Conceptos Básicos

CONCEPTOS TEÓRICOS 

• Un Pulso de luz es una onda electromagnética
• No hay circulación de corriente eléctrica, sino propagación de luz (en pulsos y modos)
• Cada pulso de luz es un campo electromagnético en propagación o MODO

'LOS PULSOS DE LUZ SE PROPAGAN EN UN MEDIO ESPECÍFICO: FIBRA ÓPTICA'

FRECUENCIAS Y LONGITUDES DE ONDA

ÍNDICE DE REFRACCIÓN 

• Indice de refracción teórico de un medio: relación entre la velocidad de la luz en el vacío c y la velocidad de la luz en el medio vp.

n = c / vp

c = 300.000 Km/seg

Vidrio de la f.o. Comercial: n=1,44

• n depende de la λ en el medio ⇒ Existen variaciones en la velocidad de propagación de la onda de luz a traves de un mismomedio de propagacion

• Si Vp no es constante ⇒ las ondas de luz emplean distintos tiempos en recorrer la misma distancia física en la f.o.
• El tiempo que emplea el pulso lumínico en propagarse depende de un nuevo factor que es el Índice de refracción de grupo ng.

LONGITUDES DE ONDA: LASER-LED

Longitudes de onda                                                                  Ancho espectral

LED             Diodo láser                                                      LED            Diodo láser

850 nm         1300nm                                                           40-80 nm    1-2 nm

1300 nm       1550 nm

REFRACCIÓN Y REFLEXIÓN 

REFRACCIÓN: Cambio de velocidad, dirección y sentido que sufre una onda de luz al incidir sobre otro medio. La propagación de la onda prosigue por el segundo medio.

REFLEXIÓN: Cambio de dirección y sentido que sufre una onda de luz al incidir sobre otro medio con n menor. La propagación de la onda prosigue por el medio inicial.

• El rayo se aleja de la normal
• Si θ1 crece θ2 decrece 
• Por encima de cierto ángulo θc sólo hay reflexión: Angulo crítico. θc = 1/sen (n2/n1)

CARACTERIZACIÓN DE LAS F.O. 

Parámetros geométricos

• Diámetro del núcleo 
• Diámetro del revestimiento o cubierta 
• Diámetro del recubrimiento primario 

Parámetros estructurales

• Apertura numérica 
• Perfil de la fibra óptica 
• Longitud de onda límite 

Parámetros fundamentales de transmisión

• Coeficiente de atenuación 
• Dispersión total / ancho de banda 

 GEOMETRÍA DE LA F.O. 

• Núcleo (Core): Zona interior de la f.o., donde se produce la propagación de la onda de luz. Existe propagación porque nn > nr
• Revestimiento (Cladding): Capa central concéntrica con el núcleo.
• Recubrimiento primario (Coating o Jacket): Capa exterior de la fibra óptica, concéntrica con las dos anteriores.

La trayectoria descrita por la onda de luz en su propagación depende de la distribución de los índices de refracción a lo largo de las secciones del núcleo y  revestimiento (Perfil de f.o.)

PERFIL DE F.O.

Perfil de índice de refracción es la distribución del índice de refracción a lo largo de un diámetro de una

fibra óptica.

• Perfil gradual: nc no se mantiene constante presentando una sección de forma acampanada ⇒ n es máximo en el centro del núcleo y decrece a medida que nos aproximamos al revestimiento. (MM)
• Perfil escalonado: nc se mantiene constante, presenta una sección recta ⇒ n es máximo en toda la sección del núcleo. (SM/MM)

nr siempre se mantiene constante

APERTURA NUMÉRICA

• Determina el ángulo máximo de luz incidente ⇒ Sólo la luz incidente bajo la NA se propaga por la fibra.
• Depende de los índices de refracción n1 y n2.

TIPOS DE FIBRAS: MULTIMODO 

Multimodo: salto de índice

• Ancho de banda: 100MHz x Km
• Poco utilizadas

Multimodo: índice gradual

• Perfil de índice parabólico: se reduce la dispersión.
• Ancho de banda 1000MHz x Km
• 62,5/125μm mayor atenuación que 50/125 μm
• Atenuación menor a 1300nm que a 850nm
• λ utilizadas: 850 y 1300nm
• Mayor ancho de banda a 1300nm

TIPOS DE FIBRAS: MONOMODO

Monomodo: salto de índice

• El diámetro del núcleo solo permite el modo fundamental: No hay dispersión modal
• Ancho de banda 100GHz x Km
• Longitud de onda de corte: 1255nm
• Atenuación menor a 1550nm que a 1310nm
• λ utilizadas: 1310 y 1550nm

ATENUACIÓN 

• 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)

-Factores que intervienen el la atenuación:

• Dispersión Rayleigh o Scattering
• Absorción de la luz
• 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.

-Ventanas de transmisión: 850nm, 1310nm, 1550nm

-1550nm es la ventana de transmisión de atenuación mínima

ATENUACIÓN (III)

DISPERSIÓN Y ANCHO DE BANDA

• Ancho de Banda de f.o.: Frecuencia a la que la potencia óptica decae 3dB con respecto a la potencia a frecuencia cero.
• Dispersión: es el ensanchamiento del pulso de luz a lo largo de la fibra

Dispersión modal (Sólo en multimodo)

Dispersión en el material

Dispersión en la Guiaonda

Polarización (PMD) en X e Y la luz viaja a diferentes velocidades, afecta sobre todo en      monomodo

DISPERSIÓN MODAL 

• Se produce porque la velocidad del haz de luz cuando se propaga por el núcleo de la f.o. no se mantiene constante.
• Dependencia de la dispersión modal con la anchura espectral del haz de luz inyectado.
• Menor anchura espectral ⇒ Mayor Ancho de Banda
• Limitación ancho de banda f.o. Multimodo ⇒ Dispersión modal.

El resto de tipos de dispersión es despreciable (en f.o. MM)

Fibra multimodo de índice gradual

• Menor Vp de los modos de orden inferior que los de orden superior.
• Modos de orden inferior: parte central del núcleo, mayor nx

Fibra multimodo de salto de índice

• Adelanto de los modos de orden inferior con respecto a los de orden superior.
• Los modos de orden inferior recorren menor camino y la Vp se mantiene constante ya que nx es constante.

DISPERSIÓN EN EL MATERIAL Y GUÍAONDA

Dispersión en el material

• Variación del índice de refracción puntual del núcleo de fibra óptica
• Vp no se mantiene constante

Dispersión en la Guíaonda

• 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.

La suma de estos dos tipos de dispersión es lo que se llama: Dispersión cromática o intramodal. Depende de λ. 1310nm es la λ con cero de Dispersión cromática (en SMF)

VENTAJAS DE LA F.O. 

• Ancho de banda muy elevado (GHz)
• Baja atenuación-larga distancia
• Inmunidad electromagnética
• Tamaño reducido
• Bajo peso
• Seguridad de la información
• Aislamiento eléctrico
• Rentabilidad
• No hay riesgo de chispas/explosión
• El silicio es uno de los materiales más abundantes de la tierra 

DESVENTAJAS DE LA F.O.

• Tecnología compleja: fabricación, instalación, medidas 
• Coste de los equipos terminales

FIBRAS ÓPTICAS ESPECIALES 

VENTAJAS DE DWDM

Comparación de los tipos de F.O.

FIBRAS ÓPTICAS CONVENCIONALES

-SMF (G.652B)

-DSF (G.653)

FIBRAS ÓPTICAS ESPECIALES

-Low Water Peak SMF (G.652D) : PureBand

-NZ-DSF for CWDM & DWDM (G.655A) : PureMetro

-Advanced NZ-DSF for DWDM (G.655B) : PureGuide

-Ultimate Lowest Attenuation (G.654) : Z Fiber

-Submarine Cables : PureCouple

-Dispersion Compensation Fiber : PureShaper

-Erbium doped fiber

FIBRAS ÓPTICAS MULTIMODO GIGABIT ETHERNET

MANEJO DE LA F.O: TENSIONES MECÁNICAS

Toda la f.o. viene probada del fabricante mediante el “PROOF TEST”

100 Kpsi >1% elongación

Esto equivale en f.o. de 125 um a 8.5 N = 850 g

Garantiza la inexistencia de micro-roturas

La f.o. rompe por tracción a aprox. 65 N = 6.5 Kg