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Introducción a las Fibras Ópticas

Fibras Ópticas

• Tecnología de comunicación, desarrollada en los años 70, que funciona enviando señales ópticas por pelos de vidrio muy finos

Transmisor Receptor

Rayos de Luz Fibra

Fibras Ópticas

Multimode Singlemode

2 tipos

50 or 62.5 µm125 µm 250 to 900 µm 250 to 900 µm 125 µm 9 to 10 µm

An optical fiber is composed of a very thin glass rod, which issurrounded by a plastic protective coating. The glass rod contains twoparts, the inner portion of the rod (or core) and the surroundinglayer (or cladding). Light, which is injected into the core of the glassfiber, will follow the physical path of that fiber due to the totalinternal reflection of the light between the core and the cladding.

1.2 Fiber Design

2. Bandwidth: Since the light signal is composed of different frequencies, the fiber will limit the highest and lowest frequencies and will limit the information carrying capacity.

3. Dispersion: As the light signal traverses the fiber, the light pulses will spread or broaden and will limit the information carrying capacity at very high bit rates or for transmission over very long distances.

3

CoreCladding

Plastic Coating

The composition of optical fiber

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Tipos de Fibras: MM (Multi Modo)

• Fibras Multimodo : – 850 a 1300 nm – Cortas distancias– LAN / Industria

• Numerosos rayos de luz (modos) son transportados simultáneamente a través de la fibra.

Multimode Step Index (obsoleta)

n1>n2

n2

n1

Multimode Graded Index

nA

nB

nA>nB

Tipos de Fibras: SM (Mono Modo)

• Fibras Singlemode :– Transmisión de alta velocidad – 1260 a 1660 nm – Largas distancias– Telecom/CATV – CWDM/DWDM - FTTx

• Un solo rayo de luz (modo) es transportado a través de las fibras.

Atenuación

• La atenuación es la disminución de la potencia de la señal a lo largo del enlace de fibra óptica.

aten

uaci

ón (d

B/k

m)

Long. de Onda (nm)850 1300 1550

1ra Ventana820-880nm

2da Ventana1285-1330 nm

3ra Ventana1525-1575nm

• Atenuación es expresada en dB/km.

Atenuación Intrínseca

• Scattering (Rayleigh) es la pérdida de señal de luz desde el núcleo de fibra causado por impurezas o cambios en el índice de refracción de la fibra.

Light scattered

Impurezas

• Explica hasta el 95% de la pérdida total• Varia como Att = 1/(λ)^4 para todos los tipos de fibra

Atenuación Intrínseca

• Absorción: La luz es absorbida debido a las características químicas o a las impurezas naturales en el vidrio.

Si O2

Si

SiO O O

Si

SiO

Si

CuO

Imperfecciones

• Debido a estructura atómica del material-oxidrilo(OH) y otras impurezas • Explica hasta el 5% de la pérdida total • Picos alrededor de 950 nm, 1244 nm, y 1383 nm

Atenuación Extrínseca • Microcurvaturas Las pérdidas por microcurvaturas ocurren debido a deformaciones

microscópicas de la fibra en la interface core-cladding

Microcurvaturas

• Macrocurvaturas Las pérdidas por macrocurvaturas ocurren debido a curvas en la

fibra que son grandes en relación al diámetro

Macrocurvatura

• Atenuación debido a las curvaturas es mayor a 1550nm/ 1625nm de lo que es a 1310nm

Atenuación

Ate

nuac

ión

(dB

/km

)

Long. de Onda(nm)850 1300 1550

Rayleigh Scattering1/λ−4 IR Absorption

OH Absorption Peaks 950-1240-1380 nm

Impurity Absorption

Bendings atenuación

Conectores & Adaptadores

Tipos de Conectores

• Conector SC– Férula cerámica (Ø 2.5 mm)– Mecanismo Push-Pull – Utilizado principalmente con fibras SM

• Conector FC– Férula cerámica (Ø 2.5 mm)– Mecanismo a tornillo– Utilizado principalmente con fibras SM

• Conector MU– Férula cerámica (Ø 1.25 mm)– Mecanismo Push-Pull

Tipos de Conectores

• Conector ST– Férula cerámica (Ø 2.5 mm)– Mecanismo Twist-lock– Utilizado principalmente con fibras MM

• Conector LC– Férula cerámica (Ø 1.25 mm)– Mecanismo Push-Pull

• Conector E2000– Férula cerámica (Ø 2.5 mm)– Mecanismo Push-Pull con una tapa

protectora sobre férula

Contacto Aéreo / Contacto Físico

La separación causa problemas de pérdidas (pérdida de inserción y perdida de retorno)

Air gap (un par de micrónes)

Conector Physical Contact (PC) :

Contacto físico

• PC: Physical Contact (Contacto físico)• SPC: Super Physical Contact (Súper contacto físico)• UPC: Ultra Physical Contact (Ultra contacto físico)

Solo una pequeña porción de luz es reflejada

Efectos de Altas Reflexiones (ORL)

Pulidos  Angulares

Si los valores de ORL son muy Altos (valores bajos en dB), la luz pueden resonar en la cavidad del diodo laser, causando inestabilidad.• Eleva el ruido en la transmisión

• Reduce el OSNR• Incrementa la tasa de BER

• Eleva la interferencia en la fuente de luz• Cambia la longitud de onda central y potencia de salida

• Alta incidencia en daños del transmisor

( Principios de transmisión )

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A ray of light enters a fiber at a small angle !. The capability(maximum acceptable value) of the fiber cable to receive lightthrough its core is determined by its numerical aperture (NA).

Where !n is the maximum angle of acceptance (that is, the limitbetween reflection and refraction), n1 is the core refractive index,and n2 is the cladding refractive index.

The injection of light into a fiber

The full acceptance cone is defined as 2!n.

1.3.1 Light PropagationThe propagation of a ray of light in optical fiber follows Snell-Descartes’ law. A portion of the light is guided through the opticalfiber when injected into the fiber’s full acceptance cone.

1.3 Transmission Principles

0 1 2

2 2NA=sin! = n -n

Core

Full AcceptanceCone

Cladding

2n1

n

0!

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A ray of light enters a fiber at a small angle !. The capability(maximum acceptable value) of the fiber cable to receive lightthrough its core is determined by its numerical aperture (NA).

Where !n is the maximum angle of acceptance (that is, the limitbetween reflection and refraction), n1 is the core refractive index,and n2 is the cladding refractive index.

The injection of light into a fiber

The full acceptance cone is defined as 2!n.

1.3.1 Light PropagationThe propagation of a ray of light in optical fiber follows Snell-Descartes’ law. A portion of the light is guided through the opticalfiber when injected into the fiber’s full acceptance cone.

1.3 Transmission Principles

0 1 2

2 2NA=sin! = n -n

Core

Full AcceptanceCone

Cladding

2n1

n

0!

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1.3.1.1 RefractionRefraction is the bending of a ray of light at an interface betweentwo dissimilar transmission media. If ! > !0, then the ray is fullyrefracted and is not captured by the core.

n1 sin !i = n2 sin !r

Refraction of light

1.3.1.2 ReflectionReflection is the abrupt change in direction of a light ray at aninterface between two dissimilar transmission media. In this case,the light ray returns to the media from which it originated.If a < !0, then the ray is reflected and remains in the core.

!i = !r

Reflection of light

5

2n

0!

r!

!

1n

i!

2n

0!

!

1n

i!

r!

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1.3.1.1 RefractionRefraction is the bending of a ray of light at an interface betweentwo dissimilar transmission media. If ! > !0, then the ray is fullyrefracted and is not captured by the core.

n1 sin !i = n2 sin !r

Refraction of light

1.3.1.2 ReflectionReflection is the abrupt change in direction of a light ray at aninterface between two dissimilar transmission media. In this case,the light ray returns to the media from which it originated.If a < !0, then the ray is reflected and remains in the core.

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Reflection of light

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!

1n

i!

2n

0!

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Conectores PC/APC

• El ángulo reduce la cantidad de luz reflejada en la interface del conector.

• PC: Physical Contact (Contacto físico)• APC: Angled Physical Contact (Contacto físico angular )

Angled Surfaces Contact5° to 15°

Conector Angled Physical Contact (APC) :

NO CONECTAR PC CON APC YA QUE SE DAÑA LA INTERFAZ DE FIBRA

• LED: Light Emitting Diode

Fuentes de Luz

• LD: Laser DiodeDFB: Distributed Feedback

FP: Fabry-Perot

Son los elementos encargados de inyectar una señal óptica en la fibra

Mediciones básicas enFibra Óptica

Mediciones básicas de FO

• Perdida de Inserción

• Perdida de Retorno Óptico

• Reflectometría Óptica (OTDR)

Perdida de Inserción

Medición de la perdida de inserción con una fuente de luz laser y un medidor de potencia

PERMITE CONOCER LA ATENUACION DE LA FO

Light Source

Power Meter

Medicion de Referencia

Light Source

Power Meter

Medicion de Perdida de insercion

0dB

-4.5dB

1) Ref Power: -5dBm

2) Zero Ref

3) 0dB

Link Loss

-4.5dBr

Pérdida de Retorno Óptico

PT: Output power of the light source

PAPC: Back-reflected power of APC connector

PPC: Back-reflected power of PC connector

PF: Backscattered power of fiber

PB: Total amount of back-reflected power

ORL (dB) = 10.Log > 0

PAPC PPC PAPC PAPC

PT

PF PF PF

Light Source

Photo-diode

PERMITE CONOCER LA PORCION DE LA LUZ EMITIDA QUE ESTA SIENDO REFLEJADA NUEVAMENTE HACIA LA FUENTE

FUNCIONAMIENTO DE UN OTDR

• El instrumento emite un impulso por la fibra

• A medida que la luz viaja por la fibra, parte de ella es difundida de regreso debido a la difusión normal en el medio

• Buena parte de la energía del impulso se refleja en el extremo opuesto de la fibra (debido a la diferencia entre los índices de refracción del vidrio y del aire)

• La luz reflejada y la luz difundida de regreso son absorbidas por otros puntos de la fibra, como empalmes y conectores

Reflectometría Óptica - OTDR

FUNCIONAMIENTO DE UN OTDR

• midiendo el tiempo entre la emisión del impulso y las reflexiones en empalmes, conectores y final de la fibra, es posible medir la distancia a los puntos de reflexión

• el instrumento indica gráficamente la distancia y la atenuación de cada punto de reflexión

• midiendo la reducción de la potencia de la luz desde la emisión del impulso hasta el regreso de la reflexión final, es posible calcular la atenuación por unidad de longitud

Entonces un OTDR Permite:

• Medición de impulsos• Medición de la potencia retro-esparcida y reflejada (muestreo)

– cálculo de la atenuación hacia adelante• Medición del tiempo de propagación

– cálculo de la distancia• Localización de Fallas

Reflectometría Óptica - OTDR

Traza OTDR

El OTDR muestra un «mapa » detallado del enlace de fibra•Perdida de conectores y empalmes•Reflectancia•Distancias

OTDR – Definiciones

RANGO DINÁMICO

• Parámetro importante de un OTDR• Determina la máx. longitud de fibra observable por el OTDR, y por ende la eficacia de

este en la red.

• Es una medida de sensibilidad del instrumento ( se mide en dB)

• A mayor rango dinámico, mejor detección de eventos

OTDR - Definiciones

ZONA MUERTA

• El OTDR debe detectar señales mucho más tenues que la inyectada por él• El fotodiodo detector se saturará cuando las reflexiones sean muy grandes• Por esto, requiere un tiempo de recuperación para salir de la saturación, donde no

detectará reflexiones. • Asi, la zona muerta, estará dada por el tiempo de pulso más el tiempo de recuperación• A menor zona muerta, mejor el OTDR y la posibilidad de detectar eventos.

OTDR - Definiciones

Definición

ZONA MUERTA DE ATENUACIÓN

• Indica la distancia minima desde un evento reflectivo (par de conectores, empalme mecánico) luego de la cual es posible detectar un evento no-reflectivo (empalme por fusión, atenuación)

• La zona muerta de atenuación depende del ancho del pulso, la distancia al evento, la reflectancia del primer evento y su perdida.

D < ADZ(no se puede ver el empalme)

D > ADZ(se puede ver el empalme)

OTDR – Definiciones

ZONA MUERTA DE EVENTOS

• Indica la distancia minima en la que dos eventos reflectivos (par de conectores, empalme mecánico) pueden ser distinguidos.

• Si bien pueden distinguirse dos eventos, no se puede identificar la perdida individual de cada uno

• La zona muerta de eventos depende del ancho del pulso

D < EDZ(no se puede separar los eventos)

D > EDZ(se puede ver el 2do evento)

OTDR – Selección del ancho de pulso

• Controla la cant. de luz inyectada en la fibra

• Ancho de pulso mas grande– Mayor distancia– Mayor zona muerta

• Ancho de pulso mas chico– Menor distancia– Reducción de la zona muerta

Interpretación de los resultados

Eventos

Final  de  Fibra

Conector

Fusión

Macrobending

GANANCIA??

Evento Reflexivo

Pérdida de Inserción

Pérdida de Retorno

Conector Típico: -30/-50 dB

enmienda mecánicaTípico: -50/-60 dB

ConectorTípico: 0,5dB

enmienda mecánica Típico: 0,2 dB

Pérdidas de inserción y retorno

Reflectancia aire / silicio = -14 dB

dB

km

Prueba de Pérdida de Retorno en ConectorNivel de Potencia

inyectado

Reflectancia

Ex: Conector A= -50 dB Conector B= -30 dB

A

B nivel de Potencia Recibida

Pérdidas de retorno

Valores de Pérdida nos Conectores

Tecnología Conectores

Contacto Físico PC

AngledPhysical

Contact - APC(Monomodo

somente)

atenuación Reflectancia

(Transición Fibra / aire -14 dB)

< -30 dB/-50 dB<

ST, SC, FC, DIN, E2000

Típico Típico

FC/APC, SC/APC,ST/APC

< -55 dB/-75 dB <

(enmienda por fusión <0.1dB)

< 0.5 dB/ 0.7 dB<

< 0.5 dB

Valores típicos

¿Ganancia en una FO?

Pequeñas diferencias en los coeficientes de reflexión entre dos FO, pueden hacer que el OTDR muestre que el empalme tenga ganancia.

Análisis bidireccional

Anomalías de Fantasmas - Ghosts

Los OTDRs JDSU pueden detectar y quitar este efecto de la traza

Anomalías de Fantasmas - Ghosts

Ghost

Verificación de limpieza/ integridad

PatchCord Inspeccionar el patchcord nos permite saber que el 50% de la conexión esta correcta.

- Inspeccionar solo el PATCHCORD es un ERROR frecuente en FO. Se está omitiendo la mitad de la conexión.

- En la mayoría de los casos en redes FTTx la fibra estará ACTIVA.

Verificación completa - Sondas digitales

Propuesta para un trabajo profesionalSe recomienda seguir el proceso “INSPECCIONAR ANTES DE CONECTAR” para asegurar que la superficie del conector está limpia antes realizar la conexión.

¡Gracias por su atención!damian.brazionis@tecnous.com.ar

TECNOUS SA.Tel. +54 11 5368 4400Caseros 824(C1152AAR) Buenos AiresArgentina