Curso de Fibra Óptica Capít Ca pítulo ulo 7 – Reflec Reflectro tromet metría ría
Adolfo Producto García Yagüe
[email protected] Dpto. Ingeniería Cables~Ópticos ~
[email protected] 0.0 ~ Junio Mes Año Versión 1.0 2005 Diseñamos primero fabricamos después 1 ,
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CURSO DE FIBRA ÓPTICA
Capítulo 1: Conceptos básicos Capítulo 2: Cables de fibra óptica Capítulo 3: Cableado Capítulo 4: Empalme de la fibra óptica Capítulo 5: Componentes Ópticos Pasivos Capítulo 6: Conectores Capítulo 7: Reflectometría 2
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CURSO DE FIBRA ÓPTICA
Capítulo 1: Conceptos básicos Capítulo 2: Cables de fibra óptica Capítulo 3: Cableado Capítulo 4: Empalme de la fibra óptica Capítulo 5: Componentes Ópticos Pasivos Capítulo 6: Conectores Capítulo 7: Reflectometría 2
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ATENUACIÓN (I)
Disminución o pérdida de potencia de luz inyectada en la fibra con la distancia. La atenuación A(λ) a una λ entre dos secciones transversales de una f.o. 1 y 2 separadas una distancia L se define como: –
A(λ)=10log (P1(λ)/P2(λ)) (dB)
Coeficiente de atenuación: –
α(λ)= A(λ)/L (dB/Km)
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ATENUACIÓN (II)
Factores que intervienen el la atenuación – –
Dispersión Rayleigh o Scattering Absorción de la luz
Dióxido de Silicio (UV, IR) Iones oxhidrilo (OH) (950nm, 1230nm y 1380nm) • Curvaturas: se excede el ángulo critico. Radio de curvatura mínimo: máxima curvatura que puede soportar una fibra óptica circunscrita en un mandril de radio: radio de curvatura mínimo, sin variar alguna de sus características de transmisión. •
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Ventanas de transmisión: 850, 1310, 1550 y 1625 nm La atenuación es menor conforme aumenta la longitud de onda. Diseñamos primero ,
fabricamos después
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ATENUACIÓN (III)
MACROCURVATURAS
SCATTERING
ABSORCIÓN
MICROCURVATURAS
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DISPERSIÓN
Dispersión: es la difusión del pulso de luz a lo largo de la
fibra –
Dispersión modal (Sólo en multimodo) Se produce porque la velocidad
del haz de luz cuando se propaga por el núcleo dela f.o. No se mantiene constante –
Dispersión en el material •
• –
Variación del índice de refracción puntual del núcleo de fibra óptica Vp no se mantiene constante
Dispersión en la Guiaonda
Falta de uniformidad en los fenómenos de reflexión del haz lumínico que se propaga en el núcleo de la fibra Dispersión característica de las fibras de salto de índice ya que la propagación se produce por reflexiones sucesivas. Polarización (PMD) en X e Y la luz tiene retardo diferente, afecta más Diseñamos primero en monomodo fabricamos después •
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EMISORES Y RECEPTORES ÓPTICOS
Su aparición (70´s) impulso las comunicaciones ópticas definitivamente FOTOEMISORES –
LED
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LASER
FOTODETECTORES –
PIN Diseñamos primero fabricamos después ,
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EMISORES OPTICOS (I)
LED Diodo Semiconductor Baja potencia (-20dBm) Ancho espectral elevado (100nm): dispersión Aplicación típica: LAN –
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EMISORES ÓPTICOS (II)
LASER Diodo Semiconductor sobre-excitado –
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EMISORES ÓPTICOS (III)
LASER Diodo Semiconductor sobre-excitado Corriente umbral (50mA), comportamiento LED Por encima aparece efecto LASER: los fotones toman energía de otros átomos sobre-excitados, generando nuevos fotones -en faseAvalancha de fotones monocromáticos y de alta potencia Anchura espectral 4nm Alta potencia (0 dBm) Aplicación: telecomunicaciones – – –
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RECEPTORES ÓPTICOS (I)
Diodo PIN Diodo PN con semiconductor Intrínseco expuesto a la luz incidente Se generan pares electrón-hueco: corriente al polarizarse el PIN Responsividad: mA/W Sensibilidades del orden de -35 dBm –
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ENLACE DE F.O. (I)
Señal óptica Transmisor electro-óptico Diodo LED o LASER
Receptor electro-óptico
Cable de FO
Fotodiodo
Conectores de FO
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ENLACE DE F.O. (II)
Emisor (LED/LASER): Potencia de transmisión: P(dBm)=(10logP(µW)/1000 µW) Ancho de Banda (MHz) Receptor (PIN) Tasa de Error de Bit B.E.R. Sensibilidad S(dBm)=(10logPmin(µW)/1000 µW) Saturación ST(dBm)=(10logPmax(µW)/1000 µW) Margen dinámico MD(dB)=ST(dBm)-S(dBm) Ancho de Banda (MHz) –
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¿PARA QUE SIRVE UN OTDR? OTDR: OTDR: Optical Optical Time Time Domain Domain Reflectometer Reflectometer
Teniendo acceso SOLO a uno de los extremos de la tirada de cable podemos saber: Eventos • • • •
Empalmes Conectores Curvaturas WIC, WDM
Continuidad de la fibra Perdidas de inserción dB/Km Longitud de la fibra Perdidas de inserción y retorno de cada uno de los eventos Diseñamos primero
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fabricamos después
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DIAGRAMA DE BLOQUES OTDR
MICROPOCESADOR
LCD DISPLAY FIBRA
EMISOR
SPLITTER RECEPTOR
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LUZ RETORNADA
FRESNEL REFLECTION. Reflexiones producidas al
pasar la luz de un medio a otro, por ejemplo, en conectores RAYLEIGH SCATTERING. Debido a variaciones en la
densidad de la fibra, una pequeña cantidad de luz regresa al OTDR (backscattering), este retorno es continuo a lo largo de la fibra y es atenuado por esta Diseñamos primero fabricamos después ,
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¿CÓMO FUNCIONA UN OTDR?
Debemos configurar en el OTDR el índice de refracción de la fibra que estamos midiendo Conociendo el I.R. y la longitud de onda sabemos la velocidad a la que viaja la luz Si enviamos un pulso de luz, podemos saber a que punto de la fibra pertenece la luz de retorno Representación gráfica de los niveles de retorno medidos Análisis de los niveles para localizar los eventos Diseñamos primero fabricamos después ,
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MEDICIÓN DE LA DISTANCIA
t0 t1 d
d=
ct 2n
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d es la distancia
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c es la velocidad de la luz en el vacío
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t es el tiempo de retorno
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n es el índice de refracción Diseñamos primero fabricamos después ,
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RAYLEIGH SCATTERING
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MEDICIÓN DE LAS P.I. (I)
El BACKSCATTER está directamente relacionado con el pulso de luz, si la señal decrece el también lo hace COEFICIENTE DE BACKSCATTER es la relación entre el nivel de luz retornada debido al scattering y la luz transmitida por el emisor del OTDR
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MEDICIÓN DE LAS P.I. (II)
OTDR mide el BACKSCATTER y las perdidas debidas a las reflexiones de FRESNEL (conectores) Compara el nivel de BACKSCATTER para saber las perdidas entre dos puntos Las perdidas de un empalme, conector, se saben calculando el escalón en el BACKSCATTER
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ESCALÓN BACKSCATTER
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MEDICIÓN DE LAS P.R.
La perdida de retorno entre dos puntos es el total de la luz de retorno, incluyendo el BACKSCATTER y todas las FRESNEL REFLECTION Cuando pasamos de un medio a otro (conectores) la luz de retorno es mucho mayor que el BACKSCATTER, llegando incluso a saturarse el receptor del OTDR
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EVENTOS (I)
LUZ REFLEJADA
REFLEXIÓN INICIAL CONECTOR ATENUACIÓN REFLEXIÓN FINAL
Longitud de FO
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EVENTOS (II)
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ZONAS CIEGAS (I)
Distancia durante la cual el OTDR puede no distinguir dos eventos consecutivos La inicial se soluciona con una bobina de lanzamiento A mayor anchura de los pulsos de luz, mayor zona ciega Se define la zona ciega de un evento a el área entre dos puntos separada 1,5 dB del tope de reflexión, a partir de este punto podríamos distinguir otros eventos Diseñamos primero fabricamos después ,
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ZONAS CIEGAS (II)
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REFLEXIONES DE FRESNEL
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RANGO DINÁMICO (I)
Valor típico de 20 dB a 40 dB Determina el alcance del OTDR en Km Cuanto más ancho es el pulso de luz, mejor es el rango dinámico Se mejora eliminando ruido, mediante el promedio de medidas (varios pulso de luz)
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RANGO DINÁMICO (II)
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RESOLUCIÓN (I)
EMPALMES
La resolución es la distancia entre dos puntos de de muestreo Diseñamos primero fabricamos después ,
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RESOLUCIÓN (II)
Nº de pulsos de luz 2048, 32768 ó 261288 : a mayor número mayor definición 16384 muestreos por pulso Escala 4Km / 0,25m a 256Km / 16m Ancho del pulso 10ns a 20000ns, esta ligado con la resolución y el rango dinámico
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RESOLUCIÓN (III)
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RESOLUCIÓN (IV)
EMPALMES
ANCHO PULSO
Cuanto mayor es el ancho del pulso mayor es la zona ciega generada por este, los eventos aparecen como Diseñamos primero uno solo fabricamos después ,
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OTRAS MEDIDAS EN FIBRA ÓPTICA
Dispersión del Modo de Polarización (PMD) Atenuación Espectral Longitud de Onda de Corte ( λC) Diámetro de Campo Modal (MFD) Dispersión Cromática (CD) Diseñamos primero Medidas Geométricas, Mecánicas y Ambientales fabricamos después ,
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