Página 1 de 5 PROGRAMA: INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES 1. DATOS GENERALES ASIGNATURA/MÓDULO/SEMINARIO: COMUNICACIONES ÓPTICAS Y LABORATORIO. COMPONENTE: OBLIGATORIO CAMPO: FORMACIÓN PROFESIONAL MODALIDAD: PRESENCIAL X PRERREQUISITOS/CORREQUISITOS: ANTENAS Y PROPAGACION Y LAB FECHA DE ELABORACIÓN: 24 DE NOVIEMBRE DE 2009 VERSIÓN: UNO PLAN DE ESTUDIOS: 4 ACTA DE CONSEJO DE FACULTAD/DEPTO./CENTRO: CÓDIGO: ÁREA/MÓDULO: COMUNICACIONES APLICADAS VIRTUAL 2. DISTRIBUCIÓN DEL TIEMPO ACADÉMICO TIEMPO DE ACOMPAÑAMIENTO DOCENTE Horas/semana: 4 Horas teóricas: 3 TIEMPO DE TRABAJO INDEPENDIENTE ESTUDIANTE MODALIDAD: 128 CRÉDITOS ACADÉMICOS: 3 SEMESTRE: OCTAVO FECHA DE ACTUALIZACIÓN: 14 DE DIC DE 2011 TOTAL TIEMPO TRABAJO ACADÉMICO Horas/semana: 5 144 HORAS/SEMESTRE Horas prácticas: 1 Horas/semestre: 80 N DE SEMANAS Horas/semestre: 64 3. JUSTIFICACIÓN Desde mediados de los años 70, los sistemas de comunicaciones que emplean las fibras ópticas como medio de transmisión se han desarrollado considerablemente. Las atenuaciones introducidas por la fibra óptica están, hoy en día, dentro del intervalo de 0.15 db/km, las fuentes ópticas pueden acoplar niveles de luz desde varios microwatts a varios miliwatts con una anchura espectral mínima, y la sensibilidad típica de los receptores ópticos están en el intervalo de -0 dbm a -60 dbm. Estos desarrollos han permitido que los enlaces ópticos se encuentren en aplicaciones de corta y larga distancia, tanto para soluciones punto a punto, punto a multipunto y multipunto a multipunto. Es importante entonces un entendimiento amplio del funcionamiento de cada uno de los elementos (láser, fotodetectores, receptores) que entran a formar parte de esta tecnología y es una condición indispensable para realizar eficientemente el diseño, dimensionamiento y mantenimiento de estos enlaces. La fibra óptica es uno de los principales medios de transmisión, por sus características técnicas y en particular su ancho de banda, este medio es utilizado en la construcción de las grandes troncales de comunicación para la transmisión de datos. Por estas razones se hace importante que un ingeniero de telecomunicaciones domine los conceptos teórico-prácticos de las tecnologías de fibra óptica y la integración de esta con los sistemas que se encuentran actualmente en la práctica profesional. 16 11/11/2010
Página 2 de 5 4. METAS DE APRENDIZAJE Conocer las ventajas y limitaciones de los sistemas de comunicaciones por fibra óptica. Estudiar los principios físicos que rigen la propagación de luz en una fibra óptica Estudiar los factores que ocasionan atenuación y distorsión de la señal transmitida. Diseñar un enlace óptico teniendo en cuenta los factores de atenuación y dispersión presentes en el enlace Estudiar el comportamiento físico de los diferentes dispositivos empleados para la transmisión y recepción de señales ópticas. Capacitar al estudiante en los parámetros a tener en cuenta en la selección de equipos necesarios para un sistema de comunicaciones ópticos. 5. PROBLEMAS A RESOLVER Qué fundamentos se tienen para la evolución de la fibra óptica como elemento esencial de las comunicaciones modernas? Qué modelos matemáticos y electromagnéticos se rigen para la propagación en fibras ópticas? Qué mecanismos afectan la propagación en las fibras ópticas? Cómo se realiza la propagación de información en la fibra óptica? Cómo se reciben los datos que viajan en una fibra óptica? Cuáles son los elementos que componen un enlace óptico y como se diseña uno? 6. COMPETENCIAS Competencia de énfasis Analiza la propagación de las señales que viajan en una guía de onda cilíndrica dieléctrica para poder diseñar un enlace óptico teniendo en cuenta los parámetros de cada uno de los equipos que lo conforman. Competencias específicas Identifica las ventajas y desventajas que presenta un sistema comunicaciones ópticas con relación a otras formas de comunicación. Comprende los mecanismos físicos que ocasionan una pérdida de la potencia óptica y distorsión de la señal en un enlace óptico Conoce el comportamiento del transmisor, el medio y el receptor del enlace óptico Analiza la propagación de las señales en una fibra óptica, de acuerdo al tipo especifico de fibra. Propone soluciones viables con el fin de minimizar las diferentes fuentes de ruido en los dispositivos electro-ópticos. Desarrolla destrezas para dimensionar e identificar errores en un enlace óptico. Conoce la metodología para diseñar un enlace de fibra óptica, punto a punto o punto multipunto. Competencias genéricas Comunicación en lengua materna: Construye y aplica conocimiento para la solución de problemas de comunicaciones ópticas, argumentando de forma oral o escrita la solución fruto del análisis de problemas propuestos a nivel de proyectos de investigación o de semestre. Comunicación en lengua extranjera: Usa textos, revistas y catálogos en inglés para el estudio y la profundización teórico-conceptual de temas relacionados con comunicaciones ópticas, nuevas y futuras tecnologías, servicios y sistemas
Página 3 de 5 de telecomunicaciones. Pensamiento matemático: Interpreta y analiza problemas de Enlaces Ópticos aplicadas de tal forma que pueda abstraer, deducir y aplicar conceptos. Ciudadanía: Trabaja en forma activa en equipos interdisciplinarios, manejando la tolerancia y el respeto por las ideas de sus compañeros. Ciencia, tecnología y manejo de la información: Obtiene, procesa y comunica información utilizando las tecnologías de la información y la comunicación para la búsqueda y generación de conocimiento. 7. DISCIPLINAS QUE SE INTEGRAN Matemáticas, Física, Comunicaciones Móviles, Redes Conmutadas. 8. TEORÍAS Y CONCEPTOS INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES ÓPTICAS 1. Introducción. 2. Reseña histórica. 3. Modelo de un sistema de comunicaciones ópticas. 4. Evolución de los componentes fotónicos fundamentales de un enlace óptico. PROPAGACIÓN EN FIBRAS ÓPTICAS 5. El espectro electromagnético. 6. Leyes básicas de la óptica. 7. Propagación y ecuación característica en una fibra de índice escalonado. 8. Método aproximado para resolver la ecuación característica de una fibra de índice escalonado. 9. Constante de fase y frecuencia de corte de los modos en una fibra de índice escalonado. 10. Modos linealmente polarizados. 11. Fibras monomodo. 12. Análisis modal de la propagación en fibras de índice gradual: método WKB 13. Teoría de la óptica radial o geométrica. ATENUACIÓN Y DISPERSIÓN DE PULSOS EN FIBRAS ÓPTICAS 14. Introducción. 15. Mecanismos intrínsecos de atenuación. 16. Mecanismos extrínsecos de atenuación. 17. Propagación de ondas en dieléctricos. 18. Distorsión de pulsos en fibras ópticas. Conceptos fundamentales. 19. Propagación de pulsos gaussianos en fibras monomodo. 20. Minimización de la dispersión. 21. Diseño de un enlace óptico teniendo en cuenta los mecanismos de atenuación y dispersión presentes en la fibra. FUENTES ÓPTICAS 22. Introducción. 23. Teoría de semiconductores. 24. Diodos electroluminiscentes (LEDs). 25. Ganancia óptica. 26. El láser Fabry Perot. 27. Láseres monomodo.
Página 4 de 5 28. Ecuaciones de emisión del láser de semiconductor. 29. Ruido en láseres de semiconductor. 30. Modulación de láseres de semiconductor. FOTODETECTORES Y RECEPTORES ÓPTICOS 31. Introducción. 32. Respuesta, eficiencia cuántica y potencia equivalente de ruido. 33. Fotodiodo PIN. 34. Fotodiodo APD. 35. Amplificación y ruido electrónico en receptores. 36. Receptores analógicos. 37. Receptores digitales. 38. Recepción coherente. 9. METODOLOGÍA Modelo Pedagógico: Problémico. Clase Participativa. Con lo cual se pretende dar al estudiante la fundamentación necesaria en cada uno de los temas; construyendo escenarios simulados por parte del profesor, basados en preguntas, que le permitirán al estudiante la aprehensión del conocimiento y con ello motivar una participación activa del mismo. Solución de problemas en clase. Esta actividad constituye un buen complemento, puesto que le permite al estudiante comenzar a afianzar la teoría previamente presentada. Tiempo independiente. Existen trabajos que el estudiante debe realizar en un tiempo adicional al de las horas de clase y que serán orientados por el docente. Tutorías Guiadas por el profesor. Los alumnos pueden realizar consultas para aclarar dudas y afianzar sus conocimientos. Discusión, análisis y aplicación de determinados tópicos referentes a la asignatura, mediante el cual los estudiantes pueden formular soluciones, exponer sus ideas en el aula, y posteriormente aplicarlo en sus materias complementarias. Uso de herramientas computacionales para la realización de asignaciones. Talleres de Aplicación. Desarrollo de talleres individuales y grupales que se resuelven en clase con posibilidad de consulta extraclase personal en las horas asignadas como tutorías del docente. Prácticas de Laboratorio. Para la aplicación de conocimientos adquiridos en clase, las cuales son: 1. Manejo de software LST-5. 2. Introducción a los sistemas satelitales del laboratorio de comunicaciones Satelitales. 3. Sistema Satelital Meteorológico Digital (LRIT). 4. Sistema Satelital Analógico de Órbita Polar Meteorológico. 5. Sistema Satelital para Recepción de Televisión. Evaluación de los temas expuestos. Por el docente, bajo su supervisión y guía, estimulando a los estudiantes a la apropiación de los fundamentos expuestos en el aula de clase. Proyecto Integrador o de Materia. Mediante esta estrategia metodológica se pretende que el estudiante comprenda y expanda su visión alrededor de la potencialidad e integración de las asignaturas propias del semestre, generando así aplicaciones en el área de las Telecomunicaciones a partir de las competencias que le proporciona cada asignatura. El proyecto integrador se define en
Página 5 de 5 claustro de docentes al inicio del semestre. Si la asignatura no queda incluida dentro del proyecto integrador, el docente podrá planificar el correspondiente proyecto de asignatura. Visitas técnicas a instalaciones reales de empresas a nivel regional y nacional: Para apreciar equipos, instrumental y medios de transmisión, que concluyen con un plenario de análisis de lo visto en clase. 10. EVALUACIÓN Ver anexo evaluación. 11. RECURSOS BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Y COMPLEMENTARIA BÁSICA: [1] CAPMANY, José. Fundamentos de Comunicaciones Ópticas. Editorial Síntesis. 1998 [2] MARTIN PEREDA, José A. Sistemas y redes ópticas de comunicaciones. Editorial Peason. 2004 [3] JARDON AGUILAR, Hidelberto y LINARES Y MIRANDA, Roberto. Sistemas de Comunicaciones por Fibras Ópticas. Alfaomega. 1995. [4] RAMASWAMI, Rajiv y SIVRAJAN, kumar. Optical Networks: A Practical Perspective. Morgan Kaufmann Publishers. 1998. COMPLEMENTARIA: [1] KEISER, Gerd. Optical Fiber Communications. Mc. Graw Hill. 1999. WEBGRAFÍA [1] www.ustavirtual.edu.co/comunicaciones Opticas: Página del aula virtual, donde se encuentran enlaces de otras páginas de acuerdo a la necesidad y la temática vista por módulo. (Fecha de consulta: 2010-12-09). MEDIOS AUDIOVISUALES Diapositivas, Videobeam, Televisores y Proyectores. SOFTWARE, AULAS VIRTUALES Y OTROS ESPACIOS ELECTRÓNICOS Aula Virtual: www.ustavirtual.edu.co/comunicaciones Ópticas. LABORATORIOS Y/O SITIOS DE PRÁCTICA Laboratorio de Comunicaciones Ópticas. Salas de Informática. EQUIPOS Y MATERIALES Equipos del laboratorio de Comunicaciones ópticas. Bibliografía y bases de datos disponibles en Biblioteca y Hemeroteca, en UNIRED (Biblioteca Inter.- universidades) e Internet.