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7/24/2019 TXRX - Tarea 3.1.1 - OQ
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Tarea 3.1
Oscar J.Quinde Solrzano
UniversidadIsrael,SedeMatrizElectrnica Digital y
Telecomunicaciones TX y RX.
Quito,
Ecuador.
Resumen. El presente documento pertenece al trabajo 3.1 de
TX-RX, preguntas y problemas del tema
Comunicaciones en FO.
I. Problemas:
11-3. Para una interfaz vidrio (n = 1.5)/cuarzo (n = 1.38) y un
ngulo de incidencia de 35, calcule el ngulo de
refraccin.
=
= 1.51.38 35 = = 0.623 = .
11-4. Calcule el ngulo crtico para la fibra que se menciona en
el problema 11-3.
= (
)
= (1.381.5 ) =.
11-5. Calcule el ngulo de aceptacin para el cable que se
menciona en el problema 11-3.
= 90 a =9066.92a =23.08
11-6. Calcule la abertura numrica del cable que se describe en
el problema 11-3.
= = 1.5 1.38=.
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11.7.Describa, en forma breve, la construccin de un cable de
fibra ptica.
El cable puede consistir de un ncleo, un revestimiento, un tubo
protector, amortiguadores, miembros resistentes
y uno o ms forros o chaquetas de proteccin. Dentro del tubo
protector hay un compuesto de poliuretano que
encapsula, o sella, a la fibra, y evita la penetracin del
agua.
11-8.Defina los siguientes trminos: velocidad de propagacin,
refraccin e ndice de refraccin.Velocidad de propagacin: La energa
electromagntica, como la luz, recorre aproximadamente3000000000m/s
en el espacio libre. La velocidad de propagacin es igual para todas
las frecuencias de luz en
el espacio libre. En materiales ms densos que el espacio libre,
todas las frecuencias de la luz no se propagan
con la misma velocidad.
Refraccin: Se refracta un rayo de la luz al pasar de un material
de determinada densidad a un material menosdenso. Por ejemplo la
refraccin se presenta en la interfaz entre aire y vidrio.
ndice de refraccin:La cantidad de desviacin o refraccin que
sucede en la interfaz de dos materiales dedistintas densidades se
puede predecir bastante bien y depende del ndice de refraccin de
los dos materiales.
11-9.Enuncie la ley de Snell de la refraccin y describa su
importancia en los cables de fibra ptica.
La ley de Snell establece que: = En donde:
= ndice de refraccin del material 1 (adimensional).= ndice de
refraccin del material 2 (adimensional).=ngulo de incidencia
(grados).=ngulo de refraccin (grados).
En la interfaz se puede refractar el rayo incidente hacia la
normal, o alejndose de ella. Dependiendo si esmenos o mayor que
.11-10.Defina qu es el ngulo crtico.
Se define como el ngulo de incidencia mnimo en el cual un rayo
de luz puede llegar a la interfaz entre dosmedios y tener un ngulo
de refraccin de 90 o mayor. Esta definicin solo se aplica cuando el
rayo de luz
pasa de un medio ms denso a uno menos denso.
11-11.Describa qu quiere decir modo de operacin y perfil de
ndice.
Modo de propagacin:En la terminologa de fibras pticas la palabra
modo significa camino. Si solo hay unatrayectoria que pueda tenerla
luz por el cable se llama modo nico o unimodal. Si hay ms de una
trayectoria
se llama domo mltiple o multimodal.
Perfil de ndice:Es una representacin grfica del ndice de
refraccin en la seccin transversal de la fibra .Elndice de
refraccin se grafica en el eje horizontal y el eje de la distancia
radial al centro es el vertical.
11-12.Describa un cable de fibra de ndice escalonado, y uno de
ndice graduado.ndice escalonado:Tiene un ncleo central con ndice de
refraccin uniforme. Este ncleo esta rodeado por unrevestimiento
externo con ndice de refraccin uniforme, pero menor que el de ncleo
central.
ndice graduado:No hay revestimiento, y el ndice de refraccin del
ncleo no es uniforme; es mximo en elcentro y disminuye en forma
gradual de acuerdo con la distancia hacia la orilla externa.
11-13.Describa las ventajas y desventajas del ndice escalonado,
el ndice graduado, la propagacin unimodal
y la propagacin multimodal.
Fibra unimodal de ndice escalonadoVentajas:
- Hay dispersin mnima. Como todos los rayos que se propagan por
la fibra tomando aproximadamente
la misma trayectoria tarda aproximadamente el mismo tiempo para
recorrer el cable.
- Debido a la gran exactitud de reproduccin de los pulsos
transmitidos en el extremo de recepcin son
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posibles mayores anchos de banda y mayores capacidades de
transmisin de informacin con las fibras
unimodales de ndice escalonado que con los otros tipos de
fibra.
Desventajas:
- Debido a que ncleo central es muy pequeo es difcil acoplarla
luz hacia adentro y hacia fuera de esta
clase de fibra.
-
Debido al pequeo ncleo central, se requiere una fuente luminosa
muy direccional como por ejemploun lser para acoplar la luz en una
fibra unimodal o ndice escalonado.
- Las fibras unimodales de ndice escalonado son costosas y
difciles de fabricar.
Fibra multimodal de ndice escalonadoVentajas:
- Las fibras multimodales de ndice escalonado son pocos
costosas, y su fabricacin es sencilla.
- Es fcil acoplar la luz hacia adentro y hacia afuera de las
fibras multimodales de ndice escalonado:
tiene una abertura grande de la fuente a la fibra.
Desventajas:
- Los rayos luminosos siguen muchas trayectorias distintas por
la fibra, lo que da como resultado grandes
diferencias en su tiempo de propagacin.
-
El ancho de banda y la capacidad de transferencia de informacin
posibles con este tipo de cables, es
menor que con los dems tipos.
11-14.Por qu es imposible la propagacin unimodal en las fibras
de ndice graduado?
Este tipo de fibra no tiene ventajas ni desventajas
sobresalientes.
11-15. Describa qu es abertura de fuente a fibra.
Se refiere a la capacidad de recogida de luz que tiene la fibra,
la capacidad de acoplar la luz de la fuente hacia
el interior del cable de fibra.
11-16.Qu son el ngulo de aceptacin y el cono de aceptacin para
un cable de fibra?
Define el ngulo mximo que pueden formar los rayos luminosos
externos al llegar a la interfaz aire-fibra, para
poder propagarse por la fibra con una respuesta no mayor a 10dB
menos que el valor mnimo. Al girar este
ngulo en torno al eje de la fibra se obtiene el cono de
aceptacin de la entrada de la fibra.
11-17.Defina qu es abertura numrica.
Se usa la abertura numrica para describir la capacidad de
reunirla luz que tiene una fibra ptica
11-18. Haga una lista de las prdidas asociadas por acoplamiento,
y descrbalas en forma breve.
- Perdidas por absorcin: En las fibras pticas absorben la luz y
la convierten en calor.
- Perdidas por dispersin en material: la difraccin hace que la
luz se disperse en muchas direcciones.
-
Perdidas de radiacin: Se deben principalmente a pequeos cambios
de direccin y dobleces de la fibra.- Dispersin modal: Se debe a la
diferencia en los tiempos de propagacin de rayos de luz que van
por
diferentes trayectorias en una fibra.
- Perdidas por acoplamiento: Se pueden presentar en las uniones
pticas com conexin de fuente
luminosa a fibra, conexin de fibra a fibra y conexin de fibra a
fotodetector.
11-19 Qu es el ensanchamiento de pulso?
Es la diferencia en los tiempos de propagacin de rayos de luz
que van por diferentes trayectorias en una fibra.
11-20. Defina la constante de ensanchamiento de pulso.
Es la diferencia entre los tiempos absolutos de demora de los
rayos ms rpidos y ms lentos que se propagan
por una fibra de longitud unitaria
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11-21. Haga una lista de las diversas prdidas por acoplamiento,
y descrbalas en forma breve.
- Des-alineamiento lateral: Es el desplazamiento lateral o axial
entre dos tramos de cables de fibra
adjuntos.
- Des-alineamiento de entrehierro: Cuando se hace empalmes en
fibras pticas, las fibras se deben tocar
realmente. Mientras ms alejadas queden, la perdida de luz ser
mayor.
-
Des-alineamiento angular: Con desplazamiento angular menor que 2
la prdida ser menor de 0.5 dB.- Acabado superficial imperfecto: Los
extremos de las dos fibras adjuntas deben estar muy pulidos y
asentar entre s.
11-22. Describa en forma breve el funcionamiento de un diodo
emisor de Luz.
Los LED emiten luz por emisin espontanea.: la luz se emite como
resultado de la recombinacin de electrones
con huecos.
11-23. Cules son los dos tipos de LED?
Diodos emisores de luz (LED) y diodos de laser de inyeccin
(ILD)
11-24. Describa en forma breve el funcionamiento de un diodo de
lser de inyeccin.
Arriba de la corriente de umbral, un ILD oscila y se produce la
emisin laser. Al pasar la corriente por un diodo
de unin p-n de polarizacin directa, se emite luz por emisin
espontanea, a una frecuencia determinada por la
banda prohibida del material semiconductor.
11-25. Qu es el efecto lser?
Los extremos con acabado de espejo atrapan los fotones en la
regin activa y, al reflejarse de un lado a otro,
estimulan a electrones libres, para recombinarse con huecos a un
valor de energa mayor que el normal.
11-26. Describa las ventajas y desventajas de los ILD y los
LED.
Ventajas de los ILD
1. Es ms fcil de acoplar su luz en una fibra ptica.
2. La potencia radiante de salida de un ILD es mayor que la de
un LED.
3. Los ILD se pueden usar a frecuencias mayores de bits que los
LED.
Desventajas de los ILD
1. 1-Los ILD cuestan normalmente 10 veces ms que los LED.
2. 2-Como los ILD trabajan con mayores potencias, y duran mucho
menores que los LED.
3. 3-Los ILD dependen ms de la temperatura que los LED.
11-27. Describa en forma breve el funcionamiento de un diodo
emisor de luz.
La luz entra al diodo y se absorbe en la capa n, delgada y muy
dopada. Entre la unin i-p-n se desarrolla una
gran intensidad de campo elctrico, por polarizacin inversa, que
causa ionizacin por impacto. Durante laionizacin por impacto, un
portador puede adquirir la energa suficiente para ionizar otros
electrones enlazados.
11-28. Describa el efecto fotoelctrico.
La luz que entra por la ventana de un diodo PIN se absorbe en el
material intrnseco y agrega la energa suficiente
para hacer que los electrones pasen de la banda de valencia a la
banda de conduccin.
11-29. Explique la diferencia entre un diodo PIN y un APD.
Los APD son ms sensibles que los diodos PIN y requieren menos
amplificacin adicional.
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11-30. Haga una lista de las caractersticas primarias de los
detectores de luz y descrbalas.
- Responsividad: Es una medida de la eficiencia de conversin de
un foto-detector.
- Corriente oscura: Es la corriente de reposo que pasa por un
fotodiodo cuando no hay entrada luminosa.
- Tiempo de trnsito: Es el tiempo que tarda un portador inducido
por la luz en cruzar la regin fotodiodo.
- Respuesta espectral: Es el intervalo de longitudes de onda que
se puede usar con determinado
fotodiodo.- Sensibilidad a la luz: Es la potencia ptica mnima
que puede recibir un detector para producir una
seal elctrica til de salida.
