Ing. Deysi Inca Balseca
- 1704 Isaac Newton publica sobre la refracción de la luz.
“Treatise
of Optics”
- 1850s Se demuestra “La Reflexión Total interna” - 1880 Se patenta el concepto “Luz entubada” - 1950s Se desarrolla el fibrascopio; el término Optics”.
“Fiber
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- 1960 -1970
Primer Láser Fabricación de
fibra
mono-modo
con
atenuaciones menores a 20 dB/km - 1977 Primer sistema comercial en servicio - 1997 Se desarrolla el conector VF-45 - 1998 Aparecen comercialmente las primeras fuentes VCSEL
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- ISO 11801 - ITU (CCITT) G.651 y G.652 Libro Rojo - ANSI/EIA/TIA 568A - TSB 75 - ASC-X3T11 Fiber Channel - E.B. 4-02 TELMEX - NOM-130-ECOL-1999 - NOM-001-STPS-1999 4
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- Podemos considerarla como una guía de onda dieléctrica, es decir es un tubo de vidrio macizo muy pequeño, en dos capas, integrada por un núcleo y un revestimiento. El principio de operación de basa en los fenómenos de reflexión y refracción de la luz.
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n2
Revestimiento Modo de propagación
Fuente de luz
n1
Núcleo
nn22
El índice de Refracción indica la relación de la velocidad de la luz en el vacío.
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•
•
•
• •
•
•
•
No conductiva No RFI/EMI No se requiere lazos de tierra Seguridad Muy ligera Ocupa poco espacio Mayor capacidad de datos Costos de instalación bajos
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Frecuencia (Hz) 1022 1021 1020 1019 1018
––––––
1017 1016 1015 1014 1013 1012 1011 1010 109
––––––
––––––
108
100
RAyos Gama
––––––
––––––
––––––
––––––
––––––
––––––
Rayos X Luz Ultra Violeta Luz Visible Luz Infra Roja
––––––
Ultravioleta
Azul
––––––
––––––
––––––
––––––
––––––
––––––
––––––
Radar y TV Radio FM Radio Onda Corta Radio AM
455 490
Verde 550 Amarillo Naranja
––––––
400
Violeta
––––––
––––––
107 106 105 104 103 102
Longitud de Onda (nm)
––––––
580 620
Rojo Infrarojo
750 800 850 1300 1550
––––––
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Rayo Incidente
Rayo Reflejado
Interfase
Normal
Rayo Refractado
- Reflexión - Los rayos rebotan en la interfase. - Refracción - Los rayos de luz se desvían al pasar por la interfase.
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Vel. de la luz en el vacío Índice de Refracción=
Vel. de la luz en el material
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Vacío Aire Agua -
1.0 1.0003 1.33
Cable de Fibra Óptica (MM) 1.457 Cable de Fibra Óptica(SM) 1.471 Vidrio 1.5-1.9 Diamante 2.42 -
* Siempre será un número mayor a 1.0 13
Cono de Aceptancia N.A. (Apertura Numérica)
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Pulso Eléctrico de Salida Pulso de Luz
Pulso Eléctrico de Entrada
Pulso de Luz
Conversión
Conversión
Luz a
Eléctrica a Luz
Eléctrica LED Fuente de Luz
FotoDetector
- Pulso Eléctrico de entrada = Pulso Eléctrico de salida
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Están hechas solamente de material dieléctrico y transmite ondas electromagnéticas (luz modulada) en las frecuencias más altas que se utilizan en los sistemas de comunicaciones actuales. La propagación de ondas electromagnéticas de la luz modulada a lo largo de la fibra óptica se puede analizar bajo: Ecuaciones de Maxwell Óptica geométrica radial • •
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Onda electromagnética = variaciones periódicas y simultáneas de la campo eléctrico y del campo magnético de un medio: ε, μ Frecuencia Longitud de onda Modos de Polarización: TE, TM, TEM r r E = Eo e-j k— ; H = Ho e-j k— k = constante de onda
Corpúsculo = fotón.
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Propiedades de propagación de la luz -Velocidad de propagación -Reflexión --Refracción : Índice de refracción Ley de Snell
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¿Qué es la fibra óptica? Fibra óptica (FO) = Guía de onda dieléctrica
Solo se propaga el modo TE o el TM, nunca el TEM
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•
•
•
La fibra óptica está constituida por un núcleo o Core de plástico o vidrio de alto índice de refracción sobre el que se monta una cubierta o Cladding de plástico o vidrio de menor índice de refracción, cubriendo a esta última una chaqueta protectora. Cada fibra óptica viene rodeada por capas de material amortiguador protector, normalmente un material plástico como Kevlar. Para cables subterráneos se incluye normalmente un alambre de acero inoxidable como refuerzo. Las fibras de plástico en comparación con las de vidrio son más flexibles y en consecuencia más fuertes, son más fáciles de instalar y resisten mejor la presión, son más livianas y menos costosas; sin embargo no propagan la luz tan eficientemente como el vidrio y presentan mayor atenuación. 22
Ventajas y desventajas: -Ventajas: Inmunidad electromagnética. Consideraciones de seguridad Poca atenuación = aumento en la distancia de transmisión • Potencial de ancho de banda aumentado • Diámetro pequeño y poco peso • Economía a largo plazo •
• •
-Desventajas: • Un costo inicial mayor que el cobre • Resiste menos el abuso que el cable de cobre • Los conectores de fibra son más delicados • La conexión de la fibra óptica requiere un mayor nivel de •
capacitación y conocimiento Los medidores y las herramientas de instalación son más caras 23
Propagación de la luz en un medio deTx Ecuación de onda (Solución para el campo eléctrico)
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Reflexión total interna (RTI) -Una analogía con dos líneas de transmisión: n1
ᴦ
n2
Z∞ 1
Z∞ 2
-Impedancia modal del medio = Impedancia de la línea de Tx .
dieléctrico RTI si Ángulo de incidencia > Ángulo crítico
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Principio de la transmisión de luz en una FO -RTI = Confinamiento de un pulso de luz dentro de la
fibra óptica (aún cuando esta es translúcida).
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Gráfica del | ᴦ| y el ángulo de Brewster (θB)
| ᴦ| Reflexión total
1
Angulo incidente
0
θB θc
= arcsin(nmanto/nnucleo)
θc
90° θB
= arctan(nmanto/nnucleo)
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- - Multimodo de índice gradual
n1 m=1
m=2
m=4
m=3
n2 V π
2π
3π
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Ejercicio
-Encuentre la NA y el ángulo de
aceptación para una FO con índices del núcleo y del manto de 1.49 y 1.48 respectivamente.
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Ejercicio -Para una FO con índices del núcleo y del manto de
1,47 y 1,46 respectivamente, determine el °
°
θ i =determine coeficiente de reflexión con θi = 0 yTM, 75 . Parael una transmisión con polarización valor del ángulo crítico θc ,el ángulo de Brewster y evalúe el coeficiente de reflexión cuandoθi = θc + 3 . °
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Ejercicio
-Para una FO con índices del núcleo y del manto de
1.51 y 1.50 respectivamente, determine el tamaño que debe tener el núcleo para que a una longitud de onda de 1.55 μm opere en rango monomodo. Determine también el número aproximado de modos que se propagarían si el diámetro de la FO fuese de 50 μm
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TAREA 1: Empleando un software a su elección (ej. Excel, Matlab, Clab, Octave, etc) realice la gráfica de la curva del coeficiente de reflexión para polarización TE y TM para el sistema dieléctrico de la figura con n1=1.5 y n2=1,49. n1
n2
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Tipos de FO multimodo - Multimodo de índice escalonado: Aquella en que tanto el índice de refracción del núcleo como el índice de refracción del manto son constantes pero diferentes entre sí. Ésta fibra óptica es la de peor calidad, por tanto se la debe usar a bajas velocidades y cortas distancias de transmisión. El pulso de salida llega disperso, debido a este fenómeno de dispersión se debe restringir la velocidad de transmisión. •
•
•
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Tipos de FO multimodo - Multimodo de índice escalonado:
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Tipos de FO multimodo - Multimodo de índice gradual: •
•
•
El índice de refracción del núcleo varía gradualmente, disminuyendo a medida que se aleja del núcleo. El proceso de fabricación es más complejo y son fibras más costosas que las de índice escalonadoEl pulso de salida llega mejor conformado y puede alcanzar velocidades de transmisión más altas que con las fibras ópticas de índice escalonado.
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Tipos de FO multimodo - Multimodo de índice gradual:
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Comparación de los Tipos de Fibra Óptica - Multimodo de índice gradual:
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Comparación de los Tipos de Fibra Óptica - Multimodo de índice gradual:
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Problemas en la transmisión por FO - Atenuación:
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Problemas en la transmisión por FO - Atenuación:
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Ejercicio
-Determine las pérdidas totales en un enlace óptico
de 50 km en el que se emplea SSMF, si los carretes de FO con los que se instala el enlace tienen 5 km de longitud. Si las pérdidas del cable es dB/Km.
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- Dispersión:
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Problemas en la transmisión por FO - Dispersión modal:
nefectivo = nefectivo(λ) 57
Problemas en la transmisión por FO - Dispersión cromática (CD):
Dc
d 1 d Vg 58
TAREA: Efectos no lineales (resumen personal)
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- Calcular la dispersión de un pulso de 1550-nm con un 20-pm (0.02
nm) de anchura espectral (FWHM) cuando viaja hasta 10-km longitud en una fibra que tiene una dispersión de 17 ps/nm-km a 1550nm, se calculara un retardo de: Dispersión Cromática = dispersión(ps/nm-Km) x distancia(km)xancho espectral(nm) (17 ps/nm-km) x (0.02nm) x (10 km) = 3.4 ps
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Ejercicio Una FO monomodo estándar (SMF) que cumple con el estándar G652 debe tener una CD(Dispersión cromática) entre 16.9 y 18.2 ps/(nm.km) para una transmisión alrededor de 1550 nm. Determine la dispersión se tendría un enlace 40km si el total anchoque espectral de laenfuente es de de 0.5 nm. Dispersión Cromática = dispersión(ps/nm-Km) x distancia(km)xancho espectral(nm)
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Problemas en la transmisión por FO - Dispersión dependiente de la polarización (PMD)
ps/km:longitud de la fibra. 62
Ejercicio Para una FO con PMD = 0.5 ps/√km, determine la PMD total en un enlace de 30 km. Determine la longitud máxima del enlace que se puede realizar con esa fibra si la transmisión se realiza a 5 Gbps.
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G651:
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Estándares UIT para FO monomodo G652:
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Estándares UIT para FO monomodo G653:
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G655:
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G656:
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