FIBRAS ÓPTICAS. Sistemas de Comunicaciones Avanzadas UNITEC. Preparado por: José Fernando Sánchez S. Mayo 2009

Transcripción

1 FIBRAS ÓPTICAS Preparado por: José Fernando Sánchez S Sistemas de Comunicaciones Avanzadas UNITEC Mayo 2009

2 Ventajas de la Fibra Optica Enorme capacidad para el transporte de información. Atenuación muy baja. Inmunidad a interferencias electromagnéticas. Seguridad: Casi imposible de interceptar. Dimensiones y peso pequeños. Confiabilidad Costo por canal reducido Desventajas de la Fibra Optica Problemas con la radiación. Alto costo en aplicaciones de bajo ancho de banda Problemas con la radiación Es no conductora

3

4 Estructura de la Fibra Revestimiento Núcleo Recubrimiento Indices de refracción: n 1 n 2

5

6 Cables de Construcción Ajustada Tejido Fibra Buffer de polímero Chaqueta de polietileno Cable Sencillo Cable Doble

7 Cable de multiples fibras

8 Cable tipo breakout

9 Ley de Snell para la F.O.

10

11 Propagación de la Luz en la Fibra n 2 n 1 ø 2 ø 1 ø c ø 3 ø 3 n 1 ø 1 < ø c < ø 3 n 2

12

13 Apertura Numérica de la fibra y cono de aceptancia NA=Sin e (máx)= K( (n 1 2 n 2 2 ))

14

15 Número de Modos Permitidos 2a ( l) (2 n a / l) El ángulo de reflexión puede tomar solamente ciertos valores discretos (modos). El número de modos depende de la longitud de onda (l). Decrece al aumentar esta. Para l > l c existe un único modo. 1 2

16 Clases de Fibra Multimodo Indice Escalonado Indice Gradual Monomodo Convencional Dispersión Desplazada True Wave

17 Aplicaciones de la Fibra Multimodo: Utilizada principalmente para transmisión de datos en redes locales LAN. Monomodo Convencional: Es el tipo de fibra más utilizado, con 60 millones de km instalados en todo el mundo. Monomodo Dispersión desplazada: Fibra optimizada para aplicaciones de larga distancia. Monomodo TrueWave: Fibra que permite Multiplexación Densa en por División en Longitud de Onda (DWDM).

18 Diámetros Típicos para Fibra 250µm 125µm 250µm 125µm 8.3µm 62µm Monomodo Multimodo

19 Perfil de índice de refracción MMF SI MMF GI n 2 n 2 n 2 n 1 n 2 20 ns/km SMF 440 ps/km 3.5 (ps/nmxkm) n 2 n 1 n 2

20 Pérdidas en la fibra Atenuación Dispersión Lineal (Rayleigh, MIE) No lineal(roman, Brillovin) Modal (ns/km, ps/km) Cromática(ps/nm*km) Curvaturas y microcurvaturas.

21 Atenuación Es la pérdida de potencia en el pulso en un kilómetro (db/km). Limita la longitud del enlace. Causada por factores intrínsecos y extrínsecos. P i FIBRA CON ANCHO DE BANDA INFINITO P o l

22 Atenuación (db/km) Curva de Atenuación OH _ OH _ OH _ Longitud de onda (nm)

23 Atenuación (db/km) Atenuación en Fibra Monomodo OH _ Longitud de onda (nm)

24 Dispersión Provoca el ensanchamiento del pulso Limita la tasa de bits/seg Limita la distancia del enlace

25 Dispersión Modal t d Solo se presenta en Fibra Multimodo. Se debe a que cada modo recorre una distancia dife - rente.

26 Ancho de banda de la fibra Depende de la dispersión modal y de la dispersión cromática, se puede expresar en términos eléctricos y ópticos. BW opt = 0.187/Dt BW opt = 0.132/Dt 1.0 Ancho de banda eléctrico. Ancho de banda óptico

27 Fibra óptica En conclusión, la fibra óptica se caracteriza por la atenuación, la dispse rsión, el cono de aceptancia, la ventana donde trabaja. Hay otros elementos que intervienen en un sistema de comunicaciones ópticas, estos son: Transmisor, receptor, amplificadores, atenuadores, conectores, empalmes, acopladores y filtros. En el diseño de un sistema de comunicaciones fundamentalmente hay que tener en cuenta dos aspectos fundamentales que son: Presupuesto de potencia y presupuesto de ancho de banda.

28 Tipos de conectores Connector Insertion Loss Repeatability Fiber Type Applications FC db 0.20 db SM, MM Datacom, Telecommunications db 0.20 db SM, MM Fiber Optic Network FDDI LC 0.15 db (SM) 0.10 db (MM) 0.2 db SM, MM High Density Interconnection MT Array db 0.25 db SM, MM High Density Interconnection SC db 0.10 db SM, MM Datacom SC Duplex db 0.10 db SM, MM Datacom ST Typ db (SM) Typ db (MM) Typ db (SM) Typ db (MM) SM, MM Inter-/Intra-Building, Security, Navy

29

30 Transmisores :Diodos Led y Diodos Laser Diodo Led (de superficie, de perfil) b a Material Formula Wavelength Gallium Phosphide GaP 550 nm Aluminum Arsenide AIAs 590 nm Gallium Arsenide GaAs 870 nm Indium Phosphide InP 930 nm Aluminum-Gallium Arsenide Indium-Gallium- Arsenide-Phosphide AIGaAs InGaAsP nm nm mw a ma b

31 Transmisores :Diodos Led y Diodos Laser Diodo LASER (FP, DFB) Materiales usados GaAlAs Longitud de onda corta InGaAsP Longitud de onda larga

32 Transmisores :Diodos Led y Diodos Laser Characteristic LEDs Lasers Output Power Current Linearly proportional to drive current Drive Current: 50 to 100 ma Peak Proportional to current above the threshold Threshold Current: 5 to 40 ma Coupled Power Moderate High Speed Slower Faster Output Pattern Higher Lower Bandwidth Moderate High Wavelengths Available 0.66 to 1.65 µm 0.78 to 1.65 µm Spectral Width Wider ( nm FWHM) Narrower ( nm to 10 nm FWHM) Fiber Type Multimode Only SM, MM Ease of Use Easier Harder Lifetime Longer Long Cost Low ($5-$300) High ($100-$10,000)

33 PIN Receptores :Fotodiodos PIN y APD APD Parameter PIN Photodiodes APDs Construction Materials Si, Ge, InGaAs Si, Ge, InGaAs Bandwidth DC to 40+ GHz DC to 40+ GHz Wavelength 0.6 to 1.8 µm 0.6 to 1.8 µm Conversion Efficiency 0.5 to 1.0 Amps/Watt 0.5 to 100 Amps/Watt Support Circuitry Required None High Voltage, Temperature Stabilization Cost (Fiber Ready) $1 to $500 $100 to $2,000

34 Acopladores ACOPLADOR EN T. ACOPLADOR EN ESTRELLA. l 1 l l N l N ACOPLADOR DIRECCIONAL. ACOPLADOR POR LONGITUD DE ONDA.

35 Amplificadores Semiconductor optical amplifiers (SOAs) Erbium doped fiber amplifiers (EDFAs) Raman optical amplifiers Empalmes por fusión Empalmes mecánicos Empalmes

36

37 BIBLIOGRAFÍA [1] AGRAWAL, Govind P. Fiber Optic Communication Systems. Segunda edición. New York: Wiley Interscience Publication, 1997, pp 556. [2] GREEN, Paul E. Fiber Optic Network. New Jersey: Prentice- Hall, 1993, pp 514. [3] SENIOR, John M. Optical Fiber Communications: Principles and Practice. New York: Prentice-Hall, 1992, pp 922. [4] PALAIS, Joseph C. Fiber optic communications. 4ª ed. New Jersey: Prentice-Hall International, 1998, pp 342. [5] RAMASWAMI, Rajiv, SIVARAJAN, Kumar N.. Optical networks. A practical perspective. Ed. Morgan Kaufmann Publishers. Primera edición. 1998, pp 632.

38 BIBLIOGRAFÍA [6] STERN,Thomas E. BALA, Krishna. Multiwavelength Optical Networks: A layerd approach. Ed. Addison-Wesley. Primera edición. 1999, pp 766. [7] MUKHERJEE, Biswanath. Optical Communications Networks. Ed. McGraw-Hill. Primera edición. 1997, pp 576. [8] DUQUE, Diego M., VILLA, Juan. WDM: Multiplexación por División de Longitud de Onda. Monografía Universidad Pontificia Bolivariana. Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica [9]Chomycz, Bob. Instalaciones de fibra óptica. Ed. McGraw- Hill. Primera edición pp 225. [10] Cursos de Comunicaciones Ópticas Universidad Politécnica de Valencia