fibras 2 parte(2)

8/18/2019 Fibras 2 Parte(2)

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Tipos de Empalmes

La distancia que puede haber entre los equiposconversores puede ser enorme (varios kilómetros odecenas de kilómetros) sin necesidad de tenerningún equipo repetidor o regenerador de la señal.Esta distancia tan grande hace prácticamenteimposible que se pueda realiar la instalación con un

solo tramo de !bra. "ormalmente encontraremosvarios tramos de !bra óptica unidos entre ellos.

Las uniones de estos tramos se realian# en la

ma$or%a de casos# a trav&s de empalmes# $a seanmecánicos o por 'usión. continuación# veremos unapequeña eplicación de las di'erentes caracter%sticasde cada uno de estos tipos de empalmes.


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Los empalmes mecánicosLos empalmes mecánicos (o tambi&n llamados

manuales) son empalmes rápidos que seutilian# tanto para hacer uniones de !bratemporales como permanentes.*on de mu$ 'ácil $ rápida aplicación $ no senecesita ninguna máquina especial para poderaplicarlos (tan sólo un cortador que nos

permita hacer un corte per'ectamente recto enlos etremos de las !bras que queremos unir).


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Este tipo de empalme se usa en el lugarde la instalación donde el desmonta+e es

'recuente# es importante que las caras delnúcleo de la !bra óptica coincidaneactamente. ,onsta de un elemento deauto alineamiento $ su+eción de las !bras $

de un adhesivo adaptador de %ndice que!+a los etremos de las !braspermanentemente.

-espu&s de realiado el empalme de la

!bra óptica se debe proteger conmanguitos metálicosmanguitos termoretráctilesmanguitos plásticos.


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Empalmes por fusión

*on empalmes permanentes $ se realian conmáquinas empalmadoras# manuales oautomáticas# que luego de cargarles las !bras sincoating $ cortadas a /01 realian un alineamientode los núcleos de una $ otra# para luego'usionarlas con un arco el&ctrico producido entre

dos electrodos.Llegan a producir atenuaciones casiimperceptibles (0.02 a 0.20 d3)


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4ara poder hacerlos se necesita disponer de una máquinaespecial. El 'uncionamiento simpli!cado de esta máquina es

el siguiente primero se introducen en la máquina las dos

!bras que queremos empalmar per'ectamente cortadas5seguidamente se alinean estas !bra una 'rente a la otra (de'orma manual o automática) $# una ve están

per'ectamente alineadas# se 'usionan con un arco el&ctricoproducido entre dos electrodos.

•La di'erencia básica entre un tipo de empalme $otro está en las p&rdidas que &stas nos van aintroducir en el enlace. *i tenemos un enlace conempalmes mecánicos tendremos más p&rdidas quesi los empalmes del enlace están hechos por 'usión

(siempre que estos últimos est&n bien hechos).


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Teniendo en cuenta que la señal óptica via+apor el núcleo de la !bra# parece lógico pensar

que se necesitará menos precisión para soldardos !bras con un núcleo de 67#8um(multimodo) que para soldar otras con unnúcleo de tan solo /um (monomodo).


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4or e+emplo# podremos imaginar que los equiposconversores que tenemos en ambos etremos del enlacenos permiten unas p&rdidas máimas de 29d3 (elequivalente a 9km de !bra multimodo transmitiendo a:80nm).

;n empalme por 'usión bien hecho puede introducir unasp&rdidas de 0#02d3# cantidad prácticamente insigni!cantecomparada con los 29d3 de p&rdidas totales que podr%amos

tener.

;n empalme mecánico# en cambio# nos puede introducirunas p&rdidas de 0#28 d3 (28 veces más que uno por'usión). Estos 0#28 d3 tampoco son mucho comparados con

los 29 que tenemos de margen# pero si encadenamos unoscuantos empalmes de este tipo s% que podr%amos acumularuna cantidad signi!cativa de p&rdidas que nos podr%anreducir la distancia máima del enlace.


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Emisores ópticos

Entre los emisores ópticos tenemos a los diodos LED y los diodos LASER.

Diodos LED*on 'uentes de lu con emisión espontánea o natural (nocoherente)# son diodos semiconductores de unión p


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;n LE- no emite una longitud de onda única (lucoherente) sino que su emisión suele ocupar un ancho deentre >0 $ 80 nm. ,omo se muestra en la !gura # a este

con+unto de longitudes de onda se le denomina espectrode emisión $ corresponde a la curva que representa lapotencia de lu emitida en 'unción de la longitud de onda.

Espectro de emisión de un LED a 850 nm.


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-iodo de in$ección laser

La palabra láser es un acrónimo para laampli!cación de lu por emisión estimuladade radiación. Los láseres están construidos demuchos materiales di'erentes inclu$endogases# l%quidos $ sólidos# aunque el tipo deláser usado# más 'recuentemente para lascomunicaciones de !bra óptica es el lásersemiconductor. El diodo de in$ección láser(?L-) es seme+ante al LE-.


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La !gura muestra una comparación de losespectros emitidos por un LE- $ un L-.


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Ventajas del laser

-ebido a que los ?L- tienen un patrón deradiación más directo# es más 'ácil acoplar sulu en una !bra óptica.

La potencia de salida radiante de un ?L- es

ma$or que la de un LE-.Los ?L- se pueden usar en velocidades de bitsmás altas que los LE-.

Los ?L- generan lu monocromática# la cual

reduce la dispersión cromática o de longitudde onda


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Desventajas de los ILD

Los ?L- están t%picamente en el orden de ser 20veces más caros que los LE-.

-ebido a que los ?L- traba+an a potencias másaltas t%picamente tienen una vida más corta quelos LE-.

Los ?L- son más dependientes de la temperaturaque los LE-.


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@a$ dos tipos de detectores los 'otodiodos 4?"$ los de avalancha 4-.

Detectores PIN *u nombre viene de que secomponen de una unión 4


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Aotodiodo 4?"

El 'otodiodo 4?" es el detector más utili"ado en lossistemas de comunicaciones ópticas. Esrelativamente fácil de fa#ricar# altamente $a#le#tiene #ajo ruido $ es compati#le con circuitosampli$cadores de tensión. Es sensi#le a un %rananc&o de #anda debido a que no tiene mecanismo deganancia.

La lu entra al diodo por una ventana mu$ pequeña $ esabsorbida por el material intr%nseco# el cual agrega la

energ%a su!ciente para lograr que los electrones semuevan de la banda de valencia a la banda deconducción $ se generen portadores de carga el&ctricaque permiten que una corriente Bu$a a trav&s del diodo.


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El diodo se polari"a inversamente paraacelerar las car%as presentes en esta"ona intr'nseca# que se dirigen a loselectrodos# donde aparecen como corrienteel proceso es rápido $ e!ciente. ,omo no

ha$ mecanismos de ganancia la má(imae$ciencia es la unidad $ el productoganancia por ancho de banda coincide conesta ultima


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)otodiodo !PD

El 'otodiodo de avalancha 4- es similar al 'otodiodo 4?"en cuanto a que tra#aja polari"ado en inversa. 4ero adi'erencia de los diodos 4?"# los 4- tienen que serpolari"ados a un alto voltaje *+50,-00 V paraconse%uir el efecto de avalanc&a.

El e'ecto avalancha se alcana cuando el campoel/ctrico creado por la elevada tensión acelerafuertemente los portadores presentes en la "onaintr'nseca# de manera que colisionan con átomos que

componen la estructura cristalina del semiconductor.

Las colisiones ionian los átomos# produci&ndose nuevospares electrón


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Auncionamiento del 4-


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El e'ecto de avalancha en los 'otodiodos 4-

puede entenderse como una ampli$cación dela corriente %enerada por los fotones ueinciden en el dispositivo.

La ganancia de un 4- tiene inBuencia sobre el

ancho de banda.,on %anancias más elevadas# el anc&o de

#anda se reduce debido al tiempo necesariopara que se 'orme la 'otoavalancha.

causa de su ma1or %anancia los 4- tienenma1or sensi#ilidad que los diodos 4?"# esto loshace mu$ atractivos para receptores decomunicación.


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2aracter'sticas de 3ransmisión

4ara una correcta plani!cación de lasinstalaciones de cables con !bras ópticas esnecesario considerar la atenuación total delenlace 1 el anc&o de #anda del ca#leutili"ado.

4ara el cálculo de atenuación de enlace seconsideran 7 m&todos


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2álculo del ca#le

La atenuación total del cable considerando

reserva seráat 4 LaL neae ncac arL

L C longitud del cable en Km.

aL C coe!ciente de atenuación en dB/Km

ne C número de empalmes

ae C atenuación por empalme

nc C número de conectores

ac C atenuación por conector

ar C reserva de atenuación en dB/Km


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La reserva de atenuación (margen deenlace)# permite considerar una reserva de

atenuación para empalmes futuros(reparaciones) 1 la de%radación de la $#raen su vida 6til

La ma%nitud de la reserva depende de la

importancia del enlace 1 particularidadesde la instalación# se adopta valores entre0.2 d3Dm $ 0.6 d3Dm.

Las p&rdidas en los empalmes se encuentranpor deba+o de 0.2 d3Dm no superan 0.8d3Dm.


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El enlace será pro$ectado para un margen de potencia igual ala máima atenuación antes de ser necesario un repetidor.

PM = Pt - Pu-onde

PM = 7ar%en de potencia en d3 (máima atenuaciónpermisible)

Pt = Potencia del transmisor en d3

Pu C Potencia de um#ral en d3 (dependiente de lasensibilidad del receptor)

El umbral de sensibilidad del receptor para una tasa de errorde #it (E9) es la m'nima cantidad de potencia ópticanecesaria para ue el euipo óptico receptor o#ten%a elE9 deseado dentro del sistema di%ital. En los sistemasanaló%icos es la m'nima cantidad de potencia de lu" necesaria para ue el euipo óptico o#ten%a el nivel dese:al a ruido *;


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2álculo del mar%en

La atenuación total en d3 sin considerarreserva del cable será

at C LaL F neae F ncac

*iendo PM = Pt - Pu

El margen de enlace Me en d3 será

Me= Pm - at


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!nc&o de #anda en $#ras de 'ndice %radual

El ancho de banda se encuentra limitado por la dispersiónmodal $Do del material si se usa LE- con gran ancho

espectral $ GC :80 nm predomina dispersión intermodal# conL- $GC 2>00 nm predomina dispersión del material.

Eisten varios m&todos para calcular en 'orma aproimada lavariación del ancho de banda en 'unción de la longitud.

b1=B1L1

4ara per!l de %ndice gradual con ancho del sistema B $longitud L es aplicable el m&todo de le$ de potencias

B C ancho de banda del sistema en MHz

b1 C ancho de banda por longitud en MHz*Km

B1 C ancho de banda del cable de !bra óptica en H@ a

L1 C longitud de !bra óptica generalmente 2 Km para B1

L C longitud de la !bra del enlace en Km


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Dispersión de $#ra óptica monomodo

En sistemas digitales se usa L- hasta 290Mbits/seg se desprecia el ancho de banda dela !bra monomodo $a que es GHz .

4or tanto para monomodo se calcula

dispersión en lugar de ancho de banda.El ensanc&amiento del pulso =T C M(λ)

= λ L

=T C ensanchamiento del pulso en ps

M(λ) C dispersión cromática en ps/nm*Km Δλ C ancho espectral medio del emisor en nm

L C longitud de la !bra en Km


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4or e+emplo para una !bra con los siguientesdatos# tenemos

L C 78 Km

λ C 2>>0 nm

Δλ C 8 nm

M(λ) C >.8 ps/nm*KmIesulta =T C >.8 J 8 J 78 C >-?.5 ps

-e la epresión para el cálculo de ancho debanda

-i ñ d i t d


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-iseño de un sistema decomunicación con !bra ópticaLos tres bloques principales de la comunicación mediante !bra

óptica son El transmisorEl receptorLa %u'a de $#ra. El transmisor consiste de una interfase analó%ica odi%ital# un convertidor de voltaje a corriente# una fuentede lu" $ un adaptador de lu" de fuente a $#ra.La %u'a de $#ra es de vidrio ultrapuro o un ca#le deplástico.El receptor inclu$e un dispositivo conector detector de $#raa lu"# un foto detector# un convertidor de corriente avoltaje# un ampli$cador $ una interface analó%ica odi%ital.


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En un transmisor de !bra óptica# la 'uente de lu se puede modular por unaseñal digital o analógica.

4ara la modulación analó%ica# la inter'ace de entrada acopla las impedancias$ limita la amplitud de la señal de entrada.

4ara la modulación di%ital# la 'uente original puede $a estar en 'orma digital o# siestá en la 'orma analógica# se debe convertir a un Bu+o de pulsos digitales. 4ara

el último de los casos# un convertidor analógico a digital se debe incluir en lainter'ace.

El convertidor de voltaje a corriente sirve como una interface el/ctrica#entre los circuitos de entrada 1 la fuente de lu". La fuente de lu" es o un diodo emisor de lu (LED) o un diodo de in$ección de

láser (ILD. La cantidad de lu" emitida es proporcional a la cantidad dela corriente de e(citación.


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La cone(ión de fuente a $#ra (tal como una lente) es una interface mecánica.*u 'unción es acoplar la lu" emitida por la fuente al ca#le de $#ra óptica.El dispositivo de acoplamiento al detector de $#ra a lu"# tambi&n es unacoplador mecánico. *u 'unción es acoplar la ma1or cantidad de lu" posibledel ca#le de $#ra en el detector de lu".

El detector de lu" 'recuentemente es un diodo PIN (p

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