Fibra Óptica Introducción

Capacitación Tecnológica Activa
Introducción a las Fibras Opticas

Introducción
La fibra óptica es el medio de transmisión en los
sistemas de comunicaciones ópticas. Es la
preferida por sus características:
• Baja Atenuación (< 0,2 db/Km)
• Gran Capacidad (hasta 32 THz * km)
• Inmunidad a Interferencias
Electromagnéticas
• Seguridad
• Menor Tamaño y Peso
• Disponibilidad de Materia Prima (SiO2)

Nociones de Optica
• Modelos de análisis de la luz
• El espectro óptico
• Propagación de la luz
• El Índice de Refracción. Apertura numérica

Modelo de análisis de la luz
Modelo de rayos: Simplicidad: Utilizado
para describir fenómenos macroscópicos con luz
visible.
Modelo Ondulatorio: Se utiliza para
explicar la interacción de la luz con objetos
materiales de tamaño comparable o menor que la
longitud de onda de la luz.
Modelo corpuscular: Requerido para
explicar la interacción de la luz con átomos
individuales. En el nivel atómico, se aprecia la
granularidad presente en un haz de luz.

Efectos relacionados con las fibras
ópticas
Propagación de la luz
 Como onda electromagnética
(aplicación en infraestructura de FO)
Interacción de la luz con la materia
 Como partícula
(Aplicación en equipos ópticos)

Espectro óptico

Propagación de la luz
La reflexión es el fenómeno por el cual
un rayo de luz que incide sobre una
superficie es reflejado. (La luz “rebota”
en la superficie, como la luz reflejada
en los cristales).
La refracción (del latín fractum,
"quebrado") es el cambio de dirección
de propagación que experimenta una
onda electromagnética debido al
cambio de velocidad cuando pasa de
un medio a otro.

Reflexión y Refracción: Ley de Snell
Reflexión Total

Reflexión interna total en una fibra
óptica
Ejemplos de Índices de Refracción
Vacío = 1
Agua = 1.33
Vidrio de silicio = 1.444
Vidrio común = 1.52

Guiado de la luz dentro de la
fibra
Guiado del haz de luz en
una fibra multimodo
mediante la reflexión
interna total en la interfaz
núcleo-recubrimiento
Guiado del haz de luz en una fibra monomodo. El perfil
de intensidad dentro del núcleo es determinado
únicamente por el diseño de la fibra.

Modos de propagación guiada
Patrón de intensidad típico a la salida
de una fibra multimodo a partir de una
entrada de luz monocromática con
fases aleatorias de los modos
excitados
Perfil de intensidad de los modos de una fibra de índice escalonado. En todo momento, una fibra tendrá
también una cantidad de modos de recubrimiento, que alcanzan la frontera exterior del mismo y son muy
atenuados fundamentalmente por la cobertura exterior.

Apertura numérica (AN)

La luz como partícula
• Conversión Eléctrico-Optica y Optico-Eléctrica

La Fibra Optica
• Reseña Histórica
• Descripción y características técnicas
• Características mecánicas.
• Cómo se fabrica una fibra óptica
• Clasificación de fibras ópticas
• Efectos ópticos característicos

Reseña Histórica

Fibra Optica: Características
Técnicas
• La capacidad de transmisión de información
que tiene una fibra óptica depende de tres
características fundamentales:
– Del diseño geométrico de la fibra.
– De las propiedades de los materiales empleados
en su elaboración (diseño óptico).
– De la anchura espectral de la fuente de luz
utilizada. Cuanto mayor sea esta anchura, menor
será la capacidad de transmisión de información
de esa fibra.

Fabricación de fibras ópticas
Formación del vidrio
y deposición
Secado y
sinterizado
Estirado de
la preforma
Bobinado
Medición y
control

Fabricación de fibras ópticas

Factores que afectan la propagación

Efectos Lineales

Atenuación en Fibras Opticas –
Factores intrínsecos
Absorción
Difusión

Curvas características de atenuación

FO de Banda extendida

Atenuación – Factores extrínsecos
Macrobending
Microbending
La Atenuación de las micro y macrocurvaturas se incrementa con la
longitud de onda (es mayor a 1550 nm que a 1310 nm)

Fenómenos de dispersión
La dispersión en fibra óptica produce distorsión de la señal transmitida y
limita la velocidad de transmisión del enlace

Tipos de Dispersión

Dispersión Modal (DMD)

Dispersión cromática

Diámetro de campo modal

Componentes de la dispersión cromática

Compensación de la Dispersión
Cromática

Dispersión de polarización (PMD)

Límites impuestos por la PMD
10 Gbit/s (OC-192)
40 Gbit/s (OC-768
2.5 Gbit/s (OC-48) 6,400 km
400 km
25 km
Max Distance @ 0.5ps√km
DGD
v1
v2
• De acuerdo con los límites teóricos o las especificaciónes de fabricantes, se
determina el márgen de retardo de PMD [ps] aceptable
• La PMD varía aleatoriamente, por lo que se deben usar con cuidado los
valores absolutos
• Considerar el margen sabiendo que las variaciones “típicas” (de los
datos) ocurren en una magnitud del 10 al 20%.
• Cuál es la limitación de distancia debido a PMD
• Se calcula el coeficiente de PMD [ps/√km ]

Curvas de dispersión de fibras
comerciales

Factores No Lineales

Mezcla de cuatro ondas (FWM)
Demo FWM

Limitaciones producidas por los
efectos no lineales
Impacto en la potencia admisible en un
DWDMben función de la cantidad de
canales a transmitir al introducir las
limitaciones causads por los efectos no
lineales

Clasificación de FO

Tipos de Fibra Optica

Fibras ópticas multimodo – Indice
escalonado
Los diferentes rayos ópticos recorren diferentes distancias y se
desfasan al viajar dentro de la fibra.
Por esta razón, la distancia a la que se puede trasmitir está limitada.

Fibras ópticas multimodo – Indice
gradual
En estas fibras él numero de rayos ópticos diferentes que
viajan es menor y, por lo tanto, sufren menos el severo
problema de las multimodales.

Fibra óptica monomodo
Función modal de una fibra
monomodo de índice
escalonado. El cambio de
índice de refracción es 0,002
y el radio del núcleo es de 4
μm, lo que lleva a una
frecuencia normalizada V de
1,95 a una longitud de onda
de 1 μm (valores de V
menores a 2,405 indican un
sólo modo de propagación)

Fibras Opticas Multimodo
EIA-492; ISO/IEC 793
FIBRA MULTIMODO 62,5/125
ITU-T G.651
FIBRA MULTIMODO 50/125
Apertura Numérica NA de 0,275 (tolerancia 0,015) NA=0,18 a 0,24 (tolerancia 10%)
Perfil de índice de refracción
Parabólico (graded index). Usado
en redes de datos y FDDI.
Parabólico
Indice de refracción 1,9 %
Diámetro del núcleo. 62,5 μm (tolerancia 3 μm) 50 μm (tolerancia 3 μm)
Diámetro del revestimiento (Cladding) 125 μm (tolerancia 1 μm) 125 μm (3 μm)
Recubrimiento de silicona Coating 245 μm (tolerancia 10 μm) 245 μm (tolerancia 10 μm)
Longitud de onda de aplicación. 850 y 1300 nm 850 y 1300 nm
Atenuación a 850 nm Entre 3 y 3,2 dB/km Entre 2,7 y 3 dB/km
Atenuación a 1300 nm Entre 0,7 y 0,8 dB/km Entre 0,7 y 0,82 dB/km
Ancho de banda a 850 nm Entre 200 y 300 MHz.km Entre 300 y 500 MHz
Ancho de banda a 1300 nm Entre 400 y 600 MHz.km Entre 500 y 1000 MHz

Fibras MM para redes de datos

Fibras ópticas para GbE
10 GB Ethernet

Fibras ópticas monomodo
•Good for TDM at 1310 nm
•OK for TDM at 1550 nm
•OK for DWDM (With Dispersion Mgmt
•Good for CWDM (>8 wavelengths)
Extended Band
(G.652.C)
(suppressed attenuation
in the traditional water
peak region)
•Good for DWDM (C + L Bands)
NZDSF
(G.655)
•Bad for DWDM (C-Band)
DSF
(G.653)
•OK for TDM at 1550
•OK for DWDM (With Dispersion Mgmt)
SMF
(G.652)

Fibra óptica comercial:
Características ópticas

Fibra óptica comercial:
Características físicas

Componentes de los sistemas de
comunicaciones ópticas.
• Transmisores
• Detectores
• Gratings de Bragg
• Acopladores y otros componentes pasivos
• Filtros
• Transpondedores
• Amplificadores
• Multiplexores y Demultiplexores
• Conmutadores
• Otros componentes:
– Filtros y ecualizadores
– Convertidores de longitud de onda
– Atenuadores variables
– Compensadores de Dispersión

Modelo de enlace de fibra óptica
Transmisor
 una interfase analógica o digital,
 un conversor de voltaje a corriente,
 una fuente de luz,
 un adaptador de fuente de luz a fibra
Receptor
 corrector óptico,
 foto detector,
 conversor de corriente a voltaje,
 amplificador de voltaje
 una interfase analógica o digital
Guía de fibra

Conversión eléctrico-óptica

Fuentes de Luz – Longitud de onda
)(
24.1
)(
eVE
m
g


Fuentes de Luz
LED Láser
Potencia de
salida
1 mW 20 mW
Anchura
espectral
50 nm 0.7 nm
Edge emitting Laser (EEL)
Vertical Cavity Surface
Emitting Laser (VCSEL)

Carácterísticas del Laser para DWDM

cPower

Power c
DWDM Laser
Distributed Feedback (DFB)
Active medium
Mirror
Partially transmitting
Mirror
Amplified light
Non DWDM Laser
Fabry Perot
• Espectro ancho: 4 nm
• Frecuencia central inestable
• Linea central dominante
• Control ajustado de Long. De onda
• DFB: 0,4 nm - DWDM DFB: 0,2 nm o menor

Fotodetectores
Fotodiodo P-N
Fotodiodo P-i-N
Fotodiodo de Avalancha o APD

Características de los receptores
ópticos
Responsividad
Sensibilidad

Transceptores ópticos de bajo perfil
(SFF)
Módulo GBIC
Gigabit Interface Converter
Módulo SFP
Small Form-Factor Pluggable

Acopladores y otros componentes
pasivos
• Acopladores: estructura con N puertos de entrada y N de
salida (con N = 2). Este dispositivo divide el campo que entra
por uno de los puertos de entrada entre los 2 terminales de
salida.
• Divisores ( splitter ): estructura con 1 puerto de entrada y 2
puertos de salida.
• Combinadores: estructura con 2 puertos de entrada y 1 de
salida (misma estructura que un splitter pero al revés).
• Aisladores: transmiten la luz en una única dirección.
• Circulador es un tipo de aislador óptico cuya funcionalidad es
permitir el paso de toda la luz que entra por uno de sus puertos
hacia el siguiente puerto.

Acopladores

Acopladores y divisores

Cálculo de Enlace
• Presupuesto de potencia óptica
• Parámetros del Transmisor y del Receptor.
Estándares ITU-T
• Cálculo de enlace óptico. Balance óptico.
• Efecto de la dispersión
• Caracterización de un enlace. Pérdidas en
empalmes

Cálculo de enlaces ópticos

Caracterización de un enlace – Factores
de restricción y datos de entrada
• Datos de entrada:
– Longitud total de la Fibra óptica tendida
– Cantidad de conexiones
– Cantidad de empalmes
– Ancho de banda a transmitir
• Cálculo: Margen óptico total y dispersión máxima
• Requerimientos:
– Potencia óptica del equipo
– Compensadores de dispersión

Cálculo del presupuesto óptico
Pérdidas totales
Fibra óptica Atenuación
Máxima db/Km)
Longitud de onda (nm) PF
1310 0.33 – 0.35
1550 0.19 – 0.20
1625 0.20 – 0.23
Pérdida de
Inserción
Tipo de
Conector
PC
SC 0.5 dB
ST 0.5 dB
FC 0.5 dB
LC 0.5 dB
Tipo de
Empalme
PE
Mecánico 0.5 dB
Por Fusión 0.02 dB
Patchcord
a ODF (Po)
2.00 dB

Cálculo del Presupuesto Optico
Parámetros del transmisor y Receptor

Balance Optico. Dispersión del enlace y
limitaciones en el ancho de banda
Curvas de dispersión en fibras SM

https://serprotel.com.ar

Fibra Óptica Introducción

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Fibra Óptica Introducción

Similar a Fibra Óptica Introducción (20)

Último

Último (20)

Fibra Óptica Introducción