medio de transmisin, en el segundo mdulo estudiaremosa los dispositivos pticos que se utilizan en los sistemas decomunicaciones pticas, para luego pasar a tratar las caractersticas delos cables de fibra ptica y la instalacin de estos. Finalmente

aplicaremos todo lo estudiado, en el diseo de las redes de fibra ptica.


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Contenido

Mdulo 1: Transmisin por Fibra ptica

Mdulo 2: Dispositivos pticos

Mdulo 3: Instalacin de Cables de Fibra ptica

Mdulo 4: Introduccin al Diseo de Sistemas pticos


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MDULO 1

TRANSMISIN POR FIBRA PTICA


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Transmisin por Fibra OpticaOBJETIVOS Describir los sistemas de transmisin pticos revisando conceptos

bsicos asociados a la ptica.

Identificar los tipos de fibra ptica y sus principales parmetros.

Ilustrar la estructura de los cables de fibra ptica y sus principales

elementos.

SUMARIO

1.1 El sistema ptico de transmisin.

1.2 Conceptos bsicos.

1.3 Tipos de fibra ptica1.4 Atenuacin

1.5 Ancho de Banda y dispersin temporal.

1.6 Cables de fibra ptica

1.7 Bibliografa


7/82Transmisin por Fibra ptica 7

Introduccin

El problema tcnico que se trat de resolver para el avance de la fibra ptica resida enlas fibras mismas, que absorban luz que dificultaba el proceso. Para la comunicacinprctica, la fibra ptica debe transmitir seales luminosas que se puedan detectarpor muchos kilmetros. Es aqu donde aparecen los problemas de atenuacin ya que elvidrio ordinario atena grandemente la luz en pocos metros, por lo que se han

desarrollado nuevos vidrios muy puros con transparencias mejores cada vez, lograndoreducir considerablemente la atenuacin, estos vidrios empezaron a producirse aprincipios de los setenta. Este gran avance y el gran ancho de banda que la fibra pticaofrece dieron mpetu a la industria de fibras pticas.

Luego se us el lser o diodos emisores de luz como fuente luminosa en los cables defibras pticas, ambos han de ser miniaturizados para componentes de sistemas fibro-

pticos, lo que ha exigido considerable labor de investigacin y desarrollo. El lsergenera luz "coherente" intensa que genera un haz sumamente estrecho; los diodosemisores de luz "incoherente" son llamados LED que pueden tener muchas tecnologas,los hay para diferentes aplicaciones, son los principales dispositivos en los sistemaspticos.



EL SISTEMA OPTICO DE

TRANSMISION
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1.1 El Sistema ptico de Transmisin

1.1.1 Breve historia de la fibra ptica

Con la invencin y construccin del lser en la dcada de los 60 volvia tomar idea la posibilidad de utilizar la luz como soporte decomunicaciones fiables y de alta potenciabilidad de informacin, debido a

su elevada frecuencia portadora (1014Hz). Por entonces, empezaron losestudios bsicos sobre modulacin y deteccin ptica.

Los primeros experimentos sobre transmisin atmosfrica pusieron demanifiesto diversos obstculos como la escasa fiabilidad debida aprecipitaciones, contaminacin o turbulencias atmosfricas. El empleo defibras de vidrio como medio gua no tard en resultar atractivo:tamao, peso, facilidad de manejo, flexibilidad y coste. En concreto,las fibras de vidrio permitan guiar la luz mediante mltiples reflexionesinternas de los rayos luminosos, sin embargo, en un principiopresentaban elevadas atenuaciones.




1.1.2 El sistema ptico de transmisin por fibra ptica cont.

Un sistema de transmisin por fibra ptica conceptualmente es similara cualquier tipo de sistema de transmisin. Un diagrama de bloques deun sistema de transmisin convencional se muestra en la fig. 1.1, cuya

funcin es transmitir la seal desde la fuente de informacin, sobre elmedio de transmisin, al destino. Por lo tanto, bsicamente el sistemade transmisin consiste de un transmisor/modulador y el multiplexorenlazado a las fuentes de informacin, el medio de transmisin, y unreceptor/demodulador y demultiplexor en el punto de destino.




cont

1.1.2 El sistema ptico de transmisin por fibra ptica

El medio de transmisin puede consistir de un par de conductores de cobre, uncable coaxial o un radio enlace a travs del espacio libre; para el caso delsistema ptico de transmisin el medio es la fibra ptica. Sin embargo,

debe notarse que en cualquier medio de transmisin la seal es atenuada(o sufre prdidas), y est sujeto a degradaciones debido a seales aleatorias oruidos, as como tambin posibles distorsiones impuestos por mecanismosdentro del propio medio.

Por lo tanto, en cualquier sistema de comunicaciones hay una distancia

mxima permitida entre el transmisor y el receptor. Para aplicaciones degrandes distancias, estos factores obligan la instalacin de repetidoras oamplificadores de lnea en ciertos intervalos, para renovar la distorsin deseal y para aumentar el nivel de seal, antes de continuar la transmisin porel enlace.




1.1.3 Ventajas de las comunicaciones por fibra ptica

Ancho de banda: La capacidad potencial de transportar informacin crece con elancho de banda del medio de transmisin y con la frecuencia de portadora. Las fibraspticas tienen un ancho de banda de alrededor de algunos THz, aunque todo este nose usa hoy da. De todas formas el ancho de banda de las fibras excede ampliamenteal de los cables de cobre.

Bajas prdidas: Las prdidas indican la distancia a la cual la informacin puede serenviada. En un cable de cobre, la atenuacin crece con la frecuencia de modulacin.En una fibra ptica, las perdidas son las mismas para cualquier frecuencia de la sealhasta muy altas frecuencias.

Inmunidad electromagntica: La fibra no irradia ni es sensible a las radiaciones

electromagnticas, ello las hace un medio de transmisin ideal cuando el problema aconsiderar son las EMI.

Seguridad: Es extremadamente difcil intervenir una fibra, y virtualmente imposiblehacer la intervencin indetectable, por ello es altamente utilizada en aplicacionesmilitares.

Bajo peso: Un cable de fibra ptica pesa considerablemente menos que un

conductor de cobre.



CONCEPTOS BASICOS



1.2 Conceptos Bsicos

(I) Espectro electromagntico y ventanas de transmisin ptica cont

Las frecuencias y longitudes de onda relativas a los diferentes tipos deondas electromagnticas pueden observarse en el espectroelectromagntico mostrado en la Fig. 1.2. La frecuencia y longitud de onda

estn relacionadas por la siguiente frmula.

donde, C = 3 x 108m/s (Velocidad de la luz en el aire)

En el espectro electromagntico se pueden distinguir tres regiones de

frecuencia ligadas a la "OPTICA" o "LUZ". Estas son: INFRARROJO,VISIBLE Y ULTRAVIOLETA.




(I) Espectro electromagntico y ventanas de transmisin ptica

Las regiones infrarrojas (0.75 a 4,000 mm) y ultravioleta (0.005 a 0.39 mm)corresponden a longitudes de onda que no son visibles para el ojohumano. La regin de ondas visibles (0.39 a 0.75 mm) corresponde a

longitudes de onda que son visibles para el ojo humano, distinguindose lalongitud de onda en 0.43 mm como el color violeta y en 0.68 mm como elcolor rojo.

Las zonas espectrales de trabajo en las que se centran los desarrollosactuales de los sistemas de transmisin por fibras pticas son loscorrespondientes al infrarrojo prximo. Dichas zonas denominadas"ventanas" sitan espectralmente las energas luminosas que hoy sonposibles de generar, transmitir y detectar con mxima eficiencia yconfiabilidad.




La denominada "primera ventana", en la cual se lograron los primerosdesarrollos, se encuentran en la zona entre 800 y 900 n.m. La "segundaventana", cuya aplicacin se ha hecho extensivo en gran escala a nivelmundial, se sita alrededor de 1300 nm. La "tercera ventana", que es unade las de mayor inters, se encuentra en la inmediaciones de 1.55 um. Lacuarta ventana que se encuentra a continuacin de la tercera y finalmentela quinta ventana cuyas expectativas de uso son grandes y est ms allde 1380 nm. Ver fig. 1.3

Figura 1.3: Ventanas de

trabajo de la fibra pticade acuerdo al grfico deAtenuacin vs. Longitudde Onda




(II) Velocidad de la luz e ndice de refraccin.

Donde "n" es el ndice de refraccin del medio. El ndice de refraccin de unmedio se define como la relacin entre la velocidad de la luz en el vaco y suvelocidad en el medio:




(III) Reflexin y refraccin de la luz

Siempre que un haz de luz desde un medio con un ndice de refraccin n1(tal como el aire), incida sobre otro medio de diferente ndice de refraccinn2 (tal como el vidrio), una parte del haz es reflejado dentro del medio de

origen y la otra parte es refractada cruzando el lmite entre los dos medios. El haz es reflejado en un ngulo igual al ngulo de incidencia . Notar

que los ngulos son medidos con respecto a una lnea normal al lmite delos dos medios.

El haz de luz es refractado, segn la ley de Snell:

El ngulo es el ngulo del haz refractado con respecto a una lnea normalal lmite entre los dos medios.




Podr notarse desde la ecuacin anterior que cuanto mayor sea n1 conrespecto a n2, mayor ser el ngulo de refraccin con respecto al ngulo deincidencia. As, cuando el ngulo de refraccin es de 90y el haz refractadoemerge paralelo al lmite entre los dos medios, el ngulo de incidencia esmenor de 90(n 1 > n2). Este es el caso lmite de refraccin y al ngulo deincidencia correspondiente se le denomina ngulo crtico como semuestra en la fig. 1.5. Desde la ecuacin de la Ley de Snell, el valor delngulo crtico est dado por:

En ngulos de incidencia mayores que el ngulo critico el haz es reflejadototalmente dentro del medio dielctrico de origen. A este fenmeno se ledenomina Reflexin Interna Total. Como trataremos posteriormente estees el fenmeno en que se basa la propagacin de luz en una fibra ptica.




(IV) Estructura bsica de una fibra ptica

Una fibra ptica consta de dos tipos diferentes de mezclas de materiales dealta pureza (Dixido de Silicio y otros elementos), que conforman el ncleo yel revestimiento.

El ncleo est formado por sustancias isotrpicas y pticamentetransparentes, tiene un ndice de refraccin al que denominamos n1.

El revestimiento propicia la reflexin interna total, tiene un ndice derefraccin al que denominaremos n2.

Recubrimiento primario, facilita la eliminacin de modos que entran alrevestimiento y tiene un ndice de refraccin mayor que el del revestimientoy el ncleo. Pueden ser de diferentes materiales tales como los acrilatos.Este recubrimiento es aplicado a la fibra de vidrio en el proceso final demanufactura de la fibra ptica y tambin tiene la finalidad de proteger lafibra.




(IV) Estructura bsica de una fibra ptica

La proteccin bsica de la fibra puede constar bsicamente de dos capas:

Una capa interna que sirve para amortiguar la fibra y permite que la

proteccin exterior sea removida mecnicamente.

Una capa externa ms dura que protege la fibra durante la manipulacin,particularmente en los procesos de instalacin y terminacin del cable.


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Transmisin por Fibra ptica 25



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(V) Propagacin ptica

Si tenemos una fibra ptica con un ndice de refraccin en el ncleo n1 y unndice de refraccin en el revestimiento igual a n2, al hacer incidir un haz deluz en el ncleo, con un ngulo mayor al ngulo critico " ", dicho hazquedar confinado y se propagar a travs de una serie de reflexionesinternas totales en la superficie lmite entre el ncleo y el revestimiento. Estose observa en la figura 1.7. Deber anotarse que la transmisin de luzilustrada asume una fibra perfecta, y que cualquier irregularidad oimperfeccin en la interfase ncleo-revestimiento podra resultar en unarefraccin en vez de una reflexin interna total, con la subsiguiente prdidade energa luminosa dentro del revestimiento.


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(VI) Diferencia de ndice de refraccin relativa

Definida como la diferencia relativa entre el ndice de refraccin delncleo y el ndice de refraccin del revestimiento. Se expresa como:


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(VII) ngulo de aceptancia y Apertura numrica (AN)

Desde que nicamente los rayos con un ngulo de incidencia mayor alngulo crtico podrn transmitirse por reflexin interna total, es claro queno todos los rayos que entran al ncleo de la fibra podrn hacerlo.

Nos interesa encontrar ngulos de incidencia que generen ngulos derefracciones mayores o iguales al ngulo crtico para que el haz deluz se pueda propagar por reflexin interna total. Si suponemos que elngulo es el que genera el ngulo crtico tenemos que, por la leyde Snell, cualquier rayo que incida en el ncleo con un ngulo mayor

que ser transmitida a la interfase ncleo-revestimiento con unngulo menor que , y no ser reflejado totalmente. Esta situacintambin es ilustrada en la fig. 8, donde un rayo incide en un ngulomayor que , siendo refractada al revestimiento y perdindose porradiacin.


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Por lo tanto, es el ngulo mximo con respecto al eje de la fibra con el cual

un rayo de luz puede incidir sobre la superficie frontal de la fibra para que seapropagada por reflexin interna total dentro del ncleo. A este ngulo se ledenomina ANGULO DE ACEPTANCIA.

Al seno (geomtrico) del ngulo de aceptancia se le denomina APERTURANUMERICA (AN). Este parmetro de la fibra que define su capacidad para

captacin de luz.


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(VIII) Parmetro estructural V

El parmetro estructural V frecuencia normalizada de la fibra ptica, esun parmetro que se utiliza como paso intermedio para el clculo delnmero de modos que es posible propagar por el ncleo de la fibra ptica.

En el caso de las fibras pticas monomodo, en las que se propaga slo elmodo fundamental, se utiliza para determinar el valor de la longitud deonda lmite y para la obtencin del dimetro del campo modal.

Su clculo viene dado por la siguiente expresin matemtica:

Donde:

V = Parmetro estructural adimensional

a = Radio del ncleo de la fibra ptica

A.N. = Apertura numrica de la fibra ptica

= Longitud de onda del pulso lumnico propagado


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(IX) Modos de Propagacin

A partir de las consideraciones anteriores, aparentemente cualquier rayode luz con un ngulo de incidencia menor que el ngulo crtico, puedepropagarse por el ncleo de la fibra. En realidad, si tomamos en cuenta elfenmeno de interferencia entre las bandas lumnicas, solamente se

propagaran los rayos con ciertos ngulos discretos.

Por el fenmeno de interferencia, dos ondas en contrafase se extinguirny si tienen fases iguales ocurrir un proceso de amplificacin. Por lo tanto,la luz podr propagarse slo en las direcciones en las cuales las ondaslumnicas participantes no se disminuyan mutuamente.

A los rayos relacionados con un ngulo de propagacin especfico se ledenomina MODO. As, la fibra soportar nicamente un nmero limitadode modos guiados.


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(IX) Modos de Propagacin

El nmero de modos de propagacin (N) podr obtenerse a partir de lasiguiente relacin :

Donde : V, es la frecuencia de corte normalizada parmetro estructural

g, representa el perfil del ndice de refraccin del ncleo.

a, es el radio del ncleo.

, es la longitud de onda del rayo luminoso.

Podemos notar que el nmero de modos que se propagan en la fibra estrelacionado con los parmetros estructurales de la fibra (diferencia dendice de refraccin relativo, perfil de ndice de refraccin y radio elncleo) y la longitud de onda de la luz inyectada.


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TIPOS DE FIBRA OPTICA


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1.3 Tipos de Fibra Optica

Existen dos criterios para clasificar las fibras pticas: a) Por el tipo de perfil

b) Por el comportamiento de la propagacin

a) Por el tipo de perfil:

El perfil de ndice de refraccin del ncleo define la forma en que vara sundice de refraccin con respecto al centro de la Fibra. As, se distinguendos tipos de fibras segn su perfil de ndice de refraccin, estos son: fibrade ndice Escaln y fibra de ndice Gradual.

Las FIBRAS DE NDICE ESCALN son aquellas en las que el ndice derefraccin del ncleo tiene un valor constante n1 en todo su dimetro,disminuyendo abruptamente (salto escaln) hasta el valor n2 delrevestimiento.


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Para fibras de ndice Escaln con g = se tiene:

mientras que para g = 2 (Perfil Gradual):

Las FIBRAS DE NDICE GRADUAL son aquellas en las que el ndice derefraccin del ncleo disminuye gradualmente desde un valor mximo n1en el eje de la fibra, siguiendo una determinada curva (parablica triangular), hasta un valor constante n2 en el revestimiento.


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b) Por el comportamiento de la propagacin:

Segn el nmero de modos de propagacin, tambin se distinguen dostipos de fibras, estas son: Fibras Mulitimodo y Fibras Monomodo.

Las fibras multimodo son aquellas que admiten varios modos depropagacin, para las cuales el parmetro V cumple la siguiente relacin:

Las fibras monomodo son aquellas que admiten un solo modo depropagacin, y para las cuales el parmetro V cumple la siguiente

relacin:

Podr notarse que el comportamiento monomodo se logra ajustando elparmetro V dentro del rango anterior, disminuyendo el radio "a" delncleo o la diferencia de ndice de refraccin .


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En consecuencia las fibras monomodo son especificadas con unalongitud de onda de corte , por encima de la cual la fibra tendr uncomportamiento monomodo. Los valor tpicos para esta longitud de ondade corte son mayores que 1.1 um.

El perfil de ndice de refraccin y el nmero de modos de propagacin

definen tres tipos bsicos de fibra ptica (Figura 1.10):

Fibra Multimodo de ndice Escaln

Fibra Multimodo de ndice Gradual

Fibra Monomodo


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ATENUACION


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1.4 Atenuacin

La luz que viaja en una fibra ptica pierde potencia con la distancia. Lasprdidas de potencia dependen de la longitud de onda de la luz y delmaterial por el que se propaga. Para el slice, las longitudes de onda mscortas son las que ms se atenan. Las prdidas ms bajas seencuentran para una longitud de onda de 1550 nm., que se usanfrecuentemente para transmisiones de larga distancia.

Las prdidas de potencia de la luz en una fibra ptica se miden endecibelios (dB). Las especificaciones de un cable de fibra ptica expresanlas prdidas del cable como la atenuacin en dB para un Km de longitud(dB/Km). Este valor se debe multiplicar por la longitud total de la fibraptica en kilmetros para determinar las prdidas del cable en dB.

La ley que rige el fenmeno es:

Siendo el factor o coeficiente de atenuacin de la fibra, medidonormalmente en dB/Km.


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1.4 Atenuacin

Los factores de atenuacin se pueden clasificar segn sus fuentes degeneracin en:

Factores Intrnsecos: que dependen de la composicin y estructura de lafibra ptica, tales como: absorcin y dispersin.

Factores Extrnsecos: se origina por causa de impurezas, defectos

estructurales, curvaturas, microcurvaturas, empalmes y prdidas poracoplamiento.

Listado de prdidas en un enlace: (I) Prdida por Absorcin

(II) Prdida por Dispersin

(III) Prdida debido a imperfecciones estructurales (IV) Reflexin de Fresnel

(V) Prdida por Curvaturas

(VI) Prdida por Microcurvaturas

(VII) Prdida por Empalme

(VIII) Prdida por Acoplamiento


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ANCHO DE BANDA YDISPERSIN TEMPORAL


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1.5 Ancho de Banda y Dispersin Temporal

El ancho de banda de la fibra ptica es una medida de su capacidad detransmisin de informacin y est limitado por la dispersin total de lafibra ptica (ensanchamiento del pulso). La dispersin restringe lacapacidad de transmisin de informacin porque los pulsos sedistorsionan y se ensanchan, solapndose unos con otros y hacindose

indistinguibles para el equipo receptor. Para evitar que esto ocurra, lospulsos deben transmitirse a una frecuencia menor (reduciendo, por tanto,la velocidad de transmisin de datos).


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1.5.1 Dispersin en las fibras pticas

Como dispersin se define a las diferencias de retardo de las distintasporciones de energa en la propagacin de la luz por la fibra. Este efectoorigina un ensanchamiento de los pulsos y con ello un comportamientopasabajos para las frecuencias de luz a transmitirse, ya que impulsosdirectos individuales enviados brevemente uno despus del otro, a partirde un determinado retardo se interfieren tanto que ya no es posible unaseparacin inequvoca en el lado del receptor.

La dispersin es un parmetro que determina el volumen la capacidadmxima de informacin transportada por unidad de longitud. Puede

medirse en trminos de retardo relativo.


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1.5.1 Dispersin en las fibras pticas

La funcin de transferencia espectral de una fibra ptica representa elcomportamiento de la fibra respuesta de la misma, en funcin de laamplitud y frecuencia del pulso lumnico inyectado. Se considera una

funcin de transferencia gaussiana cuando se trabaja con fibras pticasptimas. En este tipo de distribucin a la desviacin tpica se lo conocecomo dispersin. El pulso lumnico recibido es el resultado del pulsolumnico inyectado, tras someterse a la funcin de transferencia espectralgaussiana de la fibra ptica. El aumento de la dispersin disminuye elancho de banda.


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1.5.2 Tipos de dispersin:

Dispersin Modal intermodal.

Dispersin Cromtica: La cual comprende:

Dispersin Espectral, intramodal del Material. Dispersin por efecto Guas de Ondas

Dispersin por modo de polarizacin (PMD)


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Dispersin modal

Es causada por los distintos recorridos que tienen los distintosmodos en la transmisin.

La dispersin modal slo ocurre en las fibras multimodo, en lasfibras monomodo sta es nula.


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Dispersin Cromtica - La dispersin cromtica (del griego chroma = color) depende de la

cantidad de longitudes de onda que entran a la fibra, o dicho de otromodo, se debe a la falta de monocromaticidad de la fuente ptica. Estetipo de dispersin es especificado por el parmetro denominadoCoeficiente de Dispersin Cromtica, el cual es expresado en ps/nm. Km.

La dispersin cromtica esta compuesta por 2 tipos de dispersin:dispersin de material y dispersin de gua de onda.

El ensanchamiento debido a la Dispersin Cromtica ser considerando

la suma de ambas dispersiones como coeficientes (M(l )+ G(l ))= D(l )de donde se obtiene:

T es el ensanchamiento del pulso.


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1.5.3 Dispersin Total en las Fibras pticas multimodo

La dispersin total producida en las fibras pticas multimodo sonrepresentadas por la siguiente expresin:

Donde:

= dispersin total

= dispersin cromtica= dispersin modal


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1.5.4 Ancho de Banda para fibras pticas con funcin de transferenciaGaussiana

Es posible calcular el ancho de banda terico de una fibra ptica confuncin de transferencia espectral Gaussiana, conforme la siguiente

frmula:

Tambin se obtiene fcilmente:

Entonces:


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1.5.5 Ancho de banda total El ancho de banda modal de una fibra multimodo est especificado por el

fabricante en forma del producto de la unidad de distancia por el ancho debanda modal Mhz x Km. Este producto del ancho de banda da cuentaslo del ensanchamiento del pulso debido a la dispersin modal. Para

determinar el ancho de banda total de una fibra ptica multimodo debe sertambin considerado los efectos de la dispersin cromtica. El ancho debanda total de una fibra multimodo se puede calcular como sigue:

El ancho de banda de una fibra monomodo de tamao moderado, estlimitado principalmente por la dispersin cromtica de la fibra, que seespecifica en ps/(nm x Km). Hay disponibles fibras monomodo dediferentes estndares (G.652. G.653, G.654, G655 y G.656) cuyos anchosde banda varan segn la longitud de onda trabajo y la longitud de ondade dispersin cero de cada fibra.


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1.5.6 Especificacin de una fibra ptica: Un ejemplo de fibra multimodo Lo que sigue es un ejemplo de una hoja de especificaciones de un

fabricante de fibras ptica:

Especificacin Explicacin

Dimetro del ncleo 50 um Dimetro del ncleo de una fibra

multimodo

Dimetro del revestimiento 125 um No incluye el recubrimiento

Dimetro del recubrimiento 250 um Recubrimiento de plstico Coloreado

Dimetro del campo modal Este valor slo se usa para fibrasmonomodo

Mxima atenuacin a:

850 nm 3.0 dB/Km Prdidas mximas por kilmetro

1310 nm 1.0 dB/Km Menor atenuacin a mayores longitudesde onda


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Especificacin Explicacin

Ancho de banda

850 nm 500 MhzxKm Especificacin del ancho de banda modalde una fibra ptica multimodo a 850 nm

1310 nm 600 MhzxKm Especificacin del ancho de banda modalde una fibra ptica multimodo a 1310 nm

Pendiente de Dispersincromtica en Lambda Cero

0.1ps/nm2xKm Este parmetro sirve para calcular elCoeficiente de Dispersin cromtica.

Longitud de onda de corte La longitud de onda ms corta en la cualhay un comportamiento monomodal (slopara fibras monomodo)

Fabricante de la fibra CompaaXYZ Nombre del fabricante de la fibra ptica(no es el mismo que el fabricante delcable)


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CABLES DE FIBRA OPTICA


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1.6 Cables de Fibra ptica

Los cables de fibra ptica en su interior protegen el "ncleo ptico"(conjunto de fibras pticas).

Por tanto todos los elementos estructurales que le conforman estnproyectados nica y exclusivamente para proporcionar la adecuadaproteccin mecnica a las fibras que alojan en su interior en funcin de

las prestaciones que durante su vida til se le exigirn. El criterio bsico de diseo es pues, la proteccin de las caractersticas

mecnicas y pticas inherentes a las fibras utilizadas, protegindolas detodas las agresiones ambientales y de todas las tensiones o esfuerzosgenerados durante la instalacin, tendido y vida til del cable ptico.

Las dos caractersticas mecnicas primordiales y que por tantoconstituyen parmetros fundamentales de diseo, desde el punto de vistade las fibras pticas, en la fabricacin de los cables pticos son lassiguientes:

Resistencia mecnica de la fibra ptica

Fatiga esttica o envejecimiento de las fibras pticas


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1.6.1 Elementos estructurales de los cables de fibra ptica Se definen los elementos estructurales como el conjunto de todos los

elementos aislados que conforman un cable de fibra ptica, junto con lasinergia existente entre los materiales especficos y las tcnicasconstructivas empleadas en al fabricacin de los cables de fibra ptica a

efectos de mantener a la misma dentro de unos mrgenes de variacinmecnica preestablecidos frente a las agresiones ambientales quepuedan sufrir.

Estas agresiones mecnicas pueden ser tracciones, estiramientos,compresiones, aplastamientos y curvaturas pronunciadas. En el caso deproducirse, son los elementos estructurales los que nos garantizan,merced a la tcnica empleada, la salvaguarda de las caractersticas detransmisin de las fibras pticas.

Se evitar de esta forma el que se produzcan incrementos elevados enlos valores de atenuacin de las fibras pticas, sumamente sensibles alas variaciones mecnicas inadecuadas mencionadas con anterioridad.


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1.6.1 Elementos estructurales de los cables de fibra ptica Los elementos estructurales que conforman un cable de fibra ptica son:

Ncleo ptico.

Elementos de resistencia mecnica.

Cubiertas.

Rellenos.

Armaduras

Elementos de servicio


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1.6.1.1 Protecciones Existen dos tcnicas para la fabricacin de la proteccin de las fibras

pticas: Estructuras ajustadas

Estructuras holgadas

(I) Estructuras densas ajustadas

Esta tcnica consiste en aplicar una cubierta inicial de materialtermoplstico directamente sobre el recubrimiento primario de la fibraptica, que recibe el nombre de proteccin secundaria o recubrimientosecundario.

El espesor aproximado del recubrimiento secundario es de 900 micras.

El material termoplstico que se utiliza por ejemplo para la confeccin delrecubrimiento secundario es nylon por su caracterstica comn depresentar un valor muy bajo del coeficiente de rozamiento.


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(I) Estructuras densas ajustadas

En ocasiones este recubrimiento secundario esta formado por dos capasconcntricas. Una primera y en contacto con el recubrimiento primario conun dimetro aproximado del orden de 250 micras que se confeccionancon un elastmero de silicona que se caracteriza por actuar con un efecto

amortiguante y que proporciona una proteccin adicional a la fibra ptica.

La estructura ajustada se utiliza para la fabricacin de cables flexibles yde pequeo dimetro muy apropiados para uso interior. No sonapropiados para resistir esfuerzos de traccin, si bien son muy ligeros y

flexibles.


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(II) Estructura Holgada Esta tcnica consiste en crear una estructura holgada en el interior de la

cual se alojan las fibras pticas con proteccin primaria, reciben ladenominacin de estructura holgada o proteccin holgada por estar lasfibras alojadas dentro de tubos de aproximadamente 3 mm de dimetro.

Esta estructura holgada se logra construyendo tubos que se caracterizapor presentar un valor muy bajo del coeficiente de rozamiento interno,muy resistente a la deformacin, al envejecimiento y a la degradacin, loque garantiza la estanqueidad a la par que una flexibilidad, elasticidad yrigidez mecnica en la misma estructura.

Las protecciones holgadas son tubos estancos que presentan por su carainterior y exterior una textura uniforme y libre de cualquier irregularidad,geomtricamente regular y lisa, con brillo y tonalidad uniformes, tintadascon colores intensos para facilitar su identificacin.


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(II) Estructura Holgada Cada proteccin holgada aloja en su interior un nmero variable de fibras

pticas que se guan describiendo una trayectoria helicoidal,estadsticamente centrada en el eje de la proteccin holgada, lo queconfiere a las fibras pticas guiadas una movilidad axial o longitudinal en

el interior de la estructura holgada. Como la trayectoria descrita por las fibras pticas es helicoidal, se

produce un incremento medio en la longitud de las mismas que oscilaentre el 0,3 % y el 1 % en funcin del dimetro de la estructura holgada.

La trayectoria descrita por las protecciones holgadas es tambin helicoidal

lo que origina un incremento medio en su longitud, variable en funcin deltipo de trenzado, del radio de trenzado, del dimetro del elemento centralde soporte y del dimetro de la estructura holgada.


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(II) Estructura Holgada De esta forma se logra garantizar que si se produce un estiramiento del

cable ptico al someterle a una fuerza de traccin, que por extensin setrasladara al ncleo ptico del cable, no se produzcan estiramientos enlas fibras pticas y consecuentemente no se generen incrementos en el

valor de atenuacin. La tcnica de la estructura holgada se caracteriza por presentar un

comportamiento idneo ante las vibraciones a la par que siendo la msadecuada para absorber las contracciones o dilataciones que se originanen el cable ptico por las variaciones de temperatura, constituyesimultneamente una solucin ptima contra la compresin temporal.

La seccin interna de la estructura holgada se rellena con un compuestohidrfugo cuya misin es evitar la condensacin de la humedad y lapenetracin de agua en su interior.


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(II) Estructura Holgada El nmero de conductores pticos que es posible alojar en el interior de

una estructura holgada es variable en funcin de las dimensionesgeomtricas de la misma, fluctuando desde 1 hasta 16 en el caso deprotecciones holgadas con dimetros convencionales.

La siguiente figura representa la seccin del ncleo ptico de un cable de6 fibras pticas construido en base a la tcnica de la estructura holgada,con una fibra ptica por proteccin holgada, que no se encuentrasometido a ningn esfuerzo de traccin y en el que se aprecian las fibraspticas guiadas por la zona central de las protecciones holgadas.

Esta movilidad axial acta tambin como amortiguadorlongitudinal y absorbe, sin que se produzca esfuerzo detraccin alguno en el conductor de fibra ptica, elongacionesen la longitud total del cable ptico.

En general los esfuerzos de traccin del cable ptico setransmiten a la fibra ptica para elongaciones comprendidasentre el 0,5% y el 1 % de la longitud total del cable.


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La figura siguiente representa lavista en seccin del mismo cablede 6 fibras pticas de la figuraanterior pero sometido a unesfuerzo de traccin y en el que se

aprecia como las fibras pticas sedesplazan hacia la zona interior delas protecciones holgadas.

En el caso de que se produzca unacontraccin del cable de fibra ptica, por unenfriamiento del cable, es la estructuraholgada la que acta como amortiguadorlongitudinal absorbiendo contracciones del0,5 % de la longitud total del cable sin que

se contraiga el conductor de fibra ptica.

Efectivamente, ste se desplaza desde lazona central de la proteccin holgada haciael exterior de la misma, de forma contraria acomo ocurre en el caso de la traccin.

De forma anloga los esfuerzos decompresin del cable se transmiten a lafibra ptica para compresionescomprendidas entre el 0,5 % y el I % de lalongitud total del cable de fibra ptica.


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La siguiente figura representala vista en seccin del mismocable de 6 fibras pticas de laprimera figura pero sometido aun esfuerzo de compresin y

en la que se aprecia como lasfibras pticas se desplazanhacia la zona exterior de lasprotecciones holgadas.

En algunos casos se puede considerar unaventaja de esta estructura, cierta facilidad conque se realizan algunos trabajos alencontrarse la fibra ptica en el interior de laproteccin holgada totalmente desnuda.

Se deben tener en cuenta las temperaturas

durante el almacenaje, instalacin y operacindel cable para obtener el buen funcionamientodel mismo.

Una ventaja de esta estructura es la granfacilidad con que se realizan algunos trabajosal encontrarse la fibra ptica en el interior de

la proteccin holgada totalmente desnuda.Las sustancias de relleno, se emplean paragarantizar la hermeticidad longitudinal delcable ptico e impedir que alguna rotura ofisura puntual del mismo provoque unaprdida de estanqueidad en su interior.


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Las dos zonas donde se utilizan sustancias de relleno, son: proteccin secundariae intersticios del cable. La primera zona es una de las zonas del cable que se hade mantener siempre estanca, pues la prdida de su hermeticidad permitira lacondensacin de la humedad y la penetracin de agua en su interior que podrallegar a congelarse con su natural aumento de volumen y que provocara unaumento de la presin ejercida puntualmente sobre el conductor de fibra ptica.

El incremento en la presin puntual a la que se encuentran sometidas las fibraspticas se traducira en la aparicin de microcurvaturas que, a su vez, provocaranun gran aumento en el valor de atenuacin de las mismas.

La estanqueidad de la estructura holgada se logra rellenando sta con unasustancia hidrfuga o masa tixotrpica, basada en el aceite de parafinaqumicamente neutra, que en el margen de temperaturas generalmente

comprendido desde -30 C hasta +70C mantiene constante su grado deviscosidad por lo que ni se congela ni escurre fuera de las temperaturas de trabajodel cable.

En adicin, no es una sustancia inflamable; es de una relativamente fcil limpieza,no ataca a la fibra ptica y no produce alteracin alguna en sus propiedades

caractersticas.


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1.6.1.2 Intersticios del cable Como los cables estn confeccionados por elementos de seccin circular,

sobre los cuales se arrollan sucesivas capas concntricas, en su interiorquedan resquicios que es necesario rellenar para garantizar la estanqueidaddel cable de fibra ptica.

Estos intersticios se rellenan con una grasa (petrolato) que no afecta a lascaractersticas de los elementos que conforman las cubiertas del cable, sibien tiene un pequeo efecto expansivo sobre las cubiertas dado que seaplica bajo alta presin 1,5 kg/cm2 en el interior del cable ptico garantizandoas su estanqueidad.


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1.6.1.3 Cubiertas de Proteccin Las cubiertas de proteccin tienen la misin de proteger al ncleo ptico del

cable, a las fibras pticas, de todos los esfuerzos mecnicos preservndolasde los cambios trmicos del exterior as como de los ataques qumicos que seproducen en los cables enterrados en funcin del pH del terreno y de la

accin de la humedad sobre ellos. Las cubiertas que se utilizan en la construccin de los cables pticos y que

garantizan la proteccin de las fibras pticas son:

(I) Cubierta de Polietileno

El polietileno P.E. se caracteriza por la estabilidad ante variaciones de la

temperatura lo que le hace idneo para su uso en planta exterior.

En funcin de la densidad del mismo, podemos distinguir tres tipos: L.D.P.E. o polietileno de baja densidad.

M.D.P.E. o polietileno de mediana densidad.

H.D.P.E. o polietileno de alta densidad.


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(II) Cubierta de P.V.C. El P.V.C. o cloruro de polivinilo tiene un buen comportamiento ante agentes

qumicos; su utilizacin est especialmente indicada en planta exteriorcuando el terreno presenta sustancias muy agresivas o inflamables.

(III) Cubiertas de plsticos fluorados Los plsticos fluorados se utilizan en la confeccin de cubiertas sometidas a

condiciones extremas de temperatura superiores a los + 100C.

Presentan una textura elstica y algo viscosa al tacto, con una baja constantedielctrica y muy buen comportamiento ante agentes qumicos.

C


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(IV) Cubierta con compuestos libres de halgenos

Estas cubiertas se construyen con vinilacetato de etileno y otros materiales,poseen las mismas caractersticas mecnicas de las cubiertas de polietilenoy, a diferencia de stas, se encuentran libres de halgenos.

Adems de ser inflamables, por los materiales empleados en su fabricacin,tienen la propiedad de ser autoextinguibles en caso de llegar a producirsellamas.

Se les reconoce fcilmente por llevar impresa en su superficie las siglasF.R.N.C. Flame Retardant Non Corrosive.

1 6 C bl d Fib i


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1.6.1.5 Ncleo ptico Se denomina ncleo ptico al conjunto de fibras pticas dispuestas dentro del

mismo cable, es el alma del cable ptico. Est formado por las fibras, lasprotecciones holgadas, los elementos de relleno y los elementos de sellado.

1.6.1.6 Trenzado del alma del cable El trenzado de un cable consiste en obligar a las protecciones secundarias a

seguir una trayectoria distinta de la longitudinal del eje del cable. Estatrayectoria habitualmente es helicoidal con respecto al eje longitudinal delcable.

1 6 C bl d Fib ti


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1.6.1.7 Elementos de traccin del cable Se definen como elementos de traccin del cable ptico aqullos que

soportan las cargas debidas a los esfuerzos y solicitaciones mecnicas delcable.

Podemos considerar como elementos de traccin del cable al miembro tensor

(axial, coaxial mixto) y a las cubiertas o armaduras adicionales que seutilizan para la proteccin del alma del cable en los casos en que stos estnsometidos a condiciones extremas de presin, como es el caso de los cablessubmarinos o ante frecuentes aplastamientos como es el caso de los cablesusados en minera, y que estn confeccionadas por armaduras de acero.

Como materiales que se han impuesto para soportar los esfuerzos de traccinfiguran las fibras de compuestos aramdicos, kevlar y los cables trenzados deacero.

Su utilizacin es indistinta y viene impuesta en funcin de Ia aplicacindielctrica del cable ptico.

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1.6.1.7 Elementos de traccin del cable Tambin se utilizan para los grandes esfuerzos de tensin, por su

extraordinaria resistencia a la traccin, hilaturas de fibra de vidrio recubiertasde resinas de polister.

En cuanto a la proteccin contra los roedores se ha impuesto por su

efectividad la envoltura helicoidal de cinta de acero inoxidable corrugado.

Tambin se utilizan como cubiertas anti-roedores las confeccionadas concompuestos aramdicos al presentar los mismos un buen comportamientoante esta contingencia por su gran dureza junto con la ventaja adicional de sumalsaborlo que les preserva del ataque de los roedores.

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1.6.1.8 Elementos de relleno Los elementos de relleno, se utilizan en el caso de ser necesarios, para

conformar el Alma del Cable o Ncleo ptico del mismo y lograr que el cablealcance el mximo grado de circularidad posible.

Son elementos macizos de seccin circular y presentan idntico valor en su

dimetro al dimetro exterior de las estructuras holgadas.

Los elementos de relleno se disponen, junto con las proteccionessecundarias, sobre la superficie del elemento central conformando el alma delcable. Los elementos de relleno tambin tienen presentaciones en gel demanera de cubrir delicadamente a las fibras en los cables holgados (loose).

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1.6.1.8 Armaduras y elementos de armado Tomando como ejemplo los cables O.P.G.W. los elementos de armado que

conforman la construccin de los cables compuestos tierra-pticos sonconductores de acero y conductores aleados arrollados en capasconcntricas o niveles de armado sobre el ncleo ptico del cable.

Los elementos de armado, los niveles de armado y las aleaciones de losconductores que se utilizan en las mismas, son variables en funcin de losrequerimientos especficos de utilizacin del cable compuesto tierra-ptico.


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BIBLIOGR FI

Instalaciones de Fibra ptica, Chomycz Bob Introduccin a la Ingeniera de La Fibra Optica, Rubio Martnez, Baltasar

Optical Fiber Comunications, Keiser BERD

Fiber Optic Communications, Green, Lynne D.

Comunicaciones pticas, INICTEL

Optical fiber communications, Senior John.

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