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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 Nº 3: Canal Óptico de Transmisión

Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-1

TEMA 3TEMA 3

CANAL CANAL ÓÓPTICO DE PTICO DE TRANSMISITRANSMISIÓÓNN

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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

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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

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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

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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]

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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

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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

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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

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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

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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

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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]

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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

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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

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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

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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

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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

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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]

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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

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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

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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

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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

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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 −

≈−

Diferencia relativa de Diferencia relativa de ííndicesndices

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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]

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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.).)

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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

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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

<⋅n

cLB IG

ParabParabóólicolico[AGRAWAL02]

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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!!

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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

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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

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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

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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!!

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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

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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

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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))

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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?

2

..VmodosN IS ≈

22º

2

..VmodosN GI ⋅

+≈

αα

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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

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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

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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

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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

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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

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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..

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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

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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

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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)

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión

Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-78

T3: DispersiT3: Dispersióónn

Diagrama de ojoDiagrama de ojo

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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

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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 =

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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

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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

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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 −=≡⇒

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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

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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

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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 ≡

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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 ,, −=

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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

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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

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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

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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

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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))

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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

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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

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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.

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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

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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+

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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

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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]

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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

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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))

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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

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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

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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-

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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))

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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

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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

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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

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TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión

Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-115

T3: DispersiT3: Dispersióónn

DCM, EjemploDCM, Ejemplo

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

acústicaondaladevelocidadmododelíndicen

Brillouinlfrecuenciaentodesplazami

A

Brillouins

:::

ν

ωΔ

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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

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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

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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

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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

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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

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

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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 −

=

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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

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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

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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]

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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))

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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))

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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))

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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))

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

( )( )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

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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

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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

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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

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TEMA Nº 3: Canal Óptico de Transmisión

Grupo de Ingeniería FotónicaUNIVERSIDAD DE CANTABRIA T3-157

TEMA 3TEMA 3

FINALFINAL