Presentacion Crf 7

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

Presentación 7 FIBRA OPTICA Realizado por: •Duarte P. Albert J C.I. 18.012.553 Sección 1

San Cristóbal, Junio de 2008

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Perdidas en las fibras ópticas Cuando una fibra óptica es producida, esta no presenta núcleo ni revestimiento perfectamente cilíndricos. Las perdidas en las fibras ópticas resultan de la atenuación en el material mismo y de la difusión o esparcimiento, la cual causa que una parte de la luz que choque con el limite de núcleo-revestimiento a ángulos menores que el critico. Esta luz se refracta en el revestimiento y se pierde en la fibra. Los factores que influyen en la atenuación se pueden agrupar en dos.  Las pérdidas por absorción del material de la fibra, son debido a impurezas tales como iónes metálicos, níquel variado (OH)- , etc. ya que absorben la luz y la convierten en calor. El vidrio ultrapuro usado para fabricar las fibras ópticas es aproximadamente 99.9999% puro. Aún así, las pérdidas por absorción entre 1 y 1000 dB/Km son típicas.

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Perdidas en las fibras ópticas

La Atenuación: Significa la disminución de potencia de la señal óptica, en proporción inversa a la longitud de fibra. La unidad utilizada para medir la atenuación en una fibra óptica es el decibel (dB). A = 10 log P1 / P2

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Perdidas en las fibras ópticas La atenuación de la fibra se expresa en dB/Km. Este valor significa la perdida de luz en un Km. El desarrollo y la tecnología de fabricación de las fibras para conseguir menores coeficientes de atenuación se observa en el siguiente gráfico.

 Pérdidas por curvatura de la fibra: Cuando una fibra se curva (con radio R) se pierde potencia . Se puede calcular el nº de modos que se propaga por una fibra curvada un radio R, cuanto mayor es R menor es el nº modos. Siendo N∞ el número de modos que se propaga por la 2 fibra recta. 3

3    α + 2  2a N R = N ∞ 1 − +     2α∆  R 2n2 KR   

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Perdidas en las fibras ópticas Por macrocurvatura: cuando el radio de curvatura es muy superior a las dimensiones del núcleo.

Microcurvatura

Por microcurvatura: cuando el radio de curvatura es comparable a las dimensiones de la fibra.

Pérdidas por acoplamiento. En los cables de fibra las pérdidas de acoplamiento pueden ocurrir en cualquiera de los tres tipos de uniones ópticas: conexiones de fuente a fibra, de fibra a fibra y conexiones de fibra a foto detector. Las pérdidas de unión son causadas más frecuentemente por una mala alineación lateral, una mala alineación de separación y un mal acabado de la superficie.

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Perdidas por dispersión 

Las pérdidas por dispersión (esparcimiento) se manifiesta como reflexiones del

material, debido a las irregularidades submicroscópicas ocasionadas durante el proceso de fabricación y cuando un rayo de luz se esta propagando choca contra estas impurezas y se dispersa y refleja.

Dispersión de ordenes superiores: La fibra óptica monomodo operando a λzd se genera un ensanchamiento del impulso óptico El impulso óptico tiene un espectro ancho centrado en λzd D depende de λ y no es cero para todas las componentes espectrales S es la pendiente de dispersión y describe los efectos de dispersión no lineal.

S

dD d

2 C D   3 2  d 2 2  d 2

2 C 4 C S  2 3  3  2   d 2 d 3 3   d d 3

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Dispersiones en la fibra óptica 

La pendiente de la dispersión permite calcular el valor efectivo del parámetro de dispersión producido por una fuente espectral:

D  S . Limite de velocidad de bits por la distancia:

BL S ( )2  1  Se puede mejorar BL disminuyendo Δλ, lo cual se puede hacer mediante el uso de un laser monomodo.

Dispersión del modo polarizado:  Se debe a que las dos polarizaciones de la luz no se propagan igual a lo largo de la fibra  Depende mucho de la temperatura, humedad, etc por lo que varía con el tiempo y es dificil de corregir.  Solo se ve cuando se eliminan las dispersiones clásicas (inter e intramodal)

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Dispersiones en la fibra óptica  Depende de la distancia según la raíz cuadrada por lo que no es tan crítico para alcanzar grandes distancias.

La figura muestra los dos modos principales de una fibra asimétrica que es uniforme a lo largo de su longitud. El modo en el eje X es arbitrariamente etiquetado con un modo lento, mientras que en el eje Y es etiquetado en el modo rápido. La diferencia en los tiempos de arribo en los modos de dispersión por polarización (PMD), es típicamente medida en picosegundos.

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Perdidas en la fibra óptica Dentro de estas pérdidas tenemos: Pérdidas por difusión de Rayleigh (por fluctuaciones térmicas del índice de refracción). Imperfecciones de la fibra, particularmente en la unión núcleo-revestimiento, variaciones geométricas del núcleo en el diámetro Impurezas y burbujas en el núcleo (como superficie rugosa a λ pequeños) Impurezas

de

materiales

fluorescentes

.Pérdidas

de

radiación

debido

a

microcurvaturas, cambios repetitivos en el radio de curvatura del eje de la fibra Factores externos.- El principal factor que afecta son las deformaciones mecánicas. Dentro de estas las más importantes son las curvaturas, esto conduce a la pérdida de luz por que algunos rayos no sufren la reflexión total y se escapan del núcleo.

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Perdidas por absorción Las impurezas de la fibra absorben la luz y la convierten en calor. 

Absorción ultravioleta: se produce por los electrones de valencia en el material

silíceo con el que se fabrican las fibras. Al pasar la luz esta ioniza los electrones. 

Absorción infrarroja: Resultado de los fotones absorbidos por los átomos de las

moléculas del núcleo de vidrio, los fotones se convierten en vibraciones mecánicas. 

Absorción por resonancia de iones: se debe a los iones OH en el material, que

surgen de las moléculas de agua atrapadas en el vidrio durante el proceso de fabricación.

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Dispersión de Rayleigh  Ocurre cuando las partículas que provocan la dispersión tienen un diámetro mas pequeño que la longitud de onda de la radiación.  Ocurre cuando la luz viaja por sólidos y líquidos transparentes.  Durante la fabricación, la tensión aplicada al vidrio hace que en el enfriamiento se desarrollen irregularidades sub microscópicas, que se incorporan de forma permanente.  Cuando los rayos de luz chocan con esas irregularidades se difracta dispersando la luz en varias direcciones.

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Efectos No Lineales  Los efectos no lineales se producen en todos los dieléctricos cuando existen potencias ópticas suficientemente grandes (campos electromagnéticos muy intensos) propagándose por ellos .  Los efectos no lineales influyen en la capacidad de transmisión de los sistemas de comunicaciones ópticas a través de dos fenómenos básicos: Scatterings no lineales •Scattering Raman •Scattering Raman Estimulado (SRS) •Scattering Brillouin •Scattering Brillouin Estimulado (SBS) Derivados del Efecto Kerr •Automodulación de fase (SPM) •Intermodulación de fase (XPM) Mezclado de cuatro ondas (FWM)

Importantes a altos niveles de potencia

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Efectos No Lineales  Scattering Brillouin Interacción campo óptico con la materia El campo intenso induce vibraciones de la estructura (fonones) disminución de la intensidad de la radiación disminución de la frecuencia de la radiacción Para 1550 nm este desplazamiento de la frecuencia es de 10-12 GHz (0.09 nm). Es importante en un margen de 20 MHz por lo que si no hay canales tan próximos, no habrá interferencia entre ellos  Scattering Raman Estimulado El origen es la interacción entre los fotones que inciden en el material y las vibraciones de las moléculas o átomos de éste (fonones ópticos, característicos de cada material).

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Efectos No Lineales

Vm es la frecuencia del fonón v2 = vi-vm componente Stokes v3 = vi+vm componente anti-Stokes (despreciable) Efecto transferencia de energía a los canales de mayores λ Los canales inferiores bombean energía a los superiores

 Efecto Kerr: el índice de refracción no es independiente de la potencia óptica que se propaga por él y hay que tener en cuenta un término proporcional a la intensidad del campo (n = n0+ n1I).

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Efectos No Lineales Variación del índice de refracción con la intensidad de campo

Limitaciones de efectos no lineales