INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES ÓPTICAS
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- Nicolás Francisco Rubio Prado
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1 Dpartamnto d Tcnología Fotónica E.T.S.I.Tlcomunicación-UPM INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES ÓPTICAS Santiago Aguilra Navarro aguilra@tfo.upm.s
2 Tlfonía: l trminal stá n casa dl usuario, s d prvr un amplio dspligu d trminals. Tlgrafía: Trminals n lugars públicos, l usuario dbía dsplazars para comunicars. Poco tráfico
3 COMIENZOS DE LA TELEFONÍA: Pocos trminals, conctados a una cntral d conmutación manual. Cntral manual Pquña cntral privada
4 Aspcto d una sala d opradoras n 1886
5 LLEGA LA CONMUTACIÓN AUTOMÁTICA: Aumnto dl númro d trminals, cntrals distribuidas por zonas, comunicacions d gran capacidad ntr cntrals, ciudads, paíss, continnts. Cntral Cntral automática Cntral Cntral automática Enlac d Alta capacidad
6 Admás cada vz los srvicios ncsitan transmitir mayor cantidad d información: tlégrafo, tléfono, tlvisión blanco/ngro, color, alta dfinición... Solución: Multiplxación n l timpo y n la frcuncia.
7 Alc Harly Rvs ( ) Ingniro Inglés, invntor d la modulación PCM para comunicacions digitals, dijo n 1969: En la rgión qu incluy l spctro visibl y l infrarrojo próximo, tnmos 900 millons d MHz d ancho d banda, sprando para sr utilizados.
8 Atnuación n función d la frcuncia d cabl d pars coaxial y fibra óptica
9 EJEMPLO DE COMUNICACIÓN POR FIBRA ÓPTICA: Potncia dl misor (lásr): 1mW (0dbm) Potncia n l dtctor para garantizar una baja tasa d rror 0.3nW/(Mbit/sg) Trabajando a 1Gbit/sg. Potncia n l rcptor 300nW (-35dbm). Margn d sguridad d 5db.: potncia n l rcptor d 30dbm. Pudo tnr unas pérdidas n la fibra d 30db, a razón d 0.3db/Km, 100km. Factor d mérito: 100 GbitsxKm/sg. EJEMPLO DE COMUNICACIÓN POR CABLE COAXIAL: Potncia dl misor a 100Mbit/sg.: 1W (+30dbm) Potncia n l dtctor para garantizar una baja tasa d rror: 30pW (-75dbm) Margn d sguridad d 5db Pérdidas qu podmos prmitir n l cabl: = 100db. Atnuación dl cabl: 20db/km, distancia 5Km. Factor d mérito: 0.5GbitsxKm/sg.
10 A principios d los 60 s s pinsa qu ntr misor y rcptor s pud tnr un margn d 40db, y las comunicacions ópticas srían útils si las fibras tuviran una atnuación d 20db/km, so supondría ponr rptidors cada 2 Kms. Las fibras d s momnto tnían atnuacions d 1db/m., 1000db/Km. (ojo, qu stamos n logaritmos). En Novimbr d 1965 Charls K. Kao y G. Hockham d Standard Tlcomunication Laboratoris (Inglatrra), tras un studio tórico llgan a la conclusión d qu s pudn alcanzar pérdidas d 20db/km. Utilizando cristal suficintmnt puro para su construcción. En Sptimbr d 1970 Robrt Maurr y sus colaboradors d la Corning Glass (Estado d Nw York) consigun fibras d 17db/km.
11 Difrnts aproximacions para acomtr l studio d la luz: Toría d rayos: óptica gométrica. Rfracción, Rflxión. La luz s propaga n forma ondulatoria. Difracción, Intrfrncia. Toría lctromágnética. Las dos antriors para studios cualitativos. Esta para cuantitativos. Toría cuántica: Sirv para studiar la intracción con la matria. Enrgía d las partículas (fotons) hν(νfrcuncia n óptica). A cualquir otras frcuncias, también hay partículas, pro sgún baja, su nrgía s mnor (dsprciabl).
12 Ecuación d una onda: Ex= Eo cos(ωt-kz) K=vctor d onda (pulsación spacial) λ= priodo spacial. K=2π/λ, ω= 2πν Vlocidad d fass (c, vlocidad d la luz): Vlocidad a la qu s dsplaza, n l j z, un punto d fas constant: ωt-kz=ct. Z=(ωt-ct.)/k c=dz/dt=ω/k=2πνλ/2π Rlación important: c=νλ En cualquir mdio prmanc constant la ν. c y λson las dl vacío divididas por l índic d rfracción dl mdio (n).
13 Valors: Vlocidad d la luz n l vacío c=3x10 8 m/sg. Constant d Planck h= 6.625x Juliosxsg. Carga dl lctrón: q=1.6x10-19 Coulombios. 1Julio=CoulombioxVoltio=V/ 1.6x10-19 V= 1.6x10-19 Julios
14 Sistma básico d comunicacions ópticas:
15 INTERACCIÓN RADIACIÓN-MATERIA E1 N E2
16 DIODO LED (misión spontána)
17 Diodo Lásr (LD) Light Amplification by Stimulatd Emission of Radiation
18 Parámtro LED LD Tipo misión Espontána Estimulada Potncia Típica (dbm) Anchura spctral (nm) Máxima frcuncia conmutación a MHz. 0 1 a 2 20GHz. Modulación intrna 40GHz. Modulación xtrna
19 Curva corrint-potncia óptica d un lásr para distintas tmpraturas.
20 Fibra: Ly d Snll: n 1 snθ 1 = n 2 snθ 2 Si n 1 >n 2 hay un θ 1c para l qu n 1 snθ 1c = n 2 snπ/2 snθ 1c = n 2 /n 1
21 EVOLUCIÓN DE LAS FIBRAS CON EL TIEMPO.
22 DISPERSIÓN: Los pulsos d luz s van nsanchando sgún viajan por la fibra. Dos razons: Disprsión intrmodal: Los distintos modos rcorrn distintas longituds, Y por lo tanto tardan timpos distintos En llgar al rcptor. Disprsión intramodal: n dpnd D λ, y por lo tanto cada λ viaja a una vlocidad distinta (matrial). Part d la luz va por l núclo y part por la cubirta (guiaonda).
23 Índic d disprsión d fibras standar. Índic d disprsión d fibras spcials : Dsplazado y aplanado.
24 Tipos d fibras: Índic abrupto (mono y multimodo) Índic gradual: solo multimodo. ønúclo: µm øcubirta: µm ønúclo: µm øcubirta: µm ønúclo: 8 12 µm øcubirta: 125 µm
25 Dtall d guiado d la luz, n una fibra d índic gradual.
26 Fotodtctor: P I N
27 Curva corrint-tnsión d un fotodtctor para distintas potncias ópticas.
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