FIBRAS ÓPTICAS Preparado por: José Fernando Sánchez S Sistemas de Comunicaciones Avanzadas UNITEC Mayo 2009
Ventajas de la Fibra Optica Enorme capacidad para el transporte de información. Atenuación muy baja. Inmunidad a interferencias electromagnéticas. Seguridad: Casi imposible de interceptar. Dimensiones y peso pequeños. Confiabilidad Costo por canal reducido Desventajas de la Fibra Optica Problemas con la radiación. Alto costo en aplicaciones de bajo ancho de banda Problemas con la radiación Es no conductora
Estructura de la Fibra Revestimiento Núcleo Recubrimiento Indices de refracción: n 1 n 2
Cables de Construcción Ajustada Tejido Fibra Buffer de polímero Chaqueta de polietileno Cable Sencillo Cable Doble
Cable de multiples fibras
Cable tipo breakout
Ley de Snell para la F.O.
Propagación de la Luz en la Fibra n 2 n 1 ø 2 ø 1 ø c ø 3 ø 3 n 1 ø 1 < ø c < ø 3 n 2
Apertura Numérica de la fibra y cono de aceptancia NA=Sin e (máx)= K( (n 1 2 n 2 2 ))
Número de Modos Permitidos 2a ( l) (2 n a / l) El ángulo de reflexión puede tomar solamente ciertos valores discretos (modos). El número de modos depende de la longitud de onda (l). Decrece al aumentar esta. Para l > l c existe un único modo. 1 2
Clases de Fibra Multimodo Indice Escalonado Indice Gradual Monomodo Convencional Dispersión Desplazada True Wave
Aplicaciones de la Fibra Multimodo: Utilizada principalmente para transmisión de datos en redes locales LAN. Monomodo Convencional: Es el tipo de fibra más utilizado, con 60 millones de km instalados en todo el mundo. Monomodo Dispersión desplazada: Fibra optimizada para aplicaciones de larga distancia. Monomodo TrueWave: Fibra que permite Multiplexación Densa en por División en Longitud de Onda (DWDM).
Diámetros Típicos para Fibra 250µm 125µm 250µm 125µm 8.3µm 62µm Monomodo Multimodo
Perfil de índice de refracción MMF SI MMF GI n 2 n 2 n 2 n 1 n 2 20 ns/km SMF 440 ps/km 3.5 (ps/nmxkm) n 2 n 1 n 2
Pérdidas en la fibra Atenuación Dispersión Lineal (Rayleigh, MIE) No lineal(roman, Brillovin) Modal (ns/km, ps/km) Cromática(ps/nm*km) Curvaturas y microcurvaturas.
Atenuación Es la pérdida de potencia en el pulso en un kilómetro (db/km). Limita la longitud del enlace. Causada por factores intrínsecos y extrínsecos. P i FIBRA CON ANCHO DE BANDA INFINITO P o l
Atenuación (db/km) Curva de Atenuación 4.0 3.5 3.0 1 2.5 2.0 OH _ OH _ 1.5 1.0 0.5 OH _ 2 3 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 Longitud de onda (nm)
Atenuación (db/km) 1550 1310 Atenuación en Fibra Monomodo 0.6 0.5 OH _ 0.4 0.3 0.2 0.35 0.22 0.1 1100 1200 1300 1400 1500 Longitud de onda (nm) 1600 1700
Dispersión Provoca el ensanchamiento del pulso Limita la tasa de bits/seg Limita la distancia del enlace
Dispersión Modal t d Solo se presenta en Fibra Multimodo. Se debe a que cada modo recorre una distancia dife - rente.
Ancho de banda de la fibra Depende de la dispersión modal y de la dispersión cromática, se puede expresar en términos eléctricos y ópticos. BW opt = 0.187/Dt BW opt = 0.132/Dt 1.0 Ancho de banda eléctrico. Ancho de banda óptico
Fibra óptica En conclusión, la fibra óptica se caracteriza por la atenuación, la dispse rsión, el cono de aceptancia, la ventana donde trabaja. Hay otros elementos que intervienen en un sistema de comunicaciones ópticas, estos son: Transmisor, receptor, amplificadores, atenuadores, conectores, empalmes, acopladores y filtros. En el diseño de un sistema de comunicaciones fundamentalmente hay que tener en cuenta dos aspectos fundamentales que son: Presupuesto de potencia y presupuesto de ancho de banda.
Tipos de conectores Connector Insertion Loss Repeatability Fiber Type Applications FC 0.50-1.00 db 0.20 db SM, MM Datacom, Telecommunications 0.20-0.70 db 0.20 db SM, MM Fiber Optic Network FDDI LC 0.15 db (SM) 0.10 db (MM) 0.2 db SM, MM High Density Interconnection MT Array 0.30-1.00 db 0.25 db SM, MM High Density Interconnection SC 0.20-0.45 db 0.10 db SM, MM Datacom SC Duplex 0.20-0.45 db 0.10 db SM, MM Datacom ST Typ. 0.40 db (SM) Typ. 0.50 db (MM) Typ. 0.40 db (SM) Typ. 0.20 db (MM) SM, MM Inter-/Intra-Building, Security, Navy
Transmisores :Diodos Led y Diodos Laser Diodo Led (de superficie, de perfil) b a Material Formula Wavelength Gallium Phosphide GaP 550 nm Aluminum Arsenide AIAs 590 nm Gallium Arsenide GaAs 870 nm Indium Phosphide InP 930 nm Aluminum-Gallium Arsenide Indium-Gallium- Arsenide-Phosphide AIGaAs InGaAsP 770-870 nm 1100-1670 nm mw a ma b
Transmisores :Diodos Led y Diodos Laser Diodo LASER (FP, DFB) Materiales usados GaAlAs Longitud de onda corta InGaAsP Longitud de onda larga
Transmisores :Diodos Led y Diodos Laser Characteristic LEDs Lasers Output Power Current Linearly proportional to drive current Drive Current: 50 to 100 ma Peak Proportional to current above the threshold Threshold Current: 5 to 40 ma Coupled Power Moderate High Speed Slower Faster Output Pattern Higher Lower Bandwidth Moderate High Wavelengths Available 0.66 to 1.65 µm 0.78 to 1.65 µm Spectral Width Wider (40-190 nm FWHM) Narrower (0.00001 nm to 10 nm FWHM) Fiber Type Multimode Only SM, MM Ease of Use Easier Harder Lifetime Longer Long Cost Low ($5-$300) High ($100-$10,000)
PIN Receptores :Fotodiodos PIN y APD APD Parameter PIN Photodiodes APDs Construction Materials Si, Ge, InGaAs Si, Ge, InGaAs Bandwidth DC to 40+ GHz DC to 40+ GHz Wavelength 0.6 to 1.8 µm 0.6 to 1.8 µm Conversion Efficiency 0.5 to 1.0 Amps/Watt 0.5 to 100 Amps/Watt Support Circuitry Required None High Voltage, Temperature Stabilization Cost (Fiber Ready) $1 to $500 $100 to $2,000
Acopladores ACOPLADOR EN T. ACOPLADOR EN ESTRELLA. l 1 l 1 +...+ l N l N ACOPLADOR DIRECCIONAL. ACOPLADOR POR LONGITUD DE ONDA.
Amplificadores Semiconductor optical amplifiers (SOAs) Erbium doped fiber amplifiers (EDFAs) Raman optical amplifiers Empalmes por fusión Empalmes mecánicos Empalmes
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