Conceptos generales de Fibra Óptica

Introducción

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 Fibra Óptica: Historia

• 1021 Se publica “El libro de la óptica” por el científico Ibn al-Haytham. En este están las bases para la física
óptica moderna (por ejemplo: reflexión y refracción).

• 1611 El matemático y astrónomo alemán Johannes Kepler descubre la reflexión total interna. Este será el
principio básico de la tecnología de transmisión por fibra óptica, este principio posibilita la transmisión a
largas distancias en fibra óptica.

• 1841 El físico suizo Jean Daniel Colladon, efectuó la demostración de la reflexión total interna descubierta
por Kepler. (Se uso con fines estéticos en la fuentes).

• 1905 Albert Einstein publica la demostración del efecto fotoeléctrico. Es la base teórica sobre la
cuantificación “como paquetes” de la energía lumínica. Este será uno de los principios básicos de la
comunicación óptica.
 Fibra Óptica: Historia

1870
El físico irlandés John Tyndall, recreó el experimento de Colladon.
 Fibra Óptica: Historia

1966
Dr Charles Kao estableció que la luz puede ser transmitida a través de
fibra hecha de silicio fundido con perdidas inferiores a 20dB por
kilometro. Ya que enunciaba que la limitación se debía a las impurezas
en el silicio. Dr Kao gano el premio Nobel por su trabajo
 Fibra Óptica: Historia

 1970:Robert Maurer, Donald Keck y Peter Schultz diseñadores de

Corning, llevaron la teoría de Kao a la realidad, realizando una fibra con
menos impurezas, pudiendo llegar el haz a 20 Km. Corning dopó a la
fibra con dióxido de titanio logrando una fibra monomodo de atenuación
menor a 17dB/Km.

 1972: El mismo grupo uso germanio esta fibra arrojo una atenuación de
4dB/Km.
Además el dopaje de germanio es mas fácil de producir.

 1977 :AT&T instala el primer tendido de fibra óptica entre Cambridge MA

y Washington DC.

 1980: CIDIBA 140 Mbit/s óptico para transportar los Centros de Tránsito

 1996: Anillos SDH STM-16

 2000: DWDM con lambdas de 10G

 2008: Lambdas de 40 Gbit/s

 Fibra Optica
Características. Guía de Onda Óptica.

RECUBRIMIENTO

REVESTIMIENTO (n2)

NUCLEO (n1)
Fibra Óptica: Principios
 Fibra Óptica: Ventajas

• Mayor capacidad de transmisión de datos: Esto debido a

su gran ancho de banda (EJ. 30000 comunicaciones de
voz – 2,5 Gb/s) x un par de fibras.
• Menor latencia (menor tiempo de demora para recibir la
información). Es de vital importancia para la calidad de
los servicios de información interactiva (Video Juegos /
IA / Video conferencias)
• Inmunidad a la diafonía: Los cables ópticos son inmunes
a la diafonía entre cables vecinos, debido a que no
poseen campos magnéticos que generen inducción
inducción entre cables físicamente cercanos entre sí.
 Fibra Óptica: Ventajas

• Las fibras de vidrio o de plástico son no conductores de

electricidad (dieléctricas) y, en consecuencia inmunes al
ruido e interferencias electromagnética, debida a rayos,
motores eléctricos, luces fluorescentes y otras fuentes
de ruido eléctrico.
• Esta inmunidad hace que el cableado de fibra sea
intrínsecamente más seguro, ya que las señales
transmitidas no pueden ser simplemente "olfateadas“ o
interferidas.
• Baja atenuación (0,25 dB/km). Esto permite que la fibra
funcione bien en largas distancias (65 km o mas) sin
degradación de la señal. Y no hay necesidad de
aumentar la señal a lo largo de la trayectoria con
elementos activos.
 Fibra Óptica: Ventajas

• Tamaño reducido y bajo peso que facilita su tendido

aéreo o canalizado (cables de alta capacidad de 512 fo
tienen un diámetro de 21 mm y peso – 200 kg/km- . Los
cables se acondicionan en bobinas de hasta 4 km.
• Bajos costos de operación y mantenimiento. Fácil
Transporte e instalación.
• No se corroe, no se ve afectada fácilmente por el agua.
No genera calor.
• Materia prima abundante para su elaboración. (sílice)
 Fibra Óptica: Desventajas

Costos de interconexión: Los sistemas de fibra óptica son virtualmente

inútiles por si mismos. Para ser prácticos se deben de conectar a
instalaciones electrónicas normales, lo cuál requiere con frecuencia
interconexiones costosas.
Potencia eléctrica remota: a veces es necesario llevar energía
eléctrica, a un equipo remoto de interconexión o de regeneración.
Esto no se puede hacer con el cable óptico, por lo que se deben de
agregar más cables metálicos en el cableado.
Herramientas, equipo y adiestramiento especializado: Las fibras
ópticas son frágiles y requieren herramientas especiales para
empalmar y reparar cables, y equipos especiales de prueba para hacer
mediadas rutinarias.
También es difícil y costoso reparar cables de fibra y los técnicos que
trabajan con cables de fibra óptica necesitan también tener destrezas
y adiestramientos especiales.
Fibra Óptica : Características. Guía de Onda Óptica.
Fibra Óptica : Propagación de la luz.
 Fibra Óptica : Propagación de la luz.

Inyección de la luz en la fibra óptica.

La luz debe estar en un cono de aceptación, para propagarse dentro de la
fibra.
Los haces de luz que entran por fuera del cono de aceptación, se refractan
en el revestimiento en vez del interior de la fibra
Fibra Óptica : Clasificación.
 Fibra Óptica: Clasificación

• El diámetro del núcleo de la fibra monomodo es mucho menor que la multimodo.

• Eso concentra la señal óptica dentro de la fibra, eso reduce la perdida de señal.
• Se usa para largas distancias, gran ancho de banda y redes de alta velocidad.

• En la fibra mono modo el diámetro del núcleo es de 8 a 10 µm.

• En la fibra multi modo el diámetro del núcleo es de 50 a 62,5 µm.
• Cuando se usa esa denominación, describe la cantidad de caminos que puede tomar la luz
por la fibra
 Fibra Óptica: Multimodo. Índice Escalón

• Se desarrollaron dos tipos de fibras multimodo variando el índice de refracción

entre el núcleo y el revestimiento: Step index y Graduated index
• En la fibra multimodo step-index, el núcleo y el revestimiento tiene un índice
de refracción determinado.
• Esto es uniforme a través del cristal.
• El hecho es que el índice del material del núcleo es un orden mayor que el
índice de material de revestimiento.
• La dispersión modal es debido a la fibra multimodo step-index, es la principal
causa de porque se usa para distancias cortas.
• Poseen baja capacidad de transmisión y tiene una atenuación relativamente
alta (mayor a 5 dB/Km)

Diámetro del Núcleo :

100 – 62,5 m
Ángulo de Aceptación : 14 °
Número de Modos  4000
Apertura Numérica (AN)
= 0,275
 Fibra Óptica: Multimodo. Índice Gradual

Granded index multimode fiber:

• Los fabricantes crearon un núcleo de un material de diferentes densidades y
índice de refracción que disminuyen gradualmente desde el centro del núcleo
hacia fuera, hacia el revestimiento.
• La disminución del índice de refracción da como resultado de trayectoria no de
luz lineal que siga una trayectoria más serpenteante, doblando una luz desde
fuera hacia el centro del núcleo.
• Esto reduce en gran medida la diferencia de tiempos de llegada de un rayos de
luz utilizando diferentes modos. Esta fibra elimina casi toda señal de mala
calidad asociada la dispersión modal.

Diámetro del Núcleo : 50 m

Ángulo de Aceptación : 11.9 °
Número de Modos  250
Apertura Numérica (AN)
= 0,2
 Fibra Óptica: Multimodo

• Tipo de Fibra Multimodo: Operan en 850nm y 1300nm

• OM1: comprende principalmente fibra de diámetro 62,5/125micrones

(núcleo/revestimiento)

• OM2 tiene un ancho de banda efectivo de 500 Mhz/km en 850 y 1300 nm con
fibra de 50/125 micrones.

• OM3 tiene un ancho de banda de 1500/500 Mhz/km si esta lleno. O 2000

Mhz/km en el modo de uso común. La fibra es de 50/125 micrones.

• La fibra OM1 y OM2 se usan para aplicaciones para trabajar con LEDs y el
rango de trabajo de 10Mb/s a 1Gb/s. La fibra OM2 y OM3 tienen los
requerimientos ITU-T G651.1
 Fibra Óptica: Monomodo

Al concentrar la luz por un solo camino, reduce las perdidas.

Las tres tipos de fibras monomodo mas simples son:

 Non-Dispersion Shifted Fiber (NDSF), referida también como Standard Single Mode-
Fiber(SSMF) o SMF. Definido en la ITU G652.

 Dispersion Shifted Fiber (DSF), definida en la ITU G653.

 Non-zero Dispersion Shifted Fiber (NZ-DSF), definida en la ITU G655.

Diámetro del Núcleo :

10 -8 m
Ángulo de Aceptación : 6.5 °
Número de Modos  1
Apertura Numérica (AN)
= 0,14
 Single Mode Fiber & MultiMode Fiber

CORE CLADDING BUFFER

FIBRA MULTIMODO
(step index)

FIBRA MULTIMODO
(graded index)

FIBRA MONOMODO
(step index)
Fibra Óptica: Ventana
Espectro
 Espectro Óptico

En las fibras ópticas, la luz es

definida como una radiación
electromagnética que ocurre en
una determinada región del
espectro “El espectro óptico”
Definiciones

Período (T): Es el tiempo en el que transcurre una

oscilación completa. (s / ms / us)

Frecuencia eléctrica (F): Es la cantidad de veces

que se repite el ciclo de una señal eléctrica en un
segundo. (ciclo x seg = Hz) (kHz / mHz / gHz / tHz)

 F=1/T

Longitud de onda (λ): se define como la distancia que

recorre una perturbación en el intervalo de tiempo
que transcurre entre dos picos máximos consecutivos.
(m /um /nm)

 λ = veloc. onda / F
Relación Frecuencia – Longitud de onda

La relación matemática:

f=c/λ ó λ=c/f

Longitud de onda (λ) esta representada por ciclos por segundos, Hertz (Hz).

En las telecomunicaciones la longitud de onda esta expresada en

nanómetros (10E-9 metros).

Ejemplo: Si f=c/λ

λ=1552.52nm ó 1552.52x10E-9m

C=2.99792458x10E8m/s

f=2.99792458x10E8(m/s) / 1552.52x10E-9m

f = 193.10 THz
 Onda de luz

En las propiedades de onda, la luz consiste en un campo magnético y otro eléctrico.

Cada uno caracterizado por amplitud y dirección
desfasados 90 grados entre sí
Dentro del concepto de la luz como partícula (y otras formas de radiación
electromagnética), la unidad es el fotón.
Este paquete elemental de energía lumínica no tiene masa, y viaja aproximadamente
a la velocidad de la luz.
Los fotones se crean en los átomos cuando electrones pasan de un estado de mayor a
menor energía.
La energía liberada en la transición es liberada en forma de fotones.
Longitud de onda y frecuencia:
La radiación electromagnética esta caracterizada por la longitud de onda, esta es
denominada por su frecuencia.
En términos matemáticos, la relación entre la longitud de onda y la frecuencia es la
inversa.
Si la longitud de onda aumenta, la frecuencia disminuye
 Onda de luz

• Dentro del concepto de la luz como partícula (y otras formas de radiación

electromagnética), la unidad es el fotón.
• Este paquete elemental de energía lumínica no tiene masa, y viaja
aproximadamente a la velocidad de la luz.
• Los fotones se crean en los átomos cuando electrones pasan de un estado de
mayor a menor energía.
• La energía liberada en la transición es liberada en forma de fotones.
• Los fotones son paquetes de energía, no partículas físicas estos no presentan
características de partículas.
• El efecto fotoeléctrico es cuando se emite electrones cuando se absorbe energía
en forma de luz.
Efectos Lineales
Atenuación
Atenuación
 Atenuación

Reflexión de Fresnel.
Un span de gran distancia consiste en varios segmentos de fibra.
Los segmentos de fibra se unen por empalmes o por conectores, para unir con
precisión los núcleos de las fibras.
Esto permite una unión pareja que evita alteraciones o interrupciones.
Cuando las fibras óptica se une con conectores un espacio de aire se puede crear
entre las fibras, esto puede ser debido a una falla mecánica entre conectores o
conexiones.
Calidad del pulido (a mejor pulido menor reflectancia), normalmente un conector
tiene una perdida de 0,10 a 0,25dB
 Atenuación

Perdida por flexión física.

La perdidas por flexión pueden ser perdidas por micro flexión o por macro flexión
Las micro flexiones ocurren a escala microscópica y no son visibles al ojo. Esto
aparece como arrugas en la fibra. Además puede ser causado por un drástico
cambio de temperatura durante la instalación del cable cuando diferentes materiales
en la estructura del cable se expanden y contraen a diferentes velocidades.
Puede ocurrir por variaciones de la temperatura durante la fabricación
Aplicación despareja de recubrimiento. Procedimientos de cableado incorrectos.
Fuerzas externas que deforman la cubierta del cable que rodea la fibra.
La micro torsión modifica el camino de la propagación.
La macro torsión es una curva visible al ojo. Tiene un gran radio relación con el
diámetro de la fibra
La macro torsión ocurre por varias causas:
Curvas muy pronunciadas durante la instalación, por ejemplo doblar la fibra en una
esquina con una curva muy pequeña respecto al diámetro de la fibra.
Incorrecta instalación de sujetadores de fibra. Los fabricantes de fibra recomiendan
un radio de curvatura mínima de 5 a 10 veces de diámetro exterior para prevenir la
perdida por torsión.
Precintos de fibra
Macrocurvaturas
Empalmes
Ventanas
Dispersión
 Dispersión

Es una expansión o ensanchamiento del pulso de luz a medida que viaja a través de la
fibra.
La magnitud de la dispersión se depende de:
La longitud de onda transmitida
La distancia debe viajar el pulso (A mayor distancia, mayor dispersión).
Como consecuencia de la dispersión de la luz, los símbolo de datos de una señal
interfieren entre sí, introduciendo errores de bits y afectando la integridad de la señal y
la reconstrucción de los datos en la recepción.
Hay tres tipos de dispersiones cuando se consideran fibras monomodo y multimodo.
Intermodal o dispersión multimodo
Dispersión cromática
Dispersión de polarización de modo
La dispersión intermodal ocurre solamente con fibras multimodo.
Mientras que la dispersión cromática y la de polarización, se las llama dispersión
intramodal, ocurre en la fibra monomodo.
El haz de luz puede tomar distintos caminos en una fibra monomodo, el gran diámetro
del núcleo permite tener distintos caminos.
El resultado de tomar diferentes caminos el haz de luz, no siendo uniforme la duración
del trayecto.
 Dispersión

Dispersión intermodal
Es también llamada dispersión multimodo, distorsión modal, distorsión de retardo
intermodal.
Dispersión intermodal
Es también llamada dispersión multimodo, distorsión modal, distorsión de retardo
intermodal.
Fibra multimodo de índice a paso tiene 50 ps/nm/km de dispersión intermodal
Fibra multimodo de índice a graduado tiene de 0,3 a 0,1 ps/nm/km de dispersión
intermodal
Distorsión Cromático
Es la dispersión mas común en la fibra single-mode. Esto ocurre cuando distintas
longitudes de onda viajan a distintas velocidades en la fibra, causando que la luz se
desplace, creando interferencia inter simbolo.
Dispersion de la luz natural

Red
Orange
Natural Yellow
light
Green
Blue
Indigo
Violet
Dispersión
Dispersión Cromática
Dispersión Cromática: Compensacion
Dispersión Cromática
Dispersión Cromática
Dispersión Cromática
Fibra Óptica: Ventanas
PMD
PMD
PMD
PMD
Efectos No Lineales
SRS: Stimulated Raman Scattering
SRS: Stimulated Raman Scattering
SRS: Stimulated Raman Scattering
 SRS: Stimulated Raman Scattering
Como SBS, Stimulated Raman Scattering (SRS) es a causa de la interacción entre la onda de
luz transmitida y la vibración molecular acústica de la fibra. En contraste con el SBS, el efecto
SRS no esta limitado a una sola longitud de onda. El SRS deteriora otros canales de
transmisión de la fibra.

SRS transfiere energía óptica desde la mas baja longitud de onda hasta la mas alta. Por lo
tanto SRS perjudica a la transmisión suprimiendo los canales mas bajos en la transmisión
multicanal.

El efecto es además dependiente del espaciamiento de los canales.

Por lo tanto SRS afecta mas a cuando hay menos espacio entre canales.
Otra diferencia es que el SRS causa scattering en ambas direcciones mientras que SBS solo
causa backscattering.
 SBS: Stimulated Brillouin Scattering

La dispersión estimulada tipo Brillouin se manifiesta cuando

existe potencia reflejada (bien como resultado de una
discontinuidad óptica en la fibra como un conector, o bien
reflexión intrínseca en la estructura molecular de la fibra).

Como una propagación de luz a través de la fibra, variaciones del campo eléctrico de la
onda pueden generar vibraciones moleculares acústicas en la fibra. Las vibraciones
acústicas causan variaciones en el índice de refracción de la fibra.
Esas fluctuaciones en el índice de refracción causan scattering en la onda de luz
transmitida.
SBS: Stimulated Brillouin Scattering
SBS: Stimulated Brillouin Scattering
 SPM: Shelf Fase Modulation

Self-phase modulation (SPM)

El índice de refracción de la fibra óptica depende de la intensidad o la potencia de la señal.
La dependencia de la intensidad con índice de refracción es el efecto kerr. En resumen, SPM
hace que el espectro del pulso que se ensanche.
SPM interactúa con la dispersión cromática, el cambio de la tasa en el pulso óptico ensanchado
a medida que viaja en la fibra.
 SPM: Shelf Fase Modulation

Una forma de superar este efecto es operar a baja potencia, donde efecto no lineal es
inexistente
 XPM: Cross Fase Modulation

Cross-phase modulation es similar a SPM, excepto que involucra múltiples longitudes de

onda.
Con CPM las variaciones de energía de la señal óptica causa fluctuaciones de fase en otras
señales.
FWM: Four Wave Mixing

Con el FWM cuando se

transmiten tres
longitudes de onda, se
genera una cuarta
longitud de onda.
La cuarta onda interfiere
con las otras ondas
transmitidas
FWM: Four Wave Mixing

El número de productos generados de la interferencia aumenta significativamente a

medida que el número de longitud de onda (canales) en el sistema de aumenta
FWM: Four Wave Mixing según tipo de FO
Efectos No Lineales: Afectaciones
 El Sistema de Comunicación Óptica Básico

TRANSMISOR
SEÑAL DE ENTRADA

FUENTE OPTICA MODULADOR

CAMINO DE TRANSMISION

DETECTOR OPTICO DEMODULADOR

SEÑAL DE SALIDA
RECEPTOR
Laser
 Laser

Uno de las bases para la comunicación óptica es la fuente lumínica.

El LASER produce y amplifica una haz de luz coherente.
La luz coherente consiste en ondas que están en fase en termino de frecuencia, fase y
polarización.
Los lasers para la transmisión óptica se usan dispositivo llamados diodos laser.
Un transmisor óptico consiste en una fuente de luz, y componentes adicionales para
procesamiento y transmisión sobre un vinculo óptico.
La fuente de luz puede ser un Diodo LASER ó diodo emisor de luz (Light Emitting Diode -
LED).
Los diodos laser se usan para alta velocidad de transmisión de datos y grandes distancias,
Los LEDs se usan a baja velocidad de transmisión y cortas distancias, como LANs.
Las fuente de luz se generan tienen un nivel de potencia y una frecuencia ó (longitud de
onda) requerida para transportar una señal óptica.
La luz coherente consiste en ondas de luz de idéntica frecuencia y fase
Diodo Laser

Los láseres producen un haz de una longitud

de onda angosta, con la potencia necesaria
para el transporte óptico.
Este haz monocromático de luz se usa para
transmitir data por modulación de luz.

Este consiste en codificar la información de

señal digital electrónica en señal óptica
producida por el laser .
Receptores ópticos

Los receptores ópticos recuperan la señal transmitida en el vinculo óptico,

convirtiendo los datos de formato óptico a eléctrico.
Para lograr esto, el detector usa detector de luz y componentes adicionales para
convertir los datos en un flujo de bits eléctricos.
Los receptores usan fotodiodos como detectores de luz.
Hay dos tipos de fotodiodos:
Positive-Intrinsic-Negative (PIN) fotodiodo
Avalanche Photodiode (APD)
Las ventajas de los fotodiodos PIN son las siguientes:
bajo costo
Confiabilidad
Las ventajas de los fotodiodos APD son las siguientes:
mayor sensibilidad
mayor precisión
produce una mayor señal de salida.
Fotodetectores
Amplificadores Opticos
EDFA
EDFA Principio Amplificación Óptica
EDFA
EDFA
EDFA
Amplificador Raman
Amplificador Raman
Potencia Optica

 Potencia m W  
Potencia dBm   10  log  
 1m W 
Presupuesto Optico de Potencia: Calculo
Presupuesto Optico de Potencia: Valores Tipicos
Presupuesto Optico de Potencia: Valores Tipicos
OTDR
 OTDR

Un OTDR es un reflectómetro óptico en el dominio tiempo. Es un instrumento

de medición que envía pulsos de luz, a la λ deseada (ejemplo 3ª ventana:
1550nm), para luego medir sus “ecos”, o el tiempo que tarda en recibir una
reflexión producida a lo largo de la FO. Estos resultados, luego de ser
promediadas las muestras tomadas, se grafican en una pantalla donde se
muestra el nivel de señal en función de la distancia dB/Km. Luego se podrán
medir atenuaciones de los diferentes tramos, atenuación de empalmes y
conectores, atenuación entre dos puntos, etc. También se utiliza para medir la
distancia a la que se produjo un corte, o la distancia total de un enlace, o para
identificar una fibra dándole una curvatura para generar una fuga y
observando en la pantalla del OTDR ver si la curva se “cae”.
OTDR
OTDR
OTDR
 OTDR

Empalme
Conector Empalme por fusión ( diferente diámetro)
OTDR
Conectores
Conectores
Conectores
Conectores
Conectores
 Conectores

Siguiendo a estos nombres vendrán siglas que indicarán alguna característica en particular.
Cualquiera de estos conectores puede venir en las opciones de pulido PC ó APC
(angular para video) , en MM o SM, simples o dobles (una o dos fibras por conector),
PM (polarization maintaining), etc.
Cada conector consta de:
Ferrule: es el cilindro que rodea la fibra a manera de PIN.
Body: el cuerpo del conector
Boot: el mango
También existen conectores con el cuerpo intercambiable según la necesidad,
como el Alberino de Diamond:
Conectores
 Fibra Óptica: Limpieza

La contaminación en los contactos de la fibra es una causa importante de atenuación

en los vínculos de fibras ópticas.
Incluso la suciedad microscópica reduce drásticamente la performance del vinculo.
Fibra Óptica: Limpieza
 Fibra Óptica: Limpieza

La contaminación en los contactos de la fibra es una causa importante de atenuación

en los vínculos de fibras ópticas.
Incluso la suciedad microscópica reduce drásticamente la performance del vinculo
Fibra Óptica: Limpieza
Fibra Óptica: Distribuidor
¡Gracias!

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