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TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión Grupo de Ingeniería Fotónica UNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-1 TEMA 3 TEMA 3 CANAL CANAL Ó Ó PTICO DE PTICO DE TRANSMISI TRANSMISI Ó Ó N N

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  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-1

    TEMA 3TEMA 3

    CANAL CANAL PTICO DE PTICO DE TRANSMISITRANSMISINN

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-2

    T3: ObjetivosT3: Objetivos

    ObjetivosObjetivos

    Estudiar el Estudiar el comportamiento de la fibra comportamiento de la fibra pticapticadestacando:destacando:

    Captura y emisiCaptura y emisin de luzn de luz Comportamiento modalComportamiento modal AtenuaciAtenuacinn DispersiDispersinn Efectos no linealesEfectos no lineales

    Introducir la Introducir la propagacipropagacin atmosfn atmosfricarica mediante mediante tecnologtecnologas as pticaspticas

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-3

    T3: ObjetivosT3: Objetivos

    ObjetivosObjetivos

    modomodo

    INGENIERINGENIERAA

    fenfenmenosmenos cuantificacicuantificacinn estrategias de diseestrategias de diseoo

    BrillouinBrillouin

    PMDPMDcompensacicompensacin de la dispersin de la dispersinn psps//kmkmG.653G.653

    SSMFSSMFapertura numapertura numricaricaG.652G.652

    RamanRaman dBdB

    F.OF.O. . monomodomonomodoNZDSFNZDSF velocidad de grupovelocidad de grupoFWMFWM

    ndice gradualndice gradual

    ventanas de transmisiventanas de transmisinn

    dispersidispersin cromn cromticaticanmnmZWPFZWPF

    G.655G.655

    F.OF.O. . multimodomultimododBdB//kmkm

    psps//nm.kmnm.km

    SPMSPM

    dispersidispersin n intermodalintermodal

    scatteringscattering

    frecuencia de cortefrecuencia de corte

    diagramas de dispersidiagramas de dispersinn

    absorciabsorcinn salto de salto de ndicendicebirrefringenciabirrefringencia

    modo fundamentalmodo fundamental

    psps//kmkm

    GbGb/s/s

    DSFDSF

    XPMXPM

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-4

    T3: ObjetivosT3: Objetivos

    Fuentes de informaciFuentes de informacinn

    Captulo 1. M Carmen Espaa, Comunicaciones pticas, Ed.

    Daz de Santos, 2005. (ISBN: 847978685X)

    IND B E62F 67

    IND M E62F 50

    REFERENCIA SIGNATURA BUC

    Captulo 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

    Captulo 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

    Captulos 2,3. Jos A. Martn Pereda, "Sistemas y Redes pticas

    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 N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-5

    T3: ObjetivosT3: Objetivos

    Fuentes de informaciFuentes de informacin 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 N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-6

    T3: T3: ndicendice

    ndicendiceObjetivosObjetivosndicendice

    1.1. La La fibrafibra pticaptica HistoriaHistoria MaterialesMateriales

    2.2. PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante ptica geomptica geomtricatrica Captura y emisiCaptura y emisin de luz (apertura numn de luz (apertura numrica)rica)

    3.3. PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante ptica ptica E.ME.M.. Comportamiento modalComportamiento modal

    4.4. AtenuaciAtenuacinn

    5.5. DispersiDispersinn

    6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales

    7.7. Fibras Fibras especialesespeciales

    8.8. PropagaciPropagacin n atmosfatmosfricarica

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-7

    T3: T3: ndicendice

    ndicendiceObjetivosObjetivosndicendice

    1.1. La La fibrafibra pticaptica HistoriaHistoria MaterialesMateriales

    2.2. PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante ptica geomptica geomtricatrica Captura y emisiCaptura y emisin de luz (apertura numn de luz (apertura numrica)rica)

    3.3. PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante ptica ptica E.ME.M.. Comportamiento modalComportamiento modal

    4.4. AtenuaciAtenuacinn

    5.5. DispersiDispersinn

    6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales

    7.7. Fibras Fibras especialesespeciales

    8.8. PropagaciPropagacin n atmosfatmosfricarica

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-8

    T3: Fibra T3: Fibra pticaptica

    ncleocore

    cubiertacladding

    recubrimiento primariobuffer

    Fibra Fibra ptica: ptica: ququ es?es?

    GuGua de ondaa de onda que confina espacialmente la luz que confina espacialmente la luz mediante el fenmediante el fenmeno de meno de R.T.IR.T.I..

    ndice de refraccindice de refraccinn: : depende de depende de !!!!

    Estructura bEstructura bsicasica nncleocleo 2a2a n1n1 cubiertacubierta 2b2b n2n2

    n1 > n2n1 > n2

    material

    vaco

    ccn = smcvaco /103

    1 800

    =

    =

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-9

    T3: Fibra T3: Fibra pticaptica

    Fibra Fibra ptica: ptica: SMSM--MM , SIMM , SI--IG?IG?

    SM / MMSM / MM :: monomodomonomodo singlemodesinglemodemultimodomultimodo multimodemultimode

    SI / IGSI / IG : : salto de salto de ndice ndice stepstep indexindexndice gradual ndice gradual gradedgraded indexindex

    cubierta

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-10

    T3: Fibra T3: Fibra pticaptica

    Fibra Fibra ptica: ptica: SMSM--MM , SIMM , SI--IG?IG?

    MMMM--SI SI : : multimodomultimodo + salto de + salto de ndicendice

    MMMM--IGIG : : multimodomultimodo + + ndice gradualndice gradual

    SMSM--SISI : : monomodomonomodo + salto de + salto de ndicendice

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-11

    T3: Fibra T3: Fibra pticaptica

    Fibra Fibra ptica: historiaptica: historia J. J. TyndallTyndall / / ColladonColladon:: Luz guiada en agua (1870).Luz guiada en agua (1870). RayleighRayleigh:: Estudio teEstudio terico de gurico de guaa--onda (1879).onda (1879). HondrosHondros//DebyeDebye:: GuGuaa--ondas dielondas dielctricas (1910).ctricas (1910). ZahnZahn//RRterter//SchrieverSchriever:: DemostraciDemostracin experimental (1915).n experimental (1915). CarsonCarson/Mead//Mead/SchelkunoffSchelkunoff:: Modos en cilindros dielModos en cilindros dielctricos (1936).ctricos (1936). VanVan--HeelHeel / / KapanyKapany:: InvenciInvencin 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 ndice gradual con 4 ndice gradual con 4 dBdB//KmKm (1972).(1972). FurukawaFurukawa:: InstalaciInstalacin 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

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-12

    T3: Fibra T3: Fibra pticaptica

    Fibra Fibra ptica: materialesptica: materiales

    Fibra deFibra de SSLICELICE

    DiDixido 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. Dilatacinn: 5,5 : 5,5 1010--77 KK--11 1 1 KmKm se dilata 1,1 se dilata 1,1 cmcm de 20de 20 a 40a 40CC TemperaturaTemperatura de de fusifusinn: 1500 : 1500 CC Material elMaterial elstico stico deformacideformacinn mmxima del 5%xima del 5% ProtecciProteccin mecn mecnicanica

    Fibra de Fibra de PLPLSTICOSTICO

    PolPolmeros transparentes: meros transparentes: PMMAPMMA, , PSPS, , PCPC DensidadDensidad: 1,2 : 1,2 grgr/cm/cm33 aplicaciones bajo pesoaplicaciones bajo peso TemperaturaTemperatura de de fusifusinn PMMA, PS: 105 PMMA, PS: 105 CC PC: 120PC: 120CC ElElstico ante bajas deformaciones stico ante bajas deformaciones deformacideformacinn mmxima del 8%xima del 8% ProtecciProteccin mecn mecnicanica

    PMMA: Poli-metil-meta-acrilatoPS: Poli-estirenoPC: Poli-carbonato

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-13

    T3: Fibra T3: Fibra pticaptica

    Fibra Fibra ptica: ventanas transmisiptica: ventanas transmisinn

    Fibra deFibra de SSLICELICE11 ventana ventana 0,80,8--0,9 0,9 mm

    22--3 3 dBdB//kmkm22 ventana ventana 1,3 1,3 mm

    0,40,4--0,5 0,5 dBdB//kmkm33 ventana ventana 1,55 1,55 mm

    0,150,15--0,2 0,2 dBdB//kmkm

    Fibra de Fibra de PLPLSTICOSTICO570 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 N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-14

    T3: Fibra T3: Fibra pticaptica

    Fibra Fibra ptica: parptica: parmetros a estudiarmetros a estudiar

    EstEstticosticos GeomGeomtricostricos

    DiDimetro del nmetro del ncleocleo DiDimetro de la cubiertametro de la cubierta Excentricidad, Excentricidad, elipticidadelipticidad, ,

    pticospticos Perfil de Perfil de ndice de refraccindice de refraccinn Apertura numApertura numricarica

    DinDinmicosmicos AtenuaciAtenuacinn

    IntrIntrnsecanseca ExtrExtrnseansea

    DispersiDispersinn IntermodalIntermodal IntramodalIntramodal:: material / gumaterial / guaa--onda / perfilonda / perfil

    Efectos no linealesEfectos no lineales

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-15

    T3: Fibra T3: Fibra pticaptica

    d >> d >> :: ptica geomptica geomtrica y ondulatoriatrica y ondulatoria Fibra Fibra ptica ptica multimodomultimodo

    d > d > : : ptica electromagnptica electromagnticatica Fibra Fibra ptica ptica monomodomonomodo Dispositivos de Dispositivos de ptica integradaptica integrada

    d < d < : : ptica cuptica cunticantica Fuentes de pozo cuFuentes de pozo cunticontico

    50 m

    4,5 m

    100

    Fibra Fibra ptica: anptica: anlisislisis

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-16

    T3: T3: ndicendice

    ndicendiceObjetivosObjetivosndicendice

    1.1. La La fibrafibra pticaptica HistoriaHistoria MaterialesMateriales

    2.2. PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante ptica geomptica geomtricatrica Captura y emisiCaptura y emisin de luz (apertura numn de luz (apertura numrica)rica)

    3.3. PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante ptica ptica E.ME.M.. Comportamiento modalComportamiento modal

    4.4. AtenuaciAtenuacinn

    5.5. DispersiDispersinn

    6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales

    7.7. Fibras Fibras especialesespeciales

    8.8. PropagaciPropagacin n atmosfatmosfricarica

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-17

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    Enfoque vEnfoque vlido si lido si aa >> >> fibras fibras multimodomultimodo SSlicelice 2a = 50 2a = 50 -- 200 200 mm = 800 = 800 -- 1600 1600 nmnm PMMA PMMA 2a = 0.125 2a = 0.125 -- 3 3 mmmm = 400 = 400 -- 1300 1300 nmnm

    Permite modelar:Permite modelar: Captura y emisiCaptura y emisin espacial de la luz n espacial de la luz Apertura Apertura

    numnumrica, prica, prdidas en conexionesrdidas en conexiones PropagaciPropagacin en la F.O.n en la F.O. PPrdidas por curvaturas, rdidas por curvaturas,

    ensanchamiento de los pulsosensanchamiento de los pulsos

    MMtodo: todo: trazado de rayostrazado de rayos ((rayray tracingtracing))

    PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante O.GO.G..

    ( ) ( )d drn r n rds ds

    =

    rr r

    )()( rrcn rr =

    [M-PEREDA04]

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-18

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    Perfil de Perfil de salto de salto de ndice ndice stepstep indexindex

    r

    n(r)

    RAYO RADIADO

    RAYOS GUIADOS

    RAYO REFRACTADO

    PropagaciPropagacin de los rayosn de los rayos

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-19

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    r

    n(r)

    RAYOS GUIADOS

    Perfil de Perfil de ndice gradual ndice gradual gradedgraded indexindex

    PropagaciPropagacin de los rayosn de los rayos

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-20

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    MeridionalesMeridionales: rayos guiados / refractados: rayos guiados / refractados

    Tipos de rayos guiadosTipos de rayos guiados

    Recubrimiento de proteccin de

    plstico

    2a

    2b

    Cubierta

    Ncleo

    o

    Recubrimiento de proteccin de

    plstico

    2a

    2b

    Cubierta

    Ncleo

    o

    Rayos AxialesRayos Axiales

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-21

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    Oblicuos / Sesgados Oblicuos / Sesgados skewskew

    Tipos de rayos guiadosTipos de rayos guiados

    Salto de ndice

    Gradiente de ndice

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-22

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    Perfiles de Perfiles de ndice bndice bsicossicos

    = n(r)

    n1

    n2+a-a

    Salto de ndice

    r

    = n(r)

    n1

    n2+a-a

    Salto de ndice

    r

    n(r)

    n1

    n2+a-a

    = 1

    Triangular

    r

    n(r)

    n1

    n2+a-a

    = 1

    Triangular

    r

    = 2n(r)

    n1

    n2+a-a

    Parablico

    r

    = 2n(r)

    n1

    n2+a-a

    Parablico

    r

    Gradiente de ndice

    =

    arnrn 21)( 1

    1

    2121

    22

    21

    2 nnn

    nnn

    =

    Diferencia relativa de Diferencia relativa de ndicesndices

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-23

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    Otros perfiles de Otros perfiles de ndicendicen(r)n1

    n2+a-a

    En escaln

    r

    Perfil W

    n(r)

    n1

    n2+a-a

    r

    n3

    n(r)

    n1

    n2+a-a

    = 1

    Triangular con anillo

    r

    Para quPara qu??: mejorar la dispersi: mejorar la dispersinn

    Optimizar la transmisiOptimizar la transmisin a 1300 n a 1300 nmnm DispersiDispersin desplazadan desplazada DispersiDispersin aplanadan aplanada Gran Gran rea de nrea de ncleo efectivacleo efectiva

    [KEISER00]

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-24

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    dasadasd

    Perfil de Perfil de salto de salto de ndicendicer

    n(r)

    CONO DE ACEPTANCIA

    RAYO RADIADO

    RAYOS GUIADOS

    RAYO REFRACTADO

    r

    n(r)

    CONO DE ACEPTANCIA

    RAYO RADIADO

    RAYOS GUIADOS

    RAYO REFRACTADO

    CONO DE ACEPTANCIA

    RAYO RADIADO

    RAYOS GUIADOS

    RAYO REFRACTADO

    MAX

    Apertura numApertura numrica: SIrica: SI

    ngulo de ngulo de aceptanciaaceptancia vsvs Angulo Angulo crcrtico?tico?

    ( ) 2 20 1 2 1. . 2MAXA N n sen n n n =

    MAX

    MAX >rayos guiadosrayos guiadosrayos refractadosrayos refractados

    SSlicelice 0,20,2--0,30,3PlPlsticostico 0,30,3--0,60,6

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-25

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    Perfil de Perfil de ndice 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 r =

    r

    n(r)

    RAYOS GUIADOS

    r

    n(r)

    RAYOS GUIADOSRAYOS GUIADOS

    MAX

    Apertura numApertura numrica: IGrica: IG

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-26

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    Extremo final de la fibra se define un Extremo final de la fibra se define un cono de cono de iluminaciiluminacin n reciprocidad !!reciprocidad !!

    Modelo de OG: modelo Modelo de OG: modelo uniformeuniforme

    En la En la prprcticactica:: AbsorciAbsorcin diferencialn diferencial Validez de la Validez de la O.GO.G.. Rayos oblicuosRayos oblicuos

    AN y emisiAN y emisin de luzn de luz

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-27

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    PPrdidas en conexionesrdidas en conexiones

    RAYOS PERDIDOS

    RAYOS ACOPLADOS

    MAXMAX

    d2a

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-28

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    PPrdidas en conexionesrdidas en conexiones

    dede

    etet

    dd

    0 0.1 0.2 0.3 0.4

    1

    2

    3 AR (dB)LongitudinalLongitudinal

    Lateral/AxialLateral/Axial

    AngularAngular

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-29

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    Ensanchamiento de los pulsosEnsanchamiento de los pulsos

    OrigenOrigen: tiempo de propagaci: tiempo de propagacin diferente para cada n diferente para cada ngulongulo

    Tiempo de propagaciTiempo de propagacin de cada rayon de cada rayo

    1 ( )t n s dsc

    =

    DispersiDispersin INTERMODALn INTERMODAL

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-30

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    Ensanchamiento en fibras MMEnsanchamiento en fibras MM--SISI

    11

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-31

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    Ensanchamiento en fibras de MMEnsanchamiento en fibras de MM--IGIG

    El ensanchamiento depende El ensanchamiento depende del perfil de del perfil de ndice!ndice!

    1ncLTMIN =

    MMs cortos corto MMs largos largo

    +

    = MAXMAX

    MINMAX

    PTT

    2sin2

    21cos

    dd

    NnP

    =

    1

    1

    ( )fT =10.5 1.5

    P2O5

    GeO2

    (m)-0.1

    0.1

    0

    0.2

    P

    10.5 1.5

    P2O5

    GeO2

    (m)-0.1

    0.1

    0

    0.2

    P

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-32

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    Ensanchamiento en fibras de I.G.Ensanchamiento en fibras de I.G.

    Perfil Perfil ptimo:ptimo:( )

    31

    421

    488 nAN

    cL

    cLnTIG ( ) 212 =

    ( ) 21

    8

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-33

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    Trazado de rayosTrazado de rayos

    MMtodotodo::1.1. Resolver la Resolver la eikonaleikonal2.2. Aplicar Aplicar SnellSnell/Descartes en las interfases/Descartes en las interfases

    ProblemasProblemas:: SoluciSolucin analn analticatica No proporciona informaciNo proporciona informacin sobre:n sobre:

    Transporte de energTransporte de energa: pa: prdidasrdidas Longitud de ondaLongitud de onda FenFenmenos de interferencia, difraccimenos de interferencia, difraccin, polarizacin, polarizacin,...n,...

    ( ) ( )d drn r n rds ds

    =

    rr r

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-34

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    Trazado de rayos Trazado de rayos extendidoextendido

    SoluciSolucin: n: etiquetaretiquetar los rayos con nuevas los rayos con nuevas propiedadespropiedades

    Ejemplos:Ejemplos:

    Transporte de Transporte de energenergaa:: Propiedad de cada rayo Propiedad de cada rayo NNmero de rayosmero de rayos

    FenFenmenos de menos de interferenciainterferencia: c: clculo de la faselculo de la fase DifracciDifraccinn: generaci: generacin de nuevos rayos difractadosn de nuevos rayos difractados

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-35

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA GEOMPTICA GEOMTRICATRICA

    Trazado de rayos Trazado de rayos extendidoextendido

    httphttp://://www.optenso.dewww.optenso.de/links//links/links.htmllinks.html

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-36

    T3: T3: ndicendice

    ndicendiceObjetivosObjetivosndicendice

    1.1. La La fibrafibra pticaptica HistoriaHistoria MaterialesMateriales

    2.2. PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante ptica geomptica geomtricatrica Captura y emisiCaptura y emisin de luz (apertura numn de luz (apertura numrica)rica)

    3.3. PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante ptica ptica E.ME.M.. Comportamiento modalComportamiento modal

    4.4. AtenuaciAtenuacinn

    5.5. DispersiDispersinn

    6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales

    7.7. Fibras Fibras especialesespeciales

    8.8. PropagaciPropagacin n atmosfatmosfricarica

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-37

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    PropagaciPropagacin de la luzn de la luz

    Ecuaciones de MaxwellEcuaciones de Maxwell

    En En ptica:ptica:

    =

    =

    =

    =

    +

    0

    0

    B

    D

    JtDH

    tBE

    r

    r

    rr

    r

    rr

    2

    2

    3

    2

    [ / ] :

    [ / ] :

    [ / ] :

    [ / ] :[ / ] : .

    [ / ] :

    E V m Vector campo elctrico

    H A m Vector campo magntico

    D C m Vector desplazamiento elctrico

    B Web m Vector induccin magnticaC m Densidad vol carga

    J A m Densidad de corriente

    r

    r

    r

    r

    r

    0== Jr

    [SALEH91]

    ztrHytrHxtrHtrH

    ztrEytrExtrEtrE

    zyx

    zyx

    ),(),(),(),(

    ),(),(),(),(

    ++=

    ++=rrrrr

    rrrrr

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-38

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    Relaciones del materialRelaciones del material

    En general:En general:

    Si el medio es Si el medio es lineallineal, , isistropotropo, , homoghomogneoneo y y nono--magnmagnticotico::

    RelaciRelacin con el n con el ndice de refraccindice de refraccin?n?

    Si Si ,, varvaran an con la frecuenciacon la frecuencia hay hay dispersidispersinn Si Si ,, son complejosson complejos hay hay absorciabsorcinn

    0 0 0

    1n

    = = +

    70

    90

    00

    1041036

    1 ==

    +=+=

    MHBPEDrrrrrr

    ( ) adielctriclidadSusceptibiHBED

    :10

    +===rrrr

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-39

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    MetodologMetodologa para la propagacia para la propagacin 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 ecuaciecuacin 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!!

    HEdecomponentecadautu

    cu

    rr:01 2

    2

    22 =

    Concepto de LinealidadConcepto de Linealidad

    OBJETIVOOBJETIVO encontrar la encontrar la distribucidistribucin/forman/forma de E y Hde E y H

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-40

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    PropagaciPropagacin 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 CuCul es la solucil es la solucin?n? cualquier funcicualquier funcin del campo que n del campo que

    cumpla la ecuacicumpla la ecuacin de ondan de onda

    Soluciones Soluciones dependen del tipo de fuentedependen del tipo de fuente

    Frente de ondasFrente de ondas

    onda planaonda planaonda onda esfesfricarica

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-41

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    ParParmetros de propagacimetros de propagacin 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

    DirecciDireccin: direccin: direccin de propagacin de propagacin 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 ( vacvaco) o) constante de constante de propagacipropagacin:n:

    Velocidad de faseVelocidad de fase: es la : es la velocidad de la luz en el velocidad de la luz en el mediomedio

    cckkk

    =

    =

    ==22, 000

    rr

    nc

    n

    c

    knfase=

    =

    =

    2

    22

    0

    0, kn == rr

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-42

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    SoluciSolucin interesante porque:n interesante porque: Se da en la prSe da en la prcticactica Onda plana = Onda esfOnda plana = Onda esfrica + mucha distancia a la fuenterica + mucha distancia a la fuente

    MonocromMonocromticatica una una nica frecuencianica frecuencia (( ==cc/ / ) ) principio de superposiciprincipio de superposicin para cualquier onda n para cualquier onda nono--monocrommonocromticatica

    Los vectores de campo, como siempre, deben satisfacer Los vectores de campo, como siempre, deben satisfacer ecec. de onda . de onda SoluciSolucin: campos armn: campos armnicos /sinusoidalesnicos /sinusoidales

    Onda plana monocromOnda plana monocromticatica

    =

    =

    SOLUCIONES

    tHH

    tEE

    0

    0

    22

    22

    22

    22

    rr

    rr

    ( )( )rktj

    H

    rktjE

    eHutrHeEutrE

    0

    0

    ),(),(

    ==

    r

    r

    rr

    rr

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-43

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    DirecciDireccin de los vectoresn de los vectores

    Son Son ortogonales entre sortogonales entre s

    DirecciDireccin de la energn de la energaa

    Se propaga segSe propaga segn n kk

    0 , 0 0 , 0E HE H u k u k = = = =r rr r

    *

    2kS E E

    =

    rr r r 2

    0 2/2E

    S W m

    =

    r

    Onda plana monocromOnda plana monocromticatica

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-44

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    Ondas NO monocromOndas NO monocromticasticas

    Principio de superposiciPrincipio de superposicinn

    A quA qu velocidad viaja la onda?velocidad viaja la onda?

    Medio Medio nono--dispersivodispersivo el el ndice ndice nn nono depende de depende de MMltiples ltiples 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 MMltiples ltiples ss

    mmltiples velocidades de fase para el mismo ltiples velocidades de fase para el mismo haz de luz!!haz de luz!!

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-45

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    PropagaciPropagacin en espacio libren en espacio libre

    Velocidad de Velocidad de fasefase de una onda de una onda monocrommonocromticatica

    Velocidad de Velocidad de grupogrupo de una onda de una onda nono--monocrommonocromticatica

    1 2P

    cn k n

    = =

    gg N

    c

    ddnn

    cnkn

    c

    =

    =

    ==

    ===

    =

    )(2)(

    221

    0

    ddnnNg =

    ndice dendice deGrupoGrupo

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-46

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    Velocidad de grupoVelocidad de grupo

    QuQu sentido fsentido fsicosico tiene?tiene? Hay mHay mltiples ondas juntas (una por cada ltiples ondas juntas (una por cada )): 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, desplazdesplazndose a la velocidad de ndose a la velocidad de grupogrupo

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-47

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    PropagaciPropagacin guiadan guiada

    El campo E.M. queda confinado en zona nEl campo E.M. queda confinado en zona n11 SS hay hay interfasesinterfases SS hay condiciones de contornohay condiciones de contorno

    ddnde estnde estn?n? Interfaz nInterfaz ncleocleo--cubierta para SIcubierta para SI

    ConfinamientoConfinamiento La direcciLa direccin de n de propagacipropagacin de la n de la energenergaa queda fijada segqueda fijada segn el eje de simetrn el eje de simetra de la fibra a de la fibra (eje z)(eje z)

    RebotesRebotes kk puede adoptar cualquier direccipuede adoptar cualquier direccinn

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-48

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    PropagaciPropagacin guiadan guiada

    Cte. de propagaciCte. de propagacinn componente longitudinal componente longitudinal del vector de onda del vector de onda kk

    ndice efectivondice efectivo0

    cosk

    nNeff ==

    Rayo Rayo vsvs Onda Onda vsvs Modo!!Modo!!

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-49

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    SoluciSolucin 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,,z,z))

    2.2. Derivar la Derivar la ecuaciecuacin de ondan de onda para la componente para la componente EEzz

    OBJETIVOOBJETIVO encontrar la encontrar la distribucidistribucin/forman/forma de E y Hde E y H

    HIPHIPTESISTESIS Fibra de Fibra de salto de salto de ndicendice con cubierta infinitacon cubierta infinitaNNcleocleo: : nn11, radio , radio aa CubiertaCubierta: : nn22

    [KEISER00]

    ( )

    ( ) 011011

    222

    2

    22

    2

    222

    2

    22

    2

    =+

    +

    +

    =+

    +

    +

    zzzz

    zzzz

    HkHrr

    Hrr

    H

    EkErr

    Err

    E

    IncIncgnitasgnitas,, zz HE

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-50

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    SoluciSolucin 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 funcin (n (EEzz y y HHzz))

    3.3. Se busca la Se busca la forma tentativaforma tentativa que puede tener la solucique puede tener la solucinn

    La ecuaciLa ecuacin de onda ya sn de onda ya slo depende de lo depende de FF11(r)(r)

    =

    +

    =

    =

    +

    =

    rE

    rH

    rkjH

    rE

    rrH

    kjH

    rH

    rE

    rkjE

    rH

    rrE

    kjE

    zzzzr

    zzzzr

    2222

    2222

    K,2,1,0)()()(

    )()()()(),,,()()()()(),,,(

    2

    )(43

    43210

    43210

    ===

    ==

    j

    ztj

    z

    z

    eFetFzF

    tFzFFrFHtzrHtFzFFrFEtzrE

    0)()(1)(1)( 122

    222

    12

    21

    21

    2

    =

    +

    +

    +

    rF

    rkrF

    rrrF

    rrrF

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-51

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    SoluciSolucin de ecuaciones de Maxwelln de ecuaciones de Maxwell

    4.4. Se resuelve la ecuaciSe resuelve la ecuacin en dos zonas de la fibra:n en dos zonas de la fibra:

    NNCLEOCLEO ((ra) ) las soluciones deben las soluciones deben desaparecer con desaparecer con rr

    ( )

    determinarporconstantesBAuordenyclase1deBesselfuncinurJ

    knku

    eeurJBarHeeurJAarE

    ztjjz

    ztjjz

    :,:)(

    )()()()(

    2201

    221

    2

    )(

    )(

    ==

    =

    IncIncgnitas ahoragnitas ahora DCBA ,,,

    FF11(r)(r)FF22(()) FF33((zz) F) F44((tt))

    FF11(r)(r)FF22(()) FF33((zz) F) F44((tt))

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-52

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    Soluciones: funciones de Soluciones: funciones de BesselBessel

    En el En el NNCLEOCLEO: funci: funcin n JJ En la En la CUBIERTACUBIERTA: funci: funcin n KK

    Eje radial r (ur) Eje radial r (wr)

    Ms amplitud en elcentro de la fibra

    Menos amplitud

    La amplitud decae rpidamente: Onda evanescente

    SecciSeccin RADIAL del campo EMn RADIAL del campo EM

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-53

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    SoluciSolucin 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 nncleocleo ((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 incgnitas!!gnitas!!

    )()()()()()()()(

    ++

    ++

    ====

    arHarHarEarEarHarHarEarE

    zzzz

    ( ) ( ))(

    )()(

    )(11

    22

    222

    21

    waKwwaKuaJu

    uaJ

    wuakk

    =

    =

    =++

    Problema de autovalores Problema de autovalores resolver para encontrar resolver para encontrar

    11

    22

    33

    44

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-54

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    Puede haber Puede haber infinitas/diferentesinfinitas/diferentes soluciones soluciones MODOSMODOS Cada Cada modomodo tiene una tiene una diferente (su propia constante diferente (su propia constante

    de propagacide propagacin) n) RAYORAYO (dependencia de (dependencia de con con )) SSlolo algunas soluciones/modos son algunas soluciones/modos son ffsicamente sicamente

    posiblesposibles propagacipropagacin confinadan confinada

    = funci= funcin (n (parparmetros de la metros de la fibra:fibra:nn11,,nn22,,aa, , luz:luz:))

    Aspectos sobre las solucionesAspectos sobre las soluciones

    nncleocleocubiertacubierta

    0102 knkn

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-55

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    Sigue habiendo Sigue habiendo infinitas/diferentes solucionesinfinitas/diferentes solucionesffsicamente posibles sicamente posibles MODOSMODOS

    Soluciones = funciSoluciones = funcin de (n de ( ,, mm) ) ((,m,m: : nnss enteros)enteros) : par: parmetro relacionado con la variacimetro relacionado con la variacin de la n de la coorcoor. . cilindricacilindrica mm : par: parmetro relacionado con las rametro relacionado con las races (pasos por 0) de ces (pasos por 0) de JJ

    TiposTipos::

    TE: (TE: (HHrr , , HHzz , , EE ) ) 0 , 0 , EEzz == 0 s0 slo ocurre para lo ocurre para = 0 = 0 TETE0m0m TM: (TM: (EErr , , EEzz , , HH ) ) 0 , 0 , HHzz == 0 s0 slo ocurre para lo ocurre para = 0 = 0 TMTM0m0m Modos HIBRIDOS:Modos HIBRIDOS: EEzz > > HHzz EHEHmm

    HHzz > > EEzz HEHEmm

    Aspectos sobre las solucionesAspectos sobre las soluciones

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-56

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    Aspectos sobre las solucionesAspectos sobre las soluciones

    DistribuciDistribucin ESPACIAL de la energn ESPACIAL de la energa del modoa del modoSecciSeccin transversal de FOn transversal de FO

    HE11

    TM01

    EH11

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-57

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    Representan indirectamente Representan indirectamente =f(luz,fibra)=f(luz,fibra) Eje XEje X ParParmetro metro VV: : frecuencia normalizadafrecuencia normalizada

    Eje YEje Y CteCte. de propagaci. de propagacin normalizada / n normalizada / ndice efectivondice efectivo

    Eje YEje Y ndice efectivo normalizadondice efectivo normalizado

    =

    == 222 122

    210 naANannkaV

    0

    __

    kNeff

    ==

    2 22

    2 21 2

    effN nbn n

    =

    Curvas/diagramas de dispersiCurvas/diagramas de dispersinn

    OBJETIVOOBJETIVO encontrar el nencontrar el nmero de modos propagadosmero de modos propagados

    HIPHIPTESISTESIS Fibra de Fibra de salto de salto de ndicendiceNNcleocleo: n: n11, radio a, radio a CubiertaCubierta: n: n22

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-58

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    n1

    Curvas/diagramas de dispersiCurvas/diagramas de dispersinn

    0

    b

    VVcc=2,405=2,405

    VV11=3,5=3,5

    n2

    1

    Neff

    VV22=2,0=2,0

    monomodomonomodo multimodomultimodo

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-59

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    Uso de las curvas de dispersiUso de las curvas de dispersinn

    1.1. Calcular el parCalcular el parmetro metro VV DATOS: DATOS: fibra (fibra (nn11 , , nn22 ,,aa) y luz () y luz ())2.2. Entrar en el Entrar en el eje Xeje X de la curva de disperside la curva de dispersin 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 est entre 0 y 1entre 0 y 1 (o su (o su ndice efectivo entre nndice efectivo entre n22 y y nn11) ) se propagase propaga

    Si Si bb 1 el modo el modo no se estno se est propagandopropagando

    4.4. Para calcular el Para calcular el nnmero de modos propagadosmero de modos propagados::

    V pequeV pequeosos: cortes con las curvas de los modos en la gr: cortes con las curvas de los modos en la grficafica V grandesV grandes: aproximaci: aproximacin asintn asinttica:tica:

    CCmo se emplean las curvas de dispersimo se emplean las curvas de dispersin?n?

    2

    2

    ..VmodosN IS 22

    2

    ..VmodosN GI +

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-60

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    SoluciSolucin aproximada si n aproximada si

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-61

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    Modos LP

    Modos Exactos

    N modos degenerados

    LP01 HE112 2 LP11 HE21 2, TE01, TM01 4 LP21 HE312, EH112 4 LP02 HE122 2 LP31 HE412, EH212 4 LP12 HE222, TE02, TM02 4 LPm (=1) HE2m2, TE0m, TM0m 4 LPm (0,1) HE+1,m 2, EH-1,m2 4

    Modos LP bajo guiado dModos LP bajo guiado dbilbil

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-62

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    Curvas de dispersiCurvas de dispersin, 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 N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-63

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    Dependencia espacial del modo LPDependencia espacial del modo LP0101 similar a una similar a una funcifuncin n gaussianagaussiana::

    2200: : didimetro del campo modalmetro del campo modal ((MFD, MFD, ModeMode FieldFieldDiameterDiameter) ) rea efectiva rea efectiva AAeffeff

    Es interesante?Es interesante? Acoplo de luz y pAcoplo de luz y prdidas en conexionesrdidas en conexiones

    20

    2

    )( r

    er

    AproximaciAproximacin n gausianagausiana

    60 879.2619.165.04.22.1 23 ++

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-64

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    No hay soluciNo hay solucin analn analticatica Aproximaciones:Aproximaciones:

    WKB para multimodo de I.G.WKB para multimodo de I.G. MMtodos numtodos numricosricos

    Elementos finitos.Elementos finitos.

    [YARIV91]

    PropagaciPropagacin en otras fibras n en otras fibras pticaspticas

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-65

    T3: PropagaciT3: Propagacin mediante n mediante PTICA ELECTROMAGNPTICA ELECTROMAGNTICATICA

    MMtodos matricialestodos matriciales

    Vectores de Vectores de JonesJones

    [TSAO92]

    0

    0

    i XX i

    i YiY

    EET

    EE

    =

    PropagaciPropagacin en otras n en otras F.OF.O..

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-66

    T3: T3: ndicendice

    ndicendiceObjetivosObjetivosndicendice

    1.1. La La fibrafibra pticaptica HistoriaHistoria MaterialesMateriales

    2.2. PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante ptica geomptica geomtricatrica Captura y emisiCaptura y emisin de luz (apertura numn de luz (apertura numrica)rica)

    3.3. PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante ptica ptica E.ME.M.. Comportamiento modalComportamiento modal

    4.4. AtenuaciAtenuacinn

    5.5. DispersiDispersinn

    6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales

    7.7. Fibras Fibras especialesespeciales

    8.8. PropagaciPropagacin n atmosfatmosfricarica

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-67

    T3: AtenuaciT3: Atenuacinn

    La energLa energa decrece exponencialmente al propagarse:a decrece exponencialmente al propagarse:

    FenFenmenosmenos::

    AbsorciAbsorcin intrn intrnsecanseca AbsorciAbsorcin extrn extrnsecanseca EsparcimientoEsparcimiento PPrdidas puntualesrdidas puntuales

    ( ) (0) xP x P e = 1[ ]m

    [ / ]dB Km

    AtenuaciAtenuacinn

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-68

    T3: AtenuaciT3: Atenuacinn

    Dos mecanismos:Dos mecanismos: InteracciInteraccin con los electrones n con los electrones ultravioletaultravioleta InteracciInteraccin con los enlaces atn con los enlaces atmicos micos infrarrojoinfrarrojo

    AbsorciAbsorcin intrn intrnseca (en la snseca (en la slice)lice)

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-69

    T3: AtenuaciT3: Atenuacinn

    Impurezas metImpurezas metlicas: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 atenuacin n purificando el material!purificando el material!

    AbsorciAbsorcin extrn extrnsecanseca

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-70

    T3: AtenuaciT3: Atenuacinn

    RayleighRayleigh InhomogeneidadesInhomogeneidades

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-71

    T3: AtenuaciT3: Atenuacinn

    MieMie InhomogeneidadesInhomogeneidades evitable!evitable!

    BurbujasBurbujas Variaciones del diVariaciones del dimetrometro Imperfecciones de los interfasesImperfecciones de los interfases

    Es un esparcimiento hacia adelanteEs un esparcimiento hacia adelante

    Esparcimiento linealEsparcimiento lineal

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-72

    T3: AtenuaciT3: Atenuacinn

    AtenuaciAtenuacin de la sn de la slicelice

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-73

    T3: AtenuaciT3: Atenuacinn

    HistHistricamentericamente 11 ventana (ventana ( 850nm)850nm) 3 3 dBdB//KmKm 22 ventana ventana (( 1320nm) 0,4 1320nm) 0,4 dBdB//KmKm 33 ventana ventana (( 1550nm) 0,2 1550nm) 0,2 dBdB//KmKm

    Hoy:Hoy:no hay impurezas!no hay impurezas!

    Ventanas de mVentanas de mnima atenuacinima atenuacinn

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-74

    T3: T3: ndicendice

    ndicendiceObjetivosObjetivosndicendice

    1.1. La La fibrafibra pticaptica HistoriaHistoria MaterialesMateriales

    2.2. PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante ptica geomptica geomtricatrica Captura y emisiCaptura y emisin de luz (apertura numn de luz (apertura numrica)rica)

    3.3. PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante ptica ptica E.ME.M.. Comportamiento modalComportamiento modal

    4.4. AtenuaciAtenuacinn

    5.5. DispersiDispersinn

    6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales

    7.7. Fibras Fibras especialesespeciales

    8.8. PropagaciPropagacin n atmosfatmosfricarica

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-75

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    DispersiDispersinn

    LimitaciLimitacinn produce ensanchamiento de los produce ensanchamiento de los pulsos transmitidos por la fibra pulsos transmitidos por la fibra pticaptica

    Se ensanchan Se ensanchan ISI (ISI (InterInter--SymbolSymbol InterferenceInterference)) Su amplitud mSu amplitud mxima se reduce xima se reduce AtenuaciAtenuacinn

    tFIBRA PTICA

    Seal Transmitida

    SealRecibida

    ISI

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-76

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Tipos de dispersiTipos de dispersinn

    DispersiDispersinnMaterialMaterial

    DispersiDispersinnGuGuaa--ondaonda

    DispersiDispersinnintermodalintermodal/modal/modal

    DispersiDispersinnCromCromticatica

    DispersiDispersinnModo de PolarizaciModo de Polarizacin, PMDn, PMD

    DispersiDispersin totaln total

    Fibra MMFibra MM Fibra SMFibra SM Fibra SMFibra SM

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-77

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    CCmo se mide el ensanchamiento?mo se mide el ensanchamiento?

    Anchura total a altura mitad (Anchura total a altura mitad (FWHMFWHM) ) TT11/2/2 SemiSemi--anchura anchura gaussianagaussiana

    ParParmetros de los pulsosmetros de los pulsos

    355,22/1T =TT11/2/2

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-78

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Diagrama de ojoDiagrama de ojo

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-79

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    ObjetivoObjetivo cuantificar todos los fencuantificar todos los fenmenos menos dispersivos y dispersivos y sumarlossumarlos

    CCmo hacerlo?mo hacerlo?

    1.1. Expresarlos en anchuras eficaces Expresarlos en anchuras eficaces todo todo homoghomogneoneo2.2. Sumarlos Sumarlos cuadrcuadrticamenteticamente

    3.3. Imputar su efecto a nivel de sistema Imputar su efecto a nivel de sistema ancho de banda ancho de banda ff3dB3dB

    CuantificaciCuantificacin de la dispersin de la dispersinn

    2222PMDcromticaintermodalPTICAFIBRA ++=

    ( )PTICAFIBRAdB ff =3

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-80

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    CausaCausa tiempos de propagacitiempos de propagacin de cada n de cada modo/rayomodo/rayo

    SSlo en fibras multimodolo en fibras multimodo

    Ensanchamiento eficaz, Ensanchamiento eficaz, intermodalintermodal ::

    DispersiDispersin n intermodalintermodal

    ( )2

    2

    ,2/1 2nAN

    cLTT SI

    SIintermodal =

    ( )31

    4.,2/1 8 n

    ANc

    LTT IGParablicoIGintermodal =

    355,2,2/1 intermodal

    intermodal

    T =

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-81

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    CausaCausa fuentes fuentes NONO monocrommonocromticas + ticas + + medio dispersivo+ medio dispersivo

    DispersiDispersin cromn cromticatica

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-82

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Retraso de grupo:Retraso de grupo:

    DD parparmetro de dispersimetro de dispersinn, se define como, se define comoen en psps / (/ (kmkmnmnm))

    El ensanchamiento eficaz serEl ensanchamiento eficaz sera entonces:a entonces:

    DispersiDispersin cromn cromticatica

    2

    2

    2

    2dkd

    cLDLcromtica

    ==

    2

    2

    dd

    dd

    D g =

    dkd

    cgg

    =

    ==11

    )1(211 bnk =

    GPM DDDD ++=

    GPMcromtica DDDLDL ++==

    DP despreciable

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-83

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Componentes de la dispersiComponentes de la dispersinn

    DispersiDispersin del n del MaterialMaterial, , DDMM El El ndice de ndice de refraccirefraccin n depende de depende de

    ZMDZMD en sen slice pura: 1276 lice pura: 1276 nmnmAl dopar Al dopar se muevese mueve entre 1,27entre 1,27--1,29 1,29 mm

    2

    21

    d

    ndcd

    dnc

    D gM ==

    ( )

    >>

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-84

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    DispersiDispersin de la n de la GuGuaa--ondaonda, , DDGG La relaciLa relacin n bb--VVdepende de depende de

    Componentes de la dispersiComponentes de la dispersinn

    ( ) ( )2

    221

    dVVbdV

    cnnDG

    =

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-85

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    DispersiDispersin total cromn total cromticatica

    DispersiDispersin totaln total

    GMcromtica DDL +=

    DG

    DM

    DTOTAL

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-86

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    En el punto de dispersiEn el punto de dispersin mn mnima, nima, D = D = 0 0 la la dispersidispersin es nula?n es nula?

    la fuente no es monocromla fuente no es monocromtica!tica! SS parparmetro de metro de dispersidispersin diferencialn diferencial

    medido en medido en psps / (/ (kmkmnmnm22))

    DD en la zona de dispersien la zona de dispersin mn mnima (en torno a nima (en torno a 00))

    DispersiDispersin de 2n de 2 ordenorden

    00

    400 1

    4

    ==

    = SSSD

    ddDS

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-87

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    EvaluaciEvaluacin de la dispersin de la dispersin cromn cromticatica

    OrigenOrigen La La ctecte. de propagaci. de propagacin n depende de depende de //La velocidad de grupo depende de La velocidad de grupo depende de //

    SiSi

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-88

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    EvaluaciEvaluacin de la dispersin de la dispersin cromn cromticatica

    11 es la velocidad de grupoes la velocidad de grupo

    22 es la dispersies la dispersin de primer ordenn de primer orden

    33 es la dispersies la dispersin de segundo ordenn de segundo orden

    g 11 =

    22

    21

    c

    ddD

    g

    =

    233

    2

    22

    2 421

    +

    =

    ccddS

    g

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-89

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    EvaluaciEvaluacin de la dispersin de la dispersin cromn cromticatica

    Fuentes de Fuentes de gran anchuragran anchura espectral espectral LEDLED y ly lser ser FPFP

    Lejos del punto de Lejos del punto de dispdisp. m. mnima (se desprecia nima (se desprecia 33))

    En el punto de dispersiEn el punto de dispersin mn mnima (nima (22 = 0)= 0)

    ==

    DLLcromtica 202

    2230 2

    12

    12

    ===

    SLLcromtica

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-90

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    EvaluaciEvaluacin de la dispersin de la dispersin cromn cromticatica

    Fuentes de Fuentes de pequepequea anchuraa anchura espectral espectral llser ser DFBDFB 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. mnima (se desprecia nima (se desprecia 33))

    En el punto de dispersiEn el punto de dispersin mn mnima (nima (22 = 0)= 0)

    Lc

    DLcromtica ==

    2202

    ( )3

    3 23

    30 423

    423

    2

    Lc

    SLcromtica ==

    =

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-91

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Es interesante?Es interesante?

    DispersiDispersin del modo de polarizacin del modo de polarizacin (PMD)n (PMD)

    por fibra

    TASA BINARIA

    1 100010 100STM-16 (2.5 Gb/s)

    STM-64 (10 Gb/s)

    STM-256 (40 Gb/s)

    AUMENTO CAPACIDAD

    Cromtica

    PMD, CromticaPMD

    LONGITUD DEL ENLACE HASTA DNDE SE PUEDE LLEGAR? (KILMETROS)

    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 N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-92

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    DispersiDispersin del modo de polarizacin del modo de polarizacin (PMD)n (PMD)LMITES 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 N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-93

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Causas de la PMDCausas de la PMD

    Fibra Fibra idealideal modos de polarizacimodos de polarizacin ortogonales n ortogonales HEHE1111 indistinguiblesindistinguibles

    Fibra Fibra realreal pprdida de simetrrdida de simetra circulara circularModos HEModos HE11 11 con con velocidades de propagacivelocidades de propagacinn

    BirrefringenciaBirrefringencia diferencia entrediferencia entrelos los ndices efectivos de los modos ndices efectivos de los modos degeneradosdegenerados

    gygx vL

    vL

    =

    YeffXeffm NNB ,, =

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-94

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Origen de la birrefringenciaOrigen de la birrefringencia

    IntrIntrnsecos nsecos FabricaciFabricacinn

    ExtrExtrnsecos nsecos InstalaciInstalacinn

    TensiTensinnLateralLateral

    CurvaturasCurvaturas GirosGiros

    GeometrGeometraa TensionesTensiones

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-95

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Tratamiento estadTratamiento estadstico complejo debido a su stico complejo debido a su naturaleza aleatoria naturaleza aleatoria en fibras largas sigue una en fibras largas sigue una distribucidistribucin n MaxwelianaMaxweliana

    CuantificaciCuantificacin n DDPMDPMD medido en medido en ps.ps. kmkm

    Valores tValores tpicos picos por debajo de por debajo de 1ps para fibras 1ps para fibras modernasmodernas

    CuantificaciCuantificacin de la PMDn de la PMD

    LDPMDPMD

    = 2

    2

    3

    2

    2exp2)(

    FDP

    8=

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-96

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Las fibras se pueden diseLas fibras se pueden disear con dispersiar con dispersin n positivapositiva ((D>0D>0) o ) o negativanegativa ((D

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-97

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Fibras de dispersiFibras de dispersin 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 N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-98

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    ClasificaciClasificacin de fibras ITUn de fibras ITU ITUITU--T G.652T G.652 Fibra Fibra monomodomonomodo estestndarndar ((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 dispersidispersin desplazadan desplazada ((DSF, DSF, DispersionDispersionShiftedShifted FiberFiber), tambi), tambin identificadas como ZDSF (n identificadas como ZDSF (ZeroZero--DSFDSF))

    ITUITU--T G.655T G.655 Fibra con Fibra con dispersidispersin desplazada no nulan desplazada no nula positiva positiva o negativa (o negativa (NZDSF, NonNZDSF, Non--ZeroZero DispersionDispersion ShiftedShifted FiberFiber))

    Dis

    pers

    iD

    ispe

    rsi

    n (

    n ( p

    sps// k

    mkm-- n

    mnm))

    Longitud de onda (Longitud de onda (nmnm))

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-99

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Mejor fibra para cada aplicaciMejor fibra para cada aplicacinn

    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 ms de 8 s de 8

    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 N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-100

    T3: ObjetivosT3: Objetivos

    WDM WDM WavelengthWavelength DivisionDivision MultiplexingMultiplexing

    CWDMCWDM CoarseCoarse WavelengthWavelength DivisionDivision MultiplexingMultiplexing Hasta Hasta 16 16 ss en una misma fibraen una misma fibra ITUITU, , Rango de operaciRango de operacinn: : 13101310--1610 1610 nmnm ITUITU, , SeparaciSeparacinn entre canales: entre canales: 20 20 nmnm

    DWDMDWDM Dense Dense WavelengthWavelength DivisionDivision MultiplexingMultiplexing Hasta Hasta 24 24 ss en una misma fibraen una misma fibra ITUITU, , Rango de operaciRango de operacinn: : 15001500--1600 1600 nmnm (Bandas S, C, L)(Bandas S, C, L) ITUITU, , SeparaciSeparacinn entre canales: entre canales: 100100--200 200 GHzGHz ((0,4 0,4 nmnm aprox.)aprox.)

    CWDM CWDM -- DWDMDWDM

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-101

    T3: ObjetivosT3: Objetivos

    CWDM CWDM -- DWDMDWDM

    CWDMCWDM

    DWDMDWDM

    20 20 nmnm

    0,4 0,4 nmnm aprox.aprox.

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-102

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    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 N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-103

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    ParParmetros de fibras comercialesmetros de fibras comerciales

    MFD 10-11 m

    MFD 8-9,5 m

    SSMF

    NZDSF-NZDSF+

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-104

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    ParParmetros de fibras comercialesmetros de fibras comerciales

    1530 nm

    1530 nm

    1560 nm

    1560 nm

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-105

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Ancho de banda de la fibra Ancho de banda de la fibra pticaptica

    La fibra La fibra ptica puede considerarse un ptica puede considerarse un sistema LTIsistema LTI

    Para un espectro Para un espectro gaussianogaussiano::

    )()()()(,)()()( thtPttPtdtPtthtP outininout ===

    21

    )0()()(,)()( 3

    2==

    HfHfHfdtethfH dB

    tfj

    +

    +=

    2

    21

    2 12

    )(exp1)(2

    1

    ffj

    ffffjfH

    ( ) ( )( ) [ ] 121232

    1121

    )/2(2222

    +==

    ==

    LDSLfLDLf

    [AGRAWAL02]

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-106

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Ancho de banda de la fibra Ancho de banda de la fibra pticaptica

    Lejos del punto de dispersiLejos del punto de dispersin mn mnima (nima (ff11

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-107

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    GestiGestin de la dispersin de la dispersinn

    ModulaciModulacin externan externa Moduladores MachModuladores Mach--ZenderZender sobre sobre LiNbOLiNbO33 ((NiobatoNiobato de Litio)de Litio) Moduladores de electroModuladores de electro--absorciabsorcinn Otros moduladoresOtros moduladores

    AcumularAcumular y y eliminareliminar dispersidispersinn

    Nuevos enlacesNuevos enlaces Alternar fibras con signos de dispersiAlternar fibras con signos de dispersin n diferentes (diferentes (NDSF + NDSF + y y NDSF NDSF --))

    Enlaces ya instaladosEnlaces ya instalados Fibras compensadoras de la Fibras compensadoras de la dispersidispersin (n (DCF, DCF, DispersionDispersion-- CompensatingCompensating FibersFibers))

    Enlaces ya instaladosEnlaces ya instalados Redes de Redes de BraggBragg ((FBG, FBG, FiberFiber BraggBraggGratingsGratings))

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-108

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Efectos de la modulaciEfectos de la modulacin externan externa

    Aguanta 4,2 veces ms dispersin en la fibra

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-109

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Los pulsos Los pulsos ya ensanchadosya ensanchados por la dispersipor la dispersin n se se pueden pueden encoger?encoger? ParParmetro D de metro D de signo contrariosigno contrario

    Principio de gestiPrincipio de gestin de la dispersin de la dispersinn

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-110

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Alternancia de NZDSFAlternancia de NZDSF

    Tramos de igual longitudTramos de igual longitud Baja dispersiBaja dispersinn Signos alternos Signos alternos NZDSF+NZDSF+ y y NZDSFNZDSF--

    L [Km]

    CR

    O

    D>0

    NDSF+

    D0

    NDSF+

    D>0

    NDSF+

    D

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-111

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    DCF, Fibra compensadora de dispersiDCF, Fibra compensadora de dispersinn PrincipioPrincipio si el confinamiento el nsi el confinamiento el ncleo es dcleo es dbil, se fuerza la bil, se fuerza la

    propagacipropagacin por cubierta (n por cubierta (nn menor) menor) viaje mviaje ms rs rpidopido

    EfectoEfecto dispersidispersin aumenta (siendo negativa) logrando n aumenta (siendo negativa) logrando coeficientes de hasta coeficientes de hasta --100 100 psps//nmnmkmkm

    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 ncleo cleo aa pequepequeo o inyectar luz es difinyectar luz es difcil, cil, acoploacoplo DCF tiene atenuaciones altas DCF tiene atenuaciones altas 0.45 0.45 dBdB//kmkm necesita amplificacinecesita amplificacin n

    pticaptica

    El El rea efectiva rea efectiva AAeffeff de la DCF ronda los de la DCF ronda los 20 20 mm22 (3 (3 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 N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-112

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    DCF, Fibra compensadora de dispersiDCF, Fibra compensadora de dispersinn

    SpoolSpool de DCFde DCF

    SMF SMF SMF SMF

    DCF DCF DCF DCF

    OLA: OLA: OpticalOptical Light Light AmplifierAmplifier

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-113

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    Redes de Redes de BraggBragg

    FBG FBG fibra fibra ptica donde el ptica donde el ndice de refraccindice de refraccin del nn del ncleo cleo varvara a lo largo del eje de la fibra a a lo largo del eje de la fibra Red de difracciRed de difraccinn

    Diferentes Diferentes se reflejan en puntos diferentes de la FBG debido se reflejan en puntos diferentes de la FBG debido a la variacia la variacin de nn de n

    Cada Cada sigue un camino diferentesigue un camino diferente lentaslentas alcanzan a las alcanzan a las rrpidaspidas

    Valores tValores tpicos para DWDMpicos para DWDM

    1010--15 15 cmcm de FBGde FBG150 150 kmkm de fibra G.652de fibra G.652

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-114

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    DCM, Mapas compensadores de dispersiDCM, Mapas compensadores de dispersinn

    DCM DCM conjunto de reglas para conjunto de reglas para decidir/disedecidir/disear/seleccionarar/seleccionarel el emplazamientoemplazamiento y el y el tamatamaoo 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 deberdebera 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 dispersin que contrarreste los efectos n que contrarreste los efectos no linealesno lineales

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-115

    T3: DispersiT3: Dispersinn

    DCM, EjemploDCM, Ejemplo

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-116

    T3: T3: ndicendice

    ndicendiceObjetivosObjetivosndicendice

    1.1. La La fibrafibra pticaptica HistoriaHistoria MaterialesMateriales

    2.2. PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante ptica geomptica geomtricatrica Captura y emisiCaptura y emisin de luz (apertura numn de luz (apertura numrica)rica)

    3.3. PropagaciPropagacin en la n en la F.OF.O. mediante . mediante ptica ptica E.ME.M.. Comportamiento modalComportamiento modal

    4.4. AtenuaciAtenuacinn

    5.5. DispersiDispersinn

    6.6. Efectos Efectos no linealesno lineales

    7.7. Fibras Fibras especialesespeciales

    8.8. PropagaciPropagacin n atmosfatmosfricarica

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD 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 s. . Dos haces de diferentes Dos haces de diferentes ss no no

    se afectan mutuamentese afectan mutuamente

    La La frecuenciafrecuencia-- de la luz de la luz cambiacambiacuando se propagacuando se propaga

    La La frecuenciafrecuencia-- de la luz de la luz no no cambiacambia cuando se propagacuando se propaga

    Propiedades Propiedades pticas pticas ((nn velocidadvelocidad, absorci, absorcin) n)

    dependientesdependientes de la de la intensidad de la luzintensidad de la luz

    Propiedades Propiedades pticaspticas((nn, absorci, absorcin) 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

    InteracciInteraccin: n: radiaciradiacin transmitidan transmitida medio materialmedio material

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-118

    T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales

    Origen Origen interacciinteraccin 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/acsticas de FOsticas de FO nn varvara con la intensidad de la sea con la intensidad de la seal al PotenciaPotencia

    ConsecuenciasConsecuencias LimitacionesLimitaciones en la comunicacien la comunicacinn1.1. AtenuaciAtenuacin:n: 2.2. Cambios de Cambios de generando incluso nuevas generando incluso nuevas :: , diafon, diafonaa

    Son interesantes? Son interesantes? DependeDepende.. Comunicaciones:Comunicaciones:

    FenFenmenos a evitarmenos a evitar AmplificaciAmplificacinn

    SensoresSensores

    [AGRAWAL02]

    Efectos NO LINEALES en fibra Efectos NO LINEALES en fibra pticaptica

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-119

    T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales

    Longitud efectiva, Longitud efectiva, LLeffeff distancia de propagacidistancia de propagacinn en la que en la que los efectos no lineales son apreciableslos efectos no lineales son apreciables

    rea efectiva , rea efectiva , AAeffeff rea 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 seccin transversal es:n transversal es:

    Longitud y Longitud y rea efectivasrea efectivas

    zePzP = 0)(

    L

    effeL

    =

    1 ==L

    zedzzPLP

    00)(

    TTpicos: 15picos: 15--25 25 kmkm para para de 0,15de 0,15--0,25 0,25 dBdB//kmkm

    ( )[ ]( )

    2

    4

    22

    2,

    ,

    ==

    MFD

    ddrrrF

    ddrrrFA

    r

    reff

    ( )( ) polaresscoordenadar

    mododelespacialndistribucirF:,

    :,

    TTpicos: 50picos: 50--90 90 mm22

    1

    effLL

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-120

    T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales

    AutomodulaciAutomodulacinn de fasede faseSPM, SPM, SelfSelf--PhasePhase ModulationModulation

    ModulaciModulacin 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

    ClasificaciClasificacin de efectos no linealesn de efectos no lineales

    Vibraciones moleculares y Vibraciones moleculares y acacsticassticas

    VariaciVariacin de n de nn con la con la intensidad luzintensidad luz

    EfectosEfectos

    NO LINEALESNO LINEALES

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-121

    T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales

    1.1. AtenuaciAtenuacinn en onda transmitida, en onda transmitida, 002.2. Ganancia Ganancia pticaptica3.3. Cambio de frecuencia Cambio de frecuencia 00,,00 ss,,ss

    ocurre en las dos direcciones ocurre en las dos direcciones zzsslo ocurre hacia atrlo ocurre hacia atrs s --zz

    espectro de ganancia espectro de ganancia grandegrande 2020--30 30 THzTHz

    espectro de ganancia espectro de ganancia estrechoestrecho 100 100 MHzMHz

    desplazada desplazada 13 13 THzTHz ((StokesStokes)) desplazada desplazada 10 10 GHzGHz

    fononesfonones opticosopticosfononesfonones acusticosacusticosSRSSRSSBSSBS

    Procesos no lineales inelProcesos no lineales inelsticossticos

    fotfotnnincidenteincidente == fotfotnnscatteringscattering ++ fonfonnnStokesStokes

    < 0 < 0 ss< < 00ss > > 00

    AntiAnti--StokesStokes

    > 0 > 0 ss> > 00ss< < 00

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD 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 elctrico)ctrico) alto alto

    Se genera una Se genera una nueva ondanueva onda::

    Se deben conservar: energSe deben conservar: energa, momento a, momento ConservaciConservacin del momento: n del momento:

    MMximo para ximo para == hacia atrhacia atrss MMnimo para nimo para =0=0 hacia adelantehacia adelante

    Desplazamiento tDesplazamiento tpicopico, , ssBrillouinBrillouin: 0,09nm (11GHz) a 1550nm: 0,09nm (11GHz) a 1550nm

    Contribuye a la atenuaciContribuye a la atenuacin de la fibra (aunque despreciable)n de la fibra (aunque despreciable)

    Esparcimiento Esparcimiento espontespontneoneo de de BrillouinBrillouin

    = incidenteBrillouins 0

    0

    2 ABrillouins

    n=

    acsticaondaladevelocidadmododelndicen

    Brillouinlfrecuenciaentodesplazami

    A

    Brillouins

    :::

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-123

    T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales

    RRealimentaciealimentacin 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 rea efectivarea efectivaAumentar anchura lAumentar anchura lser (mod. directa)ser (mod. directa)Mantener la potencia del canal por debajo de umbralMantener la potencia del canal por debajo de umbral

    AplicaciAplicacin an a SensoresSensores Dependencia con Dependencia con TT y y strainstrain

    SBS, esparcimiento SBS, esparcimiento estimuladoestimulado de de BrillouinBrillouin

    + Brillouin

    s

    fuente

    effB

    effSBSumbral Lg

    bAP

    121

    Brillouinlfrecuenciaentodesplazami

    fuentedelfrecuenciaanchuraBrillouingananciadeecoeficientg

    Stokesincidenciarelativanpolarizacib

    efectivasLongitudyreaLA

    Brillouins

    fuente

    B

    effeff

    :

    ::

    ),2,1(:

    :,

    TTpica: 5pica: 5--10 10 mWmW

    VariaciVariacinn TT//strainstrainVariaciVariacinn TT//strainstrain

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-124

    T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales

    OrigenOrigen interacciinteraccin con las moln con las molculas en vibraciculas en vibracinn

    Se genera una Se genera una nueva ondanueva onda:: Se deben conservar: energSe deben conservar: energa, momentoa, momento ConservaciConservacin del momento: en todas las direcciones (n del momento: en todas las direcciones (isotrisotrpicopico))

    Desplazamiento tDesplazamiento tpicopico, , ssRamanRaman > 80nm (13THz) a 1550nm> 80nm (13THz) a 1550nm Ondas Ondas StokesStokes y y antianti--StokesStokes

    Contribuye a la atenuaciContribuye a la atenuacin de la fibra (aunque despreciable)n de la fibra (aunque despreciable)

    Esparcimiento Esparcimiento espontespontneoneo de de RamanRaman

    = incidenteRamans 0

    00 ss

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-125

    T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales

    La seLa seal al 00 y la onda generada y la onda generada ss se baten generando nuevas se baten generando nuevas frecuencias: frecuencias: 00 -- ssRamanRaman

    RRealimentaciealimentacin 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 limitacin para 1 sn para 1 slo canal: lo canal: PPttpicopico 10 10 mWmW/canal/canal ProblemProblemtico en sistemas WDMtico en sistemas WDM

    VentajasVentajas AmplificaciAmplificacin n pticaptica energenerga pasa del bombeo a la a pasa del bombeo a la deseadadeseada SRS tiene mSRS tiene ms ancho de banda s ancho de banda compensacicompensacin pn prdidasrdidas

    Proceso muy dependiente de la temperatura Proceso muy dependiente de la temperatura sensoressensores

    SRS, esparcimiento SRS, esparcimiento estimuladoestimulado RamanRaman

    effR

    effSRSumbral Lg

    AP

    16

    Ramangananciadeecoeficientgfibradeatenuacin

    efectivasLongitudyreaLA

    R

    effeff

    ::

    :,

    TTpica: 500 pica: 500 mWmW

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-126

    T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales

    OrigenOrigen el el ndice de refraccindice de refraccin n nn de la sde la slice aumenta lice aumenta con la intensidad con la intensidad ptica (ptica (PP) y est) y est relacionado con el relacionado con el rea rea efectiva (efectiva (AAee):):

    EfectoEfecto modulacimodulacin no lineal de la fasen no lineal de la fase, la fase y la , la fase y la frecuencia de la sefrecuencia de la seal cambian con al cambian con PP

    Pulsos modulados Pulsos modulados chirpingchirping ensanchamiento ensanchamiento

    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. transocenicosnicos

    Efecto Efecto KerrKerr--ModulaciModulacin no lineal de la fasen no lineal de la fase

    effNL A

    Pnnn +=nA

    nP

    eff

    PAPnk

    APnnn

    effNL

    effNL ++=+= 0

    ( )eff

    NLeffin

    L

    NL AnLPdz

    2,

    0===

    ( )t

    PLt

    t ineffNL

    =

    =

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-127

    T3: Efectos no linealesT3: Efectos no lineales

    DDnde?nde? Sistemas con portadora Sistemas con portadora nicanica La propagaciLa propagacin de una n de una seseal de al de alta potenciaalta potencia produce produce

    cambios instantcambios instantneos de fase neos de fase ensanchamiento espectralensanchamiento espectraladicional + CD = distorsiadicional + CD = distorsin de intensidadn de intensidad

    Efecto no lineal dominante en sistemas Metro + Efecto no lineal dominante en sistemas Metro + SSMFSSMF

    Ajustar la relaciAjustar la relacin SPMn SPM--CDCD compensacicompensacin de dispersin de dispersinn

    SPM, SPM, AutomodulaciAutomodulacinn de fasede fase

    ( )largasbajasintPPulsodeSubida

    00

    amplifin N

    P

    1.0>nncubiertacubierta

    MaterialesMateriales CristalesCristales Haluros Haluros Cristal activoCristal activo CalcogenurosCalcogenuros ( ( ChalgenideChalgenide GlassGlass )) PlPlsticostico

    Materiales de fibras Materiales de fibras pticaspticas

    CristalesCristalesPlPlsticossticos

    [KEISER00]

  • TEMA N 3: Canal ptico de Transmisin

    Grupo de Ingeniera FotnicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-132

    T3: Fibras especialesT3: Fibras especiales

    Cristales Cristales ( ( GlassGlass )) CCmo?mo? Mezclas de Mezclas de xidosxidos, sulfuros y seleniuros de metales, sulfuros y seleniuros de metales SSlicelice ((SiOSiO22)) es el elementoes el elemento mms coms comn (1,48 @ 850 n (1,48 @ 850 nmnm)) ModificaciModificacin del n del ndice mediante ndice mediante dopadodopado

    AumentarAumentar nn: germanio (: germanio (GeOGeO22), ), ffsforo(Psforo(P22OO55)) DisminuirDisminuir nn: boro (B: boro (B22OO33), f