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Curso de Fibra pticaCaptulo 1 Conceptos Bsicos

Adolfo Garca Yage ~ [email protected] Dpto. Ingeniera Producto Cables pticos ~ [email protected] 0.0 Mes 2005 Versin 1.0 ~ JunioAoDiseamos primero, fabricamos despus 1

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2008 TELNET-RI

CURSO DE FIBRA PTICA

Captulo 1: Conceptos bsicos Captulo 2: Cables de fibra ptica Captulo 3: Cableado Captulo 4: Empalme de la fibra ptica Captulo 5: Componentes pticos Pasivos Captulo 6: Conectores Captulo 7: Reflectometra2 2008 TELNET-RIDiseamos primero, fabricamos despus

CONCEPTOS TERICOS (I)

Un Pulso de luz es una onda electromagntica No hay circulacin de corriente elctrica, sino propagacin de luz (en pulsos y modos) Cada pulso de luz es un campo electromagntico en propagacin o MODO LOS PULSOS DE LUZ SE PROPAGAN EN UN MEDIO ESPECFICO: FIBRA PTICADiseamos primero, fabricamos despus

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CONCEPTOS TERICOS (II)

Seal pticaTransmisor electro-ptico Diodo LED o LASER Receptor electro-ptico

Cable de FO

Fotodiodo

Conectores de FODiseamos primero, fabricamos despus

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FRECUENCIAS Y LONGITUDES DE ONDAc = fAltas Frecuencias Microondas

c = /TInfrarojosVisible Ultravioleta

Rayos X

F

100 Km 10 Km

1 Km

100 m

10 m

1m

1 dm

1 cm

1 mm

100 m 10 m 1 m 100 nm 10 nm

1 nm 100 pm 10 pm

10 k

100 k

1M

10 M

100 M

1G

10 G

100 G

1T

10 T

100 T

...

1.5 m 1.4

1.3

1.2

1.1

1

900 nm 800

700

600

500

Ventanas de la FO5 2008 TELNET-RI

Diseamos primero, fabricamos despus

NDICE DE REFRACCIN (I)

Indice de refraccin terico de un medio: relacin entre la velocidad de la luz en el vaco c y la velocidad de la luz en el medio vp.n = c / vp c = 300.000 Km/seg Vidrio de la f.o. Comercial: n=1,44

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n depende de la en el medio Existen variaciones en la velocidad de propagacin de la onda de primeroa luz , Diseamos travs de un mismo medioTELNET-RI de propagacin. fabricamos despus 2008

NDICE DE REFRACCIN (II)

Si Vp no es constante las ondas de luz emplean distintos tiempos en recorrer la misma distancia fsica en la f.o. El tiempo que emplea el pulso lumnico en propagarse depende de un nuevo factor que es el ndice de refraccin de grupo ng Diseamos primero ng > nm (1,4466 frente a 1,4616 a 1300nm) fabricamos ,despus7 2008 TELNET-RI

LONGITUDES DE ONDA: LASER-LED

Longitudes de onda LED Diodo lser 850 nm 1300nm 1300 nm 1550 nm Ancho espectral LED Diodo lser 40-80 nm 1-2 nm

Comparacion Laser-LED LED Ms barato Multimodo Diodo laser Ms caro Monomodo


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REFRACCIN Y REFLEXIN (I)

REFRACCIN: Cambio de velocidad, direccin y sentido que sufre una onda de luz al incidir sobre otro medio. La propagacin de la onda prosigue por el segundo medio. REFLEXIN: Cambio de direccin y sentido que sufre una onda de luz al incidir sobre otro medio con n menor. La propagacin de la onda prosigue por el medio inicial.Diseamos primero, fabricamos despus

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REFRACCIN Y REFLEXIN (II)1 1 2

1

n1 n2 < n1 2 31) Rayo incidente 2) Rayo reflejado 3) Rayo refractado

c = 1/sen (n2/n1)10

El rayo se aleja de la normal Si 1 crece 2 decrece Por encima de cierto ngulo c slo hay reflexin: Angulo crtico. 2008 TELNET-RI


CARACTERIZACIN DE LAS F.O.

Parmetros geomtricos

Dimetro del ncleo Dimetro del revestimiento o cubierta Dimetro del recubrimiento primario

Parmetros estructurales

Apertura numrica Perfil de la fibra ptica Longitud de onda lmite

Parmetros fundamentales de transmisin

Coeficiente de atenuacin Dispersin total / ancho de banda 2008 TELNET-RI


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GEOMETRA DE LA F.O.

Ncleo (Core): Zona interior de la f.o., donde se produce la propagacin de la onda de luz. Existe propagacin porque nn > nr Revestimiento (Cladding): Capa central concntrica con el ncleo. Recubrimiento primario (Coating o Jacket): Capa exterior de la fibra ptica, concntrica con las dos anteriores.

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La trayectoria descrita por la onda de luz en su propagacin depende de la distribucin de los ndices de refraccin a lo largo de las seccionesDiseamos primero, del ncleo y fabricamos despus revestimiento (Perfil de f.o.) 2008 TELNET-RI

PERFIL DE F.O.

Perfil de ndice de refraccin es la distribucin del ndice de refraccin a lo largo de un dimetro de una fibra ptica.

Perfil gradual: nc no se mantiene constante presentando una seccin de forma acampanada n es mximo en el centro del ncleo y decrece a medida que nos aproximamos al revestimiento. (MM) Perfil escalonado: nc se mantiene constante, presenta una seccin recta n es mximo en toda la seccin del ncleo. (SM/MM)Diseamos primero, fabricamos despus

nr siempre se mantiene constante13 2008 TELNET-RI

APERTURA NUMRICA

Determina el ngulo mximo de luz incidente Slo la luz incidente bajo la NA se propaga por la fibra. Depende de los ndices de refraccin n1 y n2.

valores tpicos de N.A. 0.27 en multimodo 0.11 en monomodo


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TIPOS DE FIBRAS: MULTIMODO (I)

Multimodo: salto de ndice

Ancho de banda: 100MHz x Km Poco utilizadas 2008 TELNET-RI


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TIPOS DE FIBRAS: MULTIMODO (II) Multimodo: ndice gradual

Perfil de ndice parablico: se reduce la dispersin. Ancho de banda 1000MHz x Km 62,5/125m mayor atenuacin que 50/125 m Atenuacin menor a 1300nm que a 850nm utilizadas: 850 y 1300nm Mayor ancho de banda a 1300nm


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TIPOS DE FIBRAS: MONOMODO Monomodo: salto de ndice

El dimetro del ncleo solo permite el modo fundamental: No hay dispersin modal Ancho de banda 100GHz x Km Longitud de onda de corte: 1255nm Atenuacin menor a 1550nm que a 1310nm utilizadas: 1310 y 1550nm


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ATENUACIN (I)

Tipo FO MM salto ndice MM Indice gradual Monomodo

850 nm 5 -12 dB/km 3 - 5 dB/km

1300 nm

1550 nm

0.5-0.7 dB/km 0.3-0.4 dB/km 0.2-0.3 dB/km

Disminucin o prdida de potencia de luz inyectada en la fibra con la distancia. La atenuacin A() a una entre dos secciones transversales de una f.o. 1 y 2 separadas una distancia L se define como:

A()=10log (P1()/P2()) (dB) 2008 TELNET-RI


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ATENUACIN (II)

Factores que intervienen el la atenuacin:

Dispersin Rayleigh o Scattering Absorcin de la luz Dixido de Silicio (UV, IR) Iones oxhidrilo (OH) (950nm, 1230nm y 1450nm) Curvaturas: se excede el ngulo critico. Radio de curvatura mnimo: mxima curvatura que puede soportar una fibra ptica circunscrita en un mandril de radio: radio de curvatura mnimo, sin variar alguna de sus caractersticas de transmisin.

Ventanas de transmisin: 850nm, 1310nm, 1550nm 1550nm es la ventana de transmisin de atenuacin mnimaDiseamos primero, fabricamos despus

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ATENUACIN (III)

MACROCURVATURAS ABSORCIN

SCATTERING

MICROCURVATURAS


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ATENUACIN (IV)

GRFICA DE ATENUACIN ESPECTRAL

MACROCURVATURAS ABSORCIN

SCATTERING

MICROCURVATURAS


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DISPERSIN Y ANCHO DE BANDA

Ancho de Banda de f.o.: Frecuencia a la que la potencia ptica decae 3dB con respecto a la potencia a frecuencia cero. Dispersin: es el ensanchamiento del pulso de luz a lo largo de la fibra

Dispersin modal (Slo en multimodo) Dispersin en el material Dispersin en la Guiaonda Polarizacin (PMD) en X e Y la luz viaja a diferentes velocidades, afecta sobre todo en monomodoDiseamos primero, fabricamos despus

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DISPERSIN MODAL (I)

Se produce porque la velocidad del haz de luz cuando se propaga por el ncleo de la f.o. no se mantiene constante. Dependencia de la dispersin modal con la anchura espectral del haz de luz inyectado. Menor anchura espectral Mayor Ancho de Banda Limitacin ancho de banda f.o. Multimodo Dispersin modal. El resto de tipos de dispersin es despreciable (en f.o. MM)


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DISPERSIN MODAL (II)

62,5m 125m

Fibra multimodo de ndice gradual

Menor Vp de los modos de orden inferior que los de orden superior. Modos de orden inferior: parte central del ncleo, mayor nxDiseamos primero, fabricamos despus

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DISPERSIN MODAL (III)

Fibra multimodo de salto de ndice

Adelanto de los modos de orden inferior con respecto a los de orden superior. Los modos de orden inferior recorren menor camino y la Vp se mantiene constante ya que nx es constante.

62,5m 125mDiseamos primero, fabricamos despus

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DISPERSIN EN EL MATERIAL Y GUAONDA

Dispersin en el material

Variacin del ndice de refraccin puntual del ncleo de fibra ptica Vp no se mantiene constante

Dispersin en la Guaonda

Falta de uniformidad en los fenmenos de reflexin del haz lumnico que se propaga en el ncleo de la fibra Dispersin caracterstica de las fibras de salto de ndice ya que la propagacin se produce por reflexiones sucesivas.

La suma de estos dos tipos de dispersin es lo que se llama: Dispersin cromtica o intramodal. Depende de .1310nm es la con cero de Dispersin cromtica (en SMF) Diseamos primero,26 2008 TELNET-RIfabricamos despus

VENTAJAS DE LA F.O. (I)

Ancho de banda muy elevado (GHz) Baja atenuacin-larga distancia Inmunidad electromagntica Tamao reducido Bajo peso Seguridad de la informacin Aislamiento elctrico Rentabilidad No hay riesgo de chispas/explosinDiseamos primero El silicio es uno de los materiales ms abundantes de la tierra fabricamos ,despus

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VENTAJAS DE LA F.O. (II)


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DESVENTAJAS DE LA F.O.

Tecnologa compleja: fabricacin, instalacin, medidas Coste de los equipos terminales


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FIBRAS PTICAS ESPECIALES (I)

VENTAJAS DE DWDM


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FIBRAS PTICAS ESPECIALES (II)

Comparacin de los tipos de F.O. (I):


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FIBRAS PTICAS ESPECIALES (III)

Comparacin de los tipos de F.O. (II)

FIBRAS PTICAS CONVENCIONALES

SMF (G.652B) DSF (G.653) Low Water Peak SMF (G.652D) : PureBand NZ-DSF for CWDM & DWDM (G.655A) : PureMetro Advanced NZ-DSF for DWDM (G.655B) : PureGuide Ultimate Lowest Attenuation (G.654) : Z Fiber Submarine Cables : PureCouple Dispersion Compensation Fiber : PureShaper Erbium doped fiberDiseamos primero, fabricamos despus

FIBRAS PTICAS ESPECIALES

FIBRAS PTICAS MULTIMODO GIGABIT ETHERNET 2008 TELNET-RI

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MANEJO DE LA F.O: TENSIONES MECNICAS

Toda la f.o. viene probada del fabricante mediante el PROOF TEST 100 Kpsi >1% elongacin Esto equivale en f.o. de 125 um a 8.5 N = 850 g Garantiza la inexistencia de micro-roturas La f.o. rompe por traccin a aprox. 65 N = 6.5 Kg33 2008 TELNET-RI


Gracias por su Atencinwww.telnet-ri.es

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Curso de Fibra pticaCaptulo 2 Cables de fibra ptica

Adolfo Garca Yage ~ [email protected] Dpto. Ingeniera Producto Cables pticos ~ [email protected] 0.0 Mes 2005 Versin 1.0 ~ JunioAoDiseamos primero, fabricamos despus 1

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CURSO DE FIBRA PTICA

Captulo 1: Conceptos bsicos Captulo 2: Cables de fibra ptica Captulo 3: Cableado Captulo 4: Empalme de la fibra ptica Captulo 5: Componentes pticos Pasivos Captulo 6: Conectores Captulo 7: Reflectometra2 2008 TELNET-RIDiseamos primero, fabricamos despus

FIBRAS PTICAS

El material utilizado para la fabricacin de las fibras pticas es el dixido de silicio, SiO2 (cuarzo arena de silice) El dixido de silicio debe ser muy puro para garantizar su alta transparencia ptica Durante el proceso de fabricacin se incorporan los aditivos de dopado necesarios para modificar los ndices de refraccin del ncleo y del revestimiento Dopado del revestimiento: Boro y Flor que reducen el ndice de refraccin Dopado del ncleo: Germanio y Fsforo para aumentar el ndice de refraccin Diseamos primero,3 2008 TELNET-RI

fabricamos despus

PROCESO DE FABRICACIN

El proceso es el siguiente:

Realizacin de la preforma Sintetizacin del ncleo de la fibra ptica Colapso del ncleo de la fibra ptica Extrusin o estirado de la fibra ptica

La preforma es el cilindro macizo de dixido de silicio dopado que sirve como materia prima para la elaboracin de la fibra pticaDiseamos primero, fabricamos despus

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PREFORMA DE FIBRA PTICA

Mtodos de fabricacin:

MCVD: Modified Chemical Vapor Deposition VAD: Vapor Axial Deposition OVD: Outside Vapor Deposition PCVD: Plasma Chemical Vapor Deposition


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MCVD

Desarrollado inicialmente por Corning Glass Utilizada por Lucent y Alcatel Se instala un tubo de cuarzo en un torno Se calienta el tubo entre 1400 y 1600 C Se gira y se desplaza longitudinalmente el tubo de cuarzo Se introducen dopantes que se depositan en el interior del tubo formando sucesivas capas concntricas El tubo de cuarzo con el dixido de silicio en su interior convenientemente dopado, se convierte en un cilindro macizo que constituye la preforma, esta operacin se realiza con un quemador entre 1700 y 1800C Tamao de la preforma 1m x 1cm de dimetro Diseamos primero,despus fabricamos6 2008 TELNET-RI

MCVD


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VAD

Desarrollado inicialmente por NTT Tecnologa japonesa: Sumitomo, Fujikura La tcnica es la misma que en el MCVD, la diferencia radica en que en este mtodo se deposita tanto el ncleo como su revestimiento Se necesita un cilindro auxiliar sobre el que la preforma porosa va creciendo axialmente Se tienen que controlar la deposicin del silicio de Germanio para crear el ncleo y el revestimiento Este proceso presenta las ventajas frente al MCVD de que permite obtener preformas con mayor dimetro y mayor Diseamos primero longitud a la par que precisa un menor aporte energtico ,despus fabricamos8 2008 TELNET-RI

VAD


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OVD

Desarrollada inicialmente por Corning Glass Utilizada por Corning, Siecor, Optical Fibres Se parte de una varilla de substrato de cermica Se depositan cientos de capas con dopantes que luego formarn el ncleo y el revestimiento Se realiza un secado de la preforma porosa con cloro gaseoso Se realiza el colapso de forma anloga al mtodo VAD Optimizndose el proceso de secado es posible fabricar fibras con bajas atenuaciones Este mtodo permite una alta calidad obtenindose unos Diseamos primero, perfiles mas homogneos fabricamos despus10 2008 TELNET-RI

OVD


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ESTIRADO DE LA FIBRA PTICA

En este proceso se fija el dimetro exterior de la fibra Se somete a la preforma a una temperatura de 2000C en un horno tubular para el reblandecimiento del cuarzo Factores decisivos:

Uniformidad en la tensin de traccin que origina el estiramiento de la fibra > 1% (Proof test: 100 Kpsi) Ausencia de turbulencias en el horno Ausencia de cuerpos extraos

Se le aplica una capa de material sinttico de proteccin que preserva mecnicamente y evita la formacin de microcurvaturas (acrilato 250 m)Diseamos primero, fabricamos despus

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ESTIRADO DE LA FIBRA PTICA


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MONOMODO Y MULTIMODO

Recubrimiento Revestimiento Ncleo

MONOMODO

MULTIMODO


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CARACTERSTICAS DE LAS F.O.Monomodo 10/125 Multimodo 50/125 50 0,3 125 +/-2 245 10 1,5 um 500 conexiones.


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ATENUADORES DE FIBRA PTICA

Fijos y variables Permiten adecuar el nivel de potencia ptica. Aplicacin tpica en cabeceras de distribucin o en los primeros nodos. Evitan saturacin Diversos encapsulados

En lnea Macho/hembra Altas PR (40/60dB) Baja tolerancia ( 30 dB SPC > 40 dB UPC > 50 dB 2008 TELNET-RI

P.R.


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PULIDO APC

APC (Pulido Convexo Angular) Angulo de 8 Pulido convexo (radio de pulido 5-12 mm) P. R. Al aire > 60 dB Conectado

P.I. = 0.30 dB P.R. > 60 dB


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CONECTORES

Caractersticas del buen conector

Bajo coste Calidad Materiales, plstico, metal Estndar Fabricacin Facilidad de uso, limpieza Pequeo tamao Fiabilidad Repetibilidad Buenas P.I. Y P.R. Retencin Durabilidad 2008 TELNET-RI


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CONECTOR SMA

Diseado en los aos 60 a partir del SMA tipo A utilizado en radiofrecuencia Varios tipos SMA 905 y SMA 906 se diferencian en la forma de la ferrule Ferrule 3,17 mm No existe contactoDiseamos primero, fabricamos despus

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CONECTOR SMA

Tipo de fibra multimodo 50/125, 62,5/125, 230um P.I. Tpicas entre 0,3 y 1,5 dB dependiendo de la calidad del conector y el tipo de la fibra Repetibilidad: 18 dB, >30 dB y >40 dB Repetibilidad: 40, UPC>50, APC>60 Repetibilidad: 40, UPC>50, APC>60 Repetibilidad: 40, UPC>50, APC>60 Repetibilidad: 40, UPC>50 Repetibilidad: 40, UPC>50 Repetibilidad:

curso fibra optica telnet 1

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