LasLas Tecnologas Tecnologas enen Fibras Fibras pticas pticasVTVVTV - -11 11- -07 07- -2011 2011 VTVVTV - -11 11- -07 07- -2011 2011CarlosCarlos Pantsios Pantsios Markhauser MarkhauserProfesor TitulaProfesor Titula Telecomunicaciones USB/UCAB Telecomunicaciones USB/UCABpantsios@gmail.com pantsios@gmail.comcpantsios@ucab.edu.ve cpantsios@ucab.edu.vecpantsios@usb.ve cpantsios@usb.veContenidoINTRODUCCIN A LAS FIBRAS PTICASIntroduccin a las Fibras pticas (Fotnica y FO, Modelo Ondulatorio VS. Corpuscular de la energa EM, Tabla Peridica de Elementos).Condiciones de Propagacin dentro de la FO (Cond. Borde pticas).Transmisores y Receptores pticos (Opto-elctricos & Electro-pticos)Tpos de Transmisin de los Pulsos pticos dentro de una Fibra pticaTpos de Fibras pticas Fenmenos que producenPrdidasen Fibras pticas Fenmenos que producenPrdidasen Fibras pticasTpos de Mtodos de fabricacin de las Fibras pticasLos Modos de Propagacin en Fibras pticas ( Cond. Borde pticas).Tpos de Cables de Fibras pticas (Terrestres, Submarinos, Areos)Las Nuevas Tecnologas de Amplificacin ptica (Erbio VS. Raman)La Nueva Tecnologa de Multiplexin de : C/D-WDMInterconectando Tramos de Fibras pticas (Empates de Fusin/Mecnicos)Balance de Potencia y de Tiempo de Respuesta (BW) pticos en Enlaces Genricos por Fibras pticas. Casos Reales.Captulo Captulo: 1 : 1Introduccin Introduccin aa las las Fibras Fibraspticas pticas ( (Fotnica Fotnica y FO,y FO, Modelo ModeloOndulatorio Ondulatorio vs. Corpuscular devs. Corpuscular deOndulatorio Ondulatorio vs. Corpuscular devs. Corpuscular de lala Energa Energa EM,EM, Tabla Tabla Peridica Peridicade losde los Elementos Elementos) )Introduccin Unsistemadecomunicaciones transmitelarepresentacindelainformacindeunpuntoaotro, independientementedequeseencuentren separados varios cientos de kilmetros o por distanciastransocenicas. La informacin es frecuentemente representada por smbolosdigitales transmitidos por una portadora electromagntica cuyafrecuencia puede variar desde unos Megaherz (RF) hasta cientos deTeraherz (ptico). Teraherz (ptico). Los sistemas de comunicaciones pticas utilizan portadoras pticasdemuyaltafrecuencia(~180THz1600nm)enel espectrodelinfrarrojo. Los sistemas pticos se incluyen en el grupo de losdenominados Sistemas deOndaGuiadas (Condiciones deBorde)para distinguirlos de los sistemas por RF, cuyas frecuencias deportadora son tpicamente 5 rdenes de magnitud menores (hasta~1 GHz) que los utilizados en fibras pticas.CPM-JUNIO 2011Introduccin Sistemas de comunicaciones por fibra ptica ,SFO, son sistemas deluz guiada que utilizan las fibras pticas como medio depropagacin para transportar informacin modulada sobre laportadora ptica. Tales sistemas fueron desplegados en el mundo desde 1980 y hanrevolucionado profundamente el sector de las telecomunicaciones. Sin lugar a dudas, las tecnologas de fotnica, junto con la Sin lugar a dudas, las tecnologas de fotnica, junto con lamicroelectrnicaylananotecnologa, sonlosfactoresquemshan impulsado la llamada ERA DE LA INFORMACIN. La fase de investigacin sobre sistemas de comunicaciones pticascomenz en 1975. El enorme progreso logrado en ms de 30 aos puede serconcentrado en 5 generaciones, tal y como se ilustra en la grficade la lmina siguiente.CPM-JUNIO 2011IntroduccinQuintaGene-Racin(2005,OAMP,OCXC,OADM,RedesSolopticas)Incremento del producto BW*L en el perodo 1975 al 2000, a travs de diferentes generaciones de sistemas de comunicaciones pticas CPM-JUNIO 2011El uso de la longitud de onda como parmetroESPECTRO ELECTROMAGNTICOMOSTRANDO LA FRANJADE IntroduccinFRANJADE FRECUENCIAS UTILIZADAS PARA FIBRAS PTICAS UBICADA ENTRE EL INFRARROJO LEJANO Y EL ULTRAVIOLETACPM-JUNIO 2011IntroduccinEspectro Electromagntico = RF + ptico1650 nmLa nueva ventana pticaen el infrarrojoIntroduccin GeneralIntroduccinCPM-JUNIO 2011IntroduccinHITOS EN LAS TECNOLOGAS DE FIBRAS PTICAS 1854- John Tyndall domostr el principio de la gua de onda ptica. 1960- Theodore Mainman desarroll el primer Laser a gas. 1972- Se fabric la primera fibra ptica con atenuacin de 4 dB/km. 1982- Se report por primera vez la existencia de una fibra ptica deltpo monomodo (SMF). 1991- Fueron creados los estndares de Telecomunicaciones1991- Fueron creados los estndares de TelecomunicacionesSONET/SDH (Redes pticas Sncronas con DADM, AMPs O-E-O) 1995- Comenz el despliegue de la tecnologa DWDM(DenseWavelength Division Multiplexing) en todo el mundo. 1998- Se demostr por primera vez la capacidad de ms de R=1 Tbpsen una fibra ptica monomodal. 2000- Se demostr por primera vez el Sistema de Banda-L y el Sistemade Transporte de 40 Gbps por canal ( nm).CPM-JUNIO 2011IntroduccinIncremento en la capacidad de sistemas de comunicaciones pticas a partir de 1980. Interesante ver como los desarrollos de laboratorio entran cada vez ms rpido en el mercadoCPM-JUNIO 2011Introduccin Es importantedestacar, queparalapocadel 2000existaunsistema de comunicaciones ptics desplegado por todo el mundo,conocido como FLAG, y que comunicaba a los pases del Asia conlos de Europa (CEE) y con una cobertura de alrededor de 27,000-km. Otro sistema de comunicaciones relevante fue el llamado AFRICAONE, quecircundaaestecontinenteyquecubreuntotal de35,000km. 35,000km. Algunos sistemas WDMfueron desplegados a travs de losoceanosAtlnticoyel Pacficoduranteel perodo1998-2001enrespuesta al crecimiento propulsado por el Internet en el trfico dedatos mundial, en varios rdenes de magnitud. El desarrollodeunaredWDMglobal de250,000-km, conunacapacidad de 2.56 Tb/s (64-WDM canales a 10 Gb/s sobre 4 paresde fibras, ed decir: 64 x 10 x 4= 2,56 Tbps), fue iniciado en el 2002.CPM-JUNIO 2011IntroduccinRed Internacional de Sistemas de Comunicaciones pticas Transocenicas para el 2000CPM-JUNIO 2011Introduccin Claramente, la 4a generacin de sistemas pticos ha revolucionado todoel campo de las telecomunicaciones pticas en el mundo. LatecnologaWDMestaincrementandolacapacidaddelossistemaspticos al transmitir ms y ms canales sobre fibras con multiplexadode longitud de onda. Con el crecimiento del BWpor medio de la tecnologa WDM, esusualmente imposible en la prctica amplificar todos los canales usualmente imposible en la prctica amplificar todos los canalesempleando amplificadores convencionales (tecnologa O-E-O). Debido a ello, nuevos esquemas de amplificacin han sido exploradosque cubren la regin espectral que se extiende desde los 1450 nm hastalos 1620 nm. Esta aproximacin condujo en el 2000 a un experimento a3.28Tb/senel cual 82canales, c/uoperando a40Gb/s, fuerontransmitidos sobre 3000-km de fibra, resultando en un producto BW*Lde 10,000 Tb/s-km.CPM-JUNIO 2011Introduccin Durante la ltima dcada, el mundo ha visto una enorme transformacinen telecomunicaciones, y sus impactos en la civilizacin humana en latransmisin de la informacinen forma digital , su almacenamiento, losmedios, y el entretenimiento. Lo anterior se debe en muchos casos a los avances en el NetworkingdeComputadorasyel surgimientodel Internet aescalaglobal, quefueron posibles por los numerosos avances en las tecnologas detelecomunicaciones de banda ancha de alta velocidad, alta capacidad telecomunicaciones de banda ancha de alta velocidad, alta capacidady muy alta calidad. Mientras la plataforma satelital y la terrestre inalmbrica de microondashan jugado su parte, sin la invencin del LASER (Light Amplification ofStimulatedEmissionof Radiation) ylossistemasdecomunicacionespor fibra ptica, que conforman la casi total infarestructura queinterconecta el Internet Global , tales transformaciones no seranposibles.CPM-JUNIO 2011Introduccin El Prof. Charles H. Townes, que fue honrado en UCBerkely enOctubre del 2005 por su invencin de la idea del LASER, en 1958, y elDr. TedMainmanquedemostrel funcionamientodel 1erlaser deRubidio a =694.3 nm, en 1960, representaron los pioneros delcomienzo de esta totalmente nueva era en la Fotnica Moderna. 45 aos ms tarde, en el2005, la humanidad contina beneficindoseenormemente de las numerosas nuevas aplicaciones de los Lasers y dela Fotnica Moderna. la Fotnica Moderna. Es fcil enumerar muchos nuevos desarrollos a partir de stastecnologascomo, por ej.: tecnologas dealmacenamientopticodeultra-altacapacidadcomoel Blu-RayDVDyHDDVDparadatosyHDTV, displays planos degrantamao enLEDy OLEDparaTV,tcnicas de correccin de la vista basados en laser, Sensoresbiofotnicos, Bioimgenes SHG no lineales y multi-fotn, etc., as comola nueva tecnologa 3D HDTV.CPM-JUNIO 2011Introduccin En 1966, el Dr. Charles K Kao demostr el enorme potencial del vidriode silicio de bajas prdidas (cuarzo de alta pureza) para aplicacionespticas. La idea delDr Kao fue llevada a la prctica por los Laboratorios deCorning Glass y AT&T en 1970, con demostraciones prcticas de fibraspticas construidas de silicio (Si) de muy alta pureza y bajas prdidas. En alrededor de 35 aos ms tarde, en el 2005, el impacto de la fibra En alrededor de 35 aos ms tarde, en el 2005, el impacto de la fibraptica en el mundo de las telecomunicaciones fue asombroso. El mundo entero esta, hoy en da, conectado con la velocidad de la luzalrededor del globo terraqueo por medio de redes detelecomunicaciones de fibra ptica, por vas tanto terretres comotransocenicas. Esto ha impulsado elactualInternet global, que ha transformado lacivilizacin humana en un nuevo y fundamental camino para siempre.CPM-JUNIO 2011IntroduccinPROYECTO DE CABLE SUBMARINO VENEZUELA-CUBA El cabledefibrapticasubmarinoqueuneaVenezuelaconCubacomenzar a operar en Julio del 2011. Dicho cable cubre una distancia de 1.630 km y multiplicar unas 3.000veceslatransmisinactual dedatos, imgenesyvozentreambospases y la regin de las Antillas. El proyecto es desarrollado por la empresa Gran Caribe, S.A. ypresentaunainversinde70millonesdeUS-$ytieneproyectado presentaunainversinde70millonesdeUS-$ytieneproyectadofuncionar por unos 25 aos. Las caractersticas tcnicas del cable son:CPM-JUNIO 201116 Canales a40 Gbps c/u)IntroduccinPROYECTO DE CABLE SUBMARINO VENEZUELA-CUBAD= 1.630 KmCPM-JUNIO 2011D= 1.630 KmIntroduccin Sistemas comerciales terrenos con capacidades del orden de 1,6 Tb/sestuvierondisponibleshacafinalesdel 2000, condesarrollosdehasta6,4Tb/s. Es notorio destacar, que desde los sistemas de primera generacin quepresentaban capacidadesdelorden de45Mb/s en 1980, hasta hoyenda,dondesetrabajaenDWDMcon192 192 a40Gbps/, lacapacidaddelossistemas pticos salt en un orden de casi 20,000 veces !, en un perodo detan solo 30 aos. La 5aGeneracin de sistemas de comunicaciones pticas esta concentrado enextenderelancho debandade lossistemasWDMen forma simultnea. Laventana ptica convencional, conocida como banda C, cubre el rango de 1530nm hasta 1570 nm. La banda C ha sido extendida en ambas direcciones para crear las bandas L yS, respectivamente. Los amplificadores pticos de RAMAN pueden ser utilizados en todas las tresbandas mencionadas (Bandas: C, L, S).CPM-JUNIO 2011IntroduccinLA ITU DEFINI RECIENTEMENTE LAS SIGUIENTES BANDAS ESPECTRALES PARA CLARIFICAR LA TERMINOLOGA UTILIZADA EN LOS SISTEMAS PTICOSCPM-JUNIO 2011Introduccin Por otraparte, unnuevotipodefibra, conocidacomoDRYFIBERfuedesarrollado con la propiedad de que las prdidas pticas son muyreducidas, sobretodoenlafranjadelongitudesdeondadesde1,3mhasta 1,65 m. La disponibilidad de fibras de tipo DRY FIBER y los nuevos esquemas deamplificacin (Erbio EDFA y Raman) hacen posible que la 5a Generacinde Sistemas de fibras pticas con tecnologa WDM pueda llegar a trabajarcon Miles ! de canales pticos, simultneamente. con Miles ! de canales pticos, simultneamente. La 5a Generacin de sistemas con fibras pticas incrementa notablementelatasadebitsatransportarencadacanal pticodentrodelaseal deWDM. En la dcada del 2000, muchos experimentos empleaban canales pticostrabajando en los 40 Gb/s; migrando haca los 160 Gb/s en un futuro muycercano (hoy en da :192 canales). Tales sistemas requieren de un manejoextremadamente cuidadosa del fenmeno de dispersin en la fibra.CPM-JUNIO 2011Introduccin Un desarrollo muy notable en fibras pticas es el concepto de losSOLITONES PTICOS - pulsos de luz que conservan su forma durante lapropagacin en una fibra sin prdidas al neutralizar el efecto de dispersin atravs de la respuesta no lineal de la fibra (Brillouin Raman). Elconcepto bsico del SOLITON seremontaa 1973, peronofue sinoapartir de1988queenunexperimentodelaboratoriosedemostrlalafactibilidad de transmitir datos sobre un alcance de 4,000 km al compensarlas prdidas de la fibra por medio de amplificadores pticos del tipo las prdidas de la fibra por medio de amplificadores pticos del tipoRAMAN. Amplificadores pticos dopados con Erbio se utilizaron para amplificacinde SOLITONES, desde los comenzos de 1989. Apartir de entonces,muchosexperimentoshancorroboradolafactibilidaddelacomunicacincon pulsos pticos de tipo SOLITON. Asi tenemos que en 1994, solitones fueron transmitidos sobre los 35,000 kmcon una capacidad de 10 Gb/s y sobre los 25,000 km con capacidades de15 Gb/s.CPM-JUNIO 2011Introduccin A partir de 1966, las tcnicas de WDM fueron utilizadas para losSOLITONES en combinacin con la administracin de la dispersin. En el 2000, experimentos, con hasta 27 canales pticosindependientes en WDM, c/u operando a 20 Gb/s, fuerontransmitidos sobre fibra con 9,000 kmde alcance utilizandoesquemas de amplificacin hbrida (electro-ptica). Ancuandolatecnologadecomunicaciones por fibras pticas Ancuandolatecnologadecomunicaciones por fibras pticasposee ya ms de 30 aos en elmercado mundial, sus progresosson muy rpidos y hoy en da han alcanzado un grado de madurezasombroso. En las siguientes lminas se definen varios conceptos importantesque se emplean recurrentemente en el mundo de lascomunicaciones por fibras pticas.CPM-JUNIO 2011IntroduccinESCALA PTICA DE LAS MEDICIONESLa fibra ptica (FO) y sus componentesasociados son de tamao microscpicoDistancias cubiertas estn en el orden de ms de 150km, en un solo salto, sin repeticin o amplificacin! Tiempo = Mil Millon-avo de segundo: 10-6s Tiempo = Mil Millon-avo de segundo: 10-6sNanosegundos (ns- 10-9s) Tamao= Millon-avo & Mil Millon-avo de metro:Micrones & Nanometros ( m & nm) Longitudes : Cientos de kilmetros:Kilmetros (km)CPM-JUNIO 2011IntroduccinESCALA PTICA DE LAS MEDICIONESDatos en potencias de diez (10X)1. Bit Simple carcter ( 0 o 1)2. Byte8 bits(Una simple palabra).3. Kilobyte 103 bytes ( Fotogtrafa de baja resolucin)4. Megabyte 106 bytes (Pequea novela, 1.44 Diskette)5. Gigabyte 109(Una pelcula con calidad de TV) 5. Gigabyte 10 (Una pelcula con calidad de TV)6. Terabyte1012 (Pelcula de Rayos-X en el hospital)7. Petabyte 1015 (Recopilacin de 3 aos de datos EOS )8. Exabyte1018 (Todas las palabras habladas por un humano)9. Zettabyte 1021 bytes.10. Yoattabyte2024 bytesNota: EOS- Earth Observing SystemCPM-JUNIO 2011IntroduccinCLASIFICACIN DE LA LUZ Potencia ptica ( Watts absoluto- o Decibeles- relativo)dBmes una unidad tpica para la medicin de Potencia ptica.Es medida con un: Medidor de Potencia ptica Color (Longitud de Onda) 300 nm (azul) a 700 nm (rojo) es el espectro de luz visible 300 nm (azul) a 700 nm (rojo) es el espectro de luz visibleLos sistemas de fibras pticas solo utilizan la banda del Infrarrojo (ventana (1): 850 nm, ventana (2): 1310nm, ventana (3): 1550 nm, y la nueva ventana (4) 1650nmCPM-JUNIO 2011POTENCIA PTICA EN LA FIBRA PTICAComo en el caso de un bombillo: mas potencia msbrillo (intensidad).Transmisores para FOIntroduccinAPROX.de 1 mWHASTA 40 mW(0 dBm hasta 16 dBm)Rangos de Potencia en FO:De +20 dBm hasta -70 dBm20 dBm 100mW,-70dBm10-7 mWCPM-JUNIO 2011LONGITUD DE ONDA PTICA Medicin de la longitud de onda de la luz (color trmino coloquial que no indica luminosidad), Unidades en nanometros (nm, 10-9m) omicrometros ( m, 10-6m), : long. de onda. Dieferentes colores (longitudes de onda) exibenIntroduccin Dieferentes colores (longitudes de onda) exibendiferentescaractersticas:Ej.: rojo menos dispersin, azul ms dispersinNota: la mayora de las emisiones son radiacionesCPM-JUNIO 2011REFLEXIN Y REFRACCIN (Propiedades) Reflexin es un rebote del haz de luz incidente,alejndose de la interface entre dos medios. Refraccin es el desvo de la trayectoria del haz de luz alcambiar develocidaddepropagacindeunmedioaotro (se debe al cambio de ndice de refraccin: )IntroduccinCPM-JUNIO 2011aaVMedio 1Medio 2(igual al aire)Medio 1Medio 2aIntroduccinaaLEY DE SNELLCPM-JUNIO 2011VVFuentes secundarias generan ondasSecundarias (Principio de Huygens)Descomposicin Espectral de la Luz Blanca IncidenteFrente de ondaIntroduccinLEY DE SNELLInterfacengulo de reflexinEHPEHPCPM-JUNIO 2011ngulo de refraccinngulo de incidenciangulo de reflexinEHPObservadorAire, =1Quiebre del objeto por refraccinIntroduccin(A) EJEMPLO DE DESVIACIN DE LA LUZ DEBIDO AL EFECTO DE LA REFRACCIN POR ELAGUA (msdenso que el aire)(B) ESQUEMA QUE EXPLICA EL EFECTO DE LA REFRACCIN POR EFECTO DELAIRE (MENOS DENSO) ALAGUA (MAS DENSO)Agua, >1CPM-JUNIO 2011INDICE DE REFRACCIN La luz por naturaleza se propaga a diferentes velocidades enmedios distintos (diferente ndice de refraccin = ). Mientrasmsdensoseael medio, mslentosepropagalaluz(ondas electromagnticas) dentro de l. La medida que relaciona las densidades de dos medios diferentes,separados por una interface, y las velocidades de propagacin deIntroduccinr r .separados por una interface, y las velocidades de propagacin dela luz dentro de ellos se denomina NDICE DE REFRACCIN. Esta medida, efectuada para cada tipo de material, es realizada enforma relativa a la velocidad de la luz en el vaco, y vieneexpresada como:= Co/v ;1/ 2= v2/v1(1)CPM-JUNIO 2011INTERPRETACIN DEL NDICE DE REFRACCIN El ndice de refraccin de un medio se define por :, donde:es la permitividad elctrica relativa. En general, se cumplen las siguientes ecuaciones de teora electromagntica:Introduccinr(2)rmHenryen medio un en magntica dad permeabilim: , : CPM-JUNIO 2011unidades no medio del refraccin de ndicerelativa elctrica ad permitividm f vaco el en elctrica ad permitividmFaradioen medio del elctrica ad permitividrelativa magntica ad permitividm h vaco el en magntica dad permeabilimmrrmr09060::) / ( 10361:: , :) / ( 10 * 4 , : = ===(3)(4)(5)(6)NDICE DE REFRACCIN (Cont) Mientras ms alto sea el ndice de Refraccin de un material, msdenso es dicho material. Cuando un haz de luz pasa de unmedio a otro, donde cada medioposeeundiferente ndicederefraccin, el nguloderefraccindiferir del ngulo de incidencia. Unhaz de luz que pasahacaunmediode menor ndice deIntroduccin Unhaz de luz que pasahacaunmediode menor ndice derefraccin saldr del medio con un ngulo mayor que el ngulo deincidencia. Un haz de luz que pasa a un medio de mayor ndice de refraccinabandonaraesemedioconunngulomenor queel ngulodeincidencia.1/ 2= C2/C1= Sin(2)/Sin(1)CPM-JUNIO 2011(7)IntroduccinRELACIN ENTRE LOS NGULOS DE REFRACCIN E INCIDENCIACPM-JUNIO 2011IntroduccinLEY DE SNELL PARA LAS VELOCIDADES DE PROPAGACIN EN DIFERENTES MEDIOSnormalCPM-JUNIO 2011INDICE DE REFRACCIN (Cont) La siguiente tabla muestra algunos ndices de refraccin de distintosmateriales. Como nota curiosa, los rayos-x siempre poseen un ndice de refraccinmenor que el del aire en vidrio y por ello se desva alejndose de lanormal cuando viaja del aire haca el vidrio.Introduccinndices de Refraccin de Distintos Materialesnormal cuando viaja del aire haca el vidrio.TABLA de ndices de refraccinCPM-JUNIO 2011referenciaIntroduccinReflexin, Refraccin y ngulo Crtico

=12) ( Sin Arc RadcCPM-JUNIO 2011Reflexin total, unaCondicin Particular de la RefraccinIntroduccinReflexin, Refraccin y ngulo Crtico(A) REFLEXIN INTERNA TOTAL SOBRE UNA INTERFACE PLANA (B) EL PRISMA REFLECTOS. Si | > 21/2y 2=1 (aire), entonces C

> V ParaNPPncleomanto(46) CPM-JUNIO 2011CONCEPTO DE APERTURA NUMRICAAPERTURA NUMRICA UnodelosparmetrosmasrelevantesdeunafibrapticaessuApertura Numrica, NA. La apertura numrica se emplea en las ecuaciones que describenlasprdidaspor acoplamientodelafuentedeluzalafibra, laexcitacindel modo, prdidas por conectores y splices, y otrasPropagacin de luz dentro de la Fibraexcitacindel modo, prdidas por conectores y splices, y otrasecuaciones que describen las prestaciones del sistema. Las figuras de las dos lminas siguientes muestran el concepto deApertura Numrica de una fibra ptica. Aqu, se observa que todo rayo de luz incidente con ngulo menor amaxinterceptar la interface ncleo/manto con un ngulo mayor queel crtico, y ser guiado rios abajo, en la fibra ptica.CPM-JUNIO 2011CONCEPTO DE APERTURA NUMRICAPropagacin de luz dentro de la Fibra) 90 ( ) ( ; 90) ( ;) () 90 ( ) () ( . ) (C S A A F CFACCAFm C FN N A ASin SinSinSinSin SinSin Sin = = += = ==CPM-JUNIO 2011) () () (1) () ( 1) () () ( ) (2 22 2222A F AA FA FFAAFAACACFAC F A AC S A A F CArcSinSinSin SinSinSinCosCos Sin = === ==CONCEPTO DE APERTURA NUMRICAAPERTURANUMRICA Todoslosrayosdeentradaalafibraqueincidenconunngulomayor que maxinterceptar la interface ncleo/manto con un ngulomenor que el crtico, y sern parcialmente transmitidos por lainterface, por lotanto, sufrirnciertasprdidasencadareflexin.Estos haces sern muy rpidamente atenuados totalmente si la fibraPropagacin de luz dentro de la FibraEstos haces sern muy rpidamente atenuados totalmente si la fibraes relativamente larga. La expresin para max viene dada por: Este ngulo solo depende de los ndices de refraccin del ncleo ydel manto o cladding y es independiente del dimetro de la fibra.) 2 sin( ) sin(12221 = Arc Arcmx(47)CPM-JUNIO 2011CONCEPTO DE APERTURA NUMRICAAPERTURANUMRICA La apertura numrica es entonces el seno de este mximo ngulo deentrada, y viene dado por: Este ngulo solo depende de los ndices de refraccin del ncleo ydel manto o cladding y es independiente del dimetro de la fibra.Propagacin de luz dentro de la Fibra Es interesante mencionar, igualmente, que la apertura numrica de una fibra es un parmetro independiente del radio del ncleo de la fibra.(48)) 2 ( ) ( ) sin(12221 = = mxNACPM-JUNIO 2011CONCEPTO DE NGULO DE ACEPTACIN) 2 ( ) ( ) sin(12221 = = mxNAPropagacin de luz dentro de la FibraCPM-JUNIO 2011Propagacin de luz dentro de la FibraCono de aceptacinCono de Aceptacin en una Fibra pticaCPM-JUNIO 2011Acoplamiento de Haces de Luz Haca la Fibra pticaPropagacin de luz dentro de la FibraIntervalo deadaptacinFibra ptica multimodoCPM-JUNIO 2011Fibras pticas Tipo Step IndexPropagacin de luz dentro de la FibraCPM-JUNIO 2011Fibras pticas Tpo Step IndexPropagacin de luz dentro de la FibraCABLE PTICO CON FIBRAS AGRUPADAS SEGNEL CDIGO DE COLORES PARARECONOCERLASRECONOCERLAS DE ACUERDO A LOS SERVICIOS QUE TRANSPORTAN Y A LOS DESTINOS QUE SURTEN DE SEALES PTICA SCPM-JUNIO 2011Acoplamiento de la Fuente de Luz a la FibraPropagacin de luz dentro de la FibraCPM-JUNIO 2011Efficiencia de acoplamiento: NA de la fuente de luz. Dimensin de la fuente de luz. NA de la fibra. Dimetro del ncleo de la FiberPropagacin de luz dentro de la FibraAcoplando el haz de luz en la FibraAcoplamiento para fibra MM: Desbordado: modos de orden superior en la fuente de luz podrn pasar haca el rea del manto o cladding. Subllenado: el modo disponible en la fuente puede propagarse a lo largo de la fibra.CPM-JUNIO 2011Captulo Captulo: 3 : 3Dispositivos DispositivosTransmisores Transmisores yyTransmisores Transmisores yy Receptores Receptores pticos pticosDISPOSITIVOS FOTNICOS:Definicin: Son componentes capaces de convertir sealeselctricas en pticas y viceversa.Se clasifican en:(1) Convertidores Electro-pticos y(2) Convertidores Opto-elctricosPropagacin de luz dentro de la Fibra(2) Convertidores Opto-elctricos1) Convertidores Electro-pticos: Fuentes Laser Fabry-Perot Lasers (FP) Distributed Feedback Lasers (DFB) Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSEL) ASE(Amplified Spontaneous Emission) fiber laser CPM-JUNIO 2011Transmisores y Receptores pticos1) Convertidores Electro-pticos: Fuentes Fotodiodos Emisores de Luz Surface Emitting LED (SLED) Edge Emitting LED (EELED)2) Convertidores Opto-elctricos:CPM-JUNIO 2011 Fotodetectores de LuzP-N PhotodiodesP-I-N PhotodiodesAvalanch Photodiodes, APDTransmisores y Receptores pticosPrincipios de losPrincipios de los Fotoemisores Fotoemisores para paraFibras pticas Fibras pticasCPM-JUNIO 2011Fibras pticas Fibras pticas((Fotnica Fotnica))Fotnica FOTNICA Enaos recientes, el trminoFotnicahatenido unusomuyfrecuente. El trmino fue creado en analoga con Electrnica, y refleja lacrecienterelacinentrepticay electrnicareforzadapor elimportantsimo crecimiento de rol que los materialessemiconductores y los dispositivos juegan dentro de sistema.CPM-JUNIO 2011semiconductores y los dispositivos juegan dentro de sistema. La electrnica envuelve el control del flujo de cargas-elctricas(en el vaco o en la materia); fotnica envuelve el control de lospaquetes de energa o fotones (en espacio libre o en la materia). Las dos disciplinas claramente se solapan ya que los electronesfrecuentemente controlan el flujo de fotones y, en forma inversa,los fotones controlan el flujo de los electrones.Fotnica FOTNICA (Cont) El trmino fotnica tambin refleja la importancia de lanaturaleza de la luz compuesta por fotones, en la descripcinde la operacin de la mayora de los componentes pticos. En el mundo de la fotnica, se denomina en general Electro-ptica a los dispositivos pticos en los que los efectosCPM-JUNIO 2011ptica a los dispositivos pticos en los que los efectoselctricosjueganunpapel importante(lasers, moduladoreselectro-pticos, conmutadores, etc.). En este ambiente tambin se maneja el trmino Opto-electrnica , que se refiere a aquellos dispositivos y sistemasque son esencialmente de naturaleza electrnica peroenvuelvenlaluz(LEDs, LCDs, arreglosdefotodetectores,etc.).Fotnica FOTNICA (Cont) El trmino Electrnica Cuntica (quantum electronics) esutilizado en relacin con dispositivos y sistemas que seapoyanenel principiodelainteraccindelaluz conlamateria (lasers y dispositivos pticos no lineales paraamplificacin ptica amplificador de Erbio, de Raman- y losmezcladores de ondas).CPM-JUNIO 2011mezcladores de ondas). La ptica cuntica estudia, entre otros, la materiarelacionada con las propiedades coherentes de la luz. El trmino Tecnologa de Onda de Luz (lightwavetechnology) sehaaplicadoparadescribir losdispositivosysistemas utilizados en comunicaciones pticas y en elprocesamiento de seales pticas.Fotnica FOTNICA (Cont) Un hecho extraordinario, hasta nuestros das, es que los diferentesfenmenos que presenta la luz solo se pueden explicar por mediode dos teoras clsicas hasta cierto grado contrapuestas: La Teora Ondulatoria de la Luz, y La Teora Corpuscular (cuntica) de la luz. Ambos sonmodelos creados por el hombreparadescribir losCPM-JUNIO 2011 Ambos sonmodelos creados por el hombreparadescribir losmltiples fenmenos que presenta la luz en la naturaleza. Por sta razn, se dice que la luz posee un comportamiento DUAL,ondulatoria por una parte y corpuscular por la otra. Por medio de la teora ondulatoria, la luz se supone ondaselectromagnticas en el espacio que se propagan en direccin delvector de Poynting.Fotnica FOTNICA (Cont) Este comportamiento ondulatorio de la luz permite describirfenmenos como: (1) la reflexin, (2) la refraccin, (3) la difraccin,y (4) fenmenos de interferencia. El comportamientocorpuscular delaluzsevinculaconlafsicacuntica, y supone que la misma est representada por un flujo depaquetes de energa llamados FOTONES, que portan una cantidadCPM-JUNIO 2011paquetes de energa llamados FOTONES, que portan una cantidaddeenergacuantificadaequivalenteaE=h., dondeh: Ctte. dePlanck y v: frecuencia asociada. Lateoracorpuscular es fundamental enladescripcindelosfenmenosfotoelctricoscomolaemisindeelectronespor unmaterial alcalino (Na, P, Ag) colocado dentro de un medio al vaco.Los tubos transductores en las cmaras, como el Orticn deImagen se basaban en este principio.Fotnica Un elemento fundamental para el conocimiento del comportamientode las estructuras Opto-elctricas y Electro-pticas que se utilizanprofusamente en fibras pticas es la conocidsima Tabla Peridicade los Elementos. La Tabla Peridica de los Elementos contiene a todos loselementos qumicos conocidos sobre la tierra, y los clasifica segnsuscapasenergticaselectrnicasysugradodeocupacinporCPM-JUNIO 2011suscapasenergticaselectrnicasysugradodeocupacinporelectrones, de stas capas electrnicas. En las 5 tablas siguientes se muestran las caractersticas elctricasde cada material, segn la clasificacin de los mismos dentro de latabla peridica. La misma se inspira en eltomo de Niels Bohr quien contribuydecisivamente a sta teora cuntica de la materia, a traves de sumodelo del tomo de H2. LA TABLA PEDICA DE LOS ELEMENTOSTransmisores y Receptores pticosCPM-JUNIO 2011 INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORESTransmisores y Receptores pticosCPM-JUNIO 2011 INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORESTransmisores y Receptores pticosGasesCPM-JUNIO 2011 INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORESTransmisores y Receptores pticosCPM-JUNIO 2011Transmisores y Receptores pticos INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORESCPM-JUNIO 2011Transmisores y Receptores pticos INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORESCPM-JUNIO 2011Transmisores y Receptores pticos INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORESCPM-JUNIO 2011Transmisores y Receptores pticos INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORESCPM-JUNIO 2011 INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES En la naturaleza, los materiales se clasifican por sucomportamiento elctrico en tres grupos diferentes:1. Materiales Aislantes,2. Materiales Semiconductores, yTransmisores y Receptores pticos2. Materiales Semiconductores, y3. Materiales Conductores1. Aislantes. Los ailsadores, tambin conocidos comodielctricos, son materiales que resisten del flujo decargaselctricas. Enellos, loselectronesdevalenciaestn muy estrechamente ligados a sus tomos.CPM-JUNIO 2011 INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES1. Aislantes (Cont). Estos materiales se utilizan enequipos elctricos como aisladores o aislamiento. Sufuncin es la de soportar o separar conductoreselctricos sin dejar pasar corriente elctrica a travs deTransmisores y Receptores pticoselctricos sin dejar pasar corriente elctrica a travs deellos.CPM-JUNIO 2011CermicaPolietileno INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES2. Semiconductor. El semiconductor es un material conconductividad elctrica controlada, cuyo flujo de electroneses intermedioenmagnitdentreconductores y aislantes.Esto significa una conductividad en el rango de 103 a 10-8Transmisores y Receptores pticosEsto significa una conductividad en el rango de 10 a 10Siemens/cm. Son semiconductores elSilicio, elgermanio,el Arsenuro de Gallo, elcarburo de silicio, etc. Requierende poca energaa para poder conducir ya que loselectrnes de valencia no estan muy fuertemente atados asus ncleos, a diferencia de los aislantes.CPM-JUNIO 2011 INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES1. Semiconductor (Cont).Transmisores y Receptores pticosCPM-JUNIO 2011Componentes de un LEDDiferentes tipos de LED INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES3. Conductores. Fsicamente, un conductores es un material quecontieneelectrnesnoatadosasusncleos, capacesdedesplazarse dentro de la estructura. Son conductores tpicosel hierro, el cobre, el aluminio, la plata, el oro, etc.Transmisores y Receptores pticos Los electrones se mueven bajo el efecto de un campoelctrico externo, por ejemplo. La caracterstica ms notable de los conductores es la bajaenerga de la capa prohibida, que permite que poca energaentregada al material hace conducir corrientes por l.CPM-JUNIO 2011 INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES3. Conductores (Cont).Transmisores y Receptores pticosCorriente de conduccinAnte un campo E, externoCPM-JUNIO 2011 INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES Generacin de Luz. Hoy en da existen dos mecanismos para generar luz en materialessemiconductores muy diversos (Si, AsGa, PAsGaIn,etc.).1. Emisin Espontnea de Luz, yTransmisores y Receptores pticos1. Emisin Espontnea de Luz, y2. Emisin Estimulada de Luz.1. EMISIN ESPONTNEA. Aqu, un chip de material semiconductordopado con impurezas crea una juntura p-n. Por ella, la corrienteelctricafluyesinproblemasdesdeel lado-p, onodo, hacaellado-n, o ctodo, pero no en la direccin contraria.Portadores de carga electrones y huecos- fluyen haca la junturade electrodos de diferentes voltajes (corriente de difusin).CPM-JUNIO 20111. EMISINESPONTNEA(Cont). Cuando un electrn en labanda de alta energa se encuentra con un hueco en la banda debajaenerga, l caeaunnivel demenor energa, ydesprendeenerga (diferencial) en forma de fotn (E=h.v) (Ver figura).Transmisores y Receptores pticosCPM-JUNIO 2011E=Eg(define laFrecuencia dela emisin).La luz emitidaes no coherente INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES La longitud de la luz emitida por el proceso de emisin espontnea, ypor ello su color, depende de la energa de la banda prohibida (band-gap) del material semiconductor que forma la juntura p-n. Para diodos de silicio o de germanio convencionales, los electronesy huecos serecombinanenformano-radiativaquenoproduceTransmisores y Receptores pticosy huecos serecombinanenformano-radiativaquenoproduceemisiones pticas , ya que son materiales de bnad-gap indirectos. LosmaterialesempleadosenLEDsposeenunband-gapdirectocorrespondiente al infrarrojo cercano, visible o luz ultravioletacercano. Los LEDs comenzaron con emisiones en el rojo e infrarrojoconstruidos con arsenuro de gallo (AsGa).CPM-JUNIO 2011 INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES Nuevos desarrollos de materiales han hecho que los LEDs emitan alongitudes de onda ms cortas, generando luz en diferentes colores(rojo, verde, azul). Los nuevos LEDs empleanGaN/InGaN, y tambinsubstratodesafiro.Transmisores y Receptores pticossafiro. Los materiales utilizados para los LEDs poseen un ndice derefraccin () muy alto. Esto implica que la luz generada es reflejadanuevamente haca la juntura del LED desde la interface material/aire. Laextraccindeluzdel LEDesunaspectomuyrelevantedelaproduccin de LEDs, sujeto a mucha investigacin y desarrollo.CPM-JUNIO 2011Transmisores y Receptores pticosMecanismo de Emisin EspontneaPrincipio de Generacin de Luz No-Coherente)CPM-JUNIO 2011Absorcinde energaTransmisores y Receptores pticosMecanismo de Emisin EspontneaPrincipio de Generacin de Luz No-Coherente)CPM-JUNIO 2011Transmisores y Receptores pticosEmisin espontnea en un Semiconductor de SiGeneracin de Luz no coherenteCPM-JUNIO 2011Chip semiconductordopadoTransmisores y Receptores pticosEmisin Espontnea en un SemiconductorCPM-JUNIO 2011 INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES2. EMISIN ESTIMULADA. En este caso, luz externa incide sobre unmaterial semiconductor que absorbe sta energa y hace queelectronesdealtonivel (nivel excitado)bajenaunnivel inferiornoexcitado emitiendo un fotn que posee exctamente la mismafrecuencia y fase de los fotnes que conforman la luz externa.Transmisores y Receptores pticosfrecuencia y fase de los fotnes que conforman la luz externa. EstefenmenodegeneracindeluzcoherenteesexplotadoenelLASER. Un diodo laser se encuentra constituido por una aleacin de arsenurode indio y gallo fosfatado o una aleacin de aluminio y arsenuro degallo (semiconductor). Electrones son inyectados en el diodo, ellos se combinan con huecosen forma radiativa, convirtiendo la energa excedente en fotones.CPM-JUNIO 2011Transmisores y Receptores pticosMecanismo de Emisin EstimuladaPrincipio de Generacin de Luz Coherente (Laser)CPM-JUNIO 2011 INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES2. EMISIN ESTIMULADA (Cont) Los fotones generados porrecombinacin radiativa interactan con otros electrones,contribuyendoacrear msfotnesyas sucesivamenteenunproceso de autoperpetuacin llamado resonancia. Elproceso es anlogo almencionado de emisin estimulada queTransmisores y Receptores pticos Elproceso es anlogo almencionado de emisin estimulada quese aplica directamente en un laser convencional a gas.CPM-JUNIO 2011TRANSMISORES PTICOSTransmisores y Receptores pticosCavidad Resonante pticaCPM-JUNIO 2011 INTERACCIN ENTRE ELECTRONES Y FOTNES ENDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES Resonador pticoFABRY PEROTTransmisores y Receptores pticosCPM-JUNIO 2011La cavidad ptica absorbe energaHasta que resuena. En este momentoEl nmero de modos se reduce drsticamente y aparece un modo dominanteTRANSMISORES PTICOSLaser Fabry-Perot (Laser FB)Patrn de radiacin: 60oforma del ngule en conoTransmisores y Receptores pticosconoPotencia de salida: algunas decenas de mWModulacin: altas tasasde datosAncho espectral: relativamente grandeCPM-JUNIO 2011TRANSMISORES PTICOSLaser Fabry-Perot (Laser FB)Transmisores y Receptores pticosCPM-JUNIO 2011TRANSMISORES PTICOSTransmisores y Receptores pticosReduccin de la temperaturaReduccin de la temperaturaCPM-JUNIO 2011Transmisores y receptores pticosEncapsulado de un Diodo LaserCPM-JUNIO 2011Transmisores y receptores pticosLasers de Tipo Distributed FeedbackCPM-JUNIO 2011Transmisores y receptores pticosSeleccin del Modo Longitudinal en DFB y DBRCPM-JUNIO 2011Transmisores y receptores pticosLaser VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting)Acoplamiento del haz de luz a la fibraMuy utilizado en sistemasde WDM, hoy en daCPM-JUNIO 2011Transmisores y receptores pticosLaser VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting)Led >>---- D1 CPM-JUNIO 2011TRANSMISORES PTICOSTransmisores y Receptores pticosDistributed Feedback Laser (DFB laser) Modo Longitudinal Simple Simple Puede ser modulado interna o externamenteatenuacingananciaCPM-JUNIO 2011Distributed Feedback Laser (DFB laser)TRANSMISORES PTICOSTransmisores y Receptores pticosCPM-JUNIO 2011Transmisores y Receptores pticosConceptos Bsicos Bajo condiciones normales, todo material absobre luz y muy pocos laemiten. El proceso de absorcin se puede entender con la figura de la lminasiguiente. Aqu, los niveles diferentes de energa E1 y E2 corresponden al estadode piso y al estado excitado de los tomos del medio que absorbe la1 2de piso y al estado excitado de los tomos del medio que absorbe laradiaicn. Si la energa fotnica E=h. de la luz incidente, de frecuencia f=, esaproximadamente la misma que la energa de gap, Eg = (E2 E1 ) , elfotn es absorbido por el atomo, y que termina en estado excitado. Laluzincidenteesatenuadapor lagrancantidaddeeventosdeabsorcin mencionados que ocurren en el medio.CPM-JUNIO 2011Transmitter TransmitterTRANSMISORES PTICOSLaser Vertical Cavity Surface Emitter (VCSEL) Modo longitudinal simple Bajo costoTransmisores y Receptores pticos Bajo costo Baja potencia Utilizado bsicamente para comunicacin MMCPM-JUNIO 2011Transmisores y receptores pticosCaractersticas de un Diodo LaserCPM-JUNIO 2011Transmisores y receptores pticosESPECTRO QUE CONTIENE A TODOS LOS LASER COMERCIALES, HOY EN DACPM-JUNIO 2011Light Emitting Diode (LED)Bajo costoBaja PotenciaGran Ancho EspectralPuede ser modulado hasta varios cientos de MHzTRANSMISORES PTICOSTransmisores y Receptores pticosPuede ser modulado hasta varios cientos de MHzDos TiposSurface-emitting LED (SLED): >,son los preferidos ya queLos Receptores pticos Detectores con una responsividad grande, R>>,son los preferidos ya querequieren de menos potencia ptica. La responsividad de los fotodiodos PIN es limitada y toma su mximovalor deR= q/h.vpara: =1. Los fotodiodos de avalancha (APDs) pueden tener valores mucho masaltosdeR, yaquehansidodiseadosparabrindarunagananciadecorrienteinternautilizandoun mtodomuysimilar al aplicadoparafotomultiplicadores.CPM-JUNIO 2011Transmisores y Receptores pticosFotodiodo de AVALANCHA (Cont) Los fotodiodos de avalancha (APD) se emplean cuando lacantidad de potencia ptica en el receptor es limitada. El fenmenofsicoinvolucradoenlagananciadecorrienteinterna del fotodiodo de avalancha se conoce comoIONIZACIN POR IMPACTO.Los Receptores pticosIONIZACIN POR IMPACTO. Bajo determinadas condiciones, un electrn fuertementeacelerado puede acumular una importante cantidad de energacintica que, por colisin, puede producir un nuevo parelecrn/hueco. El electrnenergizadoentrega parte de suenergacinticaaotroelectrnenlacapadevalenciaparaterminarenlacapadeconduccin, dejandounhuecoenlacapa anterior.CPM-JUNIO 2011Transmisores y Receptores pticosFotodiodo de AVALANCHA (Cont) El resultado neto de la ionizacin por impacto es que un simpleelectrn primario, gnerado por absorcin de un fotn, creamuchos electrones secundarios y huecos, todos sumandose paraconformar la corriente del fotodiodo. LatasadegeneracindeportadoresdecargavienecobernadaLos Receptores pticos Latasadegeneracindeportadoresdecargavienecobernadapor medio de dos parmetros: e y h, los coeficientes de impactodeionizacindeloselectronesyhuecos, respectivamente. Susvalores numricos dependen del material semiconductor y de laintensidaddel campoelctricoresponsibledelaaceleracindelas cargas. Enlafiguradelaprximalminaseilustranlosdetallesdeunfotodiodo de avalancha tipico.CPM-JUNIO 2011El Fotodiodo de AvalanchaEsquema de un Fotodiodo de AvalanchaTransmisores y receptores pticosCPM-JUNIO 2010Distribucin del Campo Elctricoen el dispositivoTransmisores y Receptores pticosFotodiodo de AVALANCHA (Cont) Ganancia Interna: Pares electrn/hueco creados por absorcin de fotones sonacelerados a energas que producen nuevos pares, y luego los nuevos pares sonacelerados para crear nuevos pares, en unproceso de avalancha. La ganancia general es M pares generados por cada par producido pticamente:Los Receptores pticosdonde: vd=voltaje en reverso, VBR=voltaje de breakdown, y n>1 La multiplicacin por avalancha crea exceso de ruido Escala no linealmente con M, mientras lo hace linealmente con la seal Existe un valor ptimo de M, MOPT Tpicamente 3 < MOPT< 9 Mucho mejor relacin S/N que con amplificacin externa Sensibilidad tpica para VER=10-10 es -32dBm a una tasa de bit R= 2.5 Gbps, o-22 dBm para R= 10GbpsCPM-JUNIO 2011Transmisores y receptores pticosCaractersticas de APDs ms comnesCPM-JUNIO 2011Transmisores y receptores pticosEl Fotodiodo de AvalanchaZona de Gananciade corrienteCPM-JUNIO 2010Zona de Gananciade corrienteTransmisores y Receptores pticosFotodiodo de Avalancha, RESUMEN: Fotodiodos con Ganancia Interna= Avalancha1. Es similar alforodiodo P-I-N, pero posee una capa adicionalen laque un promedio de M pares e-h son generados por ionizacin porimpacto a partir de cada par e-h inicial.2. Pares e-h son creados en una regin especial de la juntura P-N enLos Receptores pticos2. Pares e-h son creados en una regin especial de la juntura P-N enproporcin con la potencia ptica incidente en la juntura.3. Nuevos pares e-h son generados a partir de pares e-h originales pormedio de un campo electrosttico muy intenso, empleando la tcnicade ionizacin por impcto mecnico. dando orgen a una corriente deconduccinmuyintensa(i=dQ/dt), graciasal efectomultiplicadorcreado por la ionizacin por impcto.CPM-JUNIO 2011Captulo Captulo: 4 : 4Formas Formas dede Transmisin Transmisinde losde los Pulsos Pulsos de Luzde Luz dentro dentro dede una una Fibra Fibra dentro dentro dede una una Fibra Fibraptica pticaTransmisin de la Luz en la FibraPropagacin en una Fibra ptica Step IndexDiferentes modos poseen diferentes velocidades de propagacin dentro de la fibraModo 1Modo 2Modo 3CPM-JUNIO 2011Tpos de Propagacin en una Fibra pticaTransmisin de la Luz en la FibraCPM-JUNIO 2011Caractersticas de un Sistema de ComunicacionesTransmisin de la Luz en la FibraCPM-JUNIO 2011El Repetidor/Amplificador y el RegeneradorTransmisin de la Luz en la FibraCPM-JUNIO 2011Enlace de Corto Alcance en Fibra pticaTransmisin de la Luz en la FibraCPM-JUNIO 2011Enlace de Largo Alcance en Fibra pticaTransmisin de la Luz en la FibraCPM-JUNIO 2011Regenerador ptica (ptico/elctrico/pticoTransmisin de la Luz en la FibraCPM-JUNIO 2011Regenerador ptica (ptico/elctrico/pticoTransmisin de la Luz en la FibraCPM-JUNIO 2011Diferentes Tpos de Transmisin con FibraTransmisin de la Luz en la FibraCPM-JUNIO 2011El Bit Error Rate (BER) en la FibraTransmisin de la Luz en la FibraAumenta el errorLa seal recibida se reduceAumenta el errorCPM-JUNIO 2011El Diagrama de Ojo de la Seal en la Fibra pticaTransmisin y Recepcin de la LuzCPM-JUNIO 2011Captulo Captulo: 5 : 5Tipos Tipos dede Fibras Fibraspticas pticas ((Perfiles Perfiles pticas pticas ((Perfiles Perfilesdede ndice ndice dede Refraccin Refraccin))Diferentes Tipos de Fibras pticasTipos de Fibras pticasLa fibra ptica es una lnea de transmisin que permite la propagacinde haces de luz en la gama del infrarrojo , y en la cual se define unazonallamadancleoyotrazonallamadamanto. El ncleoocupalapartecentral,axial delafibrayel mantorodeaconcntricamentealncleo. Ambos se diferencian por el valor del ndice de refraccin.La diferencia entre el ndice de refraccin del ncleo y del manto creanla gua de onda ptica empleada para la propagacin de la luz dentro la gua de onda ptica empleada para la propagacin de la luz dentrode ella. El mecanismo de propagacin es por medio de la reflexin totalsobre la interface ncleo/manto.De acuerdo con el perfil del ndice de refraccin, la fibra ptica puedeclasificarse en:1. Fibra Multimodo con perfil de Indice tipo Step-Index (MuM-SI)2. Fibra Monomodo con perfil de Indice tipo Step-Index (MM-SI)3. Fibra Multimodo con perfil de Indice Gradual (MuM-GI) CPM-JUNIO 2010TRES TIPOS DE FIBRAS PTICAS SEGUN EL PERFIL DE NDICE DE REFRACCINDiferentes Tipos de Fibras OpticasFibraMMF/SICPM-JUNIO 2010FibraMMF/GIFibraSMF/SIDiferentes Perfiles de ndice de Refraccin para FibrasDiferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010Diferentes Tipos de Fibras OpticasFibra ptica:GI parablicaCPM-JUNIO 2010Diferentes Tipos de Fibras OpticasFibra ptica GI por perfil parablicoRadio de la fibraNGULO DE ACEPTACIN DE UNA FIBRA PTICA TIPO GICON PERFIL PARABLICOConodeCPM-JUNIO 2010Radio de la fibraPuerto de entradadeaceptacinDiferentes Perfiles de ndice de Refraccin para FibrasDiferentes Tipos de Fibras OpticasRR RCPM-JUNIO 2011RRRRFibra ptica tpo MuM-SI1. Fibra Multimodo con Perfil de Indice tpo Step-Index (MM-SI) Una fibra ptica tpo step index (SI) consiste de un ncleo con ndice derefraccin constante a travs de la seccin transversal, circundado por unmantoocladdingconunndicederefraccinconstanteydiferenteatravs de su seccin transversal. Debido a este cambio abrpto en el ndice de refraccin, que se produceDiferentes Tipos de Fibras Opticas Debido a este cambio abrpto en el ndice de refraccin, que se producesobre la interfaz entre el ncleo y el manto, la luz se reflejar alejndosede esta interface y propagndose as por la fibra ros abajo hasta alcanzaral receptor (PROPAGACIN POR REFLEXIN TOTAL). La figura de la lmina siguiente muestra el perfil del ndice de refraccinen funcin del radio r que vara a lo largo del dimetro de la fibra ptica.Lafigurailustraladispersindel cual esobjetoel pulsodeluzquesepropaga por la fibra debido al efecto de dispersin multimodal.CPM-JUNIO 2011Dispersin Modal en la Fibra Step Index (SI)Diferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2011Fibra Monomodo vs. Fibra MultimodoDiferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2011Tpos de Fibras pticasFibra Tpo Step Index El Cladding o Manto de la fibra es tpicamente de silicio puro. El ncleo de la fibra esta dopado con tomos de Germanio (Ge) para incrementar el ndice de refraccin. Ladiferencia de ndex de refraccin entre el ncleo y el manto se Diferentes Tipos de Fibras Opticas Ladiferencia de ndex de refraccin entre el ncleo y el manto se refiere como, y se expresa en unidades de porcentaje (tpicamente de=0.3 hasta 1.0%). Hay un compromiso entre prdidas de acoplamiento y prdidas por doblamiento (bending). Discontinuidad abrpta en el lmite entre el ncleo y el manto de la fibra ptica.CPM-JUNIO 2011Fibras pticas Tpo Step Index (SI)Diferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2011Dispersin Modal en la Fibra MM de ndiceGradual (GI)Diferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2011Propagacin de Haces de Luz Meridionales y de SkewDiferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2011Las Tres ventanas de Operacin en Fibras pticasDiferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2011Diferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2011Incorporacin Reciente de la Banda L en pticaDiferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2011Diferentes Tipos de Fibras OpticasAtenuaciones debidas a diferentes concentraciones de ines hidroxil(OH) enPreformas de las fibras pticas. SWU y SSU son cdigos de manufactura.CPM-JUNIO 2011Atenuacin de los Pulsos de Luz Vs. Longitud de OndaDiferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010Diferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2011Atenuacin de la Luz en Fibra MM y en Fibra SMDiferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010Diferentes Estructuras de Fibras pticasDiferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010Tasa de Datos VS. Distancia VS. Tpo de FibraDiferentes Tipos de Fibras OpticasMayor Tasa de TxCPM-JUNIO 2010Mayor Distancia (Km)Mayor Tasa de TxPARAMETROS DE FIBRAS ESTANDARDiferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010PRDIDAS TIPICAS EN FIBRAS PTICASDiferentes Tipos de Fibras OpticasPrdidas pticas en Fibras, en Funcin de las Ventanas pticasCPM-JUNIO 2010Captulo Captulo: 7 : 7Recomendaciones Recomendacionesde la ITUde la ITU para para Fibras Fibraspticas pticas deldel tipo tipo SMFSMFpticas pticas deldel tipo tipo SMFSMF y MMF y MMF Enlas especificaciones delas fibras pticas sedefinenelncleo y el manto como nmeros fraccionales. Por ej., el tipo de cable ms simple recomendado para FDDI(Fiber Distributes Data Interface) es el cable ptico multimodode 62.5/125 micrones. Esto significa que el ncleo posee undimetrode62.5micrones yqueel dimetrodel manto,fuera del ncleo es de 125 micrones.Diferentes Tipos de Fibras Opticasfuera del ncleo es de 125 micrones. El dimetrodel ncelodebeser el mismocuandodosdestoscablesrequierenunirseyaquelosconectorespticosutilizan tpicamente el dimetro del manto como gua para laalineacin del ncleo. Las especificaciones del ncleo para cables multimodo del tipoSI y GI esnormalmente de 50, 62.5, o 100 micrones. El dimetro del manto paramodo SI es de 125 micrones.CPM-JUNIO 2010 El dimetro del ncleo para cable SMF es tpicamente de 7 a 10 micronescon un dimetro de manto de 125 micrones. La ITU (International Telecommunication Union) haespecificado una serie de recomendaciones que describen laspropiedades geomtricas y transmisivas para cables con fibrasMMF y SMF. Las cuatro recomendaciones ms importantes son lassiguientes:Diferentes Tipos de Fibras Opticassiguientes:ITU G.651 Cubre cable ptico con fibra MMF y GI, y que posee 50micrones nominales de dimetro del ncleo y 125 micronesnominales de dimetro del manto.ITU G.652 Comprende fibra del tipo SMF con caracterstica NDSF(Non-Dispersive-Shifted Fiber). Estefu el cable el ms instalado enel mundo en la poca de los 80. Las transmisiones se producen enla segunda ventana, en el rango de los =1,310 nm donde se tienemnima dispersin de seal.CPM-JUNIO 2010ITU G.652 (Cont) La dispersion ocasiona problemas en la sealsobre largas distancias de fibra. El cable ptico G.652 soporta lassiguientes distancias y tasas de transmisin: 1,000 km a 2.5 Gbps,60 km a 10 Gbps, y 3 km a 40 Gbps.ITUG.653Cubrecabledefibradel tipoSingle-Mode-Dispersion-Shifted(SMDS). El cableesdiseadodemaneraquedesplazalaregin de mnima dispersin, sobre la segunda ventana ptica, a latercera ventana, en el rango de los = 1,550 nm. En esta regin deDiferentes Tipos de Fibras Opticastercera ventana, en el rango de los = 1,550 nm. En esta regin delongitudes de onda se encuentra la mnima prdida por atenuacind ela fibra, de manera que se pueden emplear longitudes de cablemucho mayores.ITUG.655 Cubre cable del tiposingle-mode NZ-DSF (NonzeroDispersion Shifted Fiber, NZ-DSF). Este cable toma ventaja de lascaractersticas de dispersin que suprime el crecimiento delllamado four-wave-mixing.CPM-JUNIO 2010ITU G.655 (Cont) El four-wave-mixing es un efecto no linealen la fibra que afecta negativamente a los sistemas pticosen WDM (Wavelength Division Multiplexing). NZ-DSF soportaseales de alta potencia ptica y largas distancias , as comocanalesD-WDMmuycercanamenteespaciadosatasasdetransmisin de 10 Gbps o mayores. LUCENT TRUE WAVE esun ejemplo de este tipo de cable ptico. Este cable soportalas siguientes distancias y tasas transmisin: 6,000 km a 2.5Diferentes Tipos de Fibras Opticaslas siguientes distancias y tasas transmisin: 6,000 km a 2.5Gbps, 400 km a 10 Gbps, y 25 km a 40 Gbps. G.655esel desarrollomsmodernoencabledefibraptica. En particular, G.655 est optimizado para WDM y tiros decable de larga distancia tales como cable s submarinos.CPM-JUNIO 2010 El cable G.655 emplea la dispersin para su conveniencia yventaja. Ladispersinpuedereducirel efectollamadofour-wave-mixing (FWM) ,que ocurre en sistemas DWDM cuando treslongitudesdeondapticassemezclandetal formaqueproducenunacuartalongituddeondaquesesolapaeinterfiere con las seales de informacin originales.Diferentes Tipos de Fibras Opticasinterfiere con las seales de informacin originales. Con DWDM, una simple fibra puede potencialmentetransportar miles de circuitos de una sola lambda. Una lambda es una sublongitud de onda de luz dentro deuna de las ventanas de la luz. Ella provee todas lascapacidades de un circuito nido.CPM-JUNIO 2010 Los lambdas se crean empleando multiplexado enfrecuencia (FDM) (Ver figura en la siguiente lmina). Se puede relacionar cada lambda con un colordeterminado de luz infrarroja que se transmite a 10 Gbpso ms. Un multiplexer ptico divide el espectro disponible en elcable ptico en muchas lambda individuales.Diferentes Tipos de Fibras Opticascable ptico en muchas lambda individuales. Por ej., el AVANEX POWERMUXpuede colocar hasta 800canales enuna simplefibra ptica conespaciamientoentre canales de 12.5 GHz. Con el potencial de miles de lambdas por fibra, esprctico para los carriers rentar longitudes de ondacompletas a empresas.CPM-JUNIO 2010Diferentes Tipos de Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010 Unaalternativaal DWDMsonlasnuevastcnicasdemodulacin ptica que incrementan la capacidadexistente en los cables. KESTREL SOLUTIONs OPTICAL FDMcombina FDM,DSP, y modulacin ptica para mejorar las prestacionesencablesdefibraexistentes, especialmenteenreasDiferentes Tipos de Fibras Opticasencablesdefibraexistentes, especialmenteenreasmetropolitanas donde se haba instalado cable de fibrade baja calidad (debido a distancias relativamentecortas) y en sistemas SONET (Sinchronous OpticalNetworks). El FDM ptico brinda acceso total a todo el ancho debanda del cable ptico.CPM-JUNIO 2010Captulo Captulo: 6 : 6Fenmenos Fenmenos dede las lasPrdidas Prdidas dede Seal Seal enenPrdidas Prdidas dede Seal Seal enen Fibras Fibras pticas pticasPRDIDAS EN LA FIBRA PTICAPrdidas dentro de las Fibras pticasCPM-JUNIO 2010PRDIDAS EN LA FIBRA PTICAPrdidas dentro de las Fibras pticasCPM-JUNIO 2010SOLUCION DE LA DISPERSIN MULTIMODAL POR MEDIO DE LA FIBRA GRADED INDEXPrdidas dentro de las Fibras pticasCPM-JUNIO 2010LA FIBRA PTICA CON INDICE GRADUALPrdidas dentro de las Fibras pticasCPM-JUNIO 2010DISPERSININTRAMODAL Desafortunadamente, la dispersin intermodal no es la nica causa dedispersin. Se conoce que haces de luz con diferente longitud de onda serefractan en forma diferente (diferente magnitd). El efecto anterior hace posible que las gotas de lluvia descomponganEL FENMENO DE LA DISPERSIN INTRAMODALPrdidas dentro de las Fibras Opticas El efecto anterior hace posible que las gotas de lluvia descomponganla luz del sol en los colores del arcoiris. El ndice de refraccin y, con ello, la velocidad de la luz, vienedeterminado en cierta medida por la longitud de onda. Esimportantemencionar, queel lasernoproduceluzdeunasolalongituddeonda. Dehechoel produceunrangodelongitudesdeonda an cuando este rango es mucho menor que el producido por unLED.CPM-JUNIO 2010DISPERSININTRAMODALESPECTRO DE UN LED VS LASERPrdidas dentro de las Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010DISPERSININTRAMODAL (Cont) Esrealmenteproblemticoquecadacomponentedelongituddeondadiferente se propaga a una velocidad ligeramente diferente dentro de lafibra. Esto hace que el pulso ptico se disperse a medida que se propaga en lafibra y por lo tanto ocasiona dispersin.EL FENOMENO DE LA DISPERSION INTRAMODALPrdidas dentro de las Fibras Opticasfibra y por lo tanto ocasiona dispersin. El efecto se conoce como DISPERSIN CROMTICA. La dispersin cromtica es una combinacin de efectos de dosmecanismos de dispersin diferentes: 1) la Dispersin de Material y 2) laDispersin de Guia de Onda. Ambas resultan en un cambio en lavelocidad de transmisin. El primero se debe a la estructura atmica del material. El segundo es debido a las caractersticas de propagacin en la fibra.CPM-JUNIO 2010DISPERSININTRAMODAL (Cont) Un hechonotorioen la dispersin cromtica es que el valor de ladispersinresultantenoesconstantey pasaporun readedispersincero! Estonopuedeeliminar toda la dispersinya queel puntodecerodispersin ocurre solamente a una longitud de onda determinada y anunhazlaserproduceunabandadelongitudesdeondadentrodesuEL FENOMENO DE LA DISPERSION INTRAMODALPrdidas dentro de las Fibras Opticasunhazlaserproduceunabandadelongitudesdeondadentrodesuespectro. Al variar las dimensiones del ncleo y los elementos constituyentes de lafibra, se puede ajustar la longitud de onda del punto de mnimadispersin. A esto se le conoce como OPTIMIZACION DE LA FIBRA parauna longitud de onda en particular. Es importante no confundir dispersin intermodal con dispersinintramodalCPM-JUNIO 2010DISPERSIONINTRAMODAL (Cont)EL FENMENO DE LA DISPERSIN, RESUMENPrdidas dentro de las Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010 La dispersin en general es un efecto de ensanchamiento delpulso ptico a medida que se propaga a lo largo de la fibra. Una dispersin excesiva puede hacer que el receptor no puedarecuperar la seal. Cuando un LED o un laser envan luz dentro de una fibra MMF,un rango amplio de longitudes de onda de luz estn presentes.EL FENMENO DE LA DISPERSINPrdidas dentro de las Fibras Opticasun rango amplio de longitudes de onda de luz estn presentes. Algunas de stas longitudes de onda se propagan a diferentesvelocidades. El efecto es el de distorsionar la forma de onda dela seal, que puede generar errores en la lectura de la seal enel extremo receptor. El cable de ndice gradual (GI) fue diseado para minimizar elretardo de las longitudes de onda mas lentas.CPM-JUNIO 2010 Existen cuatro tipos de mecanismos de dispersin:1. DISPERSIN DE MATERIAL Esta dispersin es ocasionada por variaciones enlas propiedades del ndicederefraccinenel cablequeproducenladispersin d ela seal.2. DISPERSINMODAL Ocurre en fibras multimodo, MMF. La luz siguediferentes trayectos a lolargodel cableconluz enalgunos trayectosrequiriendo mayor tiempo de propagacin que en otros. La fibra GI ecualizaEL FENMENO DE LA DISPERSINPrdidas dentro de las Fibras Opticasrequiriendo mayor tiempo de propagacin que en otros. La fibra GI ecualizaeste efecto.3. DISPERSINCROMTICA Estoocurreporquealgunaslongitudesdeondase propagan a travs de un medio ms rpidamente que en otros. Mientrasmayor es el cable, ms notorio es el efecto no deseado, y ms difcil se hacedetectar la seal en el receptor.4. DISPERSINDEGUADEONDAEstadispersinseproduceenfibrasdeltipo SMF. Se debe a la diferencia de velocidad de la seal entre el ncleo yel manto. Produce dispersin cromtica.CPM-JUNIO 2010EL FENMENO DE LA DISPERSINPrdidas dentro de las Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010FIBRA FIBRA DE DE DISPERSIN DISPERSIN DESPLAZADA DESPLAZADA ( (Dispersion DispersionShifted ShiftedFiber Fiber;; DSF) DSF) ( (Cont Cont) ) Lasiguientefiguramuestralamencionadasituacin, endondecoincidenahorael puntodedispersinceroyelpuntodemnimaatenuacinenlalongituddeondade1550 nm.Prdidas dentro de las Fibras Opticas El cable G.652, utilizado en la mayora de los sistemascomerciales, toma ventaja de la ventana de 1,310 nm donde ladispersin cromtica es mnima (para fibras de Si). Estaventanasellamafrecuentementezero-dipsersion-point.Se trata del rango en longitudes de onda donde la dispersincromtica es minimizada debido a que la dispersin deEL FENMENO DE LA DISPERSINPrdidas dentro de las Fibras Opticascromtica es minimizada debido a que la dispersin deguiaonda se cancela con la dispersin de material. Los carriers que operan sistemas de long-haul poseenrequerimientos de BW y distancia ms exigentes , de maneraque se prefieren los cables G.653 y G.654 dispersion-shiftedque operan en la banda C . La banda C es la utilizada para los sistemas DWDM.CPM-JUNIO 2010 Esto es importante ya que los sistemas DWDM soportanmuchos canales muy cercanamente espaciados con tasasde transmisin de 10 Gbps y mayores (hasta 40 Gbps). Dosnuevasbandassehanhabilitadoparasuutilizacinen aplicaciones de mayor capacidad y distancias: la bandaEL FENMENO DE LA DISPERSINPrdidas dentro de las Fibras Opticasen aplicaciones de mayor capacidad y distancias: la bandaS de 1,460 nm hasta 1,530 nm y la banda L de 1,565nm hasta 1,625 nm. Una nueva aproximacin al problema de capacidad ydistancia es la tecnologa del soliton, que puede aplicarseen sistemas de cable que trabajan con longitudes de ondapor encima y por debajo de la ventana de los 1,550 nm.CPM-JUNIO 2010ABSORCIN Cualquier impureza que exista dentro de la fibra despus de sufabricacin podr bloquear cierta porcin de luz que se propaga en ella. Los ines de Hidroxil son actualmente los elementos de absorcin quecausanlasmayoresprdidasenel entornodelos1380nm(Verfigurasiguiente).EL FENMENO DE LA ABSORCINPrdidas dentro de las Fibras Opticassiguiente). En forma similar, residuos metlicos pueden causar absorcin de energaptica en suslongitudes de onda particulares. Estospicos de absorcinson igualmente notorios. El control de ambos contaminantes es crucial en el proceso de fabricacinde la fibra. SepersiguenivelesdecontaminacindeinesHidroxil del ordende1parte por 109 , y 1 parte por 1010 para los residuos metlicos.CPM-JUNIO 2010VENTANA EN LA REGIN DEL INFRARROJOPrdidas dentro de las Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010PRIMERA VENTANASEGUNDA VENTANATERCERA VENTANASCATTERING RAYLEIGH Este es el Scattering de luz debido a pequeos cambios localizados en el ndicede refraccin del material del ncleo y el manto. Estros cambios en el ndice de refraccin son muy localizados. Las dimensiones de estos cambios son menores a la longitud de onda de la luzque se propaga en la fibra. Existendoscausasquedanlugaral scatteringRayleighduranteel procesodeSCATTERING RAYLEIGHPrdidas dentro de las Fibras pticas Existendoscausasquedanlugaral scatteringRayleighduranteel procesodefabricacin de la fibra: 1) El primero se debe a pequeas fluctuaciones en la mezcla de losingredientes requeridos para la elaboracin de la fibra. 2) La otra causa son pequeos cambios en la densidad del silicio al enfriarseeste durante el proceso de solidificacin. En la figura se muestra una de estas discontinuidades en donde la luz esdispersada en todas direcciones.CPM-JUNIO 2010SCATTERING RAYLEIGHSCATTERING RAYLEIGHPrdidas dentro de las Fibras OpticasEL SCATTERING NO ESTAAESCALACPM-JUNIO 2010SCATTERING RAYLEIGH (Cont) Como se puede notar, muchos de los haces de luz (modos) que sepropagan dentro del ncleo novenladiscontinuidadenel ndicede refraccin ya que es muy diminuta y localizada. El monto del scattering depende del tamao de la discontinuidaden relacin con la longitud de onda de la luz que se propaga.SCATTERING RAYLEIGHPrdidas dentro de las Fibras Opticasen relacin con la longitud de onda de la luz que se propaga. De esta manera, las longitudes de onda cortas, o frecuencias altas,sufren mucho ms por este fenmeno que las longitudes de ondaaltas. El fenmeno de scattering Rayleigh es muy comn en la naturaleza.Sepuedeobservarenel azul del cieloyel cielorojodurantelapuesta del sol. La luna no posee atmsfera y por lo tanto su cielosiempre es negro.CPM-JUNIO 2010REFLEXIONES DE FRESNEL Seproducecuandounrayodeluzimpactauncambioenel ndicederefraccin y si se aproxima con un ngulo cercano a la normal al punto deincidencia, la mayor parte del haz pasa haca el otro medio portransmisin. Sin embargo, parte de la luz del haz se refleja haca atrs alejandose de lainterfaz.Reflexiones deFresnelPrdidas dentro de las Fibras Opticasinterfaz. El problema de la reflexin es importante en los extremos de la fibra, eddecir, enlacaraincidenteyenlacaraemergente, comoseilustraacontinuacin.CPM-JUNIO 2010REFLEXIONES DE FRESNELReflexin FresnelPrdidas dentro de las Fibras pticasCPM-JUNIO 2010APROVECHANDO LAS REFLEXIONES FRESNEL El retorno de la reflexin de Fresnel desde el extremo terminal de la fibranos brinda la facilidad de elaborar un mtodo para medir la longitud de lafibra optica. Si, por ejemplo, se dispone de un carrete de 5 km de fibra, una forma demedir efectivamente la longitud de esta fibra sera la siguiente:SCATTERING RAYLEIGHPrdidas dentro de las Fibras pticasmedir efectivamente la longitud de esta fibra sera la siguiente: Se enva un pulso ptico muy corto a la entrada de la fibra. El pulso se propaga alolargodeellahastaalcanzarel extremofinal delafibra. Aqu seproducelareflexin de Fresnel y el pulso reflejado se devuelve hasta el extremo de entradade la misma. Calculandolavelocidaddelaluzdentrodelafibraymidiendoel tiempoquetranscurri entre el lanzamiento del pulso ptico a la fibra y la recuperacin de sucomponente reflejada se puede calcular perfectamente la distancia recorrida. TaloperacinlarealizauninstrumentomaravillosoconocidocomoOTDR(OpticalTime Domine Reflectometer).CPM-JUNIO 2010IntroduccinAPROVECHANDO LAS REFLEXIONES FRESNELESTRUCTURA DE UN OTDRCPM-JUNIO 2010APROVECHANDO LAS REFLEXIONES FRESNELEJEMPLO DE MEDICIN CON EL OTDRPrdidas dentro de las Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010APROVECHANDO LAS REFLEXIONES FRESNELEJEMPLO DE MEDICIN CON EL OTDRPrdidas dentro de las Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010PRDIDAS POR DOBLADO DE LA FIBRA (Macrobends) El doblamiento exagerado de la fibra ptica puede causarprdidas significativas as como daos estructurales en el cable. Es relativamentefcil doblar una longitudpequeadefibra paraocasionar prdidas altas mayores que las producidas por decentas dekm de fibra en uso normal.SCATTERING RAYLEIGHPrdidas dentro de las Fibras Opticaskm de fibra en uso normal. La siguiente figura muestra que el haz de luz se encuentra fuera delngulo crtico y, por lo tanto, se propaga adecuadamente dentro de lafibra.CPM-JUNIO 2010PRDIDAS POR DOBLADO DE LA FIBRA (Macrobends) En la siguiente figura se muestra un ejemplo de doblado de una fibra en elcual el ncleo doblado se lleva la normal consigo hacindo que el haz de luzque se propaga se encuentre en el lado no deseado del ngulo crtico y seescapa de la fibra. El doblado de la fibra debe hacerse con cuidado, evitando que el haz de luzincida con un ngulo menor al crtico en la superficie del manto.SCATTERING RAYLEIGHPrdidas dentro de las Fibras Opticasincida con un ngulo menor al crtico en la superficie del manto.CPM-JUNIO 2010MACROBENDING VS. MICROBENDINGPrdidas dentro de las Fibras OpticasPRDIDAS POR DOBLADO DE LA FIBRACPM-JUNIO 2010PRDIDAS POR DOBLADO DE LA FIBRA (Macrobends) Para saber hasta donde poder doblar la fibra sinocasionarledaos fsicos, es necesarioconsultar lasespecificacionesqueofreceel fabricantedel cabledefibra ptica en uso ya que el fabricante habrSCATTERING RAYLEIGHPrdidas dentro de las Fibras Opticasfibra ptica en uso ya que el fabricante habrconsideradolas limitaciones mecnicas as comolasprdidas por doblamiento. Una fibra al descubierto es decir el ncleo y el mantoylacubiertadeproteccinprimariaseencuentrasegurasiel radiodel doblado esdepor lomenos50mm.CPM-JUNIO 2010PRDIDASPORDOBLADODELAFIBRA(Macrobends)(Cont) Para un cable que consiste de la fibra ptica al descubiertoms las capas protectoras externas,lacurvatura debe serde por lo menos 10 x el dimetro externo del cable o losSCATTERING RAYLEIGHPrdidas dentro de las Fibras Opticas 50 mm, lo que resulte mayor de ambos. Mientras ms apretado es el doblado, peor son las prdidasy el peligro de dao permanente en la fibra ptica. El problema del macrobend se encuentra en las manos delinstalador.CPM-JUNIO 2010PRDIDAS POR DOBLADO DE LA FIBRA (Microbends) Losmicrobendssondoblamientosmicroscpicossimilaresenefectosalosmacrobends pero difieren en tamao y causas. Sus radios se encuentran en el orden del dimetro de la fibra al descubierto omenos. Los microbends son problemas de fabricacin de la fibra.SCATTERING RAYLEIGHPrdidas dentro de las Fibras Opticas Una causa tipica de la aparicin de microbends es la expansin diferencial dela fibra ptica con relacin a las capas externas que la protegen (diferenciasen el coeficiente de dilatacin longitudinal y transversal). Si la fibra esta muy fra, las capas externas se contraen y se hacen mas cortas.Si el ncleo/mantosecontraen aunatasamasbaja, esposiblequeseproduzca una arruga que casua un microbend. Con la seleccin adecuada de la fibra a ser instalada, este problema ser muyespordico y menos frecuente que el bendig durante la instalacin.CPM-JUNIO 2010SCATTERING RAYLEIGHPrdidas dentro de las Fibras OpticasPRDIDAS POR DOBLADO DE LA FIBRA (Microbends)PERDIDAS POR MICROBENDINGCPM-JUNIO 2010Captulo Captulo: 7 : 7Tpos Tpos dede Mtodos Mtodos dede Construccin Construccin dedeConstruccin Construccin dede Fibras Fibras pticas pticasDETALLES DE LAS FIBRAS PTICAS FABRICADAS CON VIDRIO Las fibras de vidrio son casi todas fabricadas con silicio(Si). Tambin se emplean el fluorocirconato, elfluoroaluminizado y vidrios de tipo chalcogenide(compuestodondereaccionael azufre(S), el Selenio(Se) o Telurio (Te) con la Plata (Ag)) as comoMtodos de fabricacin de Fibras pticas(Se) o Telurio (Te) con la Plata (Ag)) as comomateriales cristalinos como el safiro, que sonempleados especialmente en aplicaciones deradiaciones en el infrarrojo. Silicio y vidrios fluorizados poseen ndices de refraccinenel orden de 1,5 , pero sinembargolos vidrioschalcogenides poseen ndices de refraccin del ordende 3.DETALLES DE LAS FIBRAS PTICAS FABRICADAS CONVIDRIO Encondicionesnormales, ladiferenciadendicederefraccinentreel ncleoy el mantodela fibraptica es menor del 1%. El SilicioexhibebuenaspropiedadesdetransmisinMtodos de fabricacin de Fibras pticas El Silicioexhibebuenaspropiedadesdetransmisinptica sobre una amplia franja de longitudes de onda. Enel infrarrojocercano, particularmentealrededorde la longitud de onda m, el silicio presentamuybajosnivelesdeabsorcinydescattering, delorden de0,2 dB/Km.5 , 1 = DETALLES DE LAS FIBRAS PTICAS FABRICADAS CON VIDRIOUn alto nivel de transparencia puede ser lograda cerca de la reginde los al conservar una muy baja concentracin de ionesOH en la fibra. En forma contraria, una alta concentracin de ionesOH es mejor para la transmisin en la zona del ultravioleta.Silicio puede ser estirado en fibras a una temperatura altarazonable. Adems, el splicing de fusin y el cleaving en las fibrasm 4 , 1 =Mtodos de fabricacin de Fibras pticasrazonable. Adems, el splicing de fusin y el cleaving en las fibrasde silicio es relativamente efectivo.Lafibradesilicioposeealtaresistenciamecnicaantetensionesproducidas por jalado o doblamiento, suponiendo que la fibra noes muy gruesa y que la superficie fue preparada adecuadamentedurante el proceso.Anel cleaving(particin) simpledelosextremosdelafibrapuede producir superficies lisas aceptables desde el punto de vistaptico.Un hecho importante es que el silicio es un materialrelativamente inerte, desde el punto de vista qumico. Se trata,enparticular, dequeel silicioes hygroscpico(noabsorbeagua).El silicio puede ser dopado con varios materiales, lo que es muyimportante para incrementar el ndice de refraccin.Los dopantes ms usuales para incrementar el ndice deMtodos de fabricacin de Fibras pticasLos dopantes ms usuales para incrementar el ndice derefraccindel siliciosonel DixigodeGermanio(GeO2),yelxido de Aluminio (Al2O3), y para decrementarlo se emplea elTrixido de Boro (B2O3) y el Fluorine. El dopajetambinsepuedelograr conionesactivadosporlaser (por ej. Fibras dopadas con tierras raras) que sonempleados en fibras amplificadoras o en aplicaciones con laser.La figura siguiente muestra: (a) la famosa unidad tetraedro deSi.O2 doble, y (b) la estructura amorfa del silicio vidrioso.Mtodos de fabricacin de Fibras pticas(A) ESTRUCTURAEN FORMADE TETRAEDRO DE DOS COMPUESTOS DE SiO2.(B) ESTRUCTURAAMORFA DEL SILICIO VIDRIOSO (SiO2). NO EXISTEN ARREGLOS LARGOS PRESENTES, SIN EMBARGO HAY UN ORDENAMIENTO LOCAL CON RESPECTO AL TETRAHEDRO. Tambin es importante mencionar que el silicio es unmaterial de gran resistencia a daos pticos quepudiesenocasionarseporel laser(altaintensidaddeluz). La propiedad anterior se explota en los amplificadoresconstruidos confibra ptica, cuandosonutilizadosMtodos de fabricacin de Fibras pticasconstruidos confibra ptica, cuandosonutilizadospara amplificar pulsos pticos cortos. De todo lo mencionado anteriormente, el silicio es elmaterial mas conveniente para la construccin defibras pticas para telecomunicaciones, lasers confibra, amplificadores pticos con fibra, y sensorespticos con fibra.Mtodos de fabricacin de Fibras pticas2) FASE 2Fabricacin de Fibras por el Mtodo MCVD1)FASE 12) FASE 23) FASE 3CPM-JUNIO 2010Mtodos de fabricacin de Fibras Opticas Fabricacin de Fibras por el Mtodo MCVDFASE 1CPM-JUNIO 2010Mtodos de fabricacin de Fibras Opticas Fabricacin de Fibras por el Mtodo MCVDCPM-JUNIO 2010Fabricacin de la fibra segn el proceso VAD (japons)Mtodos de fabricacin de Fibras Opticas La segunda tcnica de construccin de fibras pticas se conoce como Vapour Phase Axial Deposition, VAD. A CONTINUACIN SE DESCRIBE LA SEGUNDA TECNICA DE CONSTRUCCION DE FIBRAS, INVENTADA EN JAPON, Y QUE SE CONOCE COMO VAD Segnestemtodo, partculasdeSiO2soncreadasenlamisma Segnestemtodo, partculasdeSiO2soncreadasenlamismaforma que en la tcnica anterior. A medida que estas partculas seforman en la llama del horno, son depositadas al final de una varade Si en forma axial. La vara acta como semilla para hacerla crecerlongitudinalmente. As, se forma una preforma porosa que crece endireccin axial al mover la vara verticalmente haca arriba. La varaes rotada en forma continua para mantener la simetra cilndrica, amedida que se va depositando material en forma axial.CPM-JUNIO 2010Fabricacin de la fibra segn el proceso VAD (japons)Mtodos de fabricacin de Fibras Opticas CPM-JUNIO 2010Mtodos de fabricacin de Fibras Opticas Fabricacin de la fibra segn el proceso VAD (japons)CPM-JUNIO 2010Mtodos de fabricacin de Fibras Opticas Fabricacin de la fibra segn el proceso VCD (japons)FASE1CPM-JUNIO 2010Mtodos de fabricacin de Fibras Opticas Fabricacin de Fibras por el Mtodo MCVDFASE 2 FASE 3CPM-JUNIO 2010Proceso de fabricacin del Doble EmbudoMtodos de fabricacin de Fibras Opticas CPM-JUNIO 2010Captulo Captulo: 8a : 8aTipos Tipos ms msImportantes Importantes dedeImportantes Importantes dede Conectores Conectores para paraFibras Fibras pticas pticasConectores en Fibras pticas A medida que las comunicaciones pticas han crecido y cambiadoen el devenir de los aos, aparecieron muchos tipos deconectores pticos. Actualmente existen 4 tipos de conectores pticos ms comnesque se utilizan en casi todas las aplicaciones. La siguiente figura muestra stos 4 tipos de conectores pticos. La siguiente figura muestra stos 4 tipos de conectores pticos. El primero es el conector ST. Se trata de un conector tipobayonetasimilar al conector BNCenuncablecoaxial, yestdisponible para aplicaciones en SM y MM. El siguiente tipo de conector ptico es el FC. Este conector poseeun receptculo tipo tornillo. Es similar a un conector RF coaxial, ysolo se utiliza en aplicaciones de SM.CPM-JUNIO 2010Conectores en Fibras pticasCPM-JUNIO 2010 Laindustriadelastelecomunicacionesestandarizunconectorptico con referencia al SC. Se trata de un conector cuadrado detipo enchufe y que ha ganado mucha popularidad en la industriadel video y en el networking de computacin. Aplicacionesentelecomunicacionesyennetworkingrequierennormalmentededosfibraspticas: unaparalatransmisindeConectores en Fibras pticastrfico de datos y una para la recepcin de trfico de datos. Comolos conectores SC son populares en este tipo de aplicaciones, dosconectores SC son requeridos. A medidaqueel tamaodelosequipospticossereduceyladensidad de las entradas y salidas de la fibra ptica (I/Os)aumentan, apareci la necesidad de un conector ptico SC mspequeo.CPM-JUNIO 2010 Lo anterior condujo al desarrollo del conector LC, que se muestraen la figura anterior (d). Un conector ptico LC es aproximadamente la mitad del tamaode un conector SC. La forma del conector LC es rectangular y esta provisto de un clippara bloqueo.Conectores en Fibras pticaspara bloqueo. Enlas siguientes dos lminas sepresentaunatablaconlosconectores pticos ms empleados y los conectores especficospara aplicaciones muy particulares. Latablaespecificalascaractersticasmsimportantesdecadaconector y sus aplicaciones bsicas.CPM-JUNIO 2010Conectores en Fibras pticasCPM-JUNIO 2010Conectores en Fibras pticasCPM-JUNIO 2010Conectores en Fibras pticasCPM-JUNIO 2010Conectores en Fibras pticasCPM-JUNIO 2010Conectores en Fibras pticasCPM-JUNIO 2010Conectores en Fibras pticasCPM-JUNIO 2010Conectores en Fibras pticasCPM-JUNIO 2010Conectores en Fibras pticasCPM-JUNIO 2010Captulo Captulo: 8 : 8LosLos Modos Modos dede Propagacin Propagacin enenPropagacin Propagacin enen Fibras Fibras pticas pticasModos de Propagacin en Fibras Opticas Las fibras pticas caenenunsubconjunto de estructurasconocidascomo Guasde Onda pticas Dielctricas. Un concepto fundamental para el cual una construccingeomtrica de la fibra es muy importante, es la clasificacinde los haces de luz. Los caminos delos haces deluz quepasanpor el ejedesimetradelafibraobedecenlacondicindeinterferencia simetradelafibraobedecenlacondicindeinterferenciapropia (self-interference) y se denominan HACESMERIDIONALES. Existenclases dehaces quesoncasi totalmentereflejadosinternamente, y que pueden seguir propagndose hasta ciertadistancia rio abajo en la fibra. Tales haces se conocen comoRayos con prdidas (leaky rays) o MODOS de propagacin.CPM-JUNIO 2010 Otros caminos geomtricos no estan para nada confinadosal ncleo de la fibra, sin embargo se reflejan internamenteparasalir por lainterface manto/airehacalacubiertaexterior(jacket)delafibra. Aloshacesquesiguenestoscaminos se les denomina MODOS DE MANTO O DECLADDING. Finalmente, existeunaclasedecaminosgeomtricosqueModos de Propagacin en Fibras Opticas Finalmente, existeunaclasedecaminosgeomtricosqueestanconfinados, puedenser introducidosalafibraporfuera de la apertura numrica de la misma, y no pasan porel eje de simetra. A los haces que siguen estos caminos seles denomina SKEW RAYS (Ver prxima figura). La figura de la lmina siguiente ilustra los diferentes tposde haces de luzsiguiendo diferentes caminos geomtricosdentro de la fibra ptica.CPM-JUNIO 2010Tpos de Haces de Luz en la Fibra pticaModos de Propagacin en Fibras OpticasPuerto deentrada(A) Trayectoria de un haz de luz tipo Skewfuera del plano que contiene aleje de simetraCPM-JUNIO 2010Haz de luz incidenteEn la fibra(B) Vista frontal de la fibra mostrando la trayectoria de un haz tipo Skew.Modos de Propagacin en Fibras OpticasNcleoCPM-JUNIO 2010Manto o cladding Para Guas de Onda pticas como el caso de las fibras pticasque exhiben un pequeo cambio en el ndice de refraccin sobrelos bordes, la intensidad del campo elctrico puede ser descritoapropiadamentepor mediodeunaecuacindeondaescalardada por:0 ) , , ( ). ( . ) , , (2202= + z r r r k z r (1)Modos de Propagacin en Fibras Opticasdonde: la solucin de la misma son los llamados MODOS DE LAFIBRA.Lafuncin: sesupone, generalmente, devariables separables en el sistema de coordenadas cilndricas dela fibra ptica:) , , ( z r ) ( ). ( ). ( ) , , ( z Z r R z r = (2)CPM-JUNIO 2010SOLUCIN DE VARIABLES EPARABLES: Estaseparacindevariablesresultaenlasiguienteecuacinde valores propios (eigenvalues) para la solucin radial delcampo escalar:donde:Tpos de Haces de Luz en la Fibra ptica(3)0 ) ) ( . ( .1222 22022= + + Rrmr n kdrdRr drR dModos de Propagacin en Fibras Opticasdonde:m=esel nmerodemodoacimutal, =eslaconstantedepropagacin.Lassolucionesdebensatisfacerlascondicionesdebordedecontinuidad en la interfaz ncleo/manto. Adems, los MODOSGuiados deben decaer a cero fuera de la regin del ncleo.r dr r drCPM-JUNIO 2010 Lafibratpostepindexdesimetracircular es especialmenteinteresante ya que soluciones analticas de campo son posibles yel concepto de orden de un MODO puede ilustrarse. Para este caso se cumple que:Tpos de Haces de Luz en la Fibra ptica(4)0 ) ) ( . ( .1222 22022= + + Rrmr n kdrdRr drR dModos de Propagacin en Fibras Opticas Para este caso, las soluciones son Funciones de Bessel como seilustra en la figura de la lmina siguiente. Puededemostrarseque soloel mododemenor-orden(m=0)posee una amplitud mxima en el centro (eje de simetra).(4)0 ) ) ( . ( .202= + + Rrr n kdr r drCPM-JUNIO 2010LAS FUNCIONES DE BESSELModos de Propagacin en Fibras Opticas: Orden de la ecuacin de BesselCPM-JUNIO 2010 Su solucin en el ncleo (regin de propagacin de la onda) (ra) es lafuncinde Besselmodificada:Tpos de Haces de Luz en la Fibra ptica(5)) ) . (() ( ) . () (2 / 1 2201202 / 1 220120 =k Jark Jr RrModos de Propagacin en Fibras Opticas LosMODOSdeorden-superiosposeenunmayornmerodecerosdistribuidosenlaseccintransversal deladistribucindel campo, como se ilustra en la figura de la lmina siguiente.(6)) ) . (() ( ) . () (2 / 12022 202 / 12022 20k Kark Kr R =CPM-JUNIO 2010IntroduccinCPM-JUNIO 2010(MODOs (m,n)IntroduccinModos de Propagacin en la Fibra de Si, con ndice SICPM-JUNIO 2010(MODOs (m,n)IntroduccinModos de Propagacin en la FibraCPM-JUNIO 2010IntroduccinModos de Propagacin en la Fibra de Si, con ndice SIFunciones Modales de una Fibra ptica Tipo SMF/SI. Esta fibra soporta 4 modos, adems de los diferentes estados de polarizacinCPM-JUNIO 2010IntroduccinModos de Propagacin en la Fibra de Si, con ndice SIMULTIPLES MODOS DE PROPAGACIN EN UNA FIBRA MMFAmplitudes de los ModosCPM-JUNIO 2010Amplitudes de los ModosConcepto de Longitud de Onda de Corte en la FibraModos de Propagacin en Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010DEFINICIN: Es la mnima longitud de onda a la cual la fibra ptica soportar solo un modo de propagacin. Si la longitud de onda del sistema se encuentra por debajo de la longitud de onda de corte, se puede presentar la operacin multimodal.Concepto de Longitud de Onda de Corte en la FibraModos de Propagacin en Fibras Opticas Muyimportantedemencionaresque, condicionestpicas de despliegue de cables pticos en el campo,donde las longitudes son variables as como lasconfiguraciones de doblamiento, ocasionan undesplazamiento tpico de la longitud de onda deCPM-JUNIO 2010desplazamiento tpico de la longitud de onda decorta haca lambdas mas pequeos que el medido enla fibra antes del despliegue, . Por esta razn, la longitud de onda de la fibradesplegada, es de mucho ms importancia para elinstalador, ya que se trata de una representacin msexacta de ste parmetro.CFCCConcepto de Longitud de Onda de Corte en la FibraModos de Propagacin en Fibras Opticas Para determinar la longitud de onda de corte de unafibra SMF al utilizar el mtodo de la potenciatransmitida, lapotenciaespectral transmitidavs. lalongitud de onda de la fibra en cuestin escomparada con la potencia espectral transmitida vs.CPM-JUNIO 2010comparada con la potencia espectral transmitida vs.la longitud de onda de 2m de fibra MMF aplicando laecuacin:MMF fibra la de Potencia PSMF fibra la de Potencia Patenuacin de diferencia A dondedB enPPLog AmSmmsm====:)) () (( . 10 ) (10Concepto de Longitud de Onda de Corte en la FibraModos de Propagacin en Fibras Opticas La fibra MMF es empleada comoreferencia parapoder graficar la respuesta espectral del sistemamedido. Para determinar la longitud de onda de corte, Am ()es dibujado en funcin de la longitud de onda.CPM-JUNIO 2010es dibujado en funcin de la longitud de onda.Modos de Propagacin en Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010 Un parmetro crucial que describe la estructura de modos en una fibra tipo step-index es el llamado parmetro V, definido por:donde: a es el radio del ncleo de la fibra, es la longitud de onda Nmero de Modos de Propagacin en una Fibra = = 22 2122221 a aV (1)Modos de Propagacin en Fibras Opticasdonde: a es el radio del ncleo de la fibra, es la longitud de onda nominal en espacio libre, y 1 y 2 son los ndices de refraccin del ncleo y del manto, respectivamente. El parmetro V es importante por que el determina el nmero de modos electromagnticos en la fibra. Muchas propiedades de la fibra (ej.: capacidad de acoplar luz haca la fibra o las prdidas en un splice de fibra) dependen, a su vez, de estos modos.CPM-JUNIO 2010 En el esquema de la siguiente lmina se muestra el coeficientedepropagacinmodal relativoparaloasmodosdemenorordende una fibra del tipostep-index comofuncindelparmetro V. (Esquemas similares pueden dibujarse parafibras con diferentes perfiles de ndice de refraccin). Cada modo mostrado posee dos polarizaciones asociadas conModos de Propagacin en la FibraModos de Propagacin en Fibras Opticas Cada modo mostrado posee dos polarizaciones asociadas conellayesdecritacomodobledegenerada. El coeficientedepropagacin modal relativo (mostrado sobre el eje vertical) sedefine como:donde: es el coeficiente de modos de propagacin y k=2/(2)2 1222221222) / ( ) / ( =k kbCPM-JUNIO 2010Diagrama de b VS VCOEFICIENTE DE PROPAGACIN MODAL RELATIVO VS. PARMETRO V PARA UNA FIBRA TIPO STEP-INDEX Modos de Propagacin en Fibras OpticasCPM-JUNIO 2010Nmero de Modos Del diagrama anterior se nota que, para cualquier valor dadode V, existen en general, algunos modos que pueden propagaren la fibra tipo step-index. El nmero de modos presentes en una fibra depende del valorV (ej.: el nmero de modos se incrementa si V incrementa). Elvalor del coeficiente de propagacin para cualquier modo enTpos de Cables de Fibras pticasModos de Propagacin en Fibras Opticasvalor del coeficiente de propagacin para cualquier modo enparticular puede variar desde un mnimo de 2k (ej.: elcoeficiente de propagacin del manto) hasta un mximo de1 k (ej.: coeficiente de propagacin en el ncleo). El valor actual del coeficiente de propagacin ( y, por lo tanto,la velocidad del modo) es en algun sitio entre estos extremos;cada modo viaja a su propia velocidad.CPM-JUNIO 2010NUMERO DE MODOS EN LA FIBRA Multimodo step-index Para las curvas de perfil step-index del diagrama anterior, se puedeobservar que, para cualquier valor de V mayor de 2.405, ms de unmodo existir. Para valores grandes de V, muchos modos electromagnticosTpos de Cables de Fibras pticasModos de Propagacin en Fibras Opticas Para valores grandes de V, muchos modos electromagnticospueden ser soportados por la fibra ptica. Un estimado del nmero total de modos N soportados para un valordado y grande de V (V>>2.405) es:||

\|= >> 212122) () 405 . 2 (2 akaV paraVN(3)(4)CPM-JUNIO 2010NMERO DE MODOS EN LA FIBRA Multimodo Step-Index (Cont) Una fibra, que oepra en esta regin de muchos modos, se denominafibra multi-modo. En una fibra con un gran nmero de modos, se puede utilizar teoraTpos de Cables de Fibras pticasModos de Propagacin en Fibras Opticas En una fibra con un gran nmero de modos, se puede utilizar teorade rayos para describir los modos (de otra manera, unaaproximacin por campos electromagnticos debe ser utilizada,como se requiere poara fibras monomodo). Losmodossuperioressedibujancontrayectosconngulosmuyempinados(cercanosal ngulocrtico); losmodosdeordenmasbajos corresponden a aquellos rayos que impactan sobre la interfacecon ngulos razantes.CPM-JUNIO 2010NMERO DE MODOS EN LA FIBRA Multimodo Step-index (Cont) Lasiguientefigurailustrael caso. Aqu, lailustracinmuestraelcomportamiento de los modos y la forma de simple modelacin deconectores, splices, yacoplamientodeluzdesdelafuentepticaTpos de Cables de Fibras pticasModos de Propagacin en Fibras Opticasconectores, splices, yacoplamientodeluzdesdelafuentepticahaca la fibra. Para fibras monomodo el modelo del rayo no es vlido.CPM-JUNIO 2010NMERO DE MODOS EN LA FIBRA Multimodo step-index(Cont) En fibras monomodo la onda E-M no esta confinada fundamentalmentealazonadel ncleo, ypuedetenerenergaapreciableenel mantoocladding Debidoaello, las propiedades depropagacindelaondasonunaTpos de Cables de Fibras pticasModos de Propagacin en Fibras Opticas Debidoaello, las propiedades depropagacindelaondasonunacombinacindepropiedadesdepropagacindel ncleoydel manto.Esto conduce a utilizar la descripcin del modo de dimetro del campopara fibras mono-modo. Desviaciones de las condiciones ideales de una gua de onda (debido afluctuaciones geomtricas, impurezad, dobleces, etc.) hace que energase acople abandonando modos de orden bajo haca modos de orden altoy de modos de orden alto haca modos de manto, donde la energa sepierde.CPM-JUNIO 2010NMERO DE MODOS EN LA FIBRA Multimodo step-index(Cont) El proceso de transferencia de energa entre modos de diferente ordense llama MODE MIXING. Empleandolaaproximacindel rayo, undobleslocalizadosobrelainterfacencleo/manto, porejemplo, pudiesecambiarel ngulodeTpos de Cables de Fibras pticasModos de Propagacin en Fibras OpticasEmpleandolaaproximacindel rayo, undobleslocalizadosobrelainterfacencleo/manto, porejemplo, pudiesecambiarel ngulodeincidenciadel rayoquedeotraformaseencontraraenel ngulocrticoenunafibranoperturbada. Debidoaestenuevongulodeincidencia, algunacantidaddeluz puedeser transmitidahacaelmanto y perderse. La cantidad total de energa perdida depende de laseveridad y de la frecuencia de tales perturbaciones. La excitacin de los modos es una funcin del patrn del haz de luz dela fuente ptica de excitacin en el extremo de entrada de la fibra,CPM-JUNIO 2010NMERO DE MODOS EN LA FIBRA Multimodo step-index(Cont)de las propiedades pticas de la fibra , y de la alineacinde la fuente ptica con la fibra. Fenmenos que envuelven fibras multi-modo sonTpos de Cables de Fibras pticasModos de Propagacin en