Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación Tecnología Fotónica Curso Académico 2014/2015 Curso 1º Cuatrimestre 2º

Transcripción

1 Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación Tecnología Fotónica Curso Académico 2014/2015 Curso 1º Cuatrimestre 2º

2 PRÁCTICA 1. 2

3 Contenido 1 OBJETIVOS CONCEPTOS TEÓRICOS Propiedades de la fibra óptica Características de un enlace de fibra óptica DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Material necesario Montaje del enlace Caracterización del enlace REFERENCIAS

4 1. OBJETIVOS El objetivo principal de esta práctica es dotar al alumno de la capacidad de manejar y caracterizar un enlace de fibra óptica. En concreto, la práctica se realizará con un enlace de fibra óptica de plástico (POF). Los objetivos parciales de esta práctica persiguen capacitar al alumno para: Identificar las propiedades de la fibra óptica empleada y del enlace en su conjunto. Adquirir, de forma práctica, habilidad en el manejo de la fibra óptica de plástico así como familiaridad con lo componentes asociados a este tipo de fibra. Conocer los métodos comúnmente empleados para caracterizar el enlace en fibra y sus propiedades, incluyendo su apertura numérica, la atenuación y las pérdidas introducidas en las conexiones entre fibras. Buscar información técnica proporcionada por los fabricantes, y comprender dicha información para utilizar en el diseño y montaje de enlaces basados en fibra óptica. 2. CONCEPTOS TEÓRICOS 2.1. Propiedades de la fibra óptica La propagación de la luz por el interior de una fibra óptica se basa en el principio de reflexión total interna. Esta reflexión total interna se puede dar siempre que la luz trate de transmitirse desde un medio 1, de índice de refracción n 1, hasta otro medio 2 de índice de refracción n 2, tal que n 1 >n 2. En estas condiciones, existe un ángulo de incidencia desde el medio 1 al 2, denominado ángulo crítico, c, por encima del cual no existe haz transmitido y toda la luz es reflejada en la frontera entre ambos medios: Apertura numérica. n 2 C arcsin n1 La existencia de la reflexión total interna hace que exista un cono de aceptancia de la fibra, a, el cuál marca el límite entre la radiación que será propagada por la fibra y la que lo hará por el medio circundante, tal y como se representa en la Figura 1. El valor del seno del ángulo que define el cono de aceptancia se denomina apertura numérica, NA, de la fibra. La apertura numérica de la fibra viene dada por la expresión:, donde n 0 es el índice de refracción del medio de partida. (1) (2) 4

5 Figura 1. Representación del ángulo de aceptancia de una fibra Atenuación espectral. La fibra óptica tiene absorciones espectrales características que dependen del material del que está fabricado su núcleo. La figura 2 muestra la curva de atenuación característica del PMMA, que es el material más empleado como núcleo en las fibras ópticas de plástico. Figura 2. Curva de atenuación de fibras ópticas basadas en PMMA [1] Además de la absorción por el material, la radiación que viaja por la fibra se atenúa por efecto de dispersión y de pérdidas hacia el exterior. De este modo, la potencia transmitida, P o, por una fibra de longitud, L, se relaciona con la potencia de entrada sobre la misma, P i, según la siguiente expresión: (3), donde α T es la atenuación introducida por la fibra óptica. En la ecuación 3 cada una de las variables pueden ser dadas en función de la longitud de onda,, o bien se puede eliminar la dependencia en si se integran a todo el rango de longitudes de onda del espectro del emisor. 5

6 2.2 Características de un enlace de fibra óptica. Un enlace de fibra óptica está formado principalmente por un emisor, un detector y una fibra de conexión entre ambos. Estos pueden tener además amplificadores de señal eléctrica y filtros para una mejora de la relación señal/ruido en la detección. Los parámetros más importantes de un enlace son: Longitud máxima del enlace: viene determinada por la mínima relación señal/ruido que se debe asegurar en el detector. Dependerá de las pérdidas que se produzcan en el acoplo a fibra en emisor y recepción, en interconexiones entre fibras si los hubiese y de la atenuación de la propia fibra. Ancho de banda del enlace, mide la frecuencia máxima a la que se puede enviar la información a través del enlace. Generalmente viene determinado por las características eléctricas del emisor y detector empleados. 3. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 3.1. Material necesario Material disponible en el laboratorio: o Transductor HFBR-1527Z y receptor HBFR-2526Z o 1 latiguillo de fibra óptica de 1 m de longitud y un cable de fibra óptica de 5 metros de longitud basados en la fibra óptica tipo HFBR-RUS100Z o 1 conector fibra-fibra. o Banco óptico, soportes y pantalla de visualización. o Osciloscopio, multímetro, generador de señales eléctricas, espectrómetro óptico. o PC Material a aportar por el alumno: o Placa protoboard. o Resistencias, condensadores y cables de un solo hilo para conexión en placa protoboard. o Papel milimetrado o Regla 3.2. Montaje del enlace. El enlace punto a punto de fibra óptica de plástico con el que se va a trabajar consta de un transductor con emisor LED centrado en 650 nm, modelo HFBR -1527Z y un receptor analógico basado en un fotodiodo PIN modelo HFBR-2526Z. Para la utilización del enlace se deben alimentar cada uno de estos componentes teniendo en cuenta sus hojas de características, las cuales están disponibles en la página web de la asignatura. Tome nota del circuito realizado en cada caso e inclúyalo en las hojas de resultados. Una vez polarizados ambos elementos, estos ya están preparados para la conexión directa de los latiguillos de fibra óptica. 6

7 3.3. Caracterización del enlace Medida de la apertura numérica de la fibra óptica. La medida de la apertura numérica de la fibra óptica empleada en el enlace se realizará conectando el latiguillo de un metro de longitud al transductor. A continuación se debe medir el diámetro del haz de luz proyectado sobre una pantalla en función de la distancia entre el extremo de la fibra y la pantalla. Para facilitar la medida se aconseja situar el papel milimetrado sobre la pantalla, desplazando ésta sobre el carril calibrado disponible en cada puesto de laboratorio. Rellene la tabla de resultados incluyendo el diámetro de la proyección del haz sobre la pantalla y la distancia a la que se ha tomado, variando esta última entre los 2 y los 8 cm. Obtenga la apertura numérica de la fibra a partir del ajuste lineal de los datos obtenidos representando el radio de la proyección del haz en función de la distancia entre el extremo de la fibra y la pantalla. Compare con la apertura numérica dada por el fabricante y comente el resultado. Se puede obtener algo más del ajuste lineal a los datos experimentales? Medida de la atenuación introducida por la fibra óptica. Para medir la atenuación integrada se conectará el transductor y el receptor empleando el latiguillo de 1 metro de longitud y el de 5 metros, tomando nota del valor de señal recibido en el detector en cada caso. Obtenga la atenuación, en db/m de la fibra a partir de los datos obtenidos. Comente el resultado comparándolo con lo esperado según las hojas de características suministradas por el fabricante Medida de la atenuación introducida por interconexiones entre fibras. La medida de la atenuación introducida por una interconexión de tipo mating sleeve se realizará comparando el valor esperado en el detector cuando se conecta una fibra de 6 metros y la obtenida conectando la fibra de un metro y la de 5 metros en serie, usando la conexión mating sleeve entre ellas. La diferencia, en db, se puede atribuir a la interconexión entre ambas fibras. Obtenga el valor en recepción cuando se conecta una fibra de un metro y una de 5 metros a través de un conector de tipo mating sleeve, y compárelo con el valor esperado para 6 metros de fibra teniendo en cuenta el valor de atenuación obtenido en el apartado Estime el valor de pérdidas introducido por la conexión mating sleeve entre fibras. 4. REFERENCIAS [1] POF Handbook: Optical Short Range Transmission Systems, O. Ziemann, 2008 Springer. Berlin. [2] Sistemas y redes ópticas de Comunicaciones J. A. Martín Pereda, Pearson Educación, S.A. Madrid, [3] Apuntes de teoría de la asignatura Tecnología Fotónica. 7