Fibras Ópticas. ~50µm (fibra multimodo) 4-8 µm (fibra monomodo) p.ej. n núcleo = p.ej. n cladding = Núcleo (vidrio) Cladding (vidrio)

Transcripción

1 Fibras Ópticas Introducción: Experimento de Tyndall (870) Estructura de las fibras ópticas Aplicaciones: Telecomunicaciones Sensores Medicina Experimento de J.Tyndall ó ~50µm (fibra multimodo) 4-8 µm (fibra monomodo) p.ej. n núcleo =.4759 p.ej. n cladding = µm Núcleo (vidrio) Cladding (vidrio) Índice de refracción del núcleo > ínice de refracción del cladding

2 n(r) n(r) -a 0 a r Perfil índice de refracción escalón -a 0 a r Perfil índice de refracción graduado Propagación en una fibra escalón Propagación en una fibra de índice graduad. Espectro de absorción del Si fundido db/km Banda S nm Banda C nm Banda L nm nm Caracterización de Fibras Ópticas: Parámetros de transmisión Parámetros Geométricos - atenuación - dispersión cromática (intramodal) - ancho de bada - longitud de onda de corte - Perfil de índice de refracción - diámetro del campo modal - diámetro del cladding - circularidad del cladding - concentricidad núcleo-cladding - apertura numérica

3 Atenuación: [A] Si P in (watts) es la potencia a la entrada de la fibra y P out (watts) es la potencia que abandona al otro extremo, la atenuación se define: Pin A = 0log0 [ ] = db P A out A=0dB la potencia se reduce 0 veces (P in =0P out ) A=0dB la potencia se reduce 00 veces A= 3dB la potencia se reduce a la mitad (50% de atenuación) En las líneas de transmisión la potencia es una función del largo de las fibras: (fibras monomodo) L P( L) = P( 0) e α (Potencia E α) P ( ) in P 0 αl A = 0log0 0log 0 = 0log0 e = 0( αl) log 0( e) αl P = out P0 e A = 4.34( α ) L [ A ] = L db Km Causas de la atenuación: Intrínsecas: - Rayleigh Scattering ~λ -4 - Bandas de absorción electromecánicas y vibraciones de las moléculas de SiO Extrínsecas: - Curvatura - Micro bending - Bandas de absorción de impurezas (Ej. OH ebido a pérdidas por curvatura R: radio de curvatura γ = β ( ) o n o α C 3 A γ = R β o : constante de propagación del modo LP 0 n o : índice de refracción del núcleo Métodos para medir la atenuación e 8R 3 3 γ Método de cut back poco práctico Técnica de back-scattering OTR, metales de transición, etc.) 3

4 OTR: Optical time domain reflectometry reflección de la luz en variaciones microscópicas del índice de refracción Ej. etector de 0 MHz t 8 = = 5 0 s F = 5 m etección de fallas: S y S : Fallas a una distancia B : ancho espacial del pulso separación del pulso reflejado: S = B- Si la resolución espacial tiene que ser mínima: S = 0 B min = = νt = c T n T: ancho temporal del pulso Si el pulso arriva a un tiempo t, la falla está en F = ct n Rayleigh Scattering en una fibra óptica: Inhomogeneidad Pérdidas por dispersión Luz dispersada Reflección en la superficie frontera Esquema básico de un OTR: Estudio de la atenuación por medio de la técnica del back scattering. +5dBm Coupler Fiber max. 40km length Open End Trigger AP- Receiver Y Osc. Tr. Setup for backscattering measurements (OTR) 4

5 Resolución espacial de un OTR B Lugar de las fallas B: distancia entre fallas : ancho espacial del pulso B- Separación entre pulsos (espacial): S S = B Límite de la separación espacial S = 0 B min = = v t = c t n Localización de fallas F (espacial) F = v t = c t (medidas desde el lugar de donde se envoi el pulso: T/) n Resultado típico de un OTR P/dBm Pulso enviado istorsión (p.ej. Conector) Reflección en superficie final Ruido del receptor (Noise Floor) istancia [Km] 5

6 Mecanismos de pérdida en las conexiones extrínsecos e intrínsecos istancia de superficie de frente esplazamiento del eje 0.5 < s <.0 R 0.dB < a s < 0. 45dB 0. < ε < R dB a < 0. 65dB < ε s ε R Angulo de inclinación 0.5º < ϕ < º 0.05dB a < 0. 5dB < ϕ ϕ Error de ángulo 0.º < γ < º 0.0dB a < 0. db < γ γ Superficie 0. < r < R.0 0.0dB < a r < 0. 3dB r diámetro del núcleo R < 0. R a R < 0. 7dB R = R + R R R apertura numérica A A N N < 0.05 a AN < 0. 4dB A N A N Cilindrez C < 0.05 R a C < 0. db c Pérdidas por reflecciones de Fresnel 0.3dB < a F < 0. 38dB n n o (Luft) n 6

7 ispersión Interferometría transversal: Mach-Zehnder Esquema simplificado del Interferómetro de Mach-Zehnder para medidas de dispersión en fibras: Fibra de referencia etector Fuente de luz blanca y monocromador Fibra a medir () d dy n r n = λ φ o π r Relación entre n(r) y φ (fase) ( y r ) dy ispersión Multimodo: una medida de ésta dispersión, es la diferencia de tiempo entre el momento de llegada al final de la fibra del modo que viaja más rápido, con el que viaja más lento. γ = 0 viaja más rápido γ = γ C el rayo más lento τ = t max t o n γc n : segmento proporcional a t max : segmento proporcional a t o t to max τ = t = to = to t max o cosγ c cosγ c n t o sin c t τ = o = cos γ γ c n ( n ) t o 7

8 τ = t o Para tener baja dispersion tiene que ser pequeño, en fibras multimodo = n 0. 0 n 8