FIBRA OPTICA

Ing. Amador Humberto Vivar Recarte

GENERALIDADES

• Temas Principales Configuración del sistema de comunicaciones ópticas.Características y ventajas de la fibra óptica. Aplicaciones.

SISTEMAS CONVENCIONALES

SISTEMAS ÓPTICOS

• El Sistema de Comunicaciones por Fibra Óptica Transmisor Óptico. Receptor Óptico.Fibra Óptica y Cable de Fibra Óptica. Conectores y Adaptadores. Empalmes.Elementos de Soporte.

• Fibra Óptica Transporta la señal luminosa. Hecha de vidrio y/o plástico.Tres componentes: 1. Núcleo. 2. Revestimiento.3. Recubrimiento.

• Cable de Fibra Óptica Protege la fibra óptica en el ambiente de instalación.

• Conectores de Fibra Óptica Conectan las fibras ópticas a los transmisores y receptores ópticos. Interconectan fibras ópticas.Hacen posible manipular las fibras ópticas, muy pequeñas y frágiles.

• Empalmes de Fibra Óptica Unen de manera permanente las fibras ópticas para dar continuidad a un enlace de comunicaciones.

• Elementos de Soporte Proporciona el montaje, la protección, etc., para conectores y empalmes: ODF, bandejas de empalme, cajas de empalme.

• Aplicaciones de la Fibra Óptica Telecomunicaciones: telefonía, fibra a la casa, comunicaciones inalámbricas. Internet, redes de computadoras y centros de datos. CATV: para conexiones de video, voz e Internet. Empresas de Servicios: administración de redes de energía, telecomunicaciones privadas. Seguridad: CCTV y sensores de intrusión, aplicaciones militares. Entretenimiento: video y audio. Transporte inteligente.

• El Espectro Electromagnético (EM) Longitudes de ondas mas largas requieren menos energía para la propagación. Longitudes de ondas mas cortas permiten transportar mas información. Las zonas espectrales de trabajo o “ventanas” en las que se centran los desarrollos actuales de los sistemas de transmisión por fibras ópticas son los correspondientes al infrarrojo próximo. Las “ventanas” de transmisión son rangos de longitudes de onda que hoy son posibles de generar, transmitir y detectar con máxima eficiencia. Cada ventana esta centrada alrededor de una longitud de onda típica de operación.

• El Espectro Electromagnético (EM) La frecuencia y longitud de onda están relacionadas por la siguiente Ecuación: λ = υ f Donde: λ = Longitud de Onda, m. υ = Velocidad, m/s. f = Frecuencia, Hz. Ancho de banda en el dominio de la frecuencia y en el dominio de la longitud de onda. Δf = cΔ λ/λ2

• Teoría de Rayos (Óptica Geométrica) La luz se considera como un rayo En el vacío los rayos se propagan a una velocidad c=3x108 m/s. En cualquier medio, los rayos se propagan a una velocidad inferior, determinada por:

• otro Donde n : índice de refracción del medio. El índice de refracción es una medida de la densidad del material

(εr)1/2

n = Los rayos se propagan siguiendo una trayectoria rectilínea, a menos desviados por algún cambio en el medio. que sean

• Reflexión y Refracción de la Luz En el plano que una parte de la limita a dos medios diferentes, energía del rayo incidente se refleja con un ángulo igual al ángulo de incidencia. La otra parte de la energía del rayo incidente se refracta (cruza de un medio al otro) con un ángulo de refracción determinado por la Ley de Snell. n2Senφi = n1Senφt

El rayo refractado se desvía hacia la normal cuando pasa de un medio que tiene un índice de refracción menor a un medio que tiene un índice de refracción mayor. φi : Ángulo de incidencia φr: Ángulo de Reflexión φt: Ángulo de Refracción φi = φr

• Reflexión Interna Parcial El rayo refractado se desvía alejándose de la normal cuando pasa de un medio que tiene un índice de refracción mayor a un medio tiene un índice de refracción menor. que

• Ángulo Crítico Normal Para un determinado ángulo de incidencia denominado «Angulo Crítico», el rayo refractado forma un ángulo de 90° con la normal (es decir no se propaga en el segundo medio).

Donde: Фc es el ángulo critico que origina un ángulo de refracción de 90° respecto a la normal.

• Reflexión Interna Total Cuando el ángulo de incidencia es mayor refleja que el ángulo totalmente.

Reflexión Interna Total Se escoge el índice de refracción del núcleo mayor que la del revestimiento para reflejar los rayos luminosos en ángulos pequeños. Los rayos luminosos se propagan por reflexiones internas totales sucesivas.

Componentes de la Fibra Óptica La luz se propaga en el núcleo . La luz es atrapada en el núcleo por el revestimiento óptico. El recubrimiento primario protege a la fibra de la humedad o el daño. Muchas fibras son totalmente de algunas son hechas de plástico vidrio, pero (núcleo de vidrio/revestimiento de plástico y todo de plástico).

• Componentes de la Fibra Óptica Núcleo Transporta la luz a través de la fibra óptica. Es la parte mas pequeña y mas frágil de la fibra óptica. Hecho de vidrio o plástico. Durante su fabricación se añaden impurezas para controlar el índice de refracción. Diámetros típicos : Vidrio: 9 μm, 50 μm, 62.5 μm y 100 μm. Plástico: 1000 μm.

• Componentes de la Fibra Óptica Revestimiento. Rodea y protege el núcleo. Tiene un índice de refracción mas bajo que el núcleo para la reflexión interna total. Revestimiento de vidrio fabricado con núcleo de vidrio en estado permanentemente fundido. Diámetros Típicos: 125 μm y 140 μm.

• Componentes de la Fibra Óptica Recubrimiento Primario La verdadera capa protectora. Hecho de plástico o acrilato. Esencial para fibras totalmente de vidrio. No contribuye a la capacidad para guiar la luz. Diámetros Típicos: 250 μm o 500 μm.

• Diferencia de Índice de Refracción Relativa (D) Es la diferencia relativa entre el índice de refracción del núcleo y el índice del revestimiento. Se expresa como: de refracción Δ= (n1 – n2) x100% /n1 • Perfil de Índice de Refracción El perfil de índice de refracción del núcleo define la forma en que varía su índice de refracción con respecto al centro de la Fibra. Se distinguen dos tipos de fibras según su perfil de índice de refracción, estos son: fibra de Índice Escalón y fibras de Índice Gradual.

Sección Transversal y Perfil de Índice de Refracción de las Fibras Ópticas

Angulo de Aceptancia y Apertura Numérica (AN)

• Es el ángulo máximo con respecto al eje de la fibra con el cual un rayo de luz puede incidir sobre la superficie frontal de la fibra para que sea propagada por reflexión interna total dentro del núcleo. Al seno (trigonométrico) del ángulo de aceptancia se le denomina APERTURA NUMERICA (AN). Determina la capacidad de captación de luz de la fibra óptica.

Reflexión de Fresnel

• Modos de Propagación Trayectos potenciales que la luz puede seguir en una fibra. Desde la teoría de campos un modo de propagación es una configuración de campo permisible para una determinada estructura de guía de onda que satisface las ecuaciones de Maxwell y todas las condiciones de contorno. Un modo tiene la propiedad que su distribución espacial no cambia con la propagación.

Para obtener los modos de propagación en una fibra óptica de índice escalón, debemos resolver las ecuaciones de onda.

Modos de Propagación