Dispositivos y Medios de Transmisión Óptica

Transcripción

1 Dispositivos y Medios de Transmisión Óptica Introducción Autor: Carmen Vázquez García Colaboradores: Pedro Contreras, Isabel Pérez, Jose Manuel Sánchez Grupo de Displays y Aplicaciones Fotónicas (GDAF) Dpto. de Tecnología Electrónica Universidad CARLOS III de Madrid 1

2 Introducción Estructura general sistema de comunicaciones Fuente de informaciónn Transmisor Medio Receptor Destino Fuente de perturbaciones Común todo sistema comunicaciones. Diferencia: BANDA FRECUENCIAS emplea transmisión. 2

3 Introducción La luz (portadora óptica) se modula con la señal a transmitir. Ejemplo digital: + AC P 1 P " 1" >>P"0" > 0 DC P 0 P P " 1" "0" 10 db La fibra óptica transmite esa información Necesidad modular la luz emitida por las fuentes ópticas para enviar información: M1 3

4 Elementos del enlace Transmisor óptico conector Datos Driver Fuente Óptica empalme Divisor de potencia pigtail Repetidor Detector óptico Señal a otro enlace Medio FO Atenuación dispersión electrónica Trx óptico Receptor óptico Amplif. óptico Detector óptico preamplif Procesador de señal Datos

5 The basics History Introducción: motivación Desarrollo del mercado de fibra óptica 1970 Low loss FO, 17dB/Km > 30 years IEEE Lightwave Technologies in Instrumentation & Measurement Conference October 20,

6 Introducción. Motivación Sigue siendo mercado en auge Producción europea en Fotónica La Comisión Europea ha reconocido en documento oficial a la Fotónica como una de las cinco tecnologías habilitadoras clave (key enabling technology) que marcarán el futuro de la industria europea. Tasa crecimiento anual USA: 3,5% componentes ópticos 2010: 2700 M$ 30 % en sensores 2014: 1600 M$

7 Red de Excelencia Red de Excelencia: 49 socios VCE: Centros Virtuales de Excelencia Teaching Building the Future Optical Network in Europe (BONE) Proyectos en tópicos específicos Acciones de movilidad, publicaciones

8 The Nobel Prize in Physics 2009 Charles K. Kao "for groundbreaking achievements concerning the transmission of light in fibers for optical communication Medio transmisor: fibra óptica(fo). 1966, Kaoy Hockmansugieren empleo de FO para transmisión a largas distancias, vidrio sílice 1000 db/km (coaxial 5-10dB/Km). 1970, Compañía Corning GlassWorks: Kapron, Keck, Maurer obtienen FO 20 1µm 1972, 4dB/Km, 850n 1976, 1300 nm µm 1985DSF bajas pérdidas y dispersión 1990 EDFA, amplificación 1998NZDSF, evitar FWM en WDM Introducción. Antecedentes Emisor: láser 1960,1 er láser funcionamiento, rubí material base. 1962, láser He-Ne nm , láser semiconductor LD tiempo vida>1000 horas 1977>7000h, 1º 1300nm 1979> h, 1º 1500nm FP, anchura 2-5nm,AlGaAs/GaAs: µ InGaAsP/InP: µm. Mejoras anchura línea, ancho banda, rango sintonía: DFB (realimentación distribuída): 1MHz, 10Gb/s DBR (reflectores Bragg distribuídos): 2-10nm, 500 KHz ECL (cavidad externa): 100KHz, 60 nm MQW (múltiples pozos cuánticos): 270 KHz, >30 GHz 8

9 Introducción.Ventajas e inconvenientes Ventajas? Insensibilidad interferencias electromagnéticas Ligeras, robustas, flexibles, reducido tamaño Biocompatibles, seguras ( no descargas eléctricas) Bajas pérdidas (según longitud de onda). Gran ancho de banda Compatibilidad sistemas de telemetría basados FO: Monitorización remota directa y continua. Inconvenientes? Coste componentes asociados Manejo y conectorización 9

10 Introducción: Característica óptica de materiales: ÍNDICE DE REFRACCIÓN (n) c[m/ s] v medio [m/ s] = Siempre: n > 1 n CAMINO ÓPTICO (L óptico ) L = n óptico L geométrico Ley de Snell n2 > n1: La ley se cumple para cualquier ángulo de incidencia n1 > n2 : Existe un ÁNGULO CRÍTICO (θ C ) para el que θ = π refr Propagación de la luz en un medio 2 Rayo incidente MEDIO 1 (n1) θ i MEDIO 2 (n2) NORMAL θ refr θ refl Rayo refractado REFLEXIÓN TOTAL (no hay ningún rayo propagándose en el medio 2) Rayo reflejado n1 senθ = n2 senθ i refr 10

11 Introducción. Estructura física. Indice refracción medio: n(λ)=c/v 2 materiales Indices refracción distintos n núcleo >n cubierta Sección transversal Núcleo a (core) n 1 ; b; Cubierta, n 2 (cladding) 11

12 Introducción: Estructura física de una fibra óptica 245µm 125µm µm Diferencia índices pequeña n Sílice Salto de Índice r (SI) 12

13 Introducción: Espectro electromagnético Nomenclatura Medios de Transmisión Comunicaciones Ópticas Fibras Ópticas Milimé -tricas SHF Guiaondas UHF VHF HF Cable Coaxial MF LF VLF Par Trenzado Audio 13

14 Introducción: Ondas electromagnéticas λ ν = c= ,458m/s 30cm/ns (1ft/ns) z 2 2 E = n ε0 µ 0 2 E 2 t λ E = E j( wt β z ) ( r) e Campo transversal estacionario Propagación Describe la luz: λ (longitud de onda), ν(frecuencia) Ejemplo: 1550nm 200THz 14