Introducción a la fibra óptica

Introducción a la fibra óptica
Contenido
1. Historia
2.
3.
4.
5.
Hilo de cobre vs fibra óptica
Principios
Fabricación de la fibra óptica
Atenuación
6. Tipos de fibras ópticas
7. Dispersión
8. Conexión de fibras ópticas
9. Fuentes, detectores y algunos componentes
Síntesis histórica
1970 - Robert Maurer, Donald Keck y Peter Shultz
(Corning) - primera fibra óptica con una pérdida
de 17 dB/km
1976 - Estados Unidos - Reemplazo del cobre por fibra
óptica en un avión del ejército para reducir el
peso de los aparatos de comunicaciones de 40
kg a 1,7 kg
1988 - Instalación del primer cable óptico entre Francia
y Estados Unidos. Este enlace fue denominado
TAT-8. Puede soportar más de 40.000
conversaciones telefónicas
Fibra óptica vs. Cobre
- Ventajas de la fibra óptica
Insensibilidad al ruido
 Las interferencias electromagnéticas o radioeléctricas no tienen
ninguna influencia sobre la transmisión
Atenuación de pérdida inferior
 Pérdida monomodal baja de 0,2 dB/km ( 4,5 %)
 Pérdida multimodal de aproximadamente 1 dB/km ( 30 %)
Ancho de banda elevado
 Tasa de transmisión que alcanza hasta 40 Gb/s (OC-768)
Fibra óptica vs. Cobre
- Ventajas de la fibra óptica
Formato pequeño
 Una fibra tiene la misma dimensión que un cabello
humano (125 mm).
 Un cable que contiene 12 pares de fibra óptica, de 1,4 cm
de diámetro, equivale a un cable que contiene 900 pares
de hilos de cobre de un diámetro de 8 cm.
Bajo peso
 Cable de cobre 900 pares  8000 kg/km
 Cable de fibra óptica 12 pares  88 kg/km
Fibra óptica vs. Cobre
- Ventajas de la fibra óptica
Seguridad de transmisión
 Ninguna radiación de la energía  ninguna detección,
difícil de encontrar
 La intrusión en el enlace crea una pérdida  los intrusos
serán detectados
Sin cortocircuitos/sin riesgo de fuego
 No hay energía eléctrica en la fibra, por lo tanto no hay
ningún riesgo de cortocircuito, no hay chispas ni calor;
ideal para los entornos peligrosos
Temperatura ambiente
 La fibra puede funcionar dentro de un amplio rango de
temperaturas (-40oC/100oC)
Principios
- Espectro electromagnético
luz visible
Ultravioleta
Infrarrojo
Frecuencia
(Hz)
Energía
fotón
(ev)
Longitud de
onda (m)
106
107
10-8
100
108
10-7
10
109
10-6
1
1010
10-5
10-1
1011
10-4
10-2
1012
10-3
10-3
1013
10-2
10-4
1014
10-1
10-5
1015
1
10-6
1016
10
10-7
1017
100
10-8
1018
1000
10-9
1019
104
10-10
1020
105
10-11
1021
106
10-12
107
10-13
Velocidad de la luz en el vacío = 299 792 458 m/s
Longitud de onda = velocidad de la luz/frecuencia
l (nm) = c (m/s) / f (Hz)
Espectro electromagnético
Frecuencia de aumento
Fibra óptica
850 nm  3,53 1014 Hz
1650 nm  1,82 1014 Hz
Unidades
 Micrómetro (mm) - 10-6 m
 Nanómetro (nm) - 10-9 m
 Mega - 106
 Giga - 109
 Tera - 1012
 Peta - 1015
 Pico - 10-12
Ultravioleta / 400 nm
Violeta / 455 nm
Azul / 490 nm
Espectro
visible
Verde / 550 nm
Longitud de onda corta,
multimodal
Amarillo / 560 nm
Naranja / 620 nm
Rojo / 750 nm
Infrarrojo / 800 nm
850 nm
Longitud de onda larga,
multimodal, monomodal
Longitud de onda larga,
monomodal
Longitud de onda más larga
Aplicaciones
de fibra
óptica
Propiedades de la luz
La luz consiste en:
un campo eléctrico - E
y un campo magnético - H
que viajan en función del tiempo (t) a lo largo del eje de
propagación (Z)
Y
campo eléctrico
X
X
Y
campo magnético
Z
90o
Índice de refracción
El índice de refracción (n) de un material es la relación entre
la velocidad de la luz en el vacío (cvac) y la velocidad de la
luz en el material (cmat):
n = cvac / cmat
Siempre es superior a 1.
Es el parámetro más importante para todo objeto
transparente
La velocidad de la luz en un material:
cmat = cvac / n
Principio de Fresnel
Ley de Fresnel :
una parte de la luz es reflejada
con el mismo ángulo con el que
entra en contacto con el límite
donde el índice de refracción
cambia.
qi = qR
i : vinculada a los parámetros
incidentes
R : vinculada a los
parámetros reflejados
Normal
luz
incidente
ni
nr
luz
reflejada
qi
qR
Principio de Snell
Ley de Snell :
Una parte de la luz es
refractada cuando pasa a
través de un límite donde el
índice de refracción cambia.
ni sen(qi) = nr sen(qr)
luz
incidente
ni
Normal
qi
nr
i : vinculada a los
parámetros incidentes
r : vinculada a los
parámetros refractados
qr
luz
refractada
Fresnel y Snell
Fresnel : reflejada
qi = qR
Normal
Snell : refractada
ni sen(qi) = nr sen(qr)
i: vinculada a los
parámetros incidentes
r: vinculada a los
parámetros refractados
R: vinculada a los
parámetros reflejados
luz
incidente
ni
luz
reflejada
qi
qR
nr
qr
luz
refractada
Curvatura de la luz
La luz se curva cuando pasa a través de una superficie
donde el índice de refracción cambia.
La cantidad de curvaturas depende del índice de
refracción de los dos elementos y del ángulo con el que
la luz entra en contacto con la superficie.
Ley de Snell  ni sen(i) = nr sen(r)
Reflexión interna total
Supongamos que:
la luz pasa del vidrio al aire
índice de refracción del aire (nr) = 1
índice de refracción del vidrio (ni) = 1,5
i : es el ángulo de incidencia de la luz (ángulo
incidente)
r : es el ángulo de la luz refractada (ángulo
refractado)
Utilizando la ley de Snell : ni sen(i) = nr sen(r)
1,5 sen(i) = 1 sen(r)
sen(r) = 1,5 sen(i)
Reflexión interna total
Utilizando la ley de Snell: sen(r) = 1,5 sen(i)
I
S e n (I)
S e n (R )
R
0 ,0 0
0 ,0 0 0
0 ,0 0 0
0 ,0 0
5 ,0 0
0 ,0 8 7
0 ,1 3 1
7 ,5 1
1 0 ,0 0
0 ,1 7 4
0 ,2 6 0
1 5 ,1 0
1 5 ,0 0
0 ,2 5 9
0 ,3 8 8
2 2 ,8 4
2 0 ,0 0
0 ,3 4 2
0 ,5 1 3
3 0 ,8 7
2 5 ,0 0
0 ,4 2 3
0 ,6 3 4
3 9 ,3 4
3 0 ,0 0
0 ,5 0 0
0 ,7 5 0
4 8 ,5 9
3 5 ,0 0
0 ,5 7 4
0 ,8 6 0
5 9 ,3 6
4 0 ,0 0
0 ,6 4 3
0 ,9 6 4
7 4 ,6 2
4 5 ,0 0
0 ,7 0 7
1 ,0 6 1
S e n (x) im p o s ib le
5 0 ,0 0
0 ,7 6 6
1 ,1 4 9
S e n (x) im p o s ib le
5 5 ,0 0
0 ,8 1 9
1 ,2 2 9
S e n (x) im p o s ib le
6 0 ,0 0
0 ,8 6 6
1 ,2 9 9
S e n (x) im p o s ib le
6 5 ,0 0
0 ,9 0 6
1 ,3 5 9
S e n (x) im p o s ib le
7 0 ,0 0
0 ,9 4 0
1 ,4 1 0
S e n (x) im p o s ib le
7 5 ,0 0
0 ,9 6 6
1 ,4 4 9
S e n (x) im p o s ib le
8 0 ,0 0
0 ,9 8 5
1 ,4 7 7
S e n (x) im p o s ib le
8 5 ,0 0
0 ,9 9 6
1 ,4 9 4
S e n (x) im p o s ib le
9 0 ,0 0
1 ,0 0 0
1 ,5 0 0
S e n (x) im p o s ib le
Nótese que el seno de un ángulo
no puede ser superior a 1.
 Cuando se alcanza un ángulo
incidente determinado, la
refracción no puede producirse.
La luz es reflejada y este
fenómeno se llama
reflexión total interna.
 Este ángulo se llama
ángulo crítico (qc).
Ángulo crítico
Transponiendo la ley de Snell, obtenemos: qc = arcsen(nr/ni)
Ángulo crítico
(qc)
q3
q
2
q4
q2’
nr
q3’
ni
q1
q1
ni > n r
q4
nr
’
En este ejemplo :
qc = arcsen(1/1,5)
qc = 41,8o
El ángulo de incidencia que genera un ángulo de refracción
de 90º se denomina ángulo crítico (qc).
Para los ángulos de incidencia superiores a qc (qi < 90º), toda
la luz es retrorreflejada en el mismo material. Este fenómeno
se denomina reflexión interna total.
Fibra óptica
La fibra está compuesta por material dieléctrico, con un
núcleo y un revestimiento, permitiendo la propagación de
la luz por una reflexión interna total.
Recubrimiento
Revestimiento
IR nR
IR nI
nI > nR
Núcleo
8
à
62,5 mm
125 mm
0,25
à
0,5 mm
Fibra óptica
No requiere gran diferencia entre ni y nr.
Cuando Dn  1 %
 nr/ni=0,99  qc = arcsen(0,99)  qc = 81,9o
Recubrimiento
Revestimiento
IR nI
IR nR
nI > nR
Núcleo
8
a
62,5 mm
125 mm
0,25
a
0,5 mm
Ángulo de aceptación y apertura numérica
Para propagarse en la fibra por una reflexión interna total,
el rayo de luz emitido por la fuente debe incidir en el límite
aire/núcleo dentro de un ángulo específico denominado
ángulo de aceptación.
La apertura numérica es una función del ángulo de
aceptación dividido por 2.
Aire
(n0)=1
Revestimiento
(nr)
qc1
q c2
qc2
q c1
Núcleo (ni)
q
Ángulo de aceptación (2q)
NA = ƒ (mitad del ángulo de aceptación (q))
Cono de aceptación
El cono de aceptación es un cono imaginario generado
por el ángulo de aceptación.
Apertura numérica (aprox.) :
NA = sen(q)
o
NA = Sqrt (n02 – n12)
n0 = IR del núcleo
n1 = IR de el revestimiento
q
Ángulo de aceptación:
Ángulo de aceptación = 2q
Ángulo de aceptación = 2
arcsen(NA)
Fabricación de fibras ópticas
El núcleo
Núcleo
Varilla
Presión
Ej. : vapores ultrapuros
de silicio y de germanio
Material depositado sobre la varilla
Carburante
Fabricación de fibras ópticas
El revestimiento
Núcleo
Revestimiento
Varilla
Presión
Ej. : vapores ultrapuros
de silicio y de germanio
Material depositado sobre la varilla
Carburante
Fabricación de fibras ópticas
Hundimiento del vidrio
Retirar la varilla
Calentar el preformado
Bajo presión
Revestimiento
Núcleo
Vacío dejado por la varilla
Atenuación
Decibel – dB
 - Unidad logarítmica estándar utilizada para expresar la
relación de dos cantidades
 - Se utiliza para expresar la GANANCIA o la PÉRDIDA;
generalmente para comparar la potencia de entrada y la
potencia de salida
 - En relación con la fibra óptica, nos referimos
principalmente a la pérdida y a la potencia óptica
dBm
 - Decibel referenciado a un milliwatt (mW)
(por ejemplo, la relación utiliza una constante de 1 mW como
potencia de salida)
Atenuación o pérdida
Disminución en la potencia óptica promedio.
La atenuación resulta de la absorción, de la difusión, de
microcurvaturas, de macrocurvaturas, de conexiones y
de discontinuidades.
Se trata de una de las principales restricciones del
rendimiento. Juega un papel mayor en la determinación
de la distancia de transmisión máxima entre un emisor y
un receptor.
(Psalida [dBm] - Pentrada [dBm]) × 1000
Atenuación [dB/km] =
Distancia [m]
Absorción intrínseca
Impurezas en la fibra
Cada vez que un rayo luminoso entra en contacto con
una impureza, una parte de su energía es absorbida por
esta impureza.
Núcleo
Revestimiento
Impureza
Fuente
Rayo luminoso
Difusión
Impurezas en la fibra
Cada vez que un rayo luminoso entra en contacto con
una impureza, una parte de su energía es difundida por
esta impureza.
Fuente
Impureza
Retrodifusión de Rayleigh
Rayo luminoso
impurezas intrínsecas de la fibra
Microcurvaturas
Curvaturas microscópicas o malformaciones en la fibra
que provocan una pérdida de luz transfiriendo la energía
luminosa del núcleo de guía al revestimiento.
Macrocurvaturas
Curvaturas de la fibra que provocan una pérdida de luz.
Discontinuidades – reflectancia
Cada vez que un rayo luminoso encuentra una
discontinuidad, una parte de la luz es reflejada a la
fuente. Este fenómeno se llama reflectancia.
Reflectance
Empalme
Rayo
luminoso
Empalme
Método para unir de manera
permanente o temporaria dos
extremos de fibra óptica. Los
diversos tipos incluyen empalmes
por fusión y empalmes mecánicos.
Alineamiento incorrecto y falta de concordancia
Defecto angular – suciedad en la conexión
Rotura de la fibra
Rayo de luz
Reflectancia
Energía perdida
Atenuación o pérdida
% de potencia
restante
100
97,7
95,5
93,3
91,2
89,1
87,7
85,1
83,2
79,4
63,1
50,1
39,8
31,6
25,1
19,9
15,8
12,6
10
1
0,1
0,01
0,001
Potencia vs pérdida
100
90
80
Potencia restante en %
Pérdida en
dB
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
20
30
40
50
70
60
50
40
30
20
10
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
20
30
Pérdida en dB
Conversión de watts en dBm : P(dBm) = 10 x log [P(mW)/1mW]
Conversión de dBm en watts : P (mW) = 1 mW x 10 [P (dBm) / 10]
40
50
60
Tipos de fibra
- Fibras multimodales y monomodales
fibra multimodal
N
A
Pérdida
dB/Km
X kilómetros
Pulso
fibra monomodal
Ensanchamiento
del pulso
N
A
Pérdida
dB/Km
Pulso
X kilómetros
Fuente
Fibra monomodal
Fibra multimodal
Dispersión

Definición :distorsión de la señal causada por las
diferentes longitudes de las trayectorias según el modo de
la fibra, dando como resultado un ensanchamiento del pulso
de entrada a lo largo de la distancia de la fibra
y limita el ancho de banda.
 Unidad : nanosegundo por kilómetro (ns/km)
Dispersión modal
Fibra multimodal
Dispersión
Dispersión total (D) en una longitud de fibra
D = D0 x Lg
D0 : dispersión típica de la fibra (ns/km)
L : longitud del enlace (m)
g : depende del tipo de fibra y se sitúa cerca de 1
(supongamos que g = 1)
Pulsos: entrada
Pulsos : a x km
Lapso 1 = X
ns
Pulsos: salida
Lapso 2 = Y ns > Lapso
1
¿Cuántos modos?
El número de modos propagados en una fibra está determinado por:
 NA = la apertura numérica de la fibra (NA)
 d = el diámetro del núcleo y
 l = la longitud de onda de la luz propagada
El número V, o frecuencia normalizada, se utiliza para calcular el
número de modos donde : V = NA (2 p d / l )
El número de modos se calcula por aproximación por:
 la fibra óptica con salto de índice: N = V2 / 2
 la fibra óptica de índice gradual: N = V2 / 4
Operación monomodal
Cuando el número V de la fibra óptica con salto de índice se sitúa cerca de
2,405, la fibra soporta una operación monomodal. Con un número V más
grande, la fibra podrá funcionar como multimodal.
Multimodal
Tomemos una fibra óptica de índice gradual donde:
d = 50 mm
NA = 0,29
l1 = 850 nm
l2 = 1310 nm
Multimodal (aproximativo)
N = (NA ( 2 p d / l ))2 / 4
l1  N = 2872
l2  N = 1209
Monomodal
Tomemos una fibra real con salto de índice
(SMF-28 de Corning) donde:
d = 8,2 µm
NA = 0,14
l1 = 1310 nm
l2 = 1550 nm
La operación monomodal se cumple en (aprox.):
N = (NA ( 2 p d / l ))2 / 2
l1  N = 15,159 y V = 5,506
l2  N = 10,828 y V = 4,654
Dispersión modal
Fibra multimodal: el ensanchamiento del pulso puede
causar una superposición de los pulsos y crear
interferencia entre ellos. Este fenómeno es crítico para las
transmisiones de alta velocidad.
Frecuencia (1) = X Hz o bit/s
Pulsos: entrada
Pulsos: salida
Frecuencia (2) = 2 × frecuencia (1)
Pérdida de información
Dispersión modal
El ensanchamiento del pulso aumenta con la distancia.
Así, el caudal de transmisión máximo disminuye en
función de la distancia.
Frecuencia (1) = X Hz o bit/s
Pulsos : salida
Pulsos : entrada
Frecuencia (2) = 2 × frecuencia (1)
Pérdida de información
Dispersión modal que influye en el ancho de
banda
La dispersión modal limita el caudal de pulsos en las fibras
multimodales debido a la superposición e influye en el
ancho de banda de transmisión.
Ancho de banda total (BW) en una
longitud de fibra
BW = BW0 / Lg
BW0 : ancho de banda típico de la fibra en MHz-km
L : longitud del enlace en km
g : depende del tipo de fibra y se sitúa cerca de 1 (suponemos que = 1)
Fibras multimodales
– perfiles del índice
Salto de índice
Índice gradual
nr
nr
ni
IR
ni
ni
IR
nr
ni
nr
Diámetro
Diámetro
Fibra multimodal –
Salto de índice vs índice gradual
Frecuencia (1) = X Hz o bit/s
Pulsos : entrada
Pulsos : salida
Dispersión cromática
La variación entre la propagación de la señal luminosa y
las longitudes de onda que componen esta señal:
Dispersión del material : depende de la composición del
vidrio. En función del IR del formato y del núcleo.
Dispersión de guiaonda: las longitudes de onda que
hacen que el pulso viaje más rápido en un revestimiento de
bajo índice que en un núcleo de índice elevado.
Dispersión cromática
Fibra monomodal
Dispersión del material
La interacción entre el material de la fibra (IR) y las
longitudes de onda que componen la señal.
Cada longitud de onda viaja a su propia velocidad en la
fibra en función del índice de refracción y de las
características de la fibra.
LentoRápido
Fibra monomodal
N
A
Pérdida
dB/Km
X kilómetros
Pulso
Ensanchamiento
del pulso
Dispersión de guíaonda
Esto se produce dado que en una operación monomodal
la energía óptica viaja en el núcleo y en el revestimiento.
Cada longitud de onda viaja a velocidades ligeramente
diferentes dados los IR ligeramente distintos del núcleo
vs revestimiento.
Fibra monomodal
NA
Pérdida
dB/Km
Pulso
Kilómetros X
Ensanchamiento
del pulso
Dispersión cromática
Fibra monomodal estándar
dispersión – ps/nm/km
Longitud de onda de
dispersión
nula
+
dispersión del material
dispersión
cromática total
0
dispersión de
guíaonda
1200
1300
1400
1500
Fibras monomodales – perfiles del índice
Revestimiento
concordante - G.652
Dispersión
desfasada - G.653
dispersión cromática
aprox. 1300 nm
dispersión cromática desfasada
en 1550 nm
nr
nr
ni
IR
ni
ni
8 mm
 0,3 %
nr
Diámetro
IR
ni
nr
Diámetro
6 mm
 0,8 %
Comparación entre las fibras
Monomodal
no desfasada
Larga distancia
metropolitana
Monomodal
desfasada
Declinante
Larga distancia
n



n



Precio de la fibra



n
Gastos de conexión




Multimodal
Aplicación
Atenuación
Información (capacidad
no compensada)
Local
Monomodal
no desfasada
n
Peor

Bueno

Mejor

Óptimo
Dispersión de los modos de polarización (PMD)
- Concepto de polarización
No polarizada
Parcialmente polarizada
Totalmente polarizada
Concepto de polarización
La luz consiste en:
un campo eléctrico - E
un campo magnético - H
Que viajan en el tiempo (w) y en el espacio (k)
a lo largo del eje de propagación (Z)
Y
X
campo
eléctrico
E
E
90o
X
Y
H
campo
magnético H
Z (w,k)
Campo eléctrico solo
La luz puede estar
polarizada linealmente de manera horizontal – a lo largo
del plano X-Z
polarizada linealmente de manera vertical – a lo largo
del plano Y-Z
Y
Polarizada
verticalmente
X
Y
Polarizada
horizontalmente
X
Z
Z
Birrefringencia
El campo eléctrico E puede ser considerado como la
resultante de dos componentes: el vector E0x y el
vector E0y
E
E0x
E0y
Birrefringencia
El campo eléctrico (E0) es la suma vectorial de estos
dos componentes, también llamados principales
estados de polarización (PSP).
E
E0x
E0y
Birrefringencia
Los PSP no viajan a la misma velocidad a lo largo del eje
de propagación (Z) en función de las características
físicas de la fibra (geometría, variación del IR, etc.)
D
T
t
Eje
rápido
Eje lento
z,t
D
Conexión de fibras ópticas
Material instalado en los extremos del cable para
conectar temporariamente los cables a un emisor, un
receptor o a otro cable.
Conector
Cuerpo del conector
Clave de alineamiento
Fibra
Cable
Cuerpo unido al cable
Retención mecánica
Férula
Férula – rendimiento del conector
Rendimiento del conector
Pérdida de
inserción
Fibra/aire
= 14 dB
Sin contacto
Contacto físico
ORL
Contacto físico
Super PC
Ultra PC
NC
< 1 dB
= 12 dB
PC
SPC
UPC
< 0,7 dB
< 0,5 dB
< 0,5 dB
> 30 dB
> 40 dB
> 50 dB
PI
PT
PR
PI
PT
PR1
PR2
PR3
PI
PT
PR3
8o
Contacto físico angular
8o APC
< 0,5 dB
> 60 dB
PR3
PI
PT
PR3
Reflexión directa de los conectores APC en el revestimiento donde es rápidamente disipada
PI : Potencia incidente
PT : Potencia transmitida
PR : Potencia reflejada
8o
PR1 : Potencia reflejada desde la 1º cara
PR2 : Potencia reflejada desde la 2e cara
PR3 : Leves problemas de dispersión causados por las
imperfecciones de la superficie
Tipos de conectores
FC
SC
ST
D4
DIN
E2000
HMS-10/A
VFO/DF
Bicónico
EC/RACE
Conectores más comunes
Nombre
Biconic
Nec-D4
SMA 905/6
NTT FC
Radial VFO
Stratos
DIN 2.5 mm
AT&T ST
Mini BNC
HMS 3.5 mm
Radial PFO
Radial MFO
Sauriau 8016
FC/PC
SC/PC
FDDI
FC/APC
Radial VFO/DF
D4/PC
FC/SPC
ST/PC
HMS-10AG
HFS-10/AG
Radial EC (APC)
ST-SPC
HMS-10
Diamond D4108.6 (APC)
SC/APC
FC/UPC
ST/UPC
SC/UPC
HFS-13/AG
Interfaz universal
Interfaz univers. APC
Pérdida de Inserción (dB)
Monomodal
Multimodal
Típico
Máx
Típico
Máx
0,6
1
0,6
1
1
1
0,8
0,7
1
0,7
1
0,5
0,7
1,5
0,4
0,4
0,6
1
0,6
1
1
0,2
0,5
0,6
1
0,4
0,5
0,5
1
0,2
0,5
0,6
1
0,2
0,5
0,2
0,5
0,5
1
0,2
0,5
0,7
1
0,3
0,5
0,3
0,6
0,2
0,5
0,6
1
0,2
0,5
0,6
1
0,5
0,5
5
5
0,25
0,5
1
0,2
0,5
0,6
0,5
0,2
0,4
0,2
0,5
0,2
0,5
0,2
0,5
0,2
0,5
1
0,3
0,3
0,5
0,5
0,3
0,5
ORL (dB)
Monomodal
Multimodal
Típico
Máx
Típico
Máx
25
12
25
12
12
25
12
35
12
45
40
40
35
25
12
12
45
40
12
12
12
12
40
35
29
40
35
29
12
68
65
55
40
35
29
50
45
35
40
35
29
45
40
40
35
45
40
40
60
50
45
35
40
70
68
65
60
55
60
55
60
55
12
45
40
70
35
30
Emisores o fuentes de luz
LED y laser
Se utilizan dos fuentes ópticas principales:
LED (o DEL, Diodo ElectroLuminescente), que en
inglés significa:
Light
Emitting
Diode
Diodo LASER:
Light
Amplification by
Stimulated
Emission of
Radiation Diode
LED
I
p
V
n
Zona p
 Impurezas con menos electrones que
Hueco
átomos; se crean huecos
Emisión de
ondas
Zona n
luminosas
 Impurezas con más electrones;
electrones libres
Corriente a través de la unión
 Electrones completan los huecos:
RECOMBINACIÓN  RADIACIÓN
Electrón
LASER
Emisión luminosa
confinada
Superficie del
espejo reflejante
Se emite luz cuando un elemento
(ej. : un electrón) pasa de un nivel
de energía elevado a un nivel de
luz emergente energía inferior.
en el haz
Superficie
parcialmente
reflejante
Cuando un electrón entra en
colisión con un fotón, difunde
energía y devuelve un fotón
idéntico.
Confinada en una cámara
compuesta de espejos,
denominada resonador, la luz
efectúa el recorrido de la ida y
vuelta, repitiendo el proceso de
recombinación y así se amplifica.
Fuente óptica
Emisión con una longitud de onda que pueda ser
transmitida eficazmente por la fibra
(ej. : 850 nm, 1310 nm y 1550 nm).
El rango de longitudes de onda emitidas debe ser
conocido. Cuanto más amplio es el rango, más grande
es el riesgo de dispersión.
La potencia emitida debe ser suficiente para enviar la
señal, pero no demasiado elevada, para evitar efectos no
lineales y de distorsión.
Fuente óptica
Debe ser modulada para transmitir una señal
comprensible.
Debe ser capaz de transferir su luz en la fibra.
Longitud de onda
La atenuación de la señal y el ensanchamiento del pulso
están directamente relacionados con la longitud de onda
de la fuente.
El ensanchamiento del pulso depende del ancho
espectral de la fuente.
Esta ampliación aumenta al mismo tiempo que el ancho
espectral aumenta.
Longitud de onda
Ancho espectral
LASER
LED
 El material semi-conductor utilizado
para fabricar la fuente óptica
determina la longitud de onda y el
ancho espectral de la luz emitida.
Potencia
 Un LASER es por lo general más
potente que un LED.
Potencia y acoplamiento
Luz perdida
Revestimiento
Núcleo
Potencia
 Tan baja como 10 nW
 (-50 dBm) LED
 Por encima de 100 mW
 ( >20 dBm) LASER
Acoplamiento (pérdida de
emisión)
Ángulo de  Alinear con precisión la superficie
aceptación emisora y el núcleo
Ángulo de  Hacer concordar el ángulo de
emisión
emisión con la apertura numérica
Modulación
El hecho de cambiar la corriente que pasa a través de un
laser semiconductor o LED modifica su emisión luminosa,
modulándola con una señal.
Laser
La emisión cambia con la corriente de entrada
tanto para los laser como para los LED
Corriente de salida
LED
Corriente de ataque
Corriente de entrada
LED vs lasers
LED
Potencia
baja
Tiempo de respuesta
lenta
Complejidad
poco complejo
Utilización
corta distancia
Costo
poco costoso
Lasers
media y elevada
rápida a muy rápida
muy complejo
larga distancia
muy costoso
Fibras ópticas y fuentes
Multimodal
9
Multimodal
Atenuación (dB/km)
8
Monomodal
7
6
Multimodal y monomodal
5
Monomodal
4
3
2
1
700
800
900
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Longitud de onda (nm)
Detectores
Detector
I
n
V
Empobrecimiento
p
Zona p
 Impurezas con menos electrones que
átomos; se crean agujeros
Zona n
 Impurezas con más electrones;
Onda luminosa electrones libres
Zona de empobrecimiento
 Separación entre los huecos y los
electrones
Luz a través de la unión
 Creación de electrones y de huecos
Longitud de onda
La respuesta en longitud de onda depende de la
composición del detector.
Rangos típicos de funcionamiento del detector
Materiales
Silico
Germanio (Ge)
GaAs
InGaAsP
InGaAs
Longitudes de onda (nm)
380 to 1600
600 to 1600
800 to 1600
1100 to 1600
840 to 1600
Curva de respuesta
– Sensibilidad del detector óptico
 Varía según la longitud de onda y la curva de respuesta de
las condiciones de funcionamiento.
 Relación entre la corriente de salida (amperio) y la
potencia de entrada (watt).
1
0,9
Curva de respuesta
(A/W)
Ge
0,8
0,7
0,6
Si
InGaAs
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
450
650
850
1050
Longitud de onda (nm)
1250
1450
1650
Sensibilidad del detector óptico
– relación señal / ruido (OSNR)
Fuertemente relacionada con la potencia de la señal y el
nivel de ruido
Relación señal / ruido del detector
 mide la calidad de una señal analógica
 influye en la tasa de error sobre los bits (BER)
de las señales numéricas
Nivel de ruido
Señal
Señal sobre ruido
dB
Potencia
dBm
Sensibilidad del detector óptico
–velocidad y ancho de banda
Entre el momento en que la luz entra en contacto con la
superficie y la respuesta del detector, transcurre un
lapso.
T2
T3
SALIDA :
Respuesta en corriente
Potencia
ENTRADA :
luz que
entra en
contacto
con el
detector
Bit
T1 : lapso de respuesta
T2 : lapso para alcanzar el pico de potencia
T3 : lapso para volver a 0
Tiempo
T1
Concepto de sensibilidad del detector óptico
El formato del detector influye en la
sensibilidad del detector.
 La región activa del detector
debería ser más amplia que el núcleo
de la fibra, para captar toda la energía
emitida.
Detector
Región
activa del
detector
Núcleo
d
q
Revestimiento
S
 El diámetro del punto luminoso
proyectado en el detector es:
D = d + (2S tan(q))
donde:
d = el núcleo del diámetro
S = la distancia desde el detector
q = 1/2 ángulo de aceptación
Sensibilidad del detector óptico
– rango dinámico
El rango de potencia de entrada según el cual el detector
produce la potencia de salida deseada, es decir, sin
distorsión.
Corriente de salida (I)
Respuesta no lineal
Rango
dinámico
Respuesta lineal
Potencia de entrada : luz
Diferentes componentes
- Acoplador óptico
Un acoplador óptico, también denominado divisor, es un
componente pasivo que divide una señal y la envía a dos
o varias fibras.
100%
25 %
50 %
25 %
Usuario 1
Usuario 2
Fuente
50%
100 %
50 %
50%
25 % Usuario 3
25 %
Usuario 4
Cobre vs fibra
Regeneradores de señal
Fibra
Cobre
Localizador visual de fallas (LFD)
Una fuga de luz visible localiza la falla.
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