Presentacion Crf 6

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL TÁCHIRA DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA COMUNICACIONES DE RADIO FRECUENCIA

Presentación 6 FIBRA OPTICA Realizado por: •Duarte P. Albert J C.I. 18.012.553 Sección 1

San Cristóbal, Junio de 2008

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Fibra Multimodo de índice escalonado En estas fibras, el núcleo está constituido por un material uniforme cuyo índice de refracción es claramente superior al de la cubierta que lo rodea. El paso desde el núcleo hasta la cubierta conlleva por tanto una variación brutal del índice, de ahí su nombre de índice escalonado. En este tipo de fibra, el centro tiene un índice refractivo uniforme a lo largo.

En las fibras de índice escalonado, se propagan varias ondas o modos diferentes a través de la fibra, unas ondas se propagan completamente paralelas al revestimiento, por el núcleo de la fibra, otras se refleja continuamente, el resto se refracta en el revestimiento. Este fenómeno es inevitable en la fibra óptica multimodo y es el ocasionante de que la longitud de estas fibras no pueda ser tan grande.

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Fibra Multimodo de índice escalonado Para estudiar la propagación en las fibras ópticas se hace necesario recurrir a las ecuaciones de maxwell.

Las ecuaciones de onda en la fibra óptica planteadas a través de las ecuaciones de maxwell quedan de la siguiente manera:

Aplicando la transformada de fourier.

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Fibra Multimodo de índice escalonado La fibra óptica presenta muy baja atenuación ε es real. El índice de refracción n es independiente de radio es decir es constante. Entonces la ecuación de onda queda de la siguiente manera:

Cuando se presentan variaciones del índice de refracción alejadas de la longitud de onda:

ko es el vector de onda en el espacio libre

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Fibra Multimodo de índice escalonado Para cada modo de propagación se cumplen diferentes condiciones de fronteras. El análisis de los modos de propagación se realiza en coordenadas cilíndricas, como consecuencia que la fibra óptica se encuentra en forma de cilindro. Los componentes de campo de una onda óptica son las siguientes:

R

Para Z, Ф Y

:

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Fibra Multimodo de índice escalonado La ultima ecuación se resuelve mediante las funciones de Bessel. Presentando dos soluciones una para el núcleo y otra para el revestimiento. para el núcleo:

para el revestimiento:

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Modos de Propagación Los modos de propagación en la fibra óptica son híbridos debido que poseen componentes longitudinales originando los modos híbridos HE y EH. Los modos naturales no existen en el interior de la fibra (TM Y TE) sino que se combinan dando lugar a los modos linealmente polarizados. Ez y Hz son diferentes de cero. Ha dominante : Hemn Ez dominante: Ehmn. Modos transversales: Eléctrico Magnético

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Modos de Propagación Índice modal o índice Efectivo: Para cada modo de propagación se debe cumplir lo siguiente:

El modo se propaga El modo no se propaga

Corte del modo.

Grafica de la constante de propagación b en función de la frecuencia normalizada V

V Frecuencia Normalizada. b es la constante de propagación normalizada a es el parámetro de asimetría (a=0 simétrico)

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Modos de Propagación N 2  ns2 b 2 n f  ns2 V  2kh n 2f  ns2  ns2  nc2 a 2 n f  ns2

b es la constante de propagación normalizada

2 h 2 n f  ns2 

V es la frecuencia normalizada

a es el parámetro de asimetría (a=0 simétrico)

Donde V=2pa/l AN, es decir que depende del radio de la fibra, y de la apertura numérica Si V tiene un valor grande existen mayor cantidad de modos de propagación.

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Fibra óptica monomodo Son fibras con el núcleo de vidrio mucho más fino, permitiendo el paso de un único haz de luz. Estas fibras tienen la característica de tener un alcance muy superior (hasta 10 Km) Para su correcto funcionamiento se precisan emisores láser más potentes y sofisticados, lo que encarece su uso. Estas fibras se emplean fundamentalmente para conexiones de media, larga y muy larga distancia: desde 550 metros hasta 40 kilómetros. Las fibras monomodo no sufren tanto el fenómeno de la dispersión (como las multimodo ya que por la fibra sólo viaja un pulso de luz cada vez. También tiene menos atenuación (absorción parcial al ser reflejada en el revestimiento) lo que garantiza una transmisión de la señal más fidedigna.

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Fibra óptica monomodo En este tipo de fibras, la solución de la ecuación de onda conduce a un única resultado, llamado modo dominante , y que constituye su única posibilidad de propagación.

Dentro de la fibra se puede producir doble refracción debido a una variación del diámetro del núcleo en la fibra real. En donde el grado de la doble refracción esta dado por:

nx índice modal en x Ny índice modal en y Al producirse doble refracción se producen estados de polarización: Eje rápido: Índice modal pequeño. Rápida propagación. Eje lento: Índice modal grande. Propagación lenta.

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Dispersión Limita la máxima distancia y la velocidad de transmisión, se soluciona con repetidores. La dispersión genera un ensanchamiento del impulso óptico, debido a las diferentes trayectorias de las componentes espectrales.

Dispersión Intermodal o modal: Cada modo tiene una b diferente, se propaga a diferente velocidad y se ensancha el pulso Para fibras de índice abrupto (step index)

τ mod al =

∆τ ∆longitud

En fibras MM es más importante la dispersión modal que la cromática

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Dispersión La dispersión de material o cromática resulta por que a diferentes longitudes de onda de la luz se propagan a distintas velocidades de grupo a través de un medio dado (material de la fibra). Existe una longitud de onda en la cual la dispersión material es cero: para el silice puro es de 1.276 um.

El índice de refracción del material varía con la longitud

de

onda,

como

las

fuentes

no

son

infinitamente monocromáticas ocurre que unas λ llegan antes que otras (las λ menores viajan más lentas)

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Dispersión La dispersión de guía de onda: por construir con los dieléctricos una guía de onda. Se origina porque la propagación de la luz en una guía de onda depende de la longitud de onda así como de las dimensiones de la guía. La distribución de la luz entre el núcleo y el cladding cambia con la longitud de onda.

En las fibras monomodo, puede lograrse que se cancelen mutuamente, obteniendo una dispersión resultante mínima, en el intervalo 1.3-1.7 μm. En esto se basa la técnica de dispersión cero.

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Atenuación Espectro de la curva de atenuación de una típica fibra óptica hecha de silicio. La curva tiene tres características principales. Una gran tendencia de atenuarse conforme se incrementa la longitud de onda (Dispersión Rayleigh), Atenuación en los picos de absorción asociados con el ión hidroxyl (OH-), y Una tendencia por la atenuación para incrementar las longitudes de onda por arriba de los 1.6 um, debidas a las pérdidas inducidas por la absorción del silicio.

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Atenuación Nuevos sistemas de transmisión usan fibras multimodo, operadas en la primera ventana de longitud de onda cercana a las .85 um, mostrado en la figura 3, y después en la segunda ventana cerca de 1.3 um. Una fibra de modo simple primeramente opera en la segunda ventana, donde la atenuación de la fibra es típicamente menor que 0.35 dB/Km. Sin embargo la región de menos pérdida ( típicamente pérdidas cercanas a las 0.20 dB/Km) permanece en una longitud de onda amplia y los laceres y receptores operan en esa ventana cercanos a 1.55 um, estos llegaron a ser disponibles a finales de los 80´s.