El documento resume la evolución histórica de la fibra óptica desde su invención en 1958 hasta la actualidad. Detalla los avances tecnológicos que han permitido mejorar las características de las fibras ópticas y los sistemas de transmisión de datos ópticos a lo largo de las generaciones. También describe conceptos clave como la atenuación, dispersión y ventanas de transmisión de las fibras ópticas, así como factores que afectan la transmisión de señales a través de ellas.

1. 1
FIBRA ÒPTICA
Instructor:
Ing. Cristóbal Espinoza
Maturin, Octubre del 2012

2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA
• 1958: INVENCIÓN DEL LASER
• 1970: PRIMERA FIBRA ÓPTICA DE BAJAS PÉRDIDAS.
• 1975: PRIMER CABLE ÓPTICO COMERCIAL (CORNING INC)
• 1980: PRIMERA GENERACIÓN DE LOS SISTEMAS ÓPTICOS:
MULTIMODO 850nm. 2 dB/km.LASER Y LED de GaAs.
DIODOS PIN Y APD DE Si y Ge. 140Mb/s.12Kms.
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3. EVOLUCIÓN HISTÓRICA
• 1984: SEGUNDA GENERACIÓN: MULTIMODO 1300nm.
0.5 dB/km.LASER Y LED de InGaAsP. PIN Y APD DE Ge,
InGaAs y InGaAsP. 140Mb/s. 30Kms.
• 1986:TERCERA GENERACIÓN : MONOMODO 1300nm.
0.2dB/km.LASER Y LED de InGaAsP. DIODOS PIN Y APD DE
Ge y InGaAs. 565Mb/s. 60Kms.

4. EVOLUCIÓN HISTÓRICA
• 1987: CUARTA GENERACIÓN: MONOMODO 1550nm.
0.1 dB/km. LASER de InGaAsP. DIODO APD DE InGaAs.
565Mb/s. 120Kms.
• 1988:QUINTA GENERACIÓN : SISTEMAS COHERENTES DE
MODULACIÓN DIGITAL (FSK, ASK, PSK, DPSK). 300Kms.
• 1990:SEXTA GENERACIÓN : USO DE HALOGENOS EN LA
FABRICACIÓN DE FIBRAS. 0.01dB/Km.
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5. Arquitectura de las 5
Redes Actuales
Adaptación Redes Actuales

6. 6
Red Óptica Inteligente
Mejoras ya hoy en la capa óptica: Transmisión y Conmutación
Se trabaja en dotar de Inteligencia a los nodos ópticos
Definición de estándares para la interconexión de los elementos de datos
directamente a la capa óptica
Arquitectura de la Red
Óptica Inteligente
Solución de Futuro

7. 7
REQUERIMIENTOS DE ANCHO DE BANDA

8. ANCHO DE BANDA 8
Ancho de Banda es la medida de la capacidad de
transporte de información de una línea de transmisión,
va a depender de la frecuencia de operación
Los criterios establecidos por Fourier (Series y
Transformadas) dicen que cualquier señal F(wt) se
puede representar por un nivel constante, una señal
F0(wt) llamada fundamental y una sumatorias de
señales con frecuencias multiples de F(wt): F1(2wt) +
F2(3wt)+ F3(4wt)+....

9. 9

10. 10
ANALIZADOR DE ESPECTRO
MEDICIÓN DEL ANCHO DE BANDA

11. 11

12. 12

13. 13
FACTORES QUE AFECTAN LA TRANSMISIÓN
ATENUACIÓN
RUIDO
DISPERSIÓN ( ISI)

14. 14
TEORÍA ÓPTICA

15. 15
Ventajas de la Fibra Óptica
Enorme ancho de banda
Inmunidad a la interferencia electromagnética
Tamaño y peso pequeño
Rígido y flexible
Baja perdida en la transmisión
Seguridad en la señal que viaja en el cable
Aislamiento eléctrico
Potencial bajo costo

16. 16

17. 17
DISPERSION DE LA LUZ ( FOURIER )
REFRACCION

18. Índice de Refracción 18
El índice de refracción, n, es un numero adimensional que expresa la proporción de la
velocidad de la luz en el espacio al vacío (Co), y la velocidad de la luz (V) en un medio
especifico.
Co
n=
V
En el Vacío n = 1.0
V = Co
n > 1.0
En un medio “X”
V < Co

19. 19
Índices de Refracción
Índices de Refracción Típicos Algunos Materiales
Vacío 1.000
Aire 1.0003
Agua 1.33
Cuarzo 1.46
Vidrio 1.50
Diamante 2.00
Silicon 3.40

20. 20
•Cuando el índice de refracción del segundo medio es mayor que
el índice de refracción del primer medio (n2 > n1), el rayo de luz se
acerca a la normal.
•Cuando el índice de refracción del segundo medio es menor que
el índice de refracción del primer medio (n2 <n1), el rayo de luz se
aleja de la normal.

21. 21
REFLEXION DE LA LUZ
El ángulo crítico viene dado por:

22. 22
Apertura Numérica, Ángulo y Cono de Aceptancia
revestimiento
núcleo
cono de Aceptancia
n = 1.470
normal
n = 1.0003
rayo de luz
ángulo de
aceptancia

23. 23
Analogía 1
Tubo de gran diámetro
Analogía 2
Tubo de pequeño diámetro

24. Fibra Multimodo
buffer
revestimiento n = 1.003
rayos de luz
rayos de luz
núcleo n = 1.470
Fibra Monomodo
buffer
núcleo
revestimiento
rayo de luz
rayo de luz

25. Fibra de Índice Escalón 25
buffer
revestimiento n = 1.003
rayos de luz
rayos de luz
núcleo n = 1.470
Fibra de Índice Gradual
buffer
revestimiento n
n5
n4
n3
n2
rayos de luz n2 núcleo
n3
n4
n5

26. 26
Figura Nro. 22.- Dispersión Modal

27. CARACTERÍSTICAS DE
TRANSMISIÓN DE LAS FIBRAS
ATENUACIÓN: REPRESENTA LAS PÉRDIDAS DE POTENCIA
LUMINOSA POR UNIDAD DE LONGITUD Y ESTÁN EXPRESADAS
EN dB/km, A PARTIR DE LA RELACIÓN:
α = (10/L) log (Po/ PL)
donde:
α es el coeficiente de atenuación
L la longitud de la fibra en kilómetros
Po la potencia luminosa de entrada a la fibra
PL la potencia luminosa de salida de la fibra
LA ATENUACIÓN AFECTA LA LONGITUD DEL ENLACE SIN
REGENERADORES.
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28. VENTANAS DE TRANSMISIÓN
ÓPTICA
El coeficiente de atenuación α (dB/Km) de la fibra
depende de la longitud de onda. Tres ventanas de
transmisión actualmente utilizadas:
λ en los alrededores de 0,85µm
Fibras M ultimodo: aproximadamente 2,5 dB/Km.
Fibras Monomodo: aproximadamente 2 dB/Km.
∀ λ en los alrededores de 1,30µm
Fibras Multimodo: aproximadamente 1 dB/Km.
Fibras Monomodo: aproximadamente 0,4 dB/Km.
∀ λ en los alrededores de 1,55µm
Fibras Monomodo: aproximadamente 0,2 dB/Km.
28

29. VENTANAS DE TRANSMISIÓN ÓPTICA
29

30. CAUSAS DE LA ATENUACIÓN
ÓPTICA
• ABSORCIÓN:
* ULTRAVIOLETA
* INFRAROJO
* IONES METÁLICOS
* IONES OH
• DISPERSIÓN DE RAYLEIGH
• IMPERFECCIONES DE LA FIBRA ÓPTICA (MICROCURVATURAS)
• CURVATURAS
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31. CAUSAS DE LA ATENUACIÓN
ÓPTICA
• ABSORCION :
– ULTRAVIOLETA (SiO2):
0.1 dB/Km a 0.8 µm
0.05 dB/Km a 1µ m
0.01 dB/Km a 1.5 µ m
– INFRAROJO (SiO2):
0,01 dB/Km a 1.5 µ m
1 dB/Km a 1.8 µ m
– IONES METALICOS :
1 PPM de Fe en SiO2 puede causar 130 dB/Km dc pérdidas en 0.85
µm
– IONES OH:
1 dB/Km a 0.945 µm
2.8 dB/Km a 1.24µ m
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65 dB/Km a 1.38 µ m

32. CAUSAS DE LA ATENUACIÓN
ÓPTICA
• DISPERSION DE RAYLEIGH:
Variaciones de la densidad y concentración de los materiales
dopantes.
Varía en forma proporcional a λ -4
Ej: Fibra Multimodo (AN= 0.17 ; ∆ = 10-2):
* 1.6 dB/Km a 0.85 µm
*0.47 dB/Km a 1.3 µm
Ej: Fibra Monomodo (∆ = 10-2):
* 0.33 dB/Km a 1.3 µm
*0.14 dB/Km a 1.55 µm 32

33. DISPERSION DE RAYLEIGH
33

34. CARACTERÍSTICAS DE
TRANSMISIÓN DE LAS FIBRAS
• DISPERSION : REPRESENTA EL ENSANCHAMIENTO Y LA
DISTORSIÓN DE LOS PULSOS TRANSMITIDOS, HACIÉNDOSE
INDISTINGUIBLES PARA EL FOTORECEPTOR.
LA DISPERSIÓN ES FUNCIÓN DE LA LONGITUD DE FIBRA:
CUANTO MAYOR SEA SU LONGITUD MAYOR SERÁ SU EFECTO.
AFECTA EL ANCHO DE BANDA DEL SISTEMA Y POR ENDE A LA
VELOCIDAD (bits/seg) Y A LA CAPACIDAD DE TRANSMISIÓN
(Número de canales a transmitir).
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35. MEDIDA DE LA DISPERSIÓN
SI EL IMPULSO DE ENTRADA ES GAUSSIANO DE ANCHO
EFICAZ s1 (AL 50% DE T1), EL IMPULSO DE SALIDA
TAMBIEN ES GAUSSIANO DE ANCHO EFICAZ s2 (AL 50%
DE T2) :
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36. DISPERSIÓN EN LA FIBRA ÓPTICA
• DISPERSION TOTAL vs ANCHO DE BANDA DEL SISTEMA:
0,187
y B=
σT
σ T : ENSANCHAMIENTO EFICAZ TOTAL PRODUCIDO POR LA FIBRA
DOS CONTRIBUCIONES INDEPENDIENTES EN LA DISPERSION TOTAL:
• DISPERSION INTERMODAL ( σm ) (FIBRAS MULTIMODO)
• DISPERSION CROMATICA ( σ c ) :
*DEBIDA AL MATERIAL (σ MAT)
*DEBIDA A LA GUIA DE ONDAS ( σ GO)
σ c = σ MAT + σ GO
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37. DISPERSION TOTAL vs LONGITUD DE FIBRA
σ T 2( L) = σ c 2 ( L) + σm 2 ( L)
EN GENERAL SE EVALÚA LA DISPERSION EXPRESADA EN (ns / km) o
EN ( ps / km) Y LUEGO PARA LA LONGITUD TOTAL DE FIBRA (L en Kms.)
*DEPENDENCIA DE LA DISPERSION MODAL CON LA LONGITUD
σm ( L) = σm . L E
Ε: coeficiente de concatenación que toma en cuenta el acoplamiento entre los modos por
causa de microcurvaturas, curvaturas, empalmes y conectores. Dado por el fabricante de la
fibra y su valor está comprendido entre 0.5 y 1.
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38. Dispersión Modal
Es el ensanchamiento de un pulso de luz debido a las múltiples rutas que toma en el
núcleo de la fibra, y que ocasionan el retardo en la llegada de los distintos haces de
luz que componen al pulso original.
buffer
Fuente de luz revestimiento
rayos de luz
núcleo
fibra

39. DISPERSIÓN EN LA FIBRA
39

40. DISPERSION INTERMODAL
OCASIONADA POR DIFERENCIA DE TIEMPOS QUE TARDAN LOS
MODOS EN RECORRER LA FIBRA
40

41. DISPERSION INTERMODAL
41

42. 42
Dispersión Cromática
Es el ensanchamiento de un pulso de luz ocasionado por su descomposición en
distintas longitudes de onda cuando viaja en núcleo de la fibra. Debido a que cada
longitud de onda tiene una velocidad distinta de propagación llegan en tiempos
distintos en el extremo emisor.
fibra
y y
1+2 1+2
y y
1 2

43. DISPERSION CROMÁTICA
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44. DISPERSION CROMÁTICA
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45. DISPERSION CROMÁTICA
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46. Características típicas de los LEDs y los Lasers
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LASER
LED
Características LED Laser
Ancho espectral 20-60 nm 0.5-6 nm
Corriente 50 mA 150 mA
Potencia de salida 5 mW 100 mW
Apertura númerica 0.4 0.25
Velocidad 100 MHz 2 GHz
Tiempo de vida 10,000 hrs. 50,000 hrs.
ANCHO ESPECTRAL
$100 - $10000
Costo $1.00- $1500 USD
USD

47. 47

48. 48