Fibra_Optica_1

7/24/2019 Fibra_Optica_1

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Fibras Ópticas

Introducción:

Experimento de Tyndall (1870)

Estructura de las fibras ópticas

Aplicaciones: Telecomunicaciones Sensores Medicina

Experimento de J.Tyndall

ó

p.ej. nnúcleo = 1.4759 p.ej. ncladding = 1.4570

Índice de refracción del núcleo > ínice de refracción del cladding

125µm

4-8 µm (fibra monomodo)

~50µm (fibra multimodo)

Núcleo (vidrio)

Cladding (vidrio)



2

Perfil índice de refracción escalón Perfil índice de refracción graduado

Propagación en una fibra “escalón” Propagación en una fibra de índice graduad.

Espectro de absorción del Si fundido

Banda S ≈ 1510-1535 nmBanda C ≈ 1535-1570 nmBanda L ≈ 1570-1610 nm

Caracterización de Fibras Ópticas:

Parámetros - atenuaciónde transmisión - dispersión cromática (intramodal)

- ancho de bada

- longitud de onda de corte- Perfil de índice de refracción

- diámetro del campo modalParámetros - diámetro del claddingGeométricos - circularidad del cladding

- concentricidad núcleo-cladding- apertura numérica

-a 0 a r

n(r)

-a 0 a r

n(r)

01000

2

4

6

dB/km

1310

150015501620

nm



3

Atenuación: [A]

Si Pin(watts) es la potencia a la entrada de la fibra y Pout(watts) es la potencia que

abandona al otro extremo, la atenuación se define:

[ ] dB P

P A

out

in =

= A log10 10

A=10dB la potencia se reduce 10 veces (Pin=10Pout)A=20dB la potencia se reduce 100 vecesA= 3dB la potencia se reduce a la mitad (50% de atenuación)

En las líneas de transmisión la potencia es una función del largo de las fibras:(fibras monomodo)

( ) ( ) L

e P L P

α 2

0 −

= (Potencia ∝ E2

⇒ 2α)

( ) ( )48476

434.0

102

1020

01010 )(log210log10log10log10 e Le

e P

P

P

P A L

Lout

in α α

α ==

=

=⇒

−

( )α 234.4= L

A KmdB=L

A

Causas de la atenuación:

Intrínsecas:

-

Rayleigh – Scattering ~λ-4

- Bandas de absorción electromecánicas y vibraciones de las moléculas deSiO2

Extrínsecas:- Curvatura- Micro bending- Bandas de absorción de impurezas (Ej. −OH , metales de transición, etc.)

Debido a pérdidas por curvatura

3

21

23

8

3 γ γ α

R

C e R

A

−

=

R: radio de curvatura

( )22oo n−= β γ

βo: constante de propagación del modo LP01 no: índice de refracción del núcleo

Métodos para medir la atenuación

Método de “cut back” poco práctico

Técnica de back-scattering OTDR



5

Resolución espacial de un OTDR

B: distancia entre fallasD: ancho espacial del pulso

Separación entre pulsos (espacial): SS = 2B – D

Límite de la separación espacial S = 0

⇒ 2min D

B = t n

ct v D ∆=∆=

Localización de fallas F (espacial)

22t

n

ct v F

∆=∆= (medidas desde el lugar de donde se envoi el pulso: ∆T/2)

Resultado típico de un OTDR

Lugar de las

fallasD

B

D

D

2B-D

-70-60

-50

-40

P/dBm

[Km]

Pulso enviado

Distorsión(p.ej. Conector)

Reflección ensuperficie final

Ruido del receptor(Noise Floor)

Distancia



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Mecanismos de pérdida en las conexiones extrínsecos e intrínsecos

Distancia de superficie defrente

0.15.0 << R

s

dBdB s 45.0a2.0 <<

Desplazamiento del eje 2.01.0 << R

ε

dBdB 65.0a25.0 << ε

Angulo de inclinaciónº2º5.0 <<

dBdB 5.0a05.0 << ϕ

Error de ánguloº2º2.0 << γ

dBdB 2.0a01.0 << γ

Superficie0.22.0 <<

R

r

dBdB r 3.0a01.0 <<

diámetro del núcleo1.0<∆

R

R 2

21 R R R

+=

dB R 7.0a <

apertura numérica 05.0<∆

N

N

A

A

dB AN 4.0a <

Cilindrez 05.0< R

C

dBC 1.0a <

Pérdidas por refleccionesde Fresnel

dBdB F 38.0a3.0 <<

s

2R

ε

ϕ

γ

r

2R 22R 1

A N1 A N2

c

no nn(Luft)



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Dispersión

Interferometría transversal: Mach-Zehnder

Esquema simplificado del Interferómetro de Mach-Zehnder para medidas de dispersiónen fibras:

( )

( )∫∞

−

−=−r

o dy

r y

dyd n

21

22

2

2

r n φ

π

λ

Relación entre n(r) y φ (fase)

Dispersión Multimodo:una medida de ésta dispersión, es la diferencia de tiempo entre el

momento de llegada al final de la fibra del modo que viaja más rápido, con elque viaja más lento.

γ = 0 viaja más rápidoγ = γC el rayo más lento

ot −= maxtτ

“1”: segmento proporcional a tmax “2”: segmento proporcional a to

o

c

o

o

o t t t

t t

−=

−=−= 1

cos11t max

maxγ

τ

( ) ooco

c

c t n

nnt t 21

2

2

2

1221sin21coscos1 −= ≈

−= γ

γ γ τ

Fuente de luz blanca ymonocromador

Fibra a medir

Fibra de referenciaDetector

“2”

“1”γcn1n2



8

∆= ot τ

Para tener baja dispersion ∆ tiene que ser pequeño, en fibras multimodo

02.0nn 21 ≤−=∆

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