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TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-1
TEMA 3TEMA 3
CANAL CANAL ÓÓPTICO DE PTICO DE TRANSMISITRANSMISIÓÓNN
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-2
T3: ObjetivosT3: Objetivos
ObjetivosObjetivos
•• Estudiar el Estudiar el comportamiento de la fibra comportamiento de la fibra óópticapticadestacando:destacando:
–– Captura y emisiCaptura y emisióón de luzn de luz–– Comportamiento modalComportamiento modal–– AtenuaciAtenuacióónn–– DispersiDispersióónn–– Efectos no linealesEfectos no lineales
•• Introducir la Introducir la propagacipropagacióón atmosfn atmosfééricarica mediante mediante tecnologtecnologíías as óópticaspticas
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-3
T3: ObjetivosT3: Objetivos
ObjetivosObjetivos
modomodo
INGENIERINGENIERÍÍAA
fenfenóómenosmenos cuantificacicuantificacióónn estrategias de diseestrategias de diseññoo
BrillouinBrillouin
PMDPMDcompensacicompensacióón de la dispersin de la dispersióónn psps//kmkmG.653G.653
SSMFSSMFapertura numapertura numééricaricaG.652G.652
RamanRaman dBdB
F.OF.O. . monomodomonomodoNZDSFNZDSF velocidad de grupovelocidad de grupoFWMFWM
ííndice gradualndice gradual
ventanas de transmisiventanas de transmisióónn
dispersidispersióón cromn cromááticaticanmnmZWPFZWPF
G.655G.655
F.OF.O. . multimodomultimododBdB//kmkm
psps//nm.kmnm.km
SPMSPM
dispersidispersióón n intermodalintermodal
scatteringscattering
frecuencia de cortefrecuencia de corte
diagramas de dispersidiagramas de dispersióónn
absorciabsorcióónn salto de salto de ííndicendicebirrefringenciabirrefringencia
modo fundamentalmodo fundamental
psps//√√kmkm
GbGb/s/s
DSFDSF
XPMXPM
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-4
T3: ObjetivosT3: Objetivos
Fuentes de informaciFuentes de informacióónn
Capítulo 1. Mª Carmen España, “Comunicaciones Ópticas”, Ed.
Díaz de Santos, 2005. (ISBN: 847978685X)
IND B E62F 67
IND M E62F 50
REFERENCIA SIGNATURA BUC
Capítulo 2. Govind P. Agrawal, "Fiber-Optic Communication
Systems", Wiley Series in Microwave and Optical Engineering,
Wiley-Interscience, 2002. (ISBN: 0471215716)
IND B E62F 11c
IND M E62F 2a
CIE B E62 5
CIE M E62B 17
Capítulo 2. Gerd Keiser, "Optical Fiber Communications", 3rd
Edition, McGraw-Hill International Editions, Electrical Engineering
Series, USA, 2000. (ISBN: 0072360763)
IND B E62F 44, 44a, 44b
Capítulos 2,3. José A. Martín Pereda, "Sistemas y Redes Ópticas
de Comunicaciones", Pearson Prentice Hall, Madrid, 2004. (ISBN:
8420540080)
IND B E62F 60, 60a-60d
IND M E62F 43, 43a
Llevar libros a clase para que los toquen
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-5
T3: ObjetivosT3: Objetivos
Fuentes de informaciFuentes de informacióón adicionalesn adicionales
•• [BORN80][BORN80] M. M. BornBorn & E. Wolf, & E. Wolf, ““PrinciplesPrinciples ofof opticsoptics””
•• [SNYDER83][SNYDER83] A. W. A. W. SnyderSnyder & J. D. & J. D. LoveLove, , ““OpticalOptical waveguidewaveguide theorytheory””
•• [YARIV91][YARIV91] A. A. YarivYariv, , ““OpticalOptical ElectronicsElectronics””
•• [MARCUSE91][MARCUSE91] D. D. MarcuseMarcuse, , ““TheoryTheory ofof dielectricdielectric opticaloptical waveguideswaveguides””
•• [SALEH91][SALEH91] B.E.AB.E.A. . SalehSaleh & M.C. & M.C. TechTech ““Fundamentals Fundamentals ofof photonicsphotonics””
•• [TSAO92][TSAO92] C. C. TsaoTsao, , ““OpticalOptical FibreFibre waveguidewaveguide analysisanalysis””
[M-PEREDA04]
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-6
T3: T3: ÍÍndicendice
ÍÍndicendiceObjetivosObjetivosÍÍndicendice
1.1. La La fibrafibra óópticaptica•• HistoriaHistoria•• MaterialesMateriales
2.2. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica geomptica geoméétricatrica•• Captura y emisiCaptura y emisióón de luz (apertura numn de luz (apertura numéérica)rica)
3.3. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica ptica E.ME.M..•• Comportamiento modalComportamiento modal
4.4. AtenuaciAtenuacióónn
5.5. DispersiDispersióónn
6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales
7.7. Fibras Fibras especialesespeciales
8.8. PropagaciPropagacióón n atmosfatmosfééricarica
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-7
T3: T3: ÍÍndicendice
ÍÍndicendiceObjetivosObjetivosÍÍndicendice
1.1. La La fibrafibra óópticaptica•• HistoriaHistoria•• MaterialesMateriales
2.2. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica geomptica geoméétricatrica•• Captura y emisiCaptura y emisióón de luz (apertura numn de luz (apertura numéérica)rica)
3.3. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica ptica E.ME.M..•• Comportamiento modalComportamiento modal
4.4. AtenuaciAtenuacióónn
5.5. DispersiDispersióónn
6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales
7.7. Fibras Fibras especialesespeciales
8.8. PropagaciPropagacióón n atmosfatmosfééricarica
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-8
T3: Fibra T3: Fibra óópticaptica
núcleocore
cubiertacladding
recubrimiento primariobuffer
Fibra Fibra óóptica: ptica: ¿¿ququéé es?es?
•• ““GuGuíía de ondaa de onda”” que confina espacialmente la luz que confina espacialmente la luz mediante el fenmediante el fenóómeno de meno de R.T.IR.T.I..
•• ÍÍndice de refraccindice de refraccióónn: : ¡¡¡¡ depende de depende de λλ!!!!
•• Estructura bEstructura báásicasica–– nnúúcleocleo 2a2a n1n1–– cubiertacubierta 2b2b n2n2
n1 > n2n1 > n2
material
vacío
ccn = smcvacío /1031 8
00
⋅=⋅
=με
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-9
T3: Fibra T3: Fibra óópticaptica
Fibra Fibra óóptica: ptica: ¿¿SMSM--MM , SIMM , SI--IG?IG?
•• SM / MMSM / MM :: monomodomonomodo singlemodesinglemodemultimodomultimodo multimodemultimode
•• SI / IGSI / IG : : salto de salto de ííndice ndice stepstep indexindexííndice gradual ndice gradual gradedgraded indexindex
cubierta
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-10
T3: Fibra T3: Fibra óópticaptica
Fibra Fibra óóptica: ptica: ¿¿SMSM--MM , SIMM , SI--IG?IG?
•• MMMM--SI SI : : multimodomultimodo + salto de + salto de ííndicendice
•• MMMM--IGIG : : multimodomultimodo + + ííndice gradualndice gradual
•• SMSM--SISI : : monomodomonomodo + salto de + salto de ííndicendice
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-11
T3: Fibra T3: Fibra óópticaptica
Fibra Fibra óóptica: historiaptica: historia•• J. J. TyndallTyndall / / ColladonColladon:: Luz guiada en agua (1870).Luz guiada en agua (1870).•• RayleighRayleigh:: Estudio teEstudio teóórico de gurico de guííaa--onda (1879).onda (1879).•• HondrosHondros//DebyeDebye:: GuGuííaa--ondas dielondas dielééctricas (1910).ctricas (1910).•• ZahnZahn//RRüüterter//SchrieverSchriever:: DemostraciDemostracióón experimental (1915).n experimental (1915).•• CarsonCarson/Mead//Mead/SchelkunoffSchelkunoff:: Modos en cilindros dielModos en cilindros dielééctricos (1936).ctricos (1936).•• VanVan--HeelHeel / / KapanyKapany:: InvenciInvencióón de fibra de vidrio y revestimiento (1953).n de fibra de vidrio y revestimiento (1953).•• KaoKao//HockhamHockham:: F.OF.O. de vidrio: 1000 . de vidrio: 1000 dBdB//KmKm (1966).(1966).•• CorningCorning GlassGlass:: F.OF.O. . S.IS.I. con 20 . con 20 dBdB//KmKm (1970).(1970).•• CorningCorning GlassGlass:: F.OF.O. de . de ííndice gradual con 4 ndice gradual con 4 dBdB//KmKm (1972).(1972).•• FurukawaFurukawa:: InstalaciInstalacióón y empalmes de cables de n y empalmes de cables de F.OF.O. (1974).. (1974).•• NTT/NTT/FujikuraFujikura:: F.OF.O. con 0,5 . con 0,5 dBdB//kmkm a 1200 a 1200 nmnm (1976).(1976).•• BellBell/Post Office//Post Office/……:: Ensayos de campo (1977).Ensayos de campo (1977).•• NTT:NTT: F.OF.O. con 0,2 . con 0,2 dBdB//kmkm a 1,55 a 1,55 mmmm (1978).(1978).•• MollenauerMollenauer:: 10 10 GbpsGbps, 40.000 , 40.000 KmKm, BER<10, BER<10--1010 (1992).(1992).•• LucentLucent:: 400 400 GbpsGbps ((dWDMdWDM) (1998).) (1998).•• TATTAT--14:14: 640 640 GbpsGbps, 15.000 , 15.000 KmKm (2000)(2000)•• PirelliPirelli//TeleportTeleport:: 1280 1280 GbpsGbps, 30.000 , 30.000 KmKm (2001)(2001)•• Record OFCRecord OFC’’0404:: 149 canales @ 40Gbps a 6120Km por 1 149 canales @ 40Gbps a 6120Km por 1 F.OF.O. : . : 6Tbps x 6120Km6Tbps x 6120Km
https://www.tat-14.com/tat14/
Atenuación
Capacidad
Análisis
[HECHT-99]
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-12
T3: Fibra T3: Fibra óópticaptica
Fibra Fibra óóptica: materialesptica: materiales
•• Fibra deFibra de SSÍÍLICELICE
–– DiDióóxido de silicio amorfo (xido de silicio amorfo (SiOSiO22))•• DensidadDensidad: 2,2 : 2,2 grgr/cm/cm33 1 1 KmKm de fibra pesa 27 grs. (Cu: 8,9 de fibra pesa 27 grs. (Cu: 8,9 grsgrs/cm/cm33))•• CoefCoef. Dilataci. Dilatacióónn: 5,5 : 5,5 ·· 1010--77 ·· KK--11 1 1 KmKm se dilata 1,1 se dilata 1,1 cmcm de 20de 20ºº a 40a 40ººCC•• TemperaturaTemperatura de de fusifusióónn: 1500 : 1500 ººCC•• Material elMaterial eláástico stico deformacideformacióónn mmááxima del 5%xima del 5%•• ProtecciProteccióón mecn mecáánicanica
•• Fibra de Fibra de PLPLÁÁSTICOSTICO
–– PolPolíímeros transparentes: meros transparentes: PMMAPMMA, , PSPS, , PCPC•• DensidadDensidad: 1,2 : 1,2 grgr/cm/cm33 aplicaciones bajo pesoaplicaciones bajo peso•• TemperaturaTemperatura de de fusifusióónn PMMA, PS: 105 PMMA, PS: 105 ººCC PC: 120PC: 120ººCC•• ElEláástico ante bajas deformaciones stico ante bajas deformaciones deformacideformacióónn mmááxima del 8%xima del 8%•• ProtecciProteccióón mecn mecáánicanica
PMMA: Poli-metil-meta-acrilatoPS: Poli-estirenoPC: Poli-carbonato
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-13
T3: Fibra T3: Fibra óópticaptica
Fibra Fibra óóptica: ventanas transmisiptica: ventanas transmisióónn
•• Fibra deFibra de SSÍÍLICELICE11ªª ventana ventana 0,80,8--0,9 0,9 μμmm
22--3 3 dBdB//kmkm22ªª ventana ventana 1,3 1,3 μμmm
0,40,4--0,5 0,5 dBdB//kmkm33ªª ventana ventana 1,55 1,55 μμmm
0,150,15--0,2 0,2 dBdB//kmkm
•• Fibra de Fibra de PLPLÁÁSTICOSTICO570 570 nmnm, , 650 650 nmnm, , 670 670 nmnm
–– PMMAPMMA < 100 < 100 dBdB//kmkm
–– PC PC 450 450 dBdB//kmkm
–– PS PS 110 110 dBdB//kmkm
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-14
T3: Fibra T3: Fibra óópticaptica
Fibra Fibra óóptica: parptica: paráámetros a estudiarmetros a estudiar
•• EstEstááticosticos–– GeomGeoméétricostricos
•• DiDiáámetro del nmetro del núúcleocleo•• DiDiáámetro de la cubiertametro de la cubierta•• Excentricidad, Excentricidad, elipticidadelipticidad, , …………
–– ÓÓpticospticos•• Perfil de Perfil de ííndice de refraccindice de refraccióónn•• Apertura numApertura numééricarica
•• DinDináámicosmicos–– AtenuaciAtenuacióónn
•• IntrIntríínsecanseca•• ExtrExtríínseansea
–– DispersiDispersióónn•• IntermodalIntermodal•• IntramodalIntramodal:: material / gumaterial / guííaa--onda / perfilonda / perfil
–– Efectos no linealesEfectos no lineales
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-15
T3: Fibra T3: Fibra óópticaptica
•• d >> d >> λ λ :: óóptica geomptica geoméétrica y ondulatoriatrica y ondulatoria–– Fibra Fibra óóptica ptica ““multimodomultimodo””
•• d > d > λ λ : : óóptica electromagnptica electromagnééticatica–– Fibra Fibra óóptica ptica ““monomodomonomodo””–– Dispositivos de Dispositivos de óóptica integradaptica integrada
•• d < d < λ λ : : óóptica cuptica cuáánticantica–– Fuentes de pozo cuFuentes de pozo cuáánticontico
50 μm
4,5 μm
100 Å
Fibra Fibra óóptica: anptica: anáálisislisis
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-16
T3: T3: ÍÍndicendice
ÍÍndicendiceObjetivosObjetivosÍÍndicendice
1.1. La La fibrafibra óópticaptica•• HistoriaHistoria•• MaterialesMateriales
2.2. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica geomptica geoméétricatrica•• Captura y emisiCaptura y emisióón de luz (apertura numn de luz (apertura numéérica)rica)
3.3. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica ptica E.ME.M..•• Comportamiento modalComportamiento modal
4.4. AtenuaciAtenuacióónn
5.5. DispersiDispersióónn
6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales
7.7. Fibras Fibras especialesespeciales
8.8. PropagaciPropagacióón n atmosfatmosfééricarica
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-17
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
•• Enfoque vEnfoque váálido si lido si aa >> >> λλ fibras fibras ““multimodomultimodo””–– SSíílicelice 2a = 50 2a = 50 -- 200 200 μμmm λλ = 800 = 800 -- 1600 1600 nmnm–– PMMA PMMA 2a = 0.125 2a = 0.125 -- 3 3 mmmm λλ = 400 = 400 -- 1300 1300 nmnm
•• Permite modelar:Permite modelar:–– Captura y emisiCaptura y emisióón espacial de la luz n espacial de la luz Apertura Apertura
numnuméérica, prica, péérdidas en conexionesrdidas en conexiones–– PropagaciPropagacióón en la F.O.n en la F.O. PPéérdidas por curvaturas, rdidas por curvaturas,
ensanchamiento de los pulsosensanchamiento de los pulsos
•• MMéétodo: todo: trazado de rayostrazado de rayos ((rayray tracingtracing))
PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante O.GO.G..
( ) ( )d drn r n rds ds
⎧ ⎫=∇⎨ ⎬⎩ ⎭
rr r
)()( rrcn rr εμ ⋅=
[M-PEREDA04]
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-18
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
•• Perfil de Perfil de salto de salto de ííndice ndice stepstep indexindex
r
n(r)
RAYO RADIADO
RAYOS GUIADOS
RAYO REFRACTADO
θ
PropagaciPropagacióón de los rayosn de los rayos
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-19
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
r
n(r)
RAYOS GUIADOS
•• Perfil de Perfil de ííndice gradual ndice gradual gradedgraded indexindex
PropagaciPropagacióón de los rayosn de los rayos
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-20
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
•• MeridionalesMeridionales: rayos guiados / refractados: rayos guiados / refractados
Tipos de rayos guiadosTipos de rayos guiados
Recubrimiento de protección de
plástico
2a
2b
Cubierta
Núcleo
φφθ
θo
Recubrimiento de protección de
plástico
2a
2b
Cubierta
Núcleo
φφθ
θo
•• Rayos AxialesRayos Axiales
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-21
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
•• Oblicuos / Sesgados Oblicuos / Sesgados skewskew
Tipos de rayos guiadosTipos de rayos guiados
Salto de índice
Gradiente de índice
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-22
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
Perfiles de Perfiles de ííndice bndice báásicossicos
α = ∞n(r)
n1
n2
+a-a
Salto de índice
r
α = ∞n(r)
n1
n2
+a-a
Salto de índice
r
n(r)
n1
n2
+a-a
α = 1
Triangular
r
n(r)
n1
n2
+a-a
α = 1
Triangular
r
α = 2n(r)
n1
n2
+a-a
Parabólico
r
α = 2n(r)
n1
n2
+a-a
Parabólico
r
Gradiente de índice
α
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛Δ−=
arnrn 21)( 1
1
2121
22
21
2 nnn
nnn −
≈−
=Δ
Diferencia relativa de Diferencia relativa de ííndicesndices
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-23
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
Otros perfiles de Otros perfiles de ííndicendicen(r)n1
n2
+a-a
En escalón
r
Perfil W
n(r)
n1
n2
+a-ar
n3
n(r)
n1
n2
+a-a
α = 1
Triangular con anillo
r
•• ¿¿Para quPara quéé??: mejorar la dispersi: mejorar la dispersióónn
–– Optimizar la transmisiOptimizar la transmisióón a 1300 n a 1300 nmnm–– DispersiDispersióón desplazadan desplazada–– DispersiDispersióón aplanadan aplanada–– Gran Gran áárea de nrea de núúcleo efectivacleo efectiva
[KEISER00]
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-24
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
dasadasd
•• Perfil de Perfil de salto de salto de ííndicendicer
n(r)
CONO DE ACEPTANCIA
RAYO RADIADO
RAYOS GUIADOS
RAYO REFRACTADO
θ
r
n(r)
CONO DE ACEPTANCIA
RAYO RADIADO
RAYOS GUIADOS
RAYO REFRACTADO
θ
CONO DE ACEPTANCIA
RAYO RADIADO
RAYOS GUIADOS
RAYO REFRACTADO
θθMAX
Apertura numApertura numéérica: SIrica: SI
¿Á¿Ángulo de ngulo de aceptanciaaceptancia vsvs Angulo Angulo crcríítico?tico?
( ) 2 20 1 2 1. . 2MAXA N n sen n n nθ≡ ⋅ = − ≈ ⋅ Δ
MAXθθ ≤
MAXθθ >rayos guiadosrayos guiadosrayos refractadosrayos refractados
SSíílicelice 0,20,2--0,30,3PlPláásticostico 0,30,3--0,60,6
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-25
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
•• Perfil de Perfil de ííndice gradualndice gradual
•• Se especifica Se especifica AN(rAN(r=0)=0) en el en el centrocentro de la FOde la FO
( ) 2 20 1 2 1( ) ( ) ( ) 2MAXAN r n sen n r n n rθ≡ ⋅ = − ≈ ⋅ Δ
r
n(r)
RAYOS GUIADOS
r
n(r)
RAYOS GUIADOSRAYOS GUIADOS
θMAX
Apertura numApertura numéérica: IGrica: IG
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-26
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
•• Extremo final de la fibra se define un Extremo final de la fibra se define un cono de cono de iluminaciiluminacióón n ¡¡¡¡ reciprocidad !!reciprocidad !!
–– Modelo de OG: modelo Modelo de OG: modelo uniformeuniforme
–– En la En la prpráácticactica::•• AbsorciAbsorcióón diferencialn diferencial•• Validez de la Validez de la O.GO.G..•• Rayos oblicuosRayos oblicuos
AN y emisiAN y emisióón de luzn de luz
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-27
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
PPéérdidas en conexionesrdidas en conexiones
RAYOS PERDIDOS
RAYOS ACOPLADOS
θθMAXMAX
d2a
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-28
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
PPéérdidas en conexionesrdidas en conexiones
dede
etet
dαdα
0 0.1 0.2 0.3 0.4
1
2
3 AR (dB)LongitudinalLongitudinal
Lateral/AxialLateral/Axial
AngularAngular
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-29
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
Ensanchamiento de los pulsosEnsanchamiento de los pulsos
•• OrigenOrigen: tiempo de propagaci: tiempo de propagacióón diferente para cada n diferente para cada áángulongulo
•• Tiempo de propagaciTiempo de propagacióón de cada rayon de cada rayo
1 ( )t n s dsc
= ∫
DispersiDispersióón INTERMODALn INTERMODAL
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-30
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
Ensanchamiento en fibras MMEnsanchamiento en fibras MM--SISI
11<Δ⋅⇒<Δ⇒<Δ TB
BTTT BIT
1ncLTMIN =
MMáás cortos corto
( )1
sinnc
LT criticoMAX
φ=
MMáás largos largo
[AGRAWAL02]
¿¿ ΔΔTT vsvs Ancho de BandaAncho de Banda??
( )Δ
<⋅c
nnLB SI 2
1
2
( )2
2
2
21
2
211
2nAN
cL
nn
cL
nnn
cLnTTT MINMAXSI ≈Δ≈⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −=−=Δ
CuantificaciCuantificacióón:n:MHzMHz ⋅⋅ kmkm
ANCHO de BANDA ANCHO de BANDA MODAL MODAL EMBEMB
((O.GO.G.).)
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-31
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
Ensanchamiento en fibras de MMEnsanchamiento en fibras de MM--IGIG
¡¡El ensanchamiento depende El ensanchamiento depende del perfil de del perfil de ííndice!ndice!
1ncLTMIN =
MMáás cortos corto MMáás largos largo
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
+−
−= MAXMAX
MINMAX
PTT θαθ
2sin2
21cos
λλ
dd
NnP Δ
Δ=
1
1
( )αfT =Δ10.5 1.5
P2O5
GeO2
λ(μm)-0.1
0.1
0
0.2
P
10.5 1.5
P2O5
GeO2
λ(μm)-0.1
0.1
0
0.2
P
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-32
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
Ensanchamiento en fibras de I.G.Ensanchamiento en fibras de I.G.
•• Perfil Perfil óóptimo:ptimo:( )
31
421
488 nAN
cL
cLnTIG ≈≈ ΔΔ( ) 212 ≈Δ−=α
( ) 21
8Δ
<⋅n
cLB IG
ParabParabóólicolico[AGRAWAL02]
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-33
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
Trazado de rayosTrazado de rayos
•• MMéétodotodo::1.1. Resolver la Resolver la ““eikonaleikonal””2.2. Aplicar Aplicar SnellSnell/Descartes en las interfases/Descartes en las interfases
•• ProblemasProblemas::•• SoluciSolucióón analn analííticatica•• No proporciona informaciNo proporciona informacióón sobre:n sobre:
•• Transporte de energTransporte de energíía: pa: péérdidasrdidas•• Longitud de ondaLongitud de onda•• FenFenóómenos de interferencia, difraccimenos de interferencia, difraccióón, polarizacin, polarizacióón,...n,...
( ) ( )d drn r n rds ds
⎧ ⎫=∇⎨ ⎬⎩ ⎭
rr r
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-34
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
Trazado de rayos Trazado de rayos ““extendidoextendido””
•• SoluciSolucióón: n: ““etiquetaretiquetar”” los rayos con nuevas los rayos con nuevas propiedadespropiedades
•• Ejemplos:Ejemplos:
–– Transporte de Transporte de energenergííaa::•• Propiedad de cada rayo Propiedad de cada rayo óó•• NNúúmero de rayosmero de rayos
–– FenFenóómenos de menos de interferenciainterferencia: c: cáálculo de la faselculo de la fase–– DifracciDifraccióónn: generaci: generacióón de nuevos rayos difractadosn de nuevos rayos difractados
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-35
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA GEOMPTICA GEOMÉÉTRICATRICA
Trazado de rayos Trazado de rayos ““extendidoextendido””
httphttp://://www.optenso.dewww.optenso.de/links//links/links.htmllinks.html
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-36
T3: T3: ÍÍndicendice
ÍÍndicendiceObjetivosObjetivosÍÍndicendice
1.1. La La fibrafibra óópticaptica•• HistoriaHistoria•• MaterialesMateriales
2.2. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica geomptica geoméétricatrica•• Captura y emisiCaptura y emisióón de luz (apertura numn de luz (apertura numéérica)rica)
3.3. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica ptica E.ME.M..•• Comportamiento modalComportamiento modal
4.4. AtenuaciAtenuacióónn
5.5. DispersiDispersióónn
6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales
7.7. Fibras Fibras especialesespeciales
8.8. PropagaciPropagacióón n atmosfatmosfééricarica
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-37
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
PropagaciPropagacióón de la luzn de la luz
•• Ecuaciones de MaxwellEcuaciones de Maxwell
•• En En óóptica:ptica:
⎪⎪⎪⎪
⎭
⎪⎪⎪⎪
⎬
⎫
=⋅∇
=⋅∇
=∂∂
−×∇
=∂∂
+×∇
0
0
B
D
JtDH
tBE
r
r
rr
r
rr
ρ
2
2
3
2
[ / ] :
[ / ] :
[ / ] :
[ / ] :[ / ] : .
[ / ] :
E V m Vector campo eléctrico
H A m Vector campo magnético
D C m Vector desplazamiento eléctrico
B Web m Vector inducción magnéticaC m Densidad vol carga
J A m Densidad de corriente
ρ
r
r
r
r
r
0== Jr
ρ
[SALEH91]
ztrHytrHxtrHtrH
ztrEytrExtrEtrE
zyx
zyx
ˆ),(ˆ),(ˆ),(),(
ˆ),(ˆ),(ˆ),(),(
⋅+⋅+⋅=
⋅+⋅+⋅=rrrrr
rrrrr
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-38
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
Relaciones del materialRelaciones del material
•• En general:En general:
•• Si el medio es Si el medio es lineallineal, , isisóótropotropo, , homoghomogééneoneo y y nono--magnmagnééticotico::
•• ¿¿RelaciRelacióón con el n con el ííndice de refraccindice de refraccióón?n?
•• Si Si ε,με,μ varvaríían an con la frecuenciacon la frecuencia hay hay dispersidispersióónn•• Si Si ε,με,μ son complejosson complejos hay hay absorciabsorcióónn
0 0 0
1n μ ε ε χμ ε ε
⋅= ≈ = +
⋅
70
90
00
1041036
1 −− ⋅=⋅=
+⋅=+⋅=
πμπ
ε
με MHBPEDrrrrrr
( ) adieléctriclidadSusceptibiHBED
:10 χχεεμε
+=⋅=⋅=rrrr
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-39
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
MetodologMetodologíía para la propagacia para la propagacióón de la luzn de la luz
1.1. Plantear las ecuaciones de Maxwell para el medioPlantear las ecuaciones de Maxwell para el medio
2.2. Derivar la Derivar la ““ecuaciecuacióón de ondan de onda””
3.3. Hacer cumplir las Hacer cumplir las ““condiciones de contornocondiciones de contorno”” en las interfases del en las interfases del medio:medio:
•• Componentes Componentes tangenciales de E y Htangenciales de E y H iguales en medio 1 y 2 iguales en medio 1 y 2 •• Componentes Componentes normales de D y Bnormales de D y B iguales en medio 1 y 2iguales en medio 1 y 2
4.4. Resolver el sistema resultante Resolver el sistema resultante ¡¡¡¡ DIFERENTES SOLUCIONES!!DIFERENTES SOLUCIONES!!
HóEdecomponentecadautu
cu
rr:01
2
2
22 ⇒=
∂∂
−∇
Concepto de LinealidadConcepto de Linealidad
OBJETIVOOBJETIVO encontrar la encontrar la distribucidistribucióón/forman/forma de E y Hde E y H
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-40
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
PropagaciPropagacióón en espacio libren en espacio libre
•• En el En el espacio libreespacio libre::
–– NO hay interfases NO hay interfases NO hay condiciones de contornoNO hay condiciones de contorno–– ¿¿CuCuáál es la solucil es la solucióón?n? cualquier funcicualquier funcióón del campo que n del campo que
cumpla la ecuacicumpla la ecuacióón de ondan de onda
–– Soluciones Soluciones dependen del tipo de fuentedependen del tipo de fuente
Frente de ondasFrente de ondas
onda planaonda planaonda onda esfesfééricarica
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-41
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
ParParáámetros de propagacimetros de propagacióón en espacio libren en espacio libre
•• Frente de ondasFrente de ondas: superficie que une los puntos de : superficie que une los puntos de igual faseigual fase
•• Vector de ondaVector de onda
•• DirecciDireccióón: direccin: direccióón de propagacin de propagacióón de la luzn de la luz•• Amplitud: relacionado con la longitud de ondaAmplitud: relacionado con la longitud de onda
•• En un medio material (En un medio material (≠≠ vacvacíío) o) constante de constante de propagacipropagacióón:n:
•• Velocidad de faseVelocidad de fase: es la : es la ““velocidad de la luz en el velocidad de la luz en el mediomedio””
cckkk ωνπ
λπ
=⋅⋅
=⋅
==22, 000
rr
nc
n
c
knfase =⋅⋅
⋅⋅=
⋅⋅⋅
=≡
λπλ
πνπβωϑ 2
22
0
0, kn ⋅== βββrr
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-42
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
•• SoluciSolucióón interesante porque:n interesante porque:–– Se da en la prSe da en la práácticactica–– Onda plana = Onda esfOnda plana = Onda esféérica + mucha distancia a la fuenterica + mucha distancia a la fuente
–– MonocromMonocromááticatica una una úúnica frecuencianica frecuencia ((νν óó λ=λ=cc/ / νν) ) principio de superposiciprincipio de superposicióón para cualquier onda n para cualquier onda nono--monocrommonocromááticatica
•• Los vectores de campo, como siempre, deben satisfacer Los vectores de campo, como siempre, deben satisfacer ecec. de onda . de onda SoluciSolucióón: campos armn: campos armóónicos /sinusoidalesnicos /sinusoidales
Onda plana monocromOnda plana monocromááticatica
⇒
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
=∂∂
⋅⋅−∇
=∂∂
⋅⋅−∇SOLUCIONES
tHH
tEE
0
0
22
22
22
22
rr
rr
εμ
εμ ( )( )rktj
H
rktjE
eHutrHeEutrE
ˆ0
ˆ0
ˆ),(ˆ),(
⋅−⋅⋅
⋅−⋅⋅
⋅⋅=⋅⋅=
r
r
rr
rr
ω
ω
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-43
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
•• DirecciDireccióón de los vectoresn de los vectores
–– Son Son ortogonales entre sortogonales entre síí
•• DirecciDireccióón de la energn de la energííaa
–– Se propaga segSe propaga segúún n kk
ˆ ˆ0 , 0 0 , 0E HE H u k u k∇ ⋅ = ∇ ⋅ = ⇒ ⋅ = ⋅ =r rr r
*
2kS E Eω μ
= ⋅⋅ ⋅
rr r r 2
0 2/2E
S W mη
⎡ ⎤= ⎣ ⎦⋅
r
Onda plana monocromOnda plana monocromááticatica
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-44
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
Ondas NO monocromOndas NO monocromááticasticas
•• Principio de superposiciPrincipio de superposicióónn
•• ¿¿A quA quéé velocidad viaja la onda?velocidad viaja la onda?
–– Medio Medio nono--dispersivodispersivo el el ííndice ndice nn nono depende de depende de λλ MMúúltiples ltiples λλ’’ss todas a la misma velocidad: la todas a la misma velocidad: la velocidad de fasevelocidad de fase
–– Medio Medio dispersivodispersivo nn dependedepende de de λλ MMúúltiples ltiples λλ’’ss
¡¡¡¡mmúúltiples velocidades de fase para el mismo ltiples velocidades de fase para el mismo haz de luz!!haz de luz!!
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-45
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
PropagaciPropagacióón en espacio libren en espacio libre
•• Velocidad de Velocidad de fasefase de una onda de una onda monocrommonocromááticatica
•• Velocidad de Velocidad de grupogrupo de una onda de una onda nono--monocrommonocromááticatica
1 2P
cn k n
π νϑ βω
⋅ ⋅≡ = =
⋅
gg N
c
ddnn
cnkn
c
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ⋅−
=⎪⎭
⎪⎬
⎫
⎪⎩
⎪⎨
⎧
=⋅=
===
∂∂
⋅∂∂
=
∂∂
≡
λλ
λλπλβ
λπνπω
βλ
λω
ωβϑ )(2)(
221
0
λλ
ddnnNg ⋅−=
ÍÍndice dendice deGrupoGrupo
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-46
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
Velocidad de grupoVelocidad de grupo
•• ¿¿QuQuéé sentido fsentido fíísicosico tiene?tiene?–– Hay mHay múúltiples ondas juntas (una por cada ltiples ondas juntas (una por cada λλ)): se interfieren de : se interfieren de
forma constructiva o destructivaforma constructiva o destructiva–– Cada onda viaja a su velocidad de fase correspondienteCada onda viaja a su velocidad de fase correspondiente–– Al sumarse todas, la amplitud resultante puede ser mayor o Al sumarse todas, la amplitud resultante puede ser mayor o
menor, formando una menor, formando una ENVOLVENTEENVOLVENTE, que cambia en el , que cambia en el tiempo y en el espacio, tiempo y en el espacio, desplazdesplazáándose a la velocidad de ndose a la velocidad de grupogrupo
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-47
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
PropagaciPropagacióón guiadan guiada
•• El campo E.M. queda confinado en zona nEl campo E.M. queda confinado en zona n11
–– SSÍÍ hay hay interfasesinterfases SSÍÍ hay condiciones de contornohay condiciones de contorno¿¿ddóónde estnde estáán?n? Interfaz nInterfaz núúcleocleo--cubierta para SIcubierta para SI
–– ConfinamientoConfinamiento La direcciLa direccióón de n de propagacipropagacióón de la n de la energenergííaa queda fijada segqueda fijada segúún el eje de simetrn el eje de simetríía de la fibra a de la fibra (eje z)(eje z)
–– ““RebotesRebotes”” kk puede adoptar cualquier direccipuede adoptar cualquier direccióónn
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-48
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
PropagaciPropagacióón guiadan guiada
•• Cte. de propagaciCte. de propagacióónn ββ componente longitudinal componente longitudinal del vector de onda del vector de onda kk
•• ÍÍndice efectivondice efectivo0
cosk
nNeffβθ =⋅=
¡¡¡¡Rayo Rayo vsvs Onda Onda vsvs Modo!!Modo!!
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-49
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
SoluciSolucióón de ecuaciones de Maxwelln de ecuaciones de Maxwell
1.1. Plantear las ecuaciones de Maxwell para la fibraPlantear las ecuaciones de Maxwell para la fibraCoordenadas Coordenadas CILINDRICASCILINDRICAS ((r,r,φφ,z,z))
2.2. Derivar la Derivar la ““ecuaciecuacióón de ondan de onda”” para la componente para la componente EEzz
OBJETIVOOBJETIVO encontrar la encontrar la distribucidistribucióón/forman/forma de E y Hde E y H
HIPHIPÓÓTESISTESIS Fibra de Fibra de salto de salto de ííndicendice con cubierta infinitacon cubierta infinitaNNúúcleocleo: : nn11, radio , radio aa CubiertaCubierta: : nn22
[KEISER00]
( )
( ) 011
011
222
2
22
2
222
2
22
2
=−+∂
∂⋅+
∂∂
⋅+∂
∂
=−+∂∂
⋅+∂∂
⋅+∂∂
zzzz
zzzz
HkHrr
Hrr
H
EkErr
Err
E
βφ
βφ
IncIncóógnitasgnitasβ,, zz HE
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-50
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
SoluciSolucióón de ecuaciones de Maxwelln de ecuaciones de Maxwell
Resto de componentes E y H Resto de componentes E y H se pueden poner en funcise pueden poner en funcióón (n (EEzz y y HHzz))
3.3. Se busca la Se busca la ““forma tentativaforma tentativa”” que puede tener la solucique puede tener la solucióónn
La ecuaciLa ecuacióón de onda ya sn de onda ya sóólo depende de lo depende de FF11(r)(r)
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
−∂
∂−
−=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
+∂
∂−
−=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂
∂−
∂∂
−−
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂
∂+
∂∂
−−
=
rE
rH
rkjH
rE
rrH
kjH
rH
rE
rkjE
rH
rrE
kjE
zzzzr
zzzzr
μωββ
μωββ
μωββ
μωββ
φ
φ
2222
2222
K,2,1,0)()()(
)()()()(),,,()()()()(),,,(
2
)(43
43210
43210
===⋅
⇒⎭⎬⎫
⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=
±
−
υφφφφφ
υφ
βω
j
ztj
z
z
eFetFzF
tFzFFrFHtzrHtFzFFrFEtzrE
0)()(1)(1)(12
222
21
2
21
21
2
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−+
∂∂
⋅+∂
∂⋅+
∂∂ rF
rkrF
rrrF
rrrF υβ
φ
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-51
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
SoluciSolucióón de ecuaciones de Maxwelln de ecuaciones de Maxwell
4.4. Se resuelve la ecuaciSe resuelve la ecuacióón en dos zonas de la fibra:n en dos zonas de la fibra:
NNÚÚCLEOCLEO ((r<ar<a) ) la solucila solucióón de modos guiados debe ser n de modos guiados debe ser finita con rfinita con r 00
CUBIERTACUBIERTA ((r>ar>a) ) las soluciones deben las soluciones deben desaparecer con desaparecer con rr ∞∞
( )
determinarporconstantesBAuordenyclase1ªdeBesselfunciónurJ
knku
eeurJBarHeeurJAarE
ztjjz
ztjjz
:,:)(
)()()()(
2201
221
2
)(
)(
υβωυφυ
βωυφυ
ββ −=−=⇒
⎭⎬⎫
⋅⋅⋅=<⋅⋅⋅=<
−
−
( )
determinarporconstantesDCuordenyclase2ªdesmodificadaBesselfunciónurK
knkw
eewrKDarHeewrKCarE
ztjjz
ztjjz
:,:)(
)()()()(
202
222
22
)(
)(
υβωυφυ
βωυφυ
ββ −=−−=⇒
⎭⎬⎫
⋅⋅⋅=>⋅⋅⋅=>
−
−
IncIncóógnitas ahoragnitas ahora DCBA ,,,
FF11(r)(r) FF22((φφ)) FF33((zz) F) F44((tt))
FF11(r)(r) FF22((φφ)) FF33((zz) F) F44((tt))
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-52
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
Soluciones: funciones de Soluciones: funciones de BesselBessel
En el En el NNÚÚCLEOCLEO: funci: funcióón n ““JJ”” En la En la CUBIERTACUBIERTA: funci: funcióón n ““KK””
Eje radial r (ur) Eje radial r (wr)
Más amplitud en elcentro de la fibra
Menos amplitud
La amplitud decae rápidamente: “Onda evanescente”
SecciSeccióón RADIAL del campo EMn RADIAL del campo EM
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-53
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
SoluciSolucióón de ecuaciones de Maxwelln de ecuaciones de Maxwell
5.5. Hacer cumplir las Hacer cumplir las ““condiciones de contornocondiciones de contorno”” en las interfases del en las interfases del medio medio nnúúcleocleo ((nn11) ) –– cubiertacubierta ((nn22)) obtener A, B, C, Dobtener A, B, C, D
Componentes tangenciales de E y H iguales en medio 1 y 2Componentes tangenciales de E y H iguales en medio 1 y 2
6.6. Resolver el sistema resultante Resolver el sistema resultante ¡¡¡¡4 ecuaciones x 4 inc4 ecuaciones x 4 incóógnitas!!gnitas!!
)()()()()()()()(
+−+−
+−+−
→=→→=→→=→→=→
arHarHarEarEarHarHarEarE
zzzz
φφφφ
( ) ( ))(
)()(
)(11
22
222
21
waKwwaKuaJu
uaJ
wuakk
υ
υυ
υ
υυ
υυυυ
κ
ζβυκζκζ ′
=
′=
⇒⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=+⋅+
Problema de autovalores Problema de autovalores resolver para encontrar resolver para encontrar ββ
11
22
33
44
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-54
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
•• Puede haber Puede haber infinitas/diferentesinfinitas/diferentes soluciones soluciones MODOSMODOS•• Cada Cada modomodo tiene una tiene una ββ diferente (su propia constante diferente (su propia constante
de propagacide propagacióón) n) ≅≅ RAYORAYO (dependencia de (dependencia de ββ con con θθ))•• SSóólolo algunas soluciones/modos son algunas soluciones/modos son ffíísicamente sicamente
posiblesposibles propagacipropagacióón confinadan confinada
ββ = funci= funcióón (n (parparáámetros de la metros de la fibra:fibra:nn11,,nn22,,aa, , luz:luz:λλ))
Aspectos sobre las solucionesAspectos sobre las soluciones
nnúúcleocleocubiertacubierta
0102 knkn << β
SSóólo ciertos lo ciertos modos/rayosmodos/rayos son posiblesson posibles
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-55
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
•• Sigue habiendo Sigue habiendo infinitas/diferentes solucionesinfinitas/diferentes solucionesffíísicamente posibles sicamente posibles MODOSMODOS
•• Soluciones = funciSoluciones = funcióón de (n de (υυ ,, mm) ) ((υυ,m,m: : nnººss enteros)enteros)•• υυ : par: paráámetro relacionado con la variacimetro relacionado con la variacióón de la n de la coorcoor. . cilindricacilindrica φφ
•• mm : par: paráámetro relacionado con las rametro relacionado con las raííces (pasos por 0) de ces (pasos por 0) de JJυυ
•• TiposTipos::
–– TE: (TE: (HHrr , , HHzz , , EEφφ ) ) ≠≠ 0 , 0 , EEzz == 0 s0 sóólo ocurre para lo ocurre para υυ = 0 = 0 TETE0m0m
–– TM: (TM: (EErr , , EEzz , , HHφφ ) ) ≠≠ 0 , 0 , HHzz == 0 s0 sóólo ocurre para lo ocurre para υυ = 0 = 0 TMTM0m0m
–– Modos HIBRIDOS:Modos HIBRIDOS: EEzz > > HHzz EHEHυυmm
HHzz > > EEzz HEHEυυmm
Aspectos sobre las solucionesAspectos sobre las soluciones
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-56
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
Aspectos sobre las solucionesAspectos sobre las soluciones
DistribuciDistribucióón ESPACIAL de la energn ESPACIAL de la energíía del modoa del modoSecciSeccióón transversal de FOn transversal de FO
HE11
TM01
EH11
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-57
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
•• Representan indirectamente Representan indirectamente ββ=f(luz,fibra)=f(luz,fibra)•• Eje XEje X ParParáámetro metro VV: : frecuencia normalizadafrecuencia normalizada
•• Eje YEje Y CteCte. de propagaci. de propagacióón normalizada / n normalizada / ÍÍndice efectivondice efectivo
•• Eje YEje Y ÍÍndice efectivo normalizadondice efectivo normalizado
Δ⋅⋅⋅⋅
⋅=⋅⋅
⋅=−⋅⋅= 2221
22
210 naANannkaV
λπ
λπ
0
__
kNeff
ββ ==
2 22
2 21 2
effN nb
n n−
=−
Curvas/diagramas de dispersiCurvas/diagramas de dispersióónn
OBJETIVOOBJETIVO encontrar el nencontrar el núúmero de modos propagadosmero de modos propagados
HIPHIPÓÓTESISTESIS Fibra de Fibra de salto de salto de ííndicendiceNNúúcleocleo: n: n11, radio a, radio a CubiertaCubierta: n: n22
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-58
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
n1
Curvas/diagramas de dispersiCurvas/diagramas de dispersióónn
0
b
VVcc=2,405=2,405
VV11=3,5=3,5
n2
1
Neff
VV22=2,0=2,0
monomodomonomodo multimodomultimodo
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-59
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
Uso de las curvas de dispersiUso de las curvas de dispersióónn
1.1. Calcular el parCalcular el paráámetro metro VV DATOS: DATOS: fibra (fibra (nn11 , , nn22 ,,aa) y luz () y luz (λλ))2.2. Entrar en el Entrar en el eje Xeje X de la curva de disperside la curva de dispersióón con el n con el VV calculadocalculado3.3. De la curva, en el De la curva, en el eje Yeje Y se tiene el se tiene el bb de cada modo:de cada modo:
–– Si Si bb de ese modo estde ese modo estáá entre 0 y 1entre 0 y 1 (o su (o su ííndice efectivo entre nndice efectivo entre n22 y y nn11) ) se propagase propaga
–– Si Si bb <0<0 óó bb >1>1 el modo el modo no se estno se estáá propagandopropagando
4.4. Para calcular el Para calcular el nnúúmero de modos propagadosmero de modos propagados::
–– V pequeV pequeññosos: cortes con las curvas de los modos en la gr: cortes con las curvas de los modos en la grááficafica–– V grandesV grandes: aproximaci: aproximacióón asintn asintóótica:tica:
¿¿CCóómo se emplean las curvas de dispersimo se emplean las curvas de dispersióón?n?
2º
2
..VmodosN IS ≈
22º
2
..VmodosN GI ⋅
+≈
αα
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-60
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
•• SoluciSolucióón aproximada si n aproximada si ΔΔ<<1<<1 nn22 kk00 ≅≅ ββ ≅≅ nn11 kk00
•• Los patrones de los modos y las Los patrones de los modos y las ββ de de HEHEυυ+1,m+1,m ≅≅ EHEHυυ--1,m1,m
•• 4 componentes en vez de 6 4 componentes en vez de 6 Coord. cartesianasCoord. cartesianas•• Dos soluciones, ortogonales, linealmente polarizadas Dos soluciones, ortogonales, linealmente polarizadas
((modos LPmodos LP):):
–– SegSegúún n X X
–– SegSegúún n Y Y
[MARCUSE91]
AproximaciAproximacióón de guiado dn de guiado déébilbil
( )
( )⎩⎨⎧
>⋅⋅⋅<⋅⋅⋅
=−
−
areewrKBareeurJA
E ztjj
ztjj
x βωφυυ
βωφυυ
)()(
0=yE( )
( )⎩⎨⎧
>⋅⋅⋅<⋅⋅⋅
=−
−
areewrKBareeurJA
E ztjj
ztjj
y βωφυυ
βωφυυ
)()(
0=xE
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-61
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
Modos LP
Modos Exactos
Nº modos degenerados
LP01 HE11×2 2 LP11 HE21 ×2, TE01, TM01 4 LP21 HE31×2, EH11×2 4 LP02 HE12×2 2 LP31 HE41×2, EH21×2 4 LP12 HE22×2, TE02, TM02 4 LPυm (υ=1) HE2m×2, TE0m, TM0m 4 LPυm (υ≠0,1) HEυ+1,m ×2, EHυ-1,m×2 4
Modos LP bajo guiado dModos LP bajo guiado déébilbil
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-62
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
Curvas de dispersiCurvas de dispersióón, modos LPn, modos LP
LPLP0101+LP+LP1111
LPLP0101+LP+LP1111+LP+LP3131
LPLP3131+LP+LP2424+LP+LP4343
Modos degenerados del LPModos degenerados del LP0101
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-63
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
•• Dependencia espacial del modo LPDependencia espacial del modo LP0101 similar a una similar a una funcifuncióón n gaussianagaussiana::
•• 22ωω00: : didiáámetro del campo modalmetro del campo modal ((MFD, MFD, ModeMode FieldFieldDiameterDiameter) ) ÁÁrea efectiva rea efectiva AAeffeff
•• ¿¿Es interesante?Es interesante? Acoplo de luz y pAcoplo de luz y péérdidas en conexionesrdidas en conexiones
20
2
)( ωr
er−
∝Ψ
AproximaciAproximacióón n gausianagausiana
60 879.2619.165.04.22.1 23 −− ++≈⇒<< VV
aV ω
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-64
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
•• No hay soluciNo hay solucióón analn analííticatica•• Aproximaciones:Aproximaciones:
–– WKB para multimodo de I.G.WKB para multimodo de I.G.•• MMéétodos numtodos numééricosricos
–– Elementos finitos.Elementos finitos.
[YARIV91]
PropagaciPropagacióón en otras fibras n en otras fibras óópticaspticas
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-65
T3: PropagaciT3: Propagacióón mediante n mediante ÓÓPTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNÉÉTICATICA
•• MMéétodos matricialestodos matriciales
•• Vectores de Vectores de JonesJones
[TSAO92]
0
0
i XX i
i YiY
EET
EE⎡ ⎤⎡ ⎤
= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦
∏
PropagaciPropagacióón en otras n en otras F.OF.O..
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-66
T3: T3: ÍÍndicendice
ÍÍndicendiceObjetivosObjetivosÍÍndicendice
1.1. La La fibrafibra óópticaptica•• HistoriaHistoria•• MaterialesMateriales
2.2. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica geomptica geoméétricatrica•• Captura y emisiCaptura y emisióón de luz (apertura numn de luz (apertura numéérica)rica)
3.3. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica ptica E.ME.M..•• Comportamiento modalComportamiento modal
4.4. AtenuaciAtenuacióónn
5.5. DispersiDispersióónn
6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales
7.7. Fibras Fibras especialesespeciales
8.8. PropagaciPropagacióón n atmosfatmosfééricarica
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-67
T3: AtenuaciT3: Atenuacióónn
•• La energLa energíía decrece exponencialmente al propagarse:a decrece exponencialmente al propagarse:
•• FenFenóómenosmenos::
–– AbsorciAbsorcióón intrn intríínsecanseca–– AbsorciAbsorcióón extrn extríínsecanseca–– EsparcimientoEsparcimiento–– PPéérdidas puntualesrdidas puntuales
( ) (0) xP x P e α− ⋅= ⋅1[ ]mα −
[ / ]dB Kmα
AtenuaciAtenuacióónn
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-68
T3: AtenuaciT3: Atenuacióónn
•• Dos mecanismos:Dos mecanismos:–– InteracciInteraccióón con los electrones n con los electrones ultravioletaultravioleta–– InteracciInteraccióón con los enlaces atn con los enlaces atóómicos micos infrarrojoinfrarrojo
AbsorciAbsorcióón intrn intríínseca (en la snseca (en la síílice)lice)
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-69
T3: AtenuaciT3: Atenuacióónn
•• Impurezas metImpurezas metáálicas:licas:–– CrCr: 1,6 : 1,6 dBdB//KmKm a 625 a 625 nmnm (0,001ppm) (0,001ppm) –– Cu: 1,1 Cu: 1,1 dBdB//KmKm a 850 a 850 nmnm (0,001ppm)(0,001ppm)
•• Iones OHIones OH--
–– 1 1 dBdB//KmKm por por ppmppm a 950 a 950 nmnm–– 2 2 dBdB//KmKm por por ppmppm a 1240 a 1240 nmnm–– 4 4 dBdB//KmKm por por ppmppm a 1380 a 1380 nmnm
¡¡Se puede reducir Se puede reducir la atenuacila atenuacióón n purificando el material!purificando el material!
AbsorciAbsorcióón extrn extríínsecanseca
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-70
T3: AtenuaciT3: Atenuacióónn
•• RayleighRayleigh–– InhomogeneidadesInhomogeneidades << << λλ ¡¡inevitable!inevitable!–– La potencia se atenLa potencia se atenúúa exponencialmentea exponencialmente
–– Depende de Depende de λλ44
–– Es un fenEs un fenóómeno meno omnidireccionalomnidireccional
LRe ⋅α−
Fc28
4
3
R TKpn38 β
λπ=α
Esparcimiento linealEsparcimiento lineal
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-71
T3: AtenuaciT3: Atenuacióónn
•• MieMie–– InhomogeneidadesInhomogeneidades ≈≈ λλ ¡¡evitable!evitable!
•• BurbujasBurbujas•• Variaciones del diVariaciones del diáámetrometro•• Imperfecciones de los interfasesImperfecciones de los interfases
–– Es un esparcimiento hacia adelanteEs un esparcimiento hacia adelante
Esparcimiento linealEsparcimiento lineal
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-72
T3: AtenuaciT3: Atenuacióónn
AtenuaciAtenuacióón de la sn de la síílicelice
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-73
T3: AtenuaciT3: Atenuacióónn
•• HistHistóóricamentericamente–– 11ºº ventana (ventana (λλ ≈≈ 850nm)850nm) 3 3 dBdB//KmKm–– 22ªª ventana ventana ((λλ ≈≈ 1320nm) 0,4 1320nm) 0,4 dBdB//KmKm–– 33ªª ventana ventana ((λλ ≈≈ 1550nm) 0,2 1550nm) 0,2 dBdB//KmKm
•• Hoy:Hoy:¡¡no hay impurezas!no hay impurezas!
Ventanas de mVentanas de míínima atenuacinima atenuacióónn
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-74
T3: T3: ÍÍndicendice
ÍÍndicendiceObjetivosObjetivosÍÍndicendice
1.1. La La fibrafibra óópticaptica•• HistoriaHistoria•• MaterialesMateriales
2.2. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica geomptica geoméétricatrica•• Captura y emisiCaptura y emisióón de luz (apertura numn de luz (apertura numéérica)rica)
3.3. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica ptica E.ME.M..•• Comportamiento modalComportamiento modal
4.4. AtenuaciAtenuacióónn
5.5. DispersiDispersióónn
6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales
7.7. Fibras Fibras especialesespeciales
8.8. PropagaciPropagacióón n atmosfatmosfééricarica
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-75
T3: DispersiT3: Dispersióónn
DispersiDispersióónn
•• LimitaciLimitacióónn produce ensanchamiento de los produce ensanchamiento de los pulsos transmitidos por la fibra pulsos transmitidos por la fibra óópticaptica
•• Se ensanchan Se ensanchan ISI (ISI (InterInter--SymbolSymbol InterferenceInterference))•• Su amplitud mSu amplitud mááxima se reduce xima se reduce AtenuaciAtenuacióónn
tFIBRA ÓPTICA
Señal Transmitida
SeñalRecibida
ISI
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-76
T3: DispersiT3: Dispersióónn
Tipos de dispersiTipos de dispersióónn
DispersiDispersióónnMaterialMaterial
DispersiDispersióónnGuGuííaa--ondaonda
DispersiDispersióónnintermodalintermodal/modal/modal
DispersiDispersióónnCromCromááticatica
DispersiDispersióónnModo de PolarizaciModo de Polarizacióón, PMDn, PMD
DispersiDispersióón totaln total
⊕⊕ Fibra MMFibra MM ⊕⊕ Fibra SMFibra SM ⊕⊕ Fibra SMFibra SM
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-77
T3: DispersiT3: Dispersióónn
•• ¿¿CCóómo se mide el ensanchamiento?mo se mide el ensanchamiento?
–– Anchura total a altura mitad (Anchura total a altura mitad (FWHMFWHM) ) δδTT11/2/2
–– SemiSemi--anchura anchura gaussianagaussiana σσ
ParParáámetros de los pulsosmetros de los pulsos
355,22/1Tδσ =δδTT11/2/2
σσ
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-78
T3: DispersiT3: Dispersióónn
Diagrama de ojoDiagrama de ojo
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-79
T3: DispersiT3: Dispersióónn
•• ObjetivoObjetivo cuantificar todos los fencuantificar todos los fenóómenos menos dispersivos y dispersivos y ““sumarlossumarlos””
•• ¿¿CCóómo hacerlo?mo hacerlo?
1.1. Expresarlos en anchuras eficaces Expresarlos en anchuras eficaces σσ todo todo ““homoghomogééneoneo””2.2. Sumarlos Sumarlos ““cuadrcuadrááticamenteticamente””
3.3. Imputar su efecto a nivel de sistema Imputar su efecto a nivel de sistema ancho de banda ancho de banda ff3dB3dB
CuantificaciCuantificacióón de la dispersin de la dispersióónn
2222PMDcromáticaintermodalÓPTICAFIBRA σσσσ ++=
( )ÓPTICAFIBRAdB ff σ=3
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-80
T3: DispersiT3: Dispersióónn
•• CausaCausa tiempos de propagacitiempos de propagacióón de cada n de cada ““modo/rayomodo/rayo””
•• SSóólo en fibras multimodolo en fibras multimodo
•• Ensanchamiento eficaz, Ensanchamiento eficaz, σσintermodalintermodal ::
DispersiDispersióón n intermodalintermodal
( )2
2
,2/1 2nAN
cLTT SI
SIintermodal ≈Δ=δ
( )31
4.,2/1 8 n
ANcLTT IG
ParabólicoIGintermodal ≈Δ=δ
355,2,2/1 intermodal
intermodal
Tδσ =
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-81
T3: DispersiT3: Dispersióónn
•• CausaCausa fuentes fuentes NONO monocrommonocromááticas + ticas + + medio dispersivo+ medio dispersivo
DispersiDispersióón cromn cromááticatica
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-82
T3: DispersiT3: Dispersióónn
•• Retraso de grupo:Retraso de grupo:
•• DD parparáámetro de dispersimetro de dispersióónn, se define como, se define comoen en psps / (/ (kmkm··nmnm))
•• El ensanchamiento eficaz serEl ensanchamiento eficaz seríía entonces:a entonces:
DispersiDispersióón cromn cromááticatica
2
2
2
2dkd
cLDLcromática
βλπσσσ λλ ⋅⋅⋅=⋅⋅=
2
2
ωβ
λω
λτ
dd
dd
D g ⋅−=≡
dkd
cgg
βωβ
ϑτ ⋅=
∂∂
==11
)1(211 bnk −Δ−⋅=β
GPM DDDD ++=
GPMcromática DDDLDL ++⋅⋅=⋅⋅= λλ σσσ
DP despreciable
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-83
T3: DispersiT3: Dispersióónn
Componentes de la dispersiComponentes de la dispersióónn
•• DispersiDispersióón del n del MaterialMaterial, , DDMM El El ííndice de ndice de refraccirefraccióón n depende de depende de λλ
λλZMDZMD en sen síílice pura: 1276 lice pura: 1276 nmnmAl dopar Al dopar ““se muevese mueve”” entre 1,27entre 1,27--1,29 1,29 μμmm
2
21λ
λλ d
ndcd
dnc
D gM −==
( )⎩⎨⎧
>><<
⇒⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −≈⇒−∈
ZMDM
ZMDMZMDM siD
siDDm
λλλλ
λλμλ
00
112266.125.1
λλZMDZMD
SSíílice pura lice pura SiOSiO22
λλ
ddnnNngrupodeIndice gg −=≡⇒
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-84
T3: DispersiT3: Dispersióónn
•• DispersiDispersióón de la n de la GuGuííaa--ondaonda, , DDGG La relaciLa relacióón n bb--VVdepende de depende de λλ
Componentes de la dispersiComponentes de la dispersióónn
( ) ( )2
221
dVVbdV
cnnDG ⋅⋅
⋅−
−=λ
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-85
T3: DispersiT3: Dispersióónn
•• DispersiDispersióón total cromn total cromááticatica
DispersiDispersióón totaln total
λσσ GMcromática DDL +=
DG
DM
DTOTAL
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-86
T3: DispersiT3: Dispersióónn
•• En el punto de dispersiEn el punto de dispersióón mn míínima, nima, D = D = 0 0 ¿¿la la dispersidispersióón es nula?n es nula?
•• ¡¡la fuente no es monocromla fuente no es monocromáática!tica!•• SS parparáámetro de metro de dispersidispersióón diferencialn diferencial
medido en medido en psps / (/ (kmkm··nmnm22))
•• DD en la zona de dispersien la zona de dispersióón mn míínima (en torno a nima (en torno a λλ00))
DispersiDispersióón de 2n de 2ºº ordenorden
00
400 1
4 λλλλλ
==
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−⋅
⋅= SSSD
λddDS ≡
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-87
T3: DispersiT3: Dispersióónn
EvaluaciEvaluacióón de la dispersin de la dispersióón cromn cromááticatica
•• OrigenOrigen La La ctecte. de propagaci. de propagacióón n ββ depende de depende de λ/λ/ωωLa velocidad de grupo depende de La velocidad de grupo depende de λ/λ/ωω
•• SiSi ΔωΔω << << ωω00 ωω00 frecuencia angular central de fuentefrecuencia angular central de fuente
ΔλΔλ << << λλ00 λλ00 longitud de onda central de la fuentelongitud de onda central de la fuente
[AGRAWAL02]λπνπω
ωωβϑ c
g22,)(
1==
∂∂
≡
0
332210
062)(
ωωωω
ββωβωβωββωβ
ωω
−=Δ
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
⇒Δ⋅+Δ⋅+Δ⋅+≈=
m
m
m dd
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-88
T3: DispersiT3: Dispersióónn
EvaluaciEvaluacióón de la dispersin de la dispersióón cromn cromááticatica
•• ββ11 es la velocidad de grupoes la velocidad de grupo
•• ββ22 es la dispersies la dispersióón de primer ordenn de primer orden
•• ββ33 es la dispersies la dispersióón de segundo ordenn de segundo orden
gϑβ 1
1 =
22
21 βλπ
ϑλc
ddD
g
−=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛≡
233
2
22
2 421 βλπβ
λπ
ϑλ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛≡
ccddS
g
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-89
T3: DispersiT3: Dispersióónn
EvaluaciEvaluacióón de la dispersin de la dispersióón cromn cromááticatica
•• Fuentes de Fuentes de gran anchuragran anchura espectral espectral LEDLED y ly lááser ser FPFP
–– Lejos del punto de Lejos del punto de dispdisp. m. míínima (se desprecia nima (se desprecia ββ33))
–– En el punto de dispersiEn el punto de dispersióón mn míínima (nima (ββ22 = 0)= 0)
λωσ σσβσ
β
λ ⋅⋅=⋅⋅=≠
↑↑ DLLcromática 202
2230 2
12
12
λωβ
σ σσβσ λ ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅==
↑↑ SLLcromática
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-90
T3: DispersiT3: Dispersióónn
EvaluaciEvaluacióón de la dispersin de la dispersióón cromn cromááticatica
•• Fuentes de Fuentes de pequepequeñña anchuraa anchura espectral espectral llááser ser DFBDFB¡¡σσ depende de la anchura inicial de los pulsos!depende de la anchura inicial de los pulsos!
–– Lejos del punto de Lejos del punto de dispdisp. m. míínima (se desprecia nima (se desprecia ββ33))
–– En el punto de dispersiEn el punto de dispersióón mn míínima (nima (ββ22 = 0)= 0)
Lc
DLcromática ⋅⋅=⋅=≠
↓↓
πλβσ
β
λσ
2202
( )3
3 23
30 423
423
2
Lc
SLcromática ⋅⋅⋅=⋅⋅=
=
↓↓
πλβσ
β
σ λ
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-91
T3: DispersiT3: Dispersióónn
•• ¿¿Es interesante?Es interesante?
DispersiDispersióón del modo de polarizacin del modo de polarizacióón (PMD)n (PMD)
λ por fibra
TASA BINARIA
1 100010 100STM-16 (2.5 Gb/s)
STM-64 (10 Gb/s)
STM-256 (40 Gb/s)
AUMENTO CAPACIDAD
Cromática
PMD, CromáticaPMD
LONGITUD DEL ENLACE ¿HASTA DÓNDE SE PUEDE LLEGAR? (KILÓMETROS)
Coeficiente PMD de la fibra (ps/√L) Data rate (Gbit/s)
1.00 0.50 0.25 0.10 2.5 2 690 10 606 40 111 181 444 10 168 661 2 500 11 309 40 10 40 149 676 80 2 8 32 144 160 0 1 3 11
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-92
T3: DispersiT3: Dispersióónn
DispersiDispersióón del modo de polarizacin del modo de polarizacióón (PMD)n (PMD)LÍMITES DE PMD
SDH SONET Data rate (Gbit/s) Periodo Bit (ps) PMD tolerable (ps) - OC-1 0.052 19290 2000
STM-1 OC-3 0.156 6430 640 STM-4 OC-12 0.622 1610 160
- OC-24 1.244 803.8 80 STM-16 OC-48 2.488 401.9 40 STM-64 OC-192 9.953 100.5 10 STM-256 OC-768 39.318 25.12 2.5
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-93
T3: DispersiT3: Dispersióónn
Causas de la PMDCausas de la PMD
•• Fibra Fibra idealideal modos de polarizacimodos de polarizacióón ortogonales n ortogonales HEHE1111 indistinguiblesindistinguibles
•• Fibra Fibra realreal ppéérdida de simetrrdida de simetríía circulara circularModos HEModos HE11 11 con con ≠≠ velocidades de propagacivelocidades de propagacióónn
•• ““BirrefringenciaBirrefringencia”” diferencia entrediferencia entrelos los ííndices efectivos de los modos ndices efectivos de los modos degeneradosdegenerados
gygx vL
vL
−=Δτ
YeffXeffm NNB ,, −=
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-94
T3: DispersiT3: Dispersióónn
Origen de la birrefringenciaOrigen de la birrefringencia
•• IntrIntríínsecos nsecos FabricaciFabricacióónn
•• ExtrExtríínsecos nsecos InstalaciInstalacióónn
TensiTensióónnLateralLateral
CurvaturasCurvaturas GirosGiros
GeometrGeometrííaa TensionesTensiones
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-95
T3: DispersiT3: Dispersióónn
•• Tratamiento estadTratamiento estadíístico complejo debido a su stico complejo debido a su naturaleza aleatoria naturaleza aleatoria ΔτΔτ en fibras largas sigue una en fibras largas sigue una distribucidistribucióón n MaxwelianaMaxweliana
•• CuantificaciCuantificacióón n DDPMDPMD medido en medido en ps.ps.√√ kmkm
•• Valores tValores tíípicos picos por debajo de por debajo de 1ps para fibras 1ps para fibras modernasmodernas
CuantificaciCuantificacióón de la PMDn de la PMD
LDPMDPMD ≈σ
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ Δ−
Δ=Δ 2
2
3
2
2exp2)(
ατ
ατ
πτFDP
πατ 8
=Δ
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-96
T3: DispersiT3: Dispersióónn
•• Las fibras se pueden diseLas fibras se pueden diseññar con dispersiar con dispersióón n positivapositiva ((D>0D>0) o ) o negativanegativa ((D<0D<0) ) ““jugandojugando”” con con DDMM, , DDGG y en menor medida y en menor medida DDPP
•• NEGATIVA, D<0NEGATIVA, D<0 λλcortascortas mmáás s lentaslentas que que λλlargaslargas•• ““Lo normalLo normal”” ya que ya que ““nn”” tiene tendencia decreciente con tiene tendencia decreciente con λλ
•• POSITIVA, D>0POSITIVA, D>0 λλcortascortas mmáás s rráápidaspidas que que λλlargaslargas•• ““Lo raro/anLo raro/anóómalomalo””
¿¿DispersiDispersióón positiva y negativa?n positiva y negativa?
t
FIBRASeñal Transmitida Señal Recibida
t
FIBRASeñal Transmitida Señal Recibida
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-97
T3: DispersiT3: Dispersióónn
Fibras de dispersiFibras de dispersióón modificadan modificada
[KEISER00]
SSMF
DSF (ZDSF, NZDSF)
DFF
SSMF, Standard Single Mode FiberDSF, Dispersion Shifted FiberZDSF, Zero Dispersion Shifted FiberNZDSF, Non- Zero Dispersion Shifted FiberDFF, Dispersion-Flattened Fiber
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-98
T3: DispersiT3: Dispersióónn
ClasificaciClasificacióón de fibras ITUn de fibras ITU•• ITUITU--T G.652T G.652 Fibra Fibra monomodomonomodo estestáándarndar ((SSMF, Standard SSMF, Standard
SingleSingle--ModeMode FiberFiber) y ) y ITUITU--T G.652.CT G.652.C para la fibra con pico de agua para la fibra con pico de agua anulado (anulado (ZWPF, ZWPF, ZeroZero--WaterWater PeakPeak FiberFiber))
•• ITUITU--T G.653T G.653 Fibra con Fibra con dispersidispersióón desplazadan desplazada ((DSF, DSF, DispersionDispersionShiftedShifted FiberFiber), tambi), tambiéén identificadas como ZDSF (n identificadas como ZDSF (ZeroZero--DSFDSF))
•• ITUITU--T G.655T G.655 Fibra con Fibra con dispersidispersióón desplazada no nulan desplazada no nula positiva positiva o negativa (o negativa (NZDSF, NonNZDSF, Non--ZeroZero DispersionDispersion ShiftedShifted FiberFiber))
Dis
pers
iD
ispe
rsi óó
n (
n ( p
sps// k
mkm-- n
mnm))
Longitud de onda (Longitud de onda (nmnm))
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-99
T3: DispersiT3: Dispersióónn
Mejor fibra para cada aplicaciMejor fibra para cada aplicacióónn
●● La mejor para TDM a 1310 La mejor para TDM a 1310 nmnm●● Buena para TDM a 1550 Buena para TDM a 1550 nmnm●● Buena para DWDMBuena para DWDM●● La mejor para CWDM con mLa mejor para CWDM con máás de 8 s de 8 λλ
G.652.CG.652.CZPWFZPWF
●● La mejor para DWDMLa mejor para DWDM●● Buena para TDM a 1550 Buena para TDM a 1550 nmnm
G.655G.655NZDSFNZDSF
●● La mejor para TDM a 1550 La mejor para TDM a 1550 nmnm●● Mala para DWDM en banda C (1530Mala para DWDM en banda C (1530--1565 1565 nmnm))
G.653G.653DSFDSF
●● La mejor para TDM a 1310 La mejor para TDM a 1310 nmnm●● Buena para TDM a 1550 Buena para TDM a 1550 nmnm●● Buena para DWDMBuena para DWDM
G.652G.652SSMFSSMF
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-100
T3: ObjetivosT3: Objetivos
•• WDM WDM WavelengthWavelength DivisionDivision MultiplexingMultiplexing
•• CWDMCWDM CoarseCoarse WavelengthWavelength DivisionDivision MultiplexingMultiplexing–– Hasta Hasta 16 16 λλ’’ss en una misma fibraen una misma fibra–– ITUITU, , Rango de operaciRango de operacióónn: : 13101310--1610 1610 nmnm–– ITUITU, , SeparaciSeparacióónn entre canales: entre canales: 20 20 nmnm
•• DWDMDWDM Dense Dense WavelengthWavelength DivisionDivision MultiplexingMultiplexing–– Hasta Hasta 24 24 λλ’’ss en una misma fibraen una misma fibra–– ITUITU, , Rango de operaciRango de operacióónn: : 15001500--1600 1600 nmnm (Bandas S, C, L)(Bandas S, C, L)–– ITUITU, , SeparaciSeparacióónn entre canales: entre canales: 100100--200 200 GHzGHz ((0,4 0,4 nmnm aprox.)aprox.)
CWDM CWDM -- DWDMDWDM
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-101
T3: ObjetivosT3: Objetivos
CWDM CWDM -- DWDMDWDM
CWDMCWDM
DWDMDWDM
20 20 nmnm
0,4 0,4 nmnm aprox.aprox.
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-102
T3: DispersiT3: Dispersióónn
Fibras comercialesFibras comerciales
PirelliPirelliWidelightWidelight™™
PirelliPirelliFreelightFreelight™™
AlcatelAlcatel69016901™™
AlcatelAlcatel69006900™™
CorningCorningLSLS™™
LucentLucent/OFS/OFSTruewaveTruewave™™
OFSOFSAllwaveAllwave™™
ATT/ATT/LucentLucentSSMFSSMF™™
CorningCorningMetroCorMetroCor™™
CorningCorningLEAFLEAF™™
CorningCorningSMFSMF--28e28e™™
CorningCorningSMFSMF--2828™™
G.655 G.655 ––NZDSF NZDSF --
G.655 +G.655 +NZDSF +NZDSF +
G.652.CG.652.CZPWFZPWF
G.652G.652SSMFSSMF
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-103
T3: DispersiT3: Dispersióónn
ParParáámetros de fibras comercialesmetros de fibras comerciales
MFD ≅10-11 μm
MFD ≅8-9,5 μm
SSMF
NZDSF-NZDSF+
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-104
T3: DispersiT3: Dispersióónn
ParParáámetros de fibras comercialesmetros de fibras comerciales
1530 nm
1530 nm
1560 nm
1560 nm
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-105
T3: DispersiT3: Dispersióónn
Ancho de banda de la fibra Ancho de banda de la fibra óópticaptica
•• La fibra La fibra óóptica puede considerarse un ptica puede considerarse un sistema LTIsistema LTI
•• Para un espectro Para un espectro gaussianogaussiano::
)()()()(,)()()( thtPttPtdtPtthtP outininout =⇒=′′′−= ∫∞
∞−δ
21
)0()()(,)()( 3
2=⇒↓↓⇒↑↑= ∫
∞
∞− HfHfHfdtethfH dB
tfj π
⎥⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
−⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=
−
2
21
2 12
)(exp1)(2
1
ffj
ffffjfH
( ) ( )( ) [ ] 1212
32
1121
)/2(2222
−−
−−
+==
==
λω
λω
σλπσβπσπσβπ
LDSLfLDLf
[AGRAWAL02]
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-106
T3: DispersiT3: Dispersióónn
Ancho de banda de la fibra Ancho de banda de la fibra óópticaptica
•• Lejos del punto de dispersiLejos del punto de dispersióón mn míínima (nima (ff11<<f<<f22))
•• En el punto de dispersiEn el punto de dispersióón mn míínima (nima (DD = 0= 0))
λσLDff dB
188,02ln2 13 ≈=
223616,015
λσLSff dB ≈=
141,4
≤⇒=≤ σσ BT
BT
B
B
σ616,0
03 ==DdBf
σ188,0
3 =dBfσ41
≤B
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-107
T3: DispersiT3: Dispersióónn
GestiGestióón de la dispersin de la dispersióónn
•• ModulaciModulacióón externan externa–– Moduladores MachModuladores Mach--ZenderZender sobre sobre LiNbOLiNbO33 ((NiobatoNiobato de Litio)de Litio)–– Moduladores de electroModuladores de electro--absorciabsorcióónn–– Otros moduladoresOtros moduladores
•• AcumularAcumular y y eliminareliminar dispersidispersióónn
–– Nuevos enlacesNuevos enlaces Alternar fibras con signos de dispersiAlternar fibras con signos de dispersióón n diferentes (diferentes (NDSF + NDSF + y y NDSF NDSF --))
–– Enlaces ya instaladosEnlaces ya instalados Fibras compensadoras de la Fibras compensadoras de la dispersidispersióón (n (DCF, DCF, DispersionDispersion-- CompensatingCompensating FibersFibers))
–– Enlaces ya instaladosEnlaces ya instalados Redes de Redes de BraggBragg ((FBG, FBG, FiberFiber BraggBraggGratingsGratings))
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-108
T3: DispersiT3: Dispersióónn
Efectos de la modulaciEfectos de la modulacióón externan externa
Aguanta 4,2 veces más dispersión en la fibra
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-109
T3: DispersiT3: Dispersióónn
•• Los pulsos Los pulsos ““ya ensanchadosya ensanchados”” por la dispersipor la dispersióón n ““se se pueden pueden ¿¿encoger?encoger?”” ParParáámetro D de metro D de signo contrariosigno contrario
Principio de gestiPrincipio de gestióón de la dispersin de la dispersióónn
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-110
T3: DispersiT3: Dispersióónn
Alternancia de NZDSFAlternancia de NZDSF
•• Tramos de igual longitudTramos de igual longitud•• Baja dispersiBaja dispersióónn•• Signos alternos Signos alternos NZDSF+NZDSF+ y y NZDSFNZDSF--
L [Km]
σ CR
O
D>0
NDSF+
D<0
NDSF-
D>0
NDSF+
D>0
NDSF+
D<0
NDSF-
D<0
NDSF-
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-111
T3: DispersiT3: Dispersióónn
DCF, Fibra compensadora de dispersiDCF, Fibra compensadora de dispersióónn•• PrincipioPrincipio si el confinamiento el nsi el confinamiento el núúcleo es dcleo es déébil, se fuerza la bil, se fuerza la
propagacipropagacióón por cubierta (n por cubierta (““nn”” menor) menor) ““viaje mviaje máás rs ráápidopido””
•• EfectoEfecto dispersidispersióón aumenta (siendo negativa) logrando n aumenta (siendo negativa) logrando coeficientes de hasta coeficientes de hasta --100 100 psps//nmnm··kmkm
•• DesventajasDesventajas::
–– Para compensar fibra G.652 se necesitan grandes tramos de DCF Para compensar fibra G.652 se necesitan grandes tramos de DCF aproximadamente aproximadamente L/5L/5 20 20 kmkm DCFDCF por cada por cada 100 100 kmkm SMFSMF instaladosinstalados
–– Radio de nRadio de núúcleo cleo ““aa”” pequepequeñño o inyectar luz es difinyectar luz es difíícil, cil, ↑↑↑↑ ααacoploacoplo
–– DCF tiene atenuaciones altas DCF tiene atenuaciones altas 0.45 0.45 dBdB//kmkm necesita amplificacinecesita amplificacióón n óópticaptica
–– El El áárea efectiva rea efectiva AAeffeff de la DCF ronda los de la DCF ronda los 20 20 μμmm22 (3 (3 óó 4 veces menor que 4 veces menor que la fibra la fibra ““normalnormal””) ) aumento de no linealidadesaumento de no linealidades
–– Para que la Para que la DCF sea linealDCF sea lineal PPDCFDCF< < --4 4 dBmdBm/canal/canal (0,39 (0,39 mWmW))PPSMFSMF < 0 < 0 dBmdBm/canal/canal (1 (1 mWmW))
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-112
T3: DispersiT3: Dispersióónn
DCF, Fibra compensadora de dispersiDCF, Fibra compensadora de dispersióónn
SpoolSpool de DCFde DCF
SMF SMF SMF SMF
DCF DCF DCF DCF
OLA: OLA: OpticalOptical Light Light AmplifierAmplifier
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-113
T3: DispersiT3: Dispersióónn
Redes de Redes de BraggBragg
•• FBG FBG fibra fibra óóptica donde el ptica donde el ííndice de refraccindice de refraccióón del nn del núúcleo cleo varvaríía a lo largo del eje de la fibra a a lo largo del eje de la fibra Red de difracciRed de difraccióónn
•• Diferentes Diferentes λλ se reflejan en puntos diferentes de la FBG debido se reflejan en puntos diferentes de la FBG debido a la variacia la variacióón de nn de n
•• Cada Cada λλ sigue un camino diferentesigue un camino diferente λλlentaslentas alcanzan a las alcanzan a las λλrráápidaspidas
Valores tValores tíípicos para DWDMpicos para DWDM
1010--15 15 cmcm de FBGde FBG150 150 kmkm de fibra G.652de fibra G.652
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-114
T3: DispersiT3: Dispersióónn
DCM, Mapas compensadores de dispersiDCM, Mapas compensadores de dispersióónn
•• DCM DCM conjunto de reglas para conjunto de reglas para decidir/disedecidir/diseññar/seleccionarar/seleccionarel el emplazamientoemplazamiento y el y el tamatamaññoo de la DCF para optimizar el de la DCF para optimizar el comportamiento global del sistemacomportamiento global del sistema
•• CD es un proceso lineal CD es un proceso lineal si la fibra es si la fibra es LINEALLINEAL deberdeberíía a ser compensada al 100% para obtener el mejor ser compensada al 100% para obtener el mejor comportamientocomportamiento
•• Ante un comportamiento Ante un comportamiento NO LINEALNO LINEAL del canal del canal CD no CD no debe eliminarse totalmente y debe debe eliminarse totalmente y debe ““gestionarsegestionarse”” para dejar para dejar cierta cantidad de dispersicierta cantidad de dispersióón que contrarreste los efectos n que contrarreste los efectos no linealesno lineales
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-115
T3: DispersiT3: Dispersióónn
DCM, EjemploDCM, Ejemplo
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-116
T3: T3: ÍÍndicendice
ÍÍndicendiceObjetivosObjetivosÍÍndicendice
1.1. La La fibrafibra óópticaptica•• HistoriaHistoria•• MaterialesMateriales
2.2. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica geomptica geoméétricatrica•• Captura y emisiCaptura y emisióón de luz (apertura numn de luz (apertura numéérica)rica)
3.3. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica ptica E.ME.M..•• Comportamiento modalComportamiento modal
4.4. AtenuaciAtenuacióónn
5.5. DispersiDispersióónn
6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales
7.7. Fibras Fibras especialesespeciales
8.8. PropagaciPropagacióón n atmosfatmosfééricarica
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-117
T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales
Luz Luz interaccionainteracciona con luzcon luzLa luz La luz no interaccionano interacciona entre sentre síí. . Dos haces de diferentes Dos haces de diferentes λλ’’ss no no
se afectan mutuamentese afectan mutuamente
La La frecuenciafrecuencia--λλ de la luz de la luz cambiacambiacuando se propagacuando se propaga
La La frecuenciafrecuencia--λλ de la luz de la luz no no cambiacambia cuando se propagacuando se propaga
Propiedades Propiedades óópticas pticas ((““nn”” velocidadvelocidad, absorci, absorcióón) n)
dependientesdependientes de la de la intensidad de la luzintensidad de la luz
Propiedades Propiedades óópticaspticas((““nn””, absorci, absorcióón) n)
independientesindependientes de la de la intensidad de la luzintensidad de la luz
Medio NO LINEALMedio NO LINEALMedio LINEALMedio LINEAL
Efectos LinealesEfectos Lineales--No linealesNo lineales
InteracciInteraccióón: n: radiaciradiacióón transmitidan transmitida –– medio materialmedio material
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-118
T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales
•• Origen Origen interacciinteraccióón entre la luz y el medio material por el n entre la luz y el medio material por el que se propagaque se propaga
•• MecanismosMecanismos–– Interacciones luzInteracciones luz--vibraciones moleculares/acvibraciones moleculares/acúústicas de FOsticas de FO–– ““nn”” varvaríía con la intensidad de la sea con la intensidad de la seññal al ↑↑ ↑↑ PotenciaPotencia
•• ConsecuenciasConsecuencias LimitacionesLimitaciones en la comunicacien la comunicacióónn1.1. AtenuaciAtenuacióón:n: αα2.2. Cambios de Cambios de λλ generando incluso nuevas generando incluso nuevas λλ:: σσ, diafon, diafonííaa
•• ¿¿Son interesantes? Son interesantes? DependeDepende…………..–– Comunicaciones:Comunicaciones:
–– FenFenóómenos a evitarmenos a evitar–– AmplificaciAmplificacióónn
–– SensoresSensores
[AGRAWAL02]
Efectos NO LINEALES en fibra Efectos NO LINEALES en fibra óópticaptica
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-119
T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales
•• Longitud efectiva, Longitud efectiva, LLeffeff distancia de propagacidistancia de propagacióónn en la que en la que los efectos no lineales son apreciableslos efectos no lineales son apreciables
•• ÁÁrea efectiva , rea efectiva , AAeffeff áárea de la fibrarea de la fibra en la que los efectos no en la que los efectos no lineales son apreciables, cuya seccilineales son apreciables, cuya seccióón transversal es:n transversal es:
Longitud y Longitud y ÁÁrea efectivasrea efectivas
zePzP α−= 0)( α
α L
effeL
−−=
1∫ ==
L
ze dzzPLP00 )(
TTíípicos: 15picos: 15--25 25 kmkm para para αα de 0,15de 0,15--0,25 0,25 dBdB//kmkm
( )[ ]( )
2
4
22
2,
,⎟⎠⎞
⎜⎝⎛==
∫ ∫∫ ∫ MFD
ddrrrF
ddrrrFA
r
reff π
θθ
θθ
θ
θ
( )( ) polaresscoordenadar
mododelespacialóndistribucirF:,
:,θ
θ
TTíípicos: 50picos: 50--90 90 μμmm22
α1
≈⇒↑↑ effLL
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-120
T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales
AutomodulaciAutomodulacióónn de fasede faseSPM, SPM, SelfSelf--PhasePhase ModulationModulation
ModulaciModulacióón cruzada de fasen cruzada de faseXPM, XPM, CrossCross--PhasePhase ModulationModulation
Mezcla de cuatro ondasMezcla de cuatro ondasFWM, FWM, FourFour--wavewave MixingMixing
Esparcimiento Estimulado Esparcimiento Estimulado BrillouinBrillouinSRS, SRS, StimulatedStimulated BrillouinBrillouin ScatteringScattering
Esparcimiento Estimulado Esparcimiento Estimulado RamanRamanSBS, SBS, StimulatedStimulated RamanRaman ScatteringScattering
ClasificaciClasificacióón de efectos no linealesn de efectos no lineales
Vibraciones moleculares y Vibraciones moleculares y acacúústicassticas
VariaciVariacióón de n de ““nn”” con la con la intensidad luzintensidad luz
EfectosEfectos
NO LINEALESNO LINEALES
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-121
T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales
1.1. AtenuaciAtenuacióónn en onda transmitida, en onda transmitida, λλ002.2. Ganancia Ganancia óópticaptica3.3. Cambio de frecuencia Cambio de frecuencia ωω00,,λλ00 ωωss,,λλss
ocurre en las dos direcciones ocurre en las dos direcciones ±±zzssóólo ocurre hacia atrlo ocurre hacia atráás s --zz
espectro de ganancia espectro de ganancia grandegrande 2020--30 30 THzTHz
espectro de ganancia espectro de ganancia estrechoestrecho 100 100 MHzMHz
ωω desplazada desplazada 13 13 THzTHz ((StokesStokes))ωω desplazada desplazada 10 10 GHzGHz
fononesfonones opticosopticosfononesfonones acusticosacusticosSRSSRSSBSSBS
Procesos no lineales inelProcesos no lineales ineláásticossticos
fotfotóónnincidenteincidente == fotfotóónnscatteringscattering ++ fonfonóónnStokesStokes
ΔωΔω < 0 < 0 ωωss< < ωω00λλss > > λλ00
AntiAnti--StokesStokes
ΔωΔω > 0 > 0 ωωss> > ωω00λλss< < λλ00
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-122
T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales
•• OrigenOrigen ““electrostrictionelectrostriction”” tendencia de los materiales a tendencia de los materiales a comprimirse en presencia de E comprimirse en presencia de E (campo el(campo elééctrico)ctrico) alto alto
•• Se genera una Se genera una nueva ondanueva onda::
–– Se deben conservar: energSe deben conservar: energíía, momento a, momento –– ConservaciConservacióón del momento: n del momento:
•• MMááximo para ximo para θθ==π π hacia atrhacia atrááss•• MMíínimo para nimo para θθ=0=0 hacia adelantehacia adelante
•• Desplazamiento tDesplazamiento tíípicopico, , ΔωΔωssBrillouinBrillouin: 0,09nm (11GHz) a 1550nm: 0,09nm (11GHz) a 1550nm
•• Contribuye a la atenuaciContribuye a la atenuacióón de la fibra (aunque despreciable)n de la fibra (aunque despreciable)
Esparcimiento Esparcimiento espontespontááneoneo de de BrillouinBrillouin
Ω−= incidenteBrillouins 0ωω
0
2λνω ABrillouin
sn
=Δ
acústicaondaladevelocidadmododelíndicen
Brillouinlfrecuenciaentodesplazami
A
Brillouins
:::
ν
ωΔ
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-123
T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales
•• RRealimentaciealimentacióón positivan positiva gananciaganancia•• Ancho de banda de ganancia: 50Ancho de banda de ganancia: 50--100 100 MHzMHz•• Potencia umbral Potencia umbral
•• Corregir Corregir Fibras de gran Fibras de gran áárea efectivarea efectivaAumentar anchura lAumentar anchura lááser (mod. directa)ser (mod. directa)Mantener la potencia del canal por debajo de umbralMantener la potencia del canal por debajo de umbral
•• AplicaciAplicacióón an a SensoresSensores Dependencia con Dependencia con TTªª y y strainstrain
SBS, esparcimiento SBS, esparcimiento estimuladoestimulado de de BrillouinBrillouin
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛Δ
Δ+≈ Brillouin
s
fuente
effB
effSBSumbral Lg
bAP
ωω
121
Brillouinlfrecuenciaentodesplazami
fuentedelfrecuenciaanchuraBrillouingananciadeecoeficientg
Stokesincidenciarelativaónpolarizacib
efectivasLongitudyÁreaLA
Brillouins
fuente
B
effeff
:
::
),2,1(:
:,
ω
ω
Δ
Δ
−∈
TTíípica: 5pica: 5--10 10 mWmW
VariaciVariacióónn TTªª//strainstrainVariaciVariacióónn TTªª//strainstrain
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-124
T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales
•• OrigenOrigen interacciinteraccióón con las moln con las molééculas en vibraciculas en vibracióónn
•• Se genera una Se genera una nueva ondanueva onda::–– Se deben conservar: energSe deben conservar: energíía, momentoa, momento–– ConservaciConservacióón del momento: en todas las direcciones (n del momento: en todas las direcciones (isotrisotróópicopico))
•• Desplazamiento tDesplazamiento tíípicopico, , ΔωΔωssRamanRaman > 80nm (13THz) a 1550nm> 80nm (13THz) a 1550nm
–– Ondas Ondas StokesStokes y y antianti--StokesStokes
•• Contribuye a la atenuaciContribuye a la atenuacióón de la fibra (aunque despreciable)n de la fibra (aunque despreciable)
Esparcimiento Esparcimiento espontespontááneoneo de de RamanRaman
Ω±= incidenteRamans 0ωω
ωω00 ωωss
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-125
T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales
•• La seLa seññal al ωω00 y la onda generada y la onda generada ωωss se baten generando nuevas se baten generando nuevas frecuencias: frecuencias: ωω00 -- ωωss
RamanRaman
•• RRealimentaciealimentacióón positivan positiva gananciaganancia•• Ancho de banda de ganancia >35THzAncho de banda de ganancia >35THz•• Potencia umbral Potencia umbral
•• LimitacionesLimitaciones–– No es una limitaciNo es una limitacióón para 1 sn para 1 sóólo canal: lo canal: PPttíípicopico≅≅ 10 10 mWmW/canal/canal–– ProblemProblemáático en sistemas WDMtico en sistemas WDM
•• VentajasVentajas–– AmplificaciAmplificacióón n óópticaptica energenergíía pasa del bombeo a la a pasa del bombeo a la λλdeseadadeseada–– SRS tiene mSRS tiene máás ancho de banda s ancho de banda compensacicompensacióón pn péérdidasrdidas
•• Proceso muy dependiente de la temperatura Proceso muy dependiente de la temperatura sensoressensores
SRS, esparcimiento SRS, esparcimiento estimuladoestimulado RamanRaman
effR
effSRSumbral Lg
AP
α16≈
Ramangananciadeecoeficientgfibradeatenuación
efectivasLongitudyÁreaLA
R
effeff
::
:,
α
TTíípica: 500 pica: 500 mWmW
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-126
T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales
•• OrigenOrigen el el ííndice de refraccindice de refraccióón n ““nn”” de la sde la síílice aumenta lice aumenta con la intensidad con la intensidad óóptica (ptica (PP) y est) y estáá relacionado con el relacionado con el áárea rea efectiva (efectiva (AAee):):
•• EfectoEfecto ““modulacimodulacióón no lineal de la fasen no lineal de la fase””, la fase y la , la fase y la frecuencia de la sefrecuencia de la seññal cambian con al cambian con PP
•• Pulsos modulados Pulsos modulados chirpingchirping ensanchamiento ensanchamiento σσ
•• Potencia umbral grande, pero acumulativo con la distancia Potencia umbral grande, pero acumulativo con la distancia Apreciable en Apreciable en S.C.OS.C.O. transoce. transoceáánicosnicos
Efecto Efecto KerrKerr--ModulaciModulacióón no lineal de la fasen no lineal de la fase
effNL A
Pnnn ⋅+=′nA
nP
eff ′↑↑⇒↓↓
′↑↑⇒↑↑
PAPnk
APnnn
effNL
effNL γβββ +≡⋅+=′⇒⋅+=′ 0
( )eff
NLeffin
L
NL AnLPdz
λπγγββφ 2,
0==−′= ∫
( )t
PLt
t ineff
NL
∂∂
−=∂
∂−=Δ γφω
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-127
T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales
•• ¿¿DDóónde?nde? Sistemas con portadora Sistemas con portadora úúnicanica•• La propagaciLa propagacióón de una n de una seseññal de al de alta potenciaalta potencia produce produce
cambios instantcambios instantááneos de fase neos de fase ensanchamiento espectralensanchamiento espectraladicional + CD = distorsiadicional + CD = distorsióón de intensidadn de intensidad
•• Efecto no lineal dominante en sistemas Metro + Efecto no lineal dominante en sistemas Metro + SSMFSSMF
•• Ajustar la relaciAjustar la relacióón SPMn SPM--CDCD compensacicompensacióón de dispersin de dispersióónn
SPM, SPM, AutomodulaciAutomodulacióónn de fasede fase
( )largasbajasin
tPPulsodeSubida λωω ⇒<Δ⇒>∂
∂⇒ 00
amplifin N
Pγ
α1.0<
( )cortasaltasin
tPPulsodeBajada λωω ⇒>Δ⇒<∂
∂⇒ 00
⇒==⇒<< αφφ /1;1.01 effNLNL L
γγ=2 w=2 w--11//KmKm ; ; NNamplifamplif=10 ; =10 ; αα=0,2 =0,2 dBdB//kmkm PPinin< 2,2 < 2,2 mWmW
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-128
T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales
•• ¿¿DDóónde?nde? Sistemas con Sistemas con variasvarias portadoras, WDMportadoras, WDM•• Las fluctuaciones de Las fluctuaciones de potencia de otras portadoraspotencia de otras portadoras generan generan
cambios instantcambios instantááneos de fase neos de fase ensanchamiento espectralensanchamiento espectraladicional + CD = distorsiadicional + CD = distorsióón de intensidadn de intensidad
•• Peor caso (todos con Peor caso (todos con ““11””+superpuestos):+superpuestos):
•• Fibras de Fibras de gran gran áárea efectivarea efectiva ((LEAF, LEAF, LargeLarge EffectiveEffective AreaArea FibersFibers))•• La CD mitiga la interacciLa CD mitiga la interaccióón entre diferentes n entre diferentes λλ’’ss ¡¡¡¡reduce XPM!!reduce XPM!!•• XPM se puede contrarrestar con una adecuada estrategia de XPM se puede contrarrestar con una adecuada estrategia de
compensacicompensacióón de dispersin de dispersióónn
XPM, ModulaciXPM, Modulacióón cruzada de fasen cruzada de fase
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+= ∑
≠ jmmjeff
NLj PPL 2γφ
( )j
NLj PM
αγφ 12 −
=
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-129
T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales
•• ¿¿DDóónde?nde? Sistemas con Sistemas con mmúúltiplesltiples portadorasportadoras
•• Se generan nuevas frecuenciasSe generan nuevas frecuencias
•• No todas las combinaciones son posibles:No todas las combinaciones son posibles:
–– MMáás complicadas:s complicadas:
–– ConservaciConservacióón del momento (n del momento (phasephase matchingmatching): ): MMáás acusado en el punto de dispersis acusado en el punto de dispersióón mn míínimanima
•• FWM empeora con:FWM empeora con:–– ¡¡¡¡CD baja!! CD baja!! Interesa que de forma local sea altaInteresa que de forma local sea alta–– Alto nAlto núúmero de canalesmero de canales–– Espaciado estrechoEspaciado estrecho
•• Aplicaciones FWMAplicaciones FWM -- Conversores de Conversores de λλ-- DemultiplexaciDemultiplexacióónn en TDMen TDM-- Generar seGenerar seññal espectral invertidaal espectral invertida
FWM, Mezcla de cuatro ondasFWM, Mezcla de cuatro ondas
3214 ωωωω ±±=
3214 ωωωω −+=
02
2
=∂∂ωβ
ºº
FWM
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-130
T3: T3: ÍÍndicendice
ÍÍndicendiceObjetivosObjetivosÍÍndicendice
1.1. La La fibrafibra óópticaptica•• HistoriaHistoria•• MaterialesMateriales
2.2. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica geomptica geoméétricatrica•• Captura y emisiCaptura y emisióón de luz (apertura numn de luz (apertura numéérica)rica)
3.3. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica ptica E.ME.M..•• Comportamiento modalComportamiento modal
4.4. AtenuaciAtenuacióónn
5.5. DispersiDispersióónn
6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales
7.7. Fibras Fibras especialesespeciales
8.8. PropagaciPropagacióón n atmosfatmosfééricarica
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-131
T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales
•• ¿¿CCóómo elegir los materiales?mo elegir los materiales?
–– Poder hacer fibras largas, finas y flexiblesPoder hacer fibras largas, finas y flexibles–– Debe ser transparente para guiar la luzDebe ser transparente para guiar la luz–– Materiales compatibles para conseguir: Materiales compatibles para conseguir: nnnnúúcleocleo>>nncubiertacubierta
•• MaterialesMateriales–– CristalesCristales–– Haluros Haluros –– Cristal activoCristal activo–– CalcogenurosCalcogenuros ( ( ChalgenideChalgenide GlassGlass ))–– PlPláásticostico
Materiales de fibras Materiales de fibras óópticaspticas
CristalesCristalesPlPláásticossticos
[KEISER00]
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-132
T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales
•• Cristales Cristales ( ( GlassGlass ))–– ¿¿CCóómo?mo? Mezclas de Mezclas de óóxidosxidos, sulfuros y seleniuros de metales, sulfuros y seleniuros de metales–– SSíílicelice ((SiOSiO22)) es el elementoes el elemento mmáás coms comúún (1,48 @ 850 n (1,48 @ 850 nmnm))–– ModificaciModificacióón del n del ííndice mediante ndice mediante dopadodopado
•• AumentarAumentar ““nn””: germanio (: germanio (GeOGeO22), ), ffóósforo(Psforo(P22OO55))•• DisminuirDisminuir ““nn””: boro (B: boro (B22OO33), fl), flúúor (F)or (F)
•• Haluros Haluros ( ( HalideHalide GlassGlass ))–– ¿¿Para quPara quéé?? Trabajar en IR (Trabajar en IR (InfraInfra--Rojo) medio Rojo) medio 22--12 12 μμmm–– ZBLANZBLAN ((ZZrFrF44, , BBaFaF22, , LLaFaF33, , AAlFlF33, , NNaFaF): ): ZrFZrF44 + metales pesados+ metales pesados
•• PPéérdidas mrdidas míínimas intrnimas intríínsecas 0,01nsecas 0,01--0,001 0,001 dBdB//kmkm @ 2,5 @ 2,5 μμmm•• No se pueden hacer grandes longitudesNo se pueden hacer grandes longitudes•• ““DescristalizaciDescristalizacióónn”” ppéérdidas rdidas ““scatteringscattering”” por microcristales (por microcristales (MieMie))•• CancerCanceríígenasgenas
Materiales de fibras Materiales de fibras óópticaspticas
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-133
T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales
•• Cristal activo Cristal activo ( ( Active Active GlassGlass ))–– Nuevas propiedades Nuevas propiedades óópticas y magnpticas y magnééticasticas–– ¿¿CCóómo?mo? Dopado con Dopado con ““tierras rarastierras raras””: : ErEr, , NdNd, , PrPr, , YbYb, etc., etc.–– Tanto en fibras normales como en halurosTanto en fibras normales como en haluros–– ¿¿Para quPara quéé?? Utilizar el Utilizar el espectro de absorciespectro de absorcióón/fluorescencian/fluorescencia
de las de las ““tierras rarastierras raras”” emitir luz controlada por una fuente emitir luz controlada por una fuente incidente incidente fuentes espectro estrecho + amplificacifuentes espectro estrecho + amplificacióónn
•• CalcogenurosCalcogenuros ( ( ChalgenideChalgenide GlassGlass ))–– Alta noAlta no--linealidad, gran longitud de interaccilinealidad, gran longitud de interaccióónn–– ¿¿Para quPara quéé?? conmutadores todoconmutadores todo--óópticos, pticos, llááseresseres en fibraen fibra–– ¿¿CCóómo?mo? Elemento Elemento calcogenurocalcogenuro (S, Se, Te) + (P, I, (S, Se, Te) + (P, I, ClCl, , BrBr, , CdCd, ,
BaBa, Si, , Si, TlTl) para adecuar caracter) para adecuar caracteríísticas tsticas téérmicas, mecrmicas, mecáánicas nicas y y óópticas del vidriopticas del vidrio
–– AtenuaciAtenuacióón n teteóórica: 0,01 rica: 0,01 dBdB//kmkm de de 33--5 5 μμmmactual: 0,01 actual: 0,01 dBdB//kmkm de de 5,55,5--11 11 μμmm
Materiales de fibras Materiales de fibras óópticaspticas
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-134
T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales
•• PlPláásticostico–– Menos costeMenos coste pero pero mmáás atenuacis atenuacióónn (50(50--1000 1000 dBdB//kmkm))–– ¿¿Por quPor quéé??
•• Mejor acoplo de luz: gran diMejor acoplo de luz: gran diáámetro, alta ANmetro, alta AN•• FabricaciFabricacióón barata mediante moldes para hacer conectores, n barata mediante moldes para hacer conectores,
fusiones, fusiones, transceptorestransceptores, etc., etc.–– ¿¿CCóómo?mo? PMMA (PoliPMMA (Poli--MetilMetil--MetaMeta--Acrilato) Acrilato) mmáás comuness comunes
PFP (polPFP (políímeros fluorados) meros fluorados) –– ¿¿Para quPara quéé?? AutomAutomóóvil, robvil, robóóticatica
endoscopiaendoscopiaLANLANsensoressensores
Materiales de fibras Materiales de fibras óópticaspticas
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-135
T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales
•• ¡¡¡¡Recordemos!!Recordemos!! Fibra convencional Fibra convencional monomodomonomodo::–– Dos modos Dos modos ““degeneradosdegenerados”” linealmente polarizados con linealmente polarizados con ββXX==ββyy–– EDP muy sensible a las perturbaciones externasEDP muy sensible a las perturbaciones externas
•• ¿¿CCóómo se puede mo se puede controlar/mantenercontrolar/mantener el EDP?el EDP?–– Provocando la asimetrProvocando la asimetríía a ““fibras de alta birrefringenciafibras de alta birrefringencia”” óó
““fibras mantenedoras de polarizacifibras mantenedoras de polarizacióónn””
–– Grado de birrefringenciaGrado de birrefringencia::–– Longitud de batidoLongitud de batido: periodo de variaci: periodo de variacióón del EDPn del EDP
•• AplicacionesAplicaciones–– TransmisiTransmisióón coherente, n coherente, interferometrinterferometrííaa–– Sensores Sensores óópticos de fase y polarizacipticos de fase y polarizacióón: n: TTªª, presi, presióón, etc.n, etc.
Fibras de alta birrefringenciaFibras de alta birrefringencia
λπββ
2YX
mB −=
YX
Lββ
π−
=2
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-136
T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales
Tipos de fibras de alta birrefringenciaTipos de fibras de alta birrefringencia
EllipticalElliptical corecore BowBow--tietie
α1α2 α1α2
GeO2- SiO2
B2O3- SiO2
PandaPanda EllipticalElliptical stressedstressedSiO2
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-137
T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales
•• Estructura periEstructura perióódica transversal con dica transversal con ““agujerosagujeros””
Fibras basadas en cristales Fibras basadas en cristales fotfotóónicosnicos
Estructura de la fibraEstructura de la fibra DistribuciDistribucióón del campon del campo
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-138
T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales
•• Permite mayor grado de libertad en el disePermite mayor grado de libertad en el diseññoo
•• Dos Dos mecanismosmecanismos explican el guiado:explican el guiado:
–– ““BandBand--gapgap”” 2D transversal 2D transversal –– ÍÍndice efectivo ( ndice efectivo ( holeyholey fibersfibers ))
Fibras basadas en cristales Fibras basadas en cristales fotfotóónicosnicos
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-139
T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales
•• Con cubierta plCon cubierta pláásticastica–– PlasticPlastic CladClad SilicaSilica (PCS) , (PCS) , HardHard CladClad SilicaSilica (HCS)(HCS)
•• De sDe síílice puralice pura–– PowerPower DeliveryDelivery FibersFibers (PDF), (PDF), QuartzQuartz--QuartzQuartz FibersFibers (QQF)(QQF)
•• De nDe núúcleo huecocleo hueco–– HollowHollow CoreCore FibersFibers (HCF), (HCF), Liquide Liquide CoreCore FibersFibers (LCF)(LCF)
Otras fibras especialesOtras fibras especiales
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-140
T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales
•• MMúúltiples nltiples núúcleoscleos–– MultiCoreMultiCore OpticalOptical FibersFibers ((MCOF,MCFMCOF,MCF), ), Fibers Fibers BundlesBundles
(FB)(FB)
•• Diferentes geometrDiferentes geometrííasas–– DD--saphedsaphed, , rectangulares, de nrectangulares, de núúcleo exccleo excééntrico, ... ntrico, ...
•• DopadasDopadas–– AmplificaciAmplificacióón (Erbio, Praseodimio), n (Erbio, Praseodimio), ScintillatingScintillating, ... , ...
Otras fibras especialesOtras fibras especiales
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-141
T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales
Fibras Fibras óópticas, PCS y HCSpticas, PCS y HCSPCS (PCS (PlasticPlastic CladClad SilicaSilica))
HCS (HCS (HardHard PlasticPlastic CladClad SilicaSilica))
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-142
T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales
Fibras Fibras óópticas, PDF y QQFpticas, PDF y QQFPDF (PDF (PowerPower DeliveryDelivery FibersFibers ))
QQF (QQF (QuartzQuartz--QuartzQuartz FibersFibers))
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-143
T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales
Fibras Fibras óópticas, MCOF y FBpticas, MCOF y FBMCOF/MCF (MCOF/MCF (MultiCoreMultiCore OpticalOptical FiberFiber))
FB (FB (FiberFiber BundleBundle))
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-144
T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales
Fibras Fibras óópticas, Dpticas, D--shapedshaped, etc., etc.DD--ShapedShaped
FB (FB (FiberFiber BundleBundle))
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-145
T3: T3: ÍÍndicendice
ÍÍndicendiceObjetivosObjetivosÍÍndicendice
1.1. La La fibrafibra óópticaptica•• HistoriaHistoria•• MaterialesMateriales
2.2. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica geomptica geoméétricatrica•• Captura y emisiCaptura y emisióón de luz (apertura numn de luz (apertura numéérica)rica)
3.3. PropagaciPropagacióón en la n en la F.OF.O. mediante . mediante óóptica ptica E.ME.M..•• Comportamiento modalComportamiento modal
4.4. AtenuaciAtenuacióónn
5.5. DispersiDispersióónn
6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales
7.7. Fibras Fibras especialesespeciales
8.8. PropagaciPropagacióón n atmosfatmosfééricarica
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-146
T3: PropagaciT3: Propagacióón atmosfn atmosfééricarica
PropagaciPropagacióón atmosfn atmosféérica, rica, ¿¿ququéé es?es?
•• TecnologTecnologíías LoS (as LoS (LineLine ofof SightSight) que transmiten un haz ) que transmiten un haz modulado de luz modulado de luz VisVis/NIR a trav/NIR a travéés de la atms de la atmóósfera para sfera para realizar realizar comunicaciones de banda anchacomunicaciones de banda ancha / / sensadosensado
•• ElementosElementos::
–– Transmisor:Transmisor: Fuente de luz (LED, LASER) + colimadorFuente de luz (LED, LASER) + colimador–– Receptor:Receptor: De alta sensibilidad + lente (Telescopios)De alta sensibilidad + lente (Telescopios)–– ¿¿Canal?Canal? ATMATMÓÓSFERASFERA, canal no guiado, canal no guiado
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-147
T3: PropagaciT3: Propagacióón atmosfn atmosfééricarica
PropagaciPropagacióón atmosfn atmosféérica, rica, ¿¿ququéé es?es?
•• VentajasVentajas
–– Opera en el rango de Opera en el rango de THzTHz ¡¡¡¡no necesita licencia de no necesita licencia de espectro!!espectro!!
–– InterferenciaInterferencia de otros sistemas (RF) mde otros sistemas (RF) míínimasnimas–– DifDifíícil de cil de interceptarinterceptar (debido al requerimiento LoS)(debido al requerimiento LoS)–– Velocidad binaria similar a propagaciVelocidad binaria similar a propagacióón guiadan guiada–– Coste/TiempoCoste/Tiempo de instalacide instalacióón mn míínimonimo
•• DesventajasDesventajas
–– PropagaciPropagacióón atmosfn atmosfééricarica NieblaNiebla
TurbulenciasTurbulencias
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-148
T3: PropagaciT3: Propagacióón atmosfn atmosfééricarica
MilitarMilitar
Proveedor Serv.Proveedor Serv.CompetitivoCompetitivo
PropagaciPropagacióón atmosfn atmosféérica, rica, ¿¿por/para qupor/para quéé??
EmpresaEmpresaProveedor Serv. Proveedor Serv.
InalInaláámbricosmbricos
Proveedor de ServiciosProveedor de Servicios
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-149
T3: PropagaciT3: Propagacióón atmosfn atmosfééricarica
PropagaciPropagacióón atmosfn atmosféérica: limitacionesrica: limitaciones
•• AtenuaciAtenuacióónn
•• Esparcimiento (Esparcimiento (scatteringscattering))
•• AbsorciAbsorcióónn
•• TurbulenciasTurbulencias–– ““Haz vagabundoHaz vagabundo””
–– ScintillationScintillation
–– Divergencia del hazDivergencia del haz
•• ClimaClima–– Lluvia/NieveLluvia/Nieve
–– NieblaNiebla
•• Seguridad fSeguridad fíísicasica
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-150
T3: PropagaciT3: Propagacióón atmosfn atmosfééricarica
PropagaciPropagacióón atmosfn atmosféérica: atenuacirica: atenuacióónn
•• Ley Ley BeerBeer--LambertLambert
•• mm : mol: molééculasculas
•• aa : aerosoles: aerosoles
atrayectorilaenCTEeII
r
dr
TR .0 ≡⇒∫
=−
γγ
amam ββααγ +++=
LTR eII γ−=
Coeficientes de scattering
Coeficientes de absorción
atenuacióndeeCoeficientenlacedelLongitudL
detectadaIntensidadIatransmitidIntensidadI
R
T
::::
γ
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-151
T3: PropagaciT3: Propagacióón atmosfn atmosfééricarica
PropagaciPropagacióón atmosfn atmosféérica: esparcimientorica: esparcimiento
•• RayleighRayleighonda incidente onda incidente dipolo eldipolo elééctrico oscilante ctrico oscilante rere--radiaciradiacióón de luz n de luz onda onda scatteringscattering
↓↓↓↓ λλ ⇒⇒ ↑↑↑↑ σσRayleighRayleigh ⇒⇒ mmáás esparcimiento/s esparcimiento/scatteringscattering↑↑↑↑ λλ ⇒⇒ ↓↓↓↓ σσRayleighRayleigh ⇒⇒ ¡¡¡¡interesante!! interesante!! λλ>>1>>1μμmm
•• MieMie @ NIR: @ NIR: nieblaniebla, poluci, polucióón/aerosoles, n/aerosoles, ¡¡¡¡difdifíícil modelado!!cil modelado!!
El coeficiente de atenuaciEl coeficiente de atenuacióón empn empíírico debido a rico debido a scatteringscattering MieMie (V, visibilidad)(V, visibilidad)
44220
40
4 16 λεπ
λσ ⋅=cm
efRayleighs
δλγ−
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
55091,3
VMies
⎩⎨⎧
⇒<<operacióndeondadelongitud
partículadetamañorr::
12λλ
π
12≈
λπ r
( )
⎪⎩
⎪⎨
⎧
><<
<=
KmVparaKmVKmpara
KmVparaV
506,16503,1
6585,0 31
δ
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-152
T3: PropagaciT3: Propagacióón atmosfn atmosfééricarica
λλ ((μμmm))
% T
rans
mis
i%
Tra
nsm
isi óó
nn
NN--IRIR MM--IRIR FF--IRIR
PropagaciPropagacióón atmosfn atmosféérica: absorcirica: absorcióónn•• ¿¿Origen?Origen? Debido a la parte imaginaria del Debido a la parte imaginaria del ííndice de refraccindice de refraccióónn
•• Ventanas de transmisiVentanas de transmisióónn cielo limpio (absorcicielo limpio (absorcióón intrn intríínseca)nseca)
aa N⋅= σαsabsorbentepartículasdeiónConcentracN
absorcióndecruzadaSección
a
a
::σ
3-4 μm
8-12 μm
Agua
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-153
T3: PropagaciT3: Propagacióón atmosfn atmosfééricarica
PropagaciPropagacióón atmosfn atmosféérica: turbulenciasrica: turbulencias
•• ¿¿Origen?Origen? VariaciVariacióón aleatoria (n aleatoria (t,st,s) de ) de ““nn”” por calentamientopor calentamiento
•• ““Haz vagabundoHaz vagabundo”” ((beambeam wanderwander) ) focalizacifocalizacióón/n/desfocalizacidesfocalizacióónn haz haz
•• ScintillationScintillation variacivariacióón aleatoria de n aleatoria de FdOFdO fluct.intensidadfluct.intensidad
•• Divergencia del haz Divergencia del haz radio efectivo radio efectivo aaeffeff cacaíída de intensidad rel. 1/eda de intensidad rel. 1/e
617
61283,1 LCnr
−= λσ
611
6722 23,1 LkCni =σ
( )58
56
5101,2 LCa neff
−= λ
( )17132 10:;10.::
−− mínmáxaturbulencideParámetroChazdelradialVarianza
n
rσ
( )( )λπ
σ2:
.:2
ondadeVectorkpequeñasnesfluctuacionormallogdistribdeVarianzai −
DiseDiseñño o Haz por encima de 5 Haz por encima de 5 mtsmts. desde suelo (evitar superficie caliente). desde suelo (evitar superficie caliente)
TTíípico: pico: 1 1 mtmt//kmkm
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-154
T3: PropagaciT3: Propagacióón atmosfn atmosfééricarica
PropagaciPropagacióón atmosfn atmosféérica: climarica: clima
•• LluviaLluvia–– EfectoEfecto ReducciReduccióón de la distancia del enlacen de la distancia del enlace–– Radio de gotas de lluvia 200Radio de gotas de lluvia 200--2000 2000 μμmm >> >> λλ–– Ejemplo: 2,5 Ejemplo: 2,5 cmcm/hora /hora 6 6 dBdB//kmkm (margen de seguridad (margen de seguridad ≅≅25dB25dB))
•• NieveNieve–– PartPartíículas mayores que las gotas de lluviaculas mayores que las gotas de lluvia–– MMáás problemas por s problemas por atenuaciatenuacióónn que por que por dispersidispersióónn–– AtenuaciAtenuacióón potencial: 3n potencial: 3--30 30 dBdB//kmkm
•• NieblaNiebla–– EfectoEfecto ReducciReduccióón de la distancia del enlacen de la distancia del enlace–– TamaTamañño de parto de partíículas de lluvia culas de lluvia ≅≅ λλ–– DistribuciDistribucióón de partn de partíículas varculas varíía sega segúún el tipo de nieblan el tipo de niebla–– Menos problemas por Menos problemas por atenuaciatenuacióónn que por que por dispersidispersióónn
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-155
T3: PropagaciT3: Propagacióón atmosfn atmosfééricarica
PropagaciPropagacióón atmosfn atmosféérica: climarica: clima
–0.19–0.06
23 km50 kmMuy claro
–0.24–0.22
18.1 km20 km0.25lloviznanieveClaro
–0.96–0.44
5.9 km10 km2.5lluvia suavenieveCalina suave
–2.58–1.62
2.8 km4 km12.5lluvia medianieveCalina (haze)
–4.22–3.96
1.9 km2 km25lluvia fuertenieveNiebla fina
–12.65–9.26
770 m1 km100chaparrónnieveNiebla suave
–20.99500 mnieveNiebla moderada–59.57200 mNiebla fuerte–271.650-50 mNiebla densa
dB/kmVisibilidadCantidad(mm/hr)PrecipitaciónCondición
Climática
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-156
T3: PropagaciT3: Propagacióón atmosfn atmosfééricarica
PropagaciPropagacióón atmosfn atmosféérica: seleccirica: seleccióón de n de λλ
•• FactoresFactores–– PropagaciPropagacióón atmosfn atmosféérica: sobre todo el esparcimiento rica: sobre todo el esparcimiento MieMie–– Seguridad del ojoSeguridad del ojo–– Distancia de transmisiDistancia de transmisióónn–– Precio y disponibilidad de componentesPrecio y disponibilidad de componentes
•• OpcionesOpciones–– 850 850 nmnm mmáás baratos barato–– 1550 1550 nmnm un poco mun poco máás caro pero se admiten potencia 100 veces s caro pero se admiten potencia 100 veces
mayormayor–– 33--4 4 μμmm / / 88--12 12 μμmm excelentes caracterexcelentes caracteríísticas de sticas de propagpropag. atmosf. atmosfééricarica
problemas con disponibilidad de componentesproblemas con disponibilidad de componentes
TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión
Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-157
TEMA 3TEMA 3
FINALFINAL