Fibra Optica Uso y Aplicaciones Elver Yoel Ocmin

Fibra Optica Uso y Aplicaciones Elver Yoel Ocmin Grandez yoelocmin@gmail. com 993908 http: //yoelocmin. tk 1

Contenido n n n Introduccion Propiedades de la Fibra Óptica Tipos de Fibra Óptica Aplicaciones de Fibra Optica Técnicas de Multiplexado y Demultiplexado Ventajas y Desventajas de la F. O 2

Introducción (1/2) n n n La tecnología actual avanza día con día de acuerdo a las necesidades con que se va enfrentando el hombre en su vida cotidiana, es el caso de las telecomunicaciones en general y específicamente en las comunicaciones vía fibra óptica Las aplicaciones de la red de datos incluyen áreas de redes locales (LAN´s) tales como una gran cobertura de una área de red metropolitana (MAN´s) y grandes áreas de redes amplias (WAN´s) La red óptica posee actualmente nuevos retos, la esencia de la red óptica es que la fibra debe llevar más longitud de onda sobre más grandes distancias, frecuentemente el bit más significativo tiende a perder potencia en su nivel. 3

Introducción (2/2) n Las distancias sobre la cual las señales trasmitidas sin regenerar varían menos que 300 mts en sistemas submarinos de miles de kilómetros la velocidad del bit por longitud de onda puede ser de 10 Mbit/s de sistema común, pero este a su vez debe ser hoy en día mucho más grande para poder incrementar la velocidad a 40 Gbits/s en un futuro no lejano. 4

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Propiedades de la Fibra (1/5) ATENUACION n Los 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, 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 d. B/Km. Sin embargo la región de menos pérdida ( típicamente pérdidas cercanas a las 0. 20 d. B/Km) permanece en una longitud de onda amplia y los laceres y receptores operan en esa ventana cercanos a 1. 55 um 6

Propiedades de la Fibra (2/5) (a) (b) DISPERSIÓN CROMÁTICA n n La dispersión cromática describe la tendencia para diferentes longitudes de onda que viajan a diferentes velocidades en una fibra. En longitudes onda donde la dispersión cromática es alta, los pulsos ópticos tienden a expandirse en el tiempo y provocar interferencia, lo cual puede producir una inaceptable velocidad del bit la figura (a) muestra como la dispersión cromática cambia con la longitud de onda para tres diferentes tipos de fibra. La dispersión cromática de una fibra consiste de dos componentes – Material y Guía 7 de Onda- como se muestra en la figura (b)

Propiedades de la Fibra (3/5) PMD en una Fibra de Modo Simple cuya asimetría es uniforme a lo largo de su longitud DISPERSIÓN POR MODO DE POLARIZACIÓN n 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 Yes 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. Sino es propiamente controlado, PMD puede producir errores excesivos en las bits para la trasmisión en sistemas digitales y que pueden distorsionar señales de video trasmitidos usando formato de modulación de amplitud analógico 8

Propiedades de la Fibra (4/5) NO LINEALIDAD DE LA FIBRA ÓPTICA n Niveles de alta potencia de la fibra óptica disponibles y amplificadores ópticos provocan señales que interactúan con la fibra en las cuales produce una variedad de efectos no lineales, sino son controlados propiamente, estas no linealidades pueden afectar de forma adversa al desarrollo del sistema, las no linealidades de la fibra caen dentro de dos categorías: -dispersión estimulada e índices de fluctuación refractivos. Los niveles de potencia en los cuales los diferentes fenómenos no lineales se manifiestan ellos mismos, son conocidos como thresholds 9

Propiedades de la Fibra (5/5) DISPERSIÓN ESTIMULADA (Stimulated Scattering). n n n Esta no linealidad ocurre en sistemas de modulación intensos cuando las señales ópticas interactúan con las ondas acústicas o con vibraciones moleculares en la fibra de Si. Esta interacción dispersa la luz y la cambia a una longitud de onda mayor. Hay dos formas de dispersión estimulada: -Stimlated Brillouin Scattering y Stimulated Raman Scattering Índices de Fluctuaciones Refractivas ( Refractive Index Fluctuations). Aunque el índice de refacción de una fibra óptica de Si presenta una constante a bajos niveles de potencia óptica, las altas potencias relacionadas con los amplificadores ópticos pueden modular el índice variando la intensidad óptica de la señal de trasmisión. Los efectos de la no linealidad de los índices refractivos caen dentro de tres categorías: -Self –Phase Modulation, Croos-Phase Modulation y Four. Wave Mixing. 10

Contenido n n n Introduccion Propiedades de la Fibra Óptica Tipos de Fibra Óptica Aplicaciones de Fibra Optica Técnicas de Multiplexado y Demultiplexado Servicios Ofrecidos por la Fibra Óptica 11

Tipos de Fibra Optica (1/4) EXISTEN 2 TIPOS DE FIBRA OPTICA n Fibra Optica Monomodo n Fibra Optica Multimodo 12

Tipos de Fibra Optica (2/4) FIBRA OPTICA MONOMODO n Potencialmente, esta es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte de información. Tiene una banda de paso del orden de los 100 GHz/km. Los mayores flujos se consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja de implantar. El dibujo muestra que sólo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una trayectoria que sigue el eje de la fibra, por lo que se ha ganado el nombre de "monomodo" (modo de propagación, o camino del haz luminoso, único). Son fibras que tienen el diámetro del núcleo en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las señales ópticas que transmiten, es decir, de unos 5 a 8 m m. 13

Tipos de Fibra Optica (3/4) FIBRA OPTICA MULTIMODO n Comercialmente desarrollada a los finales de los 70´s y principios de los 80´s, tienen un diámetro de núcleo de 50 um como se muetra en la figura 8. Originalmente usado para largas distancias y sistema trunking interoficinas, La fibra multimodo fue rápidamente desplazada por la fibra de modo simple (Single-Mode) para aplicaciones de telecomunicación, porque este tipo presenta una baja atenuación óptica y una gran capacidad de trasmisión de información. 14

Tipos de Fibra Optica (4/4) COMPARACION ENTRE MONOMODO y MULTIMODO 15

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Aplicaciones de Fibra Optica (1/4) INTERNET n n Para navegar por la red mundial de redes, Internet, no sólo se necesitan un computador, un módem y algunos programas. El ciberespacio es un mundo lento. Un usuario puede pasar varios minutos esperando a que se cargue una página o varias horas tratando de bajar un programa de la Red a su PC. Esto se debe a que las líneas telefónicas, el medio que utiliza la mayoría de los 50 millones de usuarios para conectarse a Internet, no fueron creadas para transportar videos, gráficas, textos y todos los demás elementos que viajan de un lado a otro en la Red. Pero las líneas telefónicas no son la única vía hacia el ciberespacio. Recientemente un servicio permite conectarse a Internet a través de la fibra óptica. La fibra óptica hace posible navegar por Internet a una velocidad de dos millones de bps , impensable en el sistema convencional, en el que la mayoría de usuarios se conecta a 28. 000 0 33. 600 bps. 17

Aplicaciones de Fibra Optica (2/4) REDES n La fibra óptica se emplea cada vez más en las redes de comunicaciones se emplean sistemas de láser con fibra óptica. Hoy funcionan muchas redes de fibra para la comunicación a larga distancia, que proporcionan conexiones transcontinentales y transoceánicas. Una ventaja de los sistemas de fibra óptica es la gran distancia que puede recorrer una señal antes de necesitar un repetidor para recuperar su intensidad. En la actualidad, los repetidores de fibra óptica están separados entre sí unos 100 km, frente a aproximadamente 1, 5 km en los sistemas eléctricos. Los amplificadores de fibra óptica recientemente desarrollados pueden aumentar todavía más esta distancia 18

Aplicaciones de Fibra Optica (3/4) TELEFONIA n n Con motivo de la normalización de interfaces existentes, se dispone de los sistemas de transmisión por fibra óptica para los niveles de la red de telecomunicaciones públicas en una amplia aplicación, contrariamente para sistemas de la red de abonado (línea de abonado), hay ante todo una serie de consideraciones Para la conexión de un teléfono es completamente suficiente con los conductores de cobre existentes. Precisamente con la implantación de los servicios en banda ancha como la videoconferencia, la videotelefonía, etc, la fibra óptica se hará imprescindible para el abonado. Con el BIGFON (red urbana integrada de telecomunicaciones en banda ancha por fibra óptica) se han recopilado amplias experiencias en este aspecto. Según la estrategia elaborada, los servicios de banda ancha posteriormente se ampliarán con los servicios de distribución de radio y de televisión en una red de telecomunicaciones integrada en banda ancha (IBFN). 19

Aplicaciones de Fibra Optica (4/4) OTRAS APLICACIONES n n Las fibras ópticas también se emplean en una amplia variedad de sensores, que van desde termómetros hasta giroscopios. Su potencial de aplicación en este campo casi no tiene límites, porque la luz transmitida a través de las fibras es sensible a numerosos cambios ambientales, entre ellos la presión, las ondas de sonido y la deformación, además del calor y el movimiento. La aplicación más sencilla de las fibras ópticas es la transmisión de luz a lugares que serían difíciles de iluminar de otro modo, como la cavidad perforada por la turbina de un dentista. También pueden emplearse para transmitir imágenes; en este caso se utilizan haces de varios miles de fibras muy finas, situadas exactamente una al lado de la otra y ópticamente pulidas en sus extremos. 20

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Técnicas de Multiplexacion (1/7) TDM n Esta multiplexación de división de tiempo (TDM) se puede lograr en el dominio eléctrico u óptico, con cada canal de la bajo-velocidad transmitiendo un pedacito (o la asignación de los pedacitos conocidos como paquete) en una ranura de tiempo dada y esperar su vuelta de transmitir otro pedacito (o el paquete) después de que el resto de canales hayan tenido su oportunidad de transmitir. TDM es absolutamente popular entre las redes eléctricas de hoy, y es bastante directo poner en ejecucio'n en una red óptica en las velocidades < 100 -Gbps. Este esquema por sí mismo no puede esperar utilizar la anchura de banda disponible porque es limitado por la velocidad de tiempo de multiplexacion y demultiplexacion. 22

Técnicas de Multiplexacion (2/7) WDM (multiplexación de división de longitud de onda) n Para explotar más de la anchura de banda de THz de la fibra. Una opción obvia es el WDM, en el cual varios canales banda-modulados se transmiten a lo largo de una sola fibra pero con cada canal situado en una diversa longitud de onda. 23

Técnicas de Multiplexacion (3/7) Como Trabaja el WDM? n Es fácil entender a WDM. Considerando el hecho de que usted puede ver muchos diversos colores de la luz - registro, verde, amarillo, azul, etc. de una vez. Los colores se transmiten a través del aire juntos y pueden mezclarse, pero pueden ser separados fácilmente usando un dispositivo simple como un prisma, apenas como separamos la luz "blanca" del sol en un espectro de colores con el prisma. 24

Técnicas de Multiplexacion (4/7) Separación de un haz de luz en sus colores n Esta técnica primero fue demostrada con la fibra óptica a comienzo de los 80’s cuando los acoplamientos ópticos de la fibra del telco todavía utilizaban la fibra con varios modos de funcionamiento. La luz en 850 nm y 1300 nm fue inyectada en un extremo de la fibra usando un simple acoplador fundido. En el extremo lejano de la fibra, otro acoplador partió la luz en dos fibras, una enviada a un detector de silicio más sensible a 850 nm y una a un germanio o a un detector de In. Ga. As más sensible a 1300 nm. Los filtros quitaron las longitudes de onda indeseadas, así que cada detector después 25 podía recepcionar únicamente la señal prevista para él.

Técnicas de Multiplexacion (5/7) Demultiplexor del WDM n El demultiplexor toma la fibra de la entrada y enfoca la luz a un estrecho haz paralelo de luz. Este haz Brilla en una rejilla (un espejo como el dispositivo que funciona como un prisma) que separa la luz en las diversas longitudes de onda enviándolas con diversos ángulos, creando las salidas separadas para cada longitud de onda de luz 26

Técnicas de Multiplexacion (6/7) n Multiplexado en tiempo y en longitud de onda Para aprovechar el enorme ancho de banda que ofrece una fibra óptica, y hacer posible que cada fibra pueda ser utilizada por miles de usuarios a la vez, se debe recurrir al multiplexado en tiempo y en longitud de onda. En el multiplexado en tiempo (TDM), los bits en comunicaciones con velocidades de transmisión bajas, se intercalan y empaquetan de forma masiva en un único canal. En el multiplexado en longitud de onda (WDM), se transmiten simultáneamente por una única fibra distintos canales, pero con diferente longitud de onda dentro del ancho de banda de los EDFA. En los sistemas con WDM denso, dependiendo de la distancia del enlace y de la transferencia, la separación entre canales puede llegar a ser inferior a 1 nm. Esta concentración tan densa de canales puede permitir alcanzar capacidades agregadas superiores a Tbps en sistemas con 100 canales a distinta longitud de onda distribuidos en la banda C (15301560 nm), y transferencias de 10 Gbps cada uno. El TDM y el WDM están dando como resultado una increíble mejora de la capacidad de transmisión, que ha ido aumentando en los últimos años. 27

Técnicas de Multiplexacion (7/7) Multiplexado en tiempo y en longitud de onda 28

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Ventajas y Desventajas (1/2) VENTAJAS n n n n Para aprovechar el enorme Insensibilidad a la interferencia electromagnética, como ocurre cuando un alambre telefónico pierde parte de su señal a otro. Liviandad y reducido tamaño del cable capaz de llevar un gran número de señales. Gran Ancho de Banda. Inmunes a EMI. Alcance máximo por tramo de Fibra Óptica Multimodo 2. 000 Mtrs y Monomodo 8. 000 Mtrs Grandes Velocidades en la transmisión de datos (500 Mhz). 30

Ventajas y Desventajas (2/2) DESVENTAJAS n n n n Fragilidad de las fibras. Disponibilidad limitada de conectores. Dificultad de reparar un cable de fibras roto en el campo Las fibras ópticas presentan limitaciones químicas que adquieren mayor intensidad para determinadas longitudes de onda, a los efectos de la irradiación, determinándose que los láseres de elevada potencia pueden motivar cierto deterioro Inmunes a EMI. Alcance máximo por tramo de Fibra Óptica Multimodo 2. 000 Mtrs y Monomodo 8. 000 Mtrs Grandes Velocidades en la transmisión de datos (500 Mhz). 31

¡¡¡GRACIAS!!! 32