PRUEBAS Y MEDICIONES PRUEBAS Y MEDICIONES COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 1

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1 PRUEBAS Y MEDICIONES COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 1

2 PRECAUCION PARA MEDICIONES ALINEACION DE LA FIBRA Es de suma importancia controlar y asegurar la correcta alineación de la fibra con los dispositivos de inserción y detección Durante las técnicas de medición donde se requiera sustituciones en los acoples de la fibra con algún dispositivo de inserción/detección, la fiabilidad de la medida depende en gran parte de que se mantengan las mismas condiciones de acople El acople más crítico es el del fotoemisor con la fibra, en el cual y que poner especial cuidado TERMINACION DE LAS CARAS DE LA FIBRA Para terminar de asegurar que no existan problemas en los acoples de los elementos e inserción y detección de luz, es necesario que las caras de la fibra en sus extremos presenten caras completamente limpias, planas y perpendiculares al eje axial de la fibra Después de hacer cortes en las fibras es recomendable su limpieza y visualización (a través de un microscopio). A veces cuando, el método lo requiere, es necesario pulir las caras COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 2

3 CONDICIONES DE INYECCION DE LUZ DEFINICIONES DE LAS CONDICIONES En el trayecto inicial de la luz al ser inyectada a una fibra óptica varios fenómenos pueden ocurrir antes de lograr una estabilización de los modos: modos viajando por el revestimiento y transferencia de energía entre modos Para la condición de equilibrio modal se requiere longitudes mayores ya que las condiciones de estacionarias de propagación no se logran sino hasta cientos de metros (hasta kilómetros) Es de suma importancia, en las mediciones, asegurar que la distribución de los modos de propagación dentro de la fibra a medir está estabilizadas y se mantiene invariable con la distancia para que las medidas sean confiables Cuando la estabilidad de los modos está presente se dice que se ha logrado la Distribución de modos en Equilibrio (EMD, equilibrium mode distribution) Para una fibra multimodo de índice gradual tipo, 50/125 µm, NA= 0,2 a 850 nm, Se puede decir que se posee EMD si (Rec. G.651 UIT-T):! El valor del ancho al 50% del haz luminoso, medida desde el campo próximo, es 26 µm! La NA para el valor de ancho al 50%, medida desde el campo lejano, es 0,11 µm COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 3

4 CONDICIONES DE INYECCION DE LUZ Uno de los métodos empleados para asegurar la EMD en la fibra bajo prueba es anteponerle una fibra de iguales características, con una longitud en el orden de 1 km. Fuente de luz Fibra bajo prueba 1 km de fibra similar a la que desea probar Fuente de luz equivalente Simulador de Equilibrio Modal Se puede acelerar el EMD utilizando dispositivos que fuercen dicho equilibrio y si las condiciones de inyección son las adecuadas: Haz de luz con NA 0.3 y proyectando sobre la cara de entrada una imagen de φ 70 µm (en fibras de índice gradual 50/125 µm, NA= 0,2 a 850 nm) COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 4

5 CONDICIONES DE INYECCION DE LUZ TECNICAS DE INYECCION DE LUZ Es posible utilizar montajes de una cadena de dispositivos compuestos por los siguientes elementos: mezclador de modos, filtro de modos y supresor de modos de revestimiento para acelerar la condición de DMT Fuente de Luz " # Mezclador de Modos Filtro de Modos Supresor de Modos de Revestimiento Condiciónes de Inyección Genéricas Otra alternativa es utilizar disposiciones ópticas adecuadas que produzcan una distribución próxima a la distribución de modos en equilibrio directamente en el extremo de entrada de la fibra sometida a prueba. En este caso se necesita un dispositivo único para la realización de las tres funciones del sistema mostrado en la Figura COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 5

6 CONDICIONES DE INYECCION DE LUZ SUPRESOR DE MODOS DE REVESTIMIENTO Favorece la conversión de los modos que se propagan por el revestimiento en modos de radiación; como resultado desaparecen en la fibra los modos que se propagan por su revestimiento Se emplea con éxito un instrumento que consiste en dos rebanadas entre las que se coloca la fibra desnuda y es obligada a sufrir pequeñas curvaturas Para facilitar la absorción de energía, la parte de contacto con es revestimiento suele ser de color oscuro mate y se impregna la fibra con una parafina con un índice de refracción igual al de la corteza El instrumento posee una longitud de 5 a 10 cm y de denomina en el mercado streaper Streaper para fuga de Modos de Revestimiento COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 6

7 CONDICIONES DE INYECCION DE LUZ MEZCLADOR DE MODOS Es un dispositivo utilizado para inducir la transferencia de energía entre modos en una fibra óptica, y debe proporcionar una distribución de modos que sea independiente de las características de la fuente El mezclador de modos debe comprender una configuración de fibras adecuada (por ejemplo, secuencia de fibras opticas con índices escalóngradual-escalón o una secuencia de flexión). Fuente de Luz 2 mts 2 mts 2 mts SI IG SI Mezclador de modos COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 7

8 CONDICIONES DE INYECCION DE LUZ FILTRO DE MODOS Dispositivo destinado para seleccionar, rechazar o atenuar uno o varios modos determinados, debe asegurar el establecimiento de una distribución de modos próxima a la EMD El filtro de modo adopta la forma de un mandril en torno al cual se arrolla la fibra sometida a prueba, con baja tensión y en una longitud del mandril no superior a 20 mm Mandril de arrollado Fuente de Luz Fibra Optica Filtro de Modo Utilizando Mandril de Arrollado El diámetro exacto del mandril lo determina el fabricante de la fibra o cable (18 a 22 mm, con cinco vueltas de fibra), de manera que los diagramas de campo próximo y de campo lejano en los dos metros de fibra siguientes al filtro de modo y al supresor de modos propagados por el revestimiento sean los mismos que se obtienen con un largo de fibra o de fibras empalmadas (normalmente superior a 5 km) dotado de una distribución de modos estable COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 8

9 MEDIDA DE LA ATENUACION METODO DE CORTE Método directo basado en la medida de la potencia óptica existente en los dos extremos de la fibra, es el método de referencia del UIT Una vez montado de banco de pruebas con la fibra a medir (de longitud L 1 ), se mide la potencia de salida (P 1 ) con un fotodetector. Para conocer la potencia admitida por la fibra, se corta ésta a muy poca distancia del emisor (L 2 1mt) y sin alterar las condiciones de inyección, se vuelve a medir la potencia (P 2 ) La expresión de la atenuación unitaria será: α = [10 log (P 2 / P 1 )] /(L 1 -L 2 ) 15 µm NA= 0,2 Fibra en prueba Fuente de luz modul. 5 nm. Filtros P 2 Supresor de luz P 1 Detector 1 o 2 mt Señal de referencia Medida de la Atenuación por el Método de Corte COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 9

10 MEDIDA DE LA ATENUACION METODO DE CORTE VENTAJAS: Método de referencia del UIT Método de mayor precisión para este tipo de medida Instrumentación de campo es económica Alto margen dinámico (>60 db) Permite realizar medidas a diferentes longitudes de onda DESVENTAJAS: Destructivo, poco práctico en rutas instaladas Requiere doble preparación en los extremos de la fibra COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 10

11 MEDIDA DE LA ATENUACION METODO DE INSERCION Tratando de eliminar la necesidad de cortar y preparar el nuevo extremo de la fibra en la segunda parte de la medida conforme al procedimiento anterior, se antepone un corto tramo de fibra auxiliar (de longitud L) de carácter semejante a la de prueba, entre el emisor y ésta, mediante un conector, bien caracterizado (con atenuación α c ) Se realizan dos medidas como el caso precedente, una a través de todo el conjunto (P 1 ), y otra solo con el tramo de fibra auxiliar (P 2 ) La expresión de la atenuación unitaria será: α = [10 log (P 2 / P 1 )] /(L) - α c 15 µm NA = 0,2 Fibra en prueba P 1 Fuente de luz modulada Filtros Conector P 2 Supresor de luz Detector Fibra auxiliar Señal de referencia Medida de la Atenuación por el Método de Inserción COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 11

12 MEDIDA DE LA ATENUACION METODO DE INSERCION VENTAJAS: No es destructivo Instrumentación de campo es económica Utiliza los mismos instrumentos (equipamiento) que los empleados en el método de corte Alto margen dinámico Permite realizar medidas a diferentes longitudes de onda DESVENTAJAS: Introduce incertidumbre debido a las pérdidas de los conectores Requiere preparación de fibras de extremos con conectores instalados COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 12

13 MEDIDA DE LA ATENUACION METODO DE RETRODISPERSION Constituye uno de los métodos más interesantes por la cantidad de información que proporciona sobre las características de propagación Consiste en la aplicación de un impulso de luz por uno de los extremos de la fibra, por donde se recibe, con un fotedetector de gran sensibilidad, la energía que es devuelta (retrodispersada) La señal recibida y debidamente acondicionada se lleva al eje Y de un osciloscopio, mientras que el tiempo de barrido permite la identificación o correspondencia del eje X con la longitud de la fibra por la que se propaga el impulso de luz El ancho de banda del receptor define su resolución; para resolución de 1mt el ancho de banda > 50 MHz Generador de impulsos Base de tiempos Láser alta potencia Atenuador variable Divisor de haz de 4 puertas Fotodetector Adaptador de índices Fibra bajo prueba Osciloscopio Medida de la Atenuación por el Método de Retrodispersión COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 13

14 MEDIDA DE LA ATENUACION METODO DE RETRODISPERSION Ofrece una especie de radiografía de las circunstancias con que se encuentra la señal luminosa al viajar por el interior de la guía óptica, tal como se ve en la siguiente figura: Y Reflexión cara entrada Atenuación Empalme Reflexión cara de salida de la fibra 0 Le L X Características de Propagación a Través de una Fibra Optica Una fracción de la energía acoplada a la fibra se va dispersado en cada punto del núcleo de la fibra y parte es devuelta hacia el punto de inserción El acoplador direccional (Divisor de haz de 4 puertos) recoge está señal retrodispersada la dirige al fotodetector y, una vez transformada en magnitud eléctrica, es procesada convenientemente En la actualidad existen equipos portátiles que integran todos los bloques en un instrumento. COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 14

15 MEDIDA DE LA ATENUACION METODO DE RETRODISPERSION VENTAJAS: No es destructivo Accede a un solo extremo de la fibra Permite detectar defectos de fábrica o degradaciones a causa de la instalación (y su posición aproximada) Permite medir la pérdida en los empalmes (y su posición aproximada) Permite conocer la atenuación aproximada de la fibra a lo largo de su longitud DESVENTAJAS: Las irregularidades del coeficiente de retrodispersión, las geométricas y las ópticas falsean las medidas. Esto se reduce haciendo medidas desde los dos extremos Funcionalmente no opera bajo la definición de atenuación del UIT Menor margen dinámico que con los métodos anteriores (35 db) COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 15

16 MEDIDA DE ANCHO DE BANDA PARA FIBRAS MULTIMODO METODO EN EL DOMINIO DEL TIEMPO Se analiza el ensanchamiento de los pulsos ocasionados por la dispersión en el conductor de fibra. Se inyecta un pulso, típico de 100 ps, a la entrada de la fibra a medirle el ancho de banda (Bw), obteniéndose a la salida un ensanchamiento del mismo, calculándose el ensanchamiento efectivo: 2 2 1/2 Tef = [T 2 - T1 ] Si los pulsos tuvieran forma gaussiana tendríamos: Bw = 0,187 / Tef Si los impulsos no son gaussianos, se determinan las transformadas de Fourier de los pulsos de entrada, Xe(f); y salida de la fibra, Xs(f); y mediante correcto muestreo y cociente de transformación se obtiene la función de transferencia, H(f), de la fibra: H(f) = Xs(f) / Xe(f) Con el fin de obviar las respuestas de los traductores electro/ópticos, así como los conectores de entrada y salida de la fibra, se hacen dos medidas: una incluyendo todo e tramo de fibra, H 1 (f) y otra con un corto tramo de la misma (método de corte), H 2 (f) COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 16

17 MEDIDA DE ANCHO DE BANDA PARA FIBRAS MULTIMODO METODO EN EL DOMINIO DEL TIEMPO (Cont.) El mismo procesador haya el cociente entre las transformadas correspondientes a las dos medidas básicas, y registra el módulo y la fase de la función de transferencia de la fibra Si definimos E(f) como la función de transferencia del conjunto excitador, fotoemisor, conector emisor/fibra y R(f) la función de transferencia del conjunto fotodetector, conector fibra/fotodetector, atenuador: H 1 (f) = E(f).H(f).R(f) H 2 (f) = E(f).R(f) H(f) = H 1 (f) / H 2 (f) Generador de pulsos Fotoemisor Rabillo de fibra Disparador Conectores Osciloscopio de muestreo Procesador FFT Fibra bajo prueba Fotodetector Atenuador óptico Medida de Ancho de Banda con la Técnica en el Dominio del Tiempo COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 17

18 MEDIDA DE ANCHO DE BANDA PARA FIBRAS MULTIMODO METODO EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA Consiste en aplicar una onda senoidal de frecuencia f al emisor y observar, tras la detección en cuento ha variado la amplitud y la fase de la señal, respecto a los valores que tenía en emisión Se gráfica la curva atenuación contra frecuencia y se encuentran los puntos de 3dB de potencia Generador de barrido Conversor E/O Empalme Luz modulada en amplitud Simulador de equilibrio Medidor de nivel selectivo Conversor O/E Fibra bajo prueba Medida de Ancho de Banda con la Técnica en el Dominio de la Frecuencia Deberá procurarse que los sistemas emisor y receptor de la instrumentación utilizada presenten un ancho de banda mucho mayor que el de la fibra, si no es posible utilizar el método de corte para compensar las respuestas emisor/receptor. COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 18

19 MEDIDA DE DIPERSION TOTAL PARA FIBRAS MONOMODO METODO DE DESPLAZAMIENTO DE FASE Se basa en la modulación senoidal de una señal óptica producida por un LED de ancho espectro de emisión, la dispersión cromática se evalúa a través del desplazamiento de fase de la señal modulada al ir variando la longitud de onda de emisión La fuente es un LED intercambiable con otros de λ diferentes para el margen de longitudes de onda en que se haga la medida. En el receptor se tendrá APD de Si o de Ge para bajas y altas λ respectivamente El voltímetro vectorial mide la amplitud y la fase de la señal recibida con respecto a una señal de referencia y permite evaluar las diferencias de fase entre las señales luminosas con distintos λ La resolución depende del voltímetro, los hay de 0,1º, lo que es equivalente a 8 ps para una frecuencia de modulación de 33 MHz La frecuencia de modulación dependerá de la anchura de banda de los LED, la cual está en el orden de los 30 MHz Conocido el ángulo, φ(λ), dado por el voltímetro, y la frecuencia de modulación, f m ; se puede obtener el retardo total de la fibra y el banco de medición, τ 1 (λ): τ(λ) = φ(λ) / 2π f m COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 19

20 MEDIDA DE DIPERSION TOTAL PARA FIBRAS MONOMODO METODO DE DESPLAZAMIENTO DE FASE (Cont.) Para el banco de medición se hace la medida sin conectar la fibra y se calcula el retardo de la misma forma, obteniéndose τ 2 (λ). Los retardos del banco deben ser restados del primer paso (con la FO) y así evitar la influencia que pueda tener el banco de medición, obteniendo el retardo de la fibra únicamente, τ(λ) Con el retardo total de a fibra se puede calcular el coeficiente de dispersión cromática M(λ): τ(λ) = τ 1 (λ) - τ 2 (λ) M(λ) = (δτ(λ) / δλ) / ( λ L) LED τ(λ) Fibra bajo prueba Monocromador APD Amplif. Oscilador 30 MHz Voltímetro vector Medida de Dispersión Total con la Técnica de desplazamiento de Fase COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 20

21 MEDIDA DE DIPERSION TOTAL PARA FIBRAS MONOMODO METODO DE RETARDO DE IMPULSOS En el caso del método de retardo de impulsos es de recordar que se evalúa el retardo cromático τ(λ) observando el retardo relativo entre impulsos muy estrechos, generados a distintas longitudes de onda El láser es de alta potencia se utiliza para excitar la fibra de efecto Ramán y así conseguir incrementar la banda de longitudes de onda Dispersión de Ramán: Efecto óptico no lineal causado por una intensa irradiación luminosa con un espectro continuo amplio La dispersión total se calcula con el mismo método que para el dominio de la frecuencia, relacionando τ(λ) con M(λ). Se utilizan varias longitudes de onda Láser de alta potencia Base de tiempos Fibra efecto Ramán Monocromador APD Fibra bajo prueba Osciloscópio Medida de Dispersión Total con la Técnica de Retardo de Impulsos COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 21

22 MEDIDA DE DIPERSION TOTAL PARA FIBRAS MONOMODO COMPARACION DE METODOS DESPLAZAMIENTO DE FASE RETARDO DE IMPULSOS Presenta una gama dinámica baja Facilidad de uso de instalación de banco Presenta mejor gama dinámica Es más consolidado que el de fase COMUNICACIONES OPTICAS; UCV 22

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