CONCEPTOS BÁSICOS
PROPIEDADES DE LA LUZ
1. Siempr Siempre e que que incid incide e un rayo rayo lumi luminos noso o sobre sobre una superf superfici icie e de separa separació ción n entre entre dos medios medios,, se cumple que se forman al menos menos dos rayos, uno reflejado y otro transmitido transmitido (más un tercero, refractado). . El rayo reflejado siempre forma un ángulo con la normal igual al ángulo de incidencia. 3. La refracción refracción cumple cumple la ley de Snell: Snell: n1 . sen i= n2 . sen t
Rayo de luz reflejado
aire (n2) agua (n1) Rayo de luz refractado
CONCEPTOS BÁSICOS
PROPIEDADES DE LA LUZ
1. Siempr Siempre e que que incid incide e un rayo rayo lumi luminos noso o sobre sobre una superf superfici icie e de separa separació ción n entre entre dos medios medios,, se cumple que se forman al menos menos dos rayos, uno reflejado y otro transmitido transmitido (más un tercero, refractado). . El rayo reflejado siempre forma un ángulo con la normal igual al ángulo de incidencia. 3. La refracción refracción cumple cumple la ley de Snell: Snell: n1 . sen i= n2 . sen t
Rayo de luz reflejado
aire (n2) agua (n1) Rayo de luz refractado
CONCEPTOS BÁSICOS
PROPIEDADES DE LA LUZ
- REFL REFLEX EXIÓ IÓN N - REFR REFRAC ACCI CIÓN ÓN
Rayo de luz directo Rayo de luz reflejado
aire (n2) agua (n1) Rayo de luz refractado
CONCEPTOS BÁSICOS
PROPIEDADES DE LA LUZ
- La velocidad velocidad de propagaci propagación ón de la luz en un medio, medio, viene viene determinada determinada por un “índice de refracción”: “n” - n representa la relación entre la velocidad de la luz en el vacío (C = 300.000 Km/seg) y la velocidad de la luz en el medio (V)
n = C/V Material Vacío Aire Agua Cristal de c uarzo
Veloc idad (Km/s eg) "V" Índice de re fracc ión "n" 3 0 0 .0 0 0 2 9 9 .9 0 0 2 2 5 .0 0 0 2 0 0 .0 0 0
1 ,0 0 0 0 1 ,0 0 0 3 1 ,3 3 3 0 1 ,5 0 0 0
CONCEPTOS BÁSICOS
PROPIEDADES DE LA LUZ
- REFLEXIÓN TOTAL Principio de la transmisión óptica. ¿dónde está la luz?
aire (n2) agua (n1) : ángulo crítico
Reflexión total interna Rayo de luz
Para que esto se de n1>n2
Luz bajo el agua
CONCEPTOS BÁSICOS
¿QUE ES UN CONEXIÓN DE FO?
Una conexión de FO es un camino para transferir informacion desde un generador de señal a una carga (receptor, usuario). Es diferente de una conexión de cable coaxial porque ésta usa “luz” Cable Coaxial
Fibra Optica
Para la señal esta transferencia debe ser insensible al medio
CONCEPTOS BÁSICOS
ESPECTRO DE FRECUENCIAS
Longitud Nomenclatura de onda Ultravioleta 300 nm Visible 1000 nm Com. Ópticas Infrarrojo
1 cm
Medio de transmisión
800 nm 1600 nm
ondas milimétricas SHF
Guía ondas
10 cm 1m 10 m
UHF VHF HF
100 m 1 Km 10 Km
Cable Coaxial
MF LF VLF
100 Km Audio
Par Trenzado
Servicios
Frecuencia
Telefonía Datos Vídeo Enlaces Submarinos
1015 Hz
1014 Hz
100 GHz Navegación comunic. Satélite-Satélite 10 GHz Radio Enlaces microondas microondas Radar 1GHz TV UHF, moviles, aeronaut Radio movil Onda 100 MHz TV UHFmoviles Corta Negocios Radioaficion 10 MHz Banda civil AM 1 MHz Aeronautica Onda cables subm 100 KHz Larga Navegacion Radio transoceanic 10 KHz Telefonía Telegrafía 1 KHz
CONCEPTOS BÁSICOS
VENTANAS
La transmisión de información a través de fibras ópticas se realiza mediante la modulación (variación) de un haz de luz invisible al ojo humano, que en el espectro ("color" de la luz) se sitúa por debajo del infra-rojo. λ (nm)
CONCEPTOS BÁSICOS
VENTANAS
Las fibras ópticas presentan una menor atenuación (pérdida) en ciertas porciones del espectro lumínico, las cuales se denominan ventanas y corresponden a las siguientes longitudes de onda (λ), expresadas en nanometros: Primera ventana 800 a 900 nm λ utilizada = 850nm Segunda ventana 1250 a 1350 nm λ utilizada = 1310nm Tercera ventana 1500 a 1600 nm λ utilizada = 1550nm = C/F : Longitud de onda [nm] F: Frecuencia C: Velocidad de la luz
C =3*108
CONCEPTOS BÁSICOS
FIBRAS ÓPTICAS
Las fibras ópticas son conductos, rígidos o flexibles, de plástico o de vidrio (sílice), que son capaces de conducir un haz de luz inyectado en uno de sus extremos, mediante sucesivas reflexiones que lo mantienen dentro de sí para salir por el otro. Es decir, es una guía de onda y en este caso la onda es de luz.
CONCEPTOS BÁSICOS
FIBRAS ÓPTICAS
Tipos de cable F.O. El cable de fibra óptica se constituye principalmente de un núcleo rodeado de un revestimiento. La diferencia entre sus indices de refracción (indicados con n) es lo que hace que el haz de luz se mantenga dentro del núcleo (siempre que el haz haya entrado con el ángulo apropiado y el “n” del núcleo sea mayor que el del revestimiento).
n2 n1
CONCEPTOS BÁSICOS
FIBRAS ÓPTICAS
MM 50/125
SM 9/125
Cubierta
Nucleo 50 µm
125 µm
MM 50/125
9 µm
125 µm
SM 9/125
CONCEPTOS BÁSICOS
FIBRAS ÓPTICAS
MM 50/125
Fibras multimodo. 50 µm
Pueden ser guiados muchos modos o rayos luminosos, cada uno de los cuales sigue un camino diferente dentro de la fibra óptica. Este efecto hace que su ancho de banda sea inferior al de las fibras monomodo.
125 µm
MM 50/125
Por el contrario los dispositivos utilizados con las multimodo tienen un coste inferior (LED). Este tipo de fibras son las preferidas para comunicaciones en pequeñas distancias
CONCEPTOS BÁSICOS
FIBRAS ÓPTICAS
SM 9/125
Fibras monomodo. 9 µm
El diámetro del núcleo de la fibra es muy pequeño y sólo permite la propagación de un único modo o rayo (fundamental), el cual se propaga directamente sin reflexión. Este efecto causa que su ancho de banda sea muy elevado.
Dispositivos de elevado coste (LASER).
125 µm
SM 9/125
Se suele reservar a grandes distancias, superiores a 4 km.
CONCEPTOS BÁSICOS
FIBRAS ÓPTICAS
Existe otra clasificación, según la variación del índice de refracción dentro del núcleo, y según la cantidad de MODOS (haces de luz) :
Fibras multimodo. •Multimodo de índice escalonado [Multimode step index] MM •Multimodo de índice gradual [Multimode graded index] MM
Fibras monomodo. •Monomodo (índice escalonado) [Single Mode step index] SM
FIBRAS ÓPTICAS Fibras multimodo indice escalonado.
CONCEPTOS BÁSICOS
- Ancho de banda reducido (20 a 200 MHz/Km) - Existencia de dispersión (Para un kilometro de fibra el retraso Dt varia de 20 a 2ns) - Bajo coste
FIBRAS ÓPTICAS Fibras multimodo indice gradual.
CONCEPTOS BÁSICOS
- Gran ancho de banda (500 a 1500 MHz/Km) - Mas costosa - Reducción de la dispersión (el retraso Dt varia de 800 a 200 ps ) - Mas difícil de fabricar. - Se utiliza en enlaces de mas alta capacidad
FIBRAS ÓPTICAS Fibras monomodo indice escalonado.
CONCEPTOS BÁSICOS
- Gran ancho de banda (50 Ghz/Km) - Un sólo modo de propagación y “no” existe dispersión - Enlaces de grandes distancias - Las más utilizadas para sistemas de tx óptica de gran capacidad
CONCEPTOS BÁSICOS
FIBRAS ÓPTICAS
Hoy en dia las fibras ópticas telecomunicaciones está hechas de silice. Los estándares son: FIBRA OPTICA TRANSMISION LONGITUD DE Nucleo/cubierta ONDA 62,5/125 m
Multi-mode
62,5/125 m
Multi-mode
50/125 m
Multi-mode
50/125 m
Multi-mode
9/125 m
Single-mode
9/125 m
Single-mode
1st window 850 nm nd 2 window 1310 nm 1st window 850 nm 2 nd window 1310 nm 2nd window 1310 nm 3rd window 1550 nm
ATENACIÓN
ANCHO DE BANDA
4 dB/km
160 MHz/km
2 dB/km
200 MHz/km
3 dB/km
400 MHz/km
1 dB/km
800 MHz/km
0,4 dB/km
>20 GHz/km
0,2 dB/km
>200 GHz/km
Fracarro a escogido y desarrollado sus equipos ópticos para monomodo en 2ª ventana.
CONCEPTOS BÁSICOS
FIBRAS ÓPTICAS A la FO desnuda (núcleo+revestimiento+color) se le agregan protecciones adicionales contra esfuerzos de tracción, aplastamiento y humedad.
CONCEPTOS BÁSICOS
ATENUACIÓN DISPERSIÓN
CONCEPTOS BÁSICOS
ATENUACIÓN
• Es la pérdida de potencia óptica en una fibra, y se mide en dB y dB/Km. • Una pérdida del 50% de la potencia de entrada equivale a -3dB. • Las pérdidas pueden ser: - Intrínsecas - Extrínsecas
CONCEPTOS BÁSICOS
ATENUACIÓN
Intrínsecas Dependen de la composición del vidrio, impurezas, etc., y no las podemos eliminar. - Las ondas de luz en el vacío no sufren ninguna perturbación. Pero si se propagan por un medio no vacío, interactúan con la materia produciéndose un fenómeno de dispersión debida a dos factores: •Por absorción: la luz es absorbida por el material transformándose en calor. •Por difusión: la energía se dispersa en todas las direcciones. - Variación del diámetro del núcleo Esto significa que parte de la luz se irá perdiendo en el trayecto, y por lo tanto resultará estar atenuada al final de un tramo de fibra.
CONCEPTOS BÁSICOS
ATENUACIÓN
Extrínsecas Son debidas al mal cableado y empalme. Las pérdidas por curvaturas se producen cuando le damos a la fibra una curvatura excesivamente pequeña (radio menor a 4 o 5 cm) la cual hace que los haces de luz logren escapar del núcleo, por superar el ángulo máximo de incidencia admitido para la reflexión total interna.
También se dan cuando, al aumentar la temperatura y debido a la diferencia entre los coeficientes de dilatación térmica entre fibras y buffer, las fibras se curvan dentro del tubo.
CONCEPTOS BÁSICOS
ATENUACIÓN
Atenuación por empalme Cuando empalmamos una fibra con otra, en la unión se produce una variación del índice de refracción lo cual genera reflexiones y refracciones, y sumandose la presencia de impurezas, todo esto resulta en una atenuación. •Por inserción: es la atenuación que agrega a un enlace la presencia de un conector o un empalme. (0,4 dB) •De retorno o reflactancia: es la pérdida debida a la energía reflejada, se mide como la difrencia entre el nivel de señal reflejada y la señal incidente, es un valor negativo y debe ser menor a -30 dB (típico -40dB). En ocasiones se indica obviando el signo menos. Ejemplo para un conector:
Insertion loss
< 0.2 dB typ < 0.3 dB max
Return loss PC
< -30dB
Return loss Super PC
< - 40dB
Return loss Ultra PC
< -50dB
CONCEPTOS BÁSICOS
ATENUACIÓN
Empalmes atenuados En algunos casos, la atenuación de un tramo de FO es tan baja que en el final del mismo la señal óptica es demasiado alta y puede saturar o dañar el receptor. Entonces es necesario provocar una atenuación controlada y esto se hace con la misma empalmadora, con la función de empalme atenuado.
CONCEPTOS BÁSICOS
ATENUACIÓN
Difusión Absorción
dB/Km 1300
850
1550
0.4 0.2
1000
1200
1400
1600
Atenuación: 1ªventana > 2ª ventana > 3ª Ventana
CONCEPTOS BÁSICOS
ATENUACIÓN
Atenuación por tramo Es debida a las características de fabricación propia de cada fibra (naturaleza del vidrio, impurezas, etc.) y se mide en dB/Km, lo cual nos indica cuántos dB se perderán en un kilómetro. Medición con OTDR
Parámetros de medición: λ= 1556 nm
Indice= 1.465 Ancho de pulso= 1000 ns
Span (rango) = 0 a 6 km Promedios = 15 Cursor A = 3.976 km Cursor B = 2.529 km
Resultado de la medición: A-B = 1.447 km LSA Attn = 0.185 dB/km
CONCEPTOS BÁSICOS
ATENUACIÓN
EJEMPLO ATENUACIÓN FIBRA ÓPTICA : 3 dB/Km Potencia (dBm) = 10 Log Potencia (mW)
Cable FO 3 dB/Km
Distancia
0 Km
1 Km
2 Km
2,5 Km
Pot mW
1 mW
0,5 mW
0,25 mW
0,177 mW
Pot dBm
0 dBm
-3 dBm
-6 dBm
- 7,5 dBm
CONCEPTOS BÁSICOS
ATENUACIÓN
ATENUACIÓN FIBRA ÓPTICA vs COAXIAL 140 120
RG-6
100
RG-11 ½”
80
FO 60 40 20 0
50
100
200
400
600
800
1000
2150
CONCEPTOS BÁSICOS
DISPERSIÓN
-Intermodal: Fibras multimodo -Intramodal: Fibras monomodo La dispersión produce un ensanchamiento de la señal a transmitir, reduciendo la capacidad y por tanto la velocidad de transmisión de la fibra
CONCEPTOS BÁSICOS
ATENUACIÓN-DISPERSIÓN
DISPERSIÓN
ATENUACIÓN 30 1.6 0
dB/Km
Pseg/Km.nm
1300
850
1550
0.4 0.2
-20
1000
120 0
1400
1600
At enuación: 1ªventana > 2ª ventana > 3ª Ventana
1100
1200
1300
1400
1500
Dispersión mínima 2ª ventana
CONCEPTOS BÁSICOS
CONEXIÓN Y EMPALMES
Al igual que otros medios de transmisión físicos, las fibras opticas necesitan dispositivos de interconexión y empalme.
Las secciones de las fibras ópticas se conectan a través de emplames, mecánicos o por fusión. Un empalme es una unión permanente que alinea perfectamente el final de dos fibras. Los conectores ópticos se usan para conectar las fibras ópticas a equipos u otros dispositivos
CONCEPTOS BÁSICOS
EMPALMES
Fase 1, alineamiento
Fase 3, Unión
Fase 2, Limpieza
CONCEPTOS BÁSICOS
EMPALMES
Defectos típicos en empalmes
Air gap
Axial defect
Misaligned
CONCEPTOS BÁSICOS
EMPALMES MECÁNICOS
Son empalmes rápidos, permanentes o temporarios, que pueden usarse, por ejemplo, para probar bobinas. Producen atenuaciones altas, del orden de 0.20 a 1dB. Vienen rellenos con gel para mejorar la continuidad de la luz. Pueden ser cilindros con un orificio central, o bandejitas cerradas con dos pequeñas llaves que nos permiten introducir las fibras.
A las fibras se les retira unos 3 cm del coating (color), se limpian con alcohol isopropílico, y luego se les practica un corte perfectamente recto a unos 5 o 6 mm, con un cortador (cutter o cleaver) especial, con filo de diamante.
CONCEPTOS BÁSICOS
EMPALMES MECÁNICOS
Son empalmes permanentes y se realizan con máquinas empalmadoras, manuales o automáticas, que luego de cargarles las fibras sin coating y cortadas a 90º realizan un alineamiento de los núcleos de una y otra, para luego fusionarlas con un arco eléctrico producido entre dos electrodos. Llegan a producir atenuaciones casi imperceptibles (0.01 a 0.10 dB)
CONCEPTOS BÁSICOS
EQUIPOS DE EMPALME
FUSIONADORA
CLEAVER (CORTADOR)
CONCEPTOS BÁSICOS
EMPALME POR FUSIÓN
1
2
Con una pinza especial (125µ) se pela (strip) unos 5cm de coating (color)
Se limpia (clean) la fibra con un papel suave embebido en alcohol isopropílico
CONCEPTOS BÁSICOS
EMPALME POR FUSIÓN
3
Se corta (cleave) la fibra a unos 8 a 16mm con un cutter o cleaver, con hoja de diamante, apoyando la fibra dentro del canal, haciendo coincidir el fin del coating con la división correspondiente a la medida. Una vez cortada, la fibra no se vuelve a limpiar ni tocar.
4
Cuidando que la fibra no contacte con nada, se introduce en la zapata de la empalmadora, sobre las marcas indicadas. Repetir el procedimiento con la otra fibra.
CONCEPTOS BÁSICOS
EMPALME POR FUSIÓN
CONCEPTOS BÁSICOS CONECTORES
CONCEPTOS BÁSICOS TIPOS DE CONECTORES
SC
ST
FC
Cada conector consta de: •Ferrule: es el cilindro que rodea la fibra a manera de PIN. •Body: el cuerpo del conector •Boot: el mango
CONCEPTOS BÁSICOS TIPOS DE PULIDOS El pulido consiste en dejar la fibra óptica a ras del extremo de la Ferrule, además de quedar la fibra libre de toda rugosidad e imperfecciones. El pulido proporciona diferentes curvaturas y ángulos que confieren a los conectores diferentes propiedades ópticas, en relación con las pérdidas de inserción y de retorno
PC – SPC - UPC
APC
Perdidas inserción <0.5 ; < 0.2 ; <0.2 dB
Perdidas inserción < 0.5 dB
Reflectividad
Reflectividad < 60 dB
< -30 ;< - 40 ; < -50 dB
No compatible resto de conectores
