Distorsión en Fibras Opticas: En todas las fibras ópticas ocurre la

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Distorsión en Fibras Opticas:
En todas las fibras ópticas ocurre la distorsión de los pulsos
de entrada. Esto es, los pulsos de entrada se ensanchan al
pasar a través de la fibra, llegando al punto extremo que
puede aumentar el intersymbol interference (ISI).
¿Qué causa la distorsión de los pulsos de entrada?
Tal y como muestra la anterior figura, la luz que entra a la
fibra tiene múltiples modos de propagación, unos de bajo
orden y otros de alto orden.
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Como los modos de alto orden rebotan más veces antes de
llegar al punto final, recorren una mayor distancia y se
demorarán en llegar un poco de tiempo más que los modos
de bajo orden. Esto es, los modos de bajo orden llegan
antes que los modos de alto orden. Por esto es que los
pulsos se distorsionan.
Cuando hay varios pulsos al éstos ensancharse es posible
que el receiver experimente intersymbol interference (ISI) y
se confunda al discriminar entre 0’s y 1’s.
A mayor velocidad de transmisión (i.e. mayor bit rate),
mayor será la distorsión producida por la fibra óptica.
Mucho más que la atenuación, la distorsión es un factor
mucho más importante al limitar la velocidad máxima de
transmisión en una fibra óptica.
La distorsión es más fuerte en los multimode step index
fiber que en los graded index fiber y no existe en los single
mode fibers.
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Dispersión en Fibra Optica:
Además de la distorsión, al igual que todas las líneas de
transmisión, la fibra óptica también presenta dispersión.
Esto es, que no todos los componentes de frecuencia, o no
todos los largos de onda, viajan o se propagan a la misma
velocidad a través del medio.
La dispersión, al igual que la distorsión, hace que los pulsos
de entrada se ensanchen.
Contrario a la distorsión, la dispersión afecta a todos los
tipos de fibra, incluyendo las single mode.
Existen 3 mecanismos de dispersión en la fibra óptica:
material dispersion, waveguide dispersion, y chromatic
dispersion.
Material Dispersion:
La velocidad de la luz a través de un medio como una fibra
óptica es función del índice de refracción. Mientras más
alto sea el índice de refracción, más lento viaja el haz de
luz.
El índice de refracción a su vez es función del largo de
onda.
La luz que se le inyecta a una fibra óptica nunca a va ser
completamente pura a un sólo largo de onda. Siempre va a
ocupar una banda de largos de onda.
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Por supuesto, si utilizamos como transmisor un laser, el
cual va a tener una mayor pureza espectral de largos de
onda que un light emitting diode (LED), entonces podemos
reducir el componente de material dispersion.
Waveguide Dispersion:
Para cada frecuencia (o largo de onda), la velocidad de la
luz varía con la geometría de la guía de onda. Esto es, por
cuestiones estrictamente geométrica, para cada largo de
onda la velocidad tiene variaciones en función de la
geometría de la fibra. Este efecto hace que se ensanchen los
pulsos. Sin embargo, este efecto no es tan importante como
el de material dispersion.
Chromatic Dispersion:
Toda fuente de luz, aún la de los lasers, incluirá múltiples
largos de onda. Cada largo de onda viaja a una velocidad
distinta, produciendo el chromatic dispersion.
En las fibra single mode hay una banda de largos de onda,
entre los 1300 nm y los 1600 nm en que el material
dispersion y el waveguide dispersion son iguales en
magnitud y opuestos en amplitud, produciendo una
dispersión total que se aproxima a cero. Estas son las
regiones típicas de operación para las fibras ópticas single
mode.
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Atenuación en la Fibra Optica:
Hay dos mecanismos de atenuación. Estos son absorbción y
scattering.
Ocurre absorbción cuando la luz cambia a calor dentro del
core de la fibra. Esto es causado por impurezas y la
presencia de iones en las fibras, aún en las más puras de
cristal.
Ocurre scattering cuando del core se escapa energía de luz.
Esto es causado por variaciones en la densidad y
composición de los materiales en el core.
Las pérdidas por absorbción y scattering se minimizan en
la ventana comprendida entre los 1300 y los 1500 nm de
largo de onda. Es muy conveniente que en esta misma
ventana de largos de onda también se minimiza la
dispersión en las fibras single mode.
Tipos de Fibra Optica:
Hay 3 clasificaciones principales para las fibras ópticas:
a. multimode, step-index
b. multimode, graded-index
c. single-mode
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En los multimode step index fibers la transición en índice
de refracción entre el core y el cladding es abrupta. Esto es,
no es una transición gradual. El core es de un índice de
refracción más alto que el del cladding. La transición entre
índices de refracción se asemeja a un salto unitario (i.e. step
function).
Los graded index fibers tienen una transición gradual en el
índice de refracción al ir del core al cladding. El índice de
refracción disminuye en forma continua según aumenta la
distancia radial desde el centro del core. Según muestra la
figura, la variación en el índice de refracción es en forma
parabólica.
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En la figura también se puede observar cómo los rayos de
luz se van curveando según cambia el índice de refracción
del medio.
El graded-index fiber presenta menos distorsión que el
step-index fiber. Los rayos de luz recorren una mayor
distancia, pero dada la disminución en el índice de
refracción según se alejan del centro del core, viajan más
rápido.
En la fibra óptica single mode tan sólo hay un modo de
propagación. Para lograrlo, el numerical aperture tiene que
ser menor, resultando en una fibra óptica más cara, pero
con la ventaja que ofrece menor distorsión, permite
aumentar el bit rate, y lograr una mayor separación entre
repetidores. A altos bit rates es afectada por el chromatic
dispersion en donde los distintos componentes de largos de
onda viajan a distintas velocidades.
Generalmente se utiliza fibra óptica single mode para
aplicaciones de video y para circuitos de larga distancia.