sábado, 30 de enero de 2010

Fabricacion de la fibra optica:

En el mercado encontramos dos tipos de fibras: la fibra monomodo y la fibra multimodo. La fibra monomodo es excelente para la transmisiones de larga distancia, mientras que la multimodo es fácil de manejar y conectorizar y lo hace muy porpular y es la escogida en el mercado del área local, tanto las LAN como WAN.

Proceso de tres-paso

Para convertir la materia prima en fibra óptica, se siguen tres pasos: fabricacón del preformado de vidrio puro; estirado del preformado; y las pruebas y mediciones.

El primer paso en la fabricación de la fibra óptica es fabricar una varilla de vidrio sólida, conocido como preformado. Químicos altamente puros--principalmente el tetracloruro de Silicio y Tetracloruro de germanio--se convierten en vidrio durante la fabricación del preformado. Estos químicos se usan en proporciones variables para fabricar las regiones del nucleo en los diferentes tipos de preformados.

Los nucleos de fibras normalmente usan el sílice, con cantidades variables de germanio que es agregado para aumentar el índice refractivo del núcleo.

Materiales usados por la fibra

Existen varios materiales que pueden ser utilizados en la fabricación de la fibra , pero solo algunos de ellos tienen las siguientes características especiales requeridas por la fibra.

1) El material debe permitirnos fabricar fibras,delgadas, flexibles y largas.
2) El material debe ser transparente a una longitud de onda particular para poder guiar la luz de manera eficiente.
3) Compatibilidad física de los materiales que tengan pequeñas diferencias de indice refractivo para el núcleo y el cladding.
4) Finalmente, debe de ser un material que sea abundante y barato

Dos de los materiales que cumplen con estos requísitos son el plástico y el vidrio :

TIPOS DE FIBRAS

1) Fibra de Vidrio

La mayoría de los vidrios transparentes opticos con el cual estan fábricadas las fibras estan compuestos por los oxidos de vidrio. El mas popular es la sílica (SiO2). Un vidrio compuesto de silica pura conocido como vidrio de sílice, ó sílice vitrea. El vidrio es fabricado por la fusión o mixtura de óxidos de metal, sulfuros o seleniuros.

Algunas de sus propiedades buscadas son su resistencia a la deformación por altas temperaturas, buena durabilidad química, y alta transparencia tanto en la región visible como infrarroja que son de interés en los sistemas ópticos.
Para producir dos materiales diferentes y con pequeñas diferencias de índices de refracción entre el nucleo y la corteza, el flúor u otros óxidos son comunmente agregados al silício. Estos dopantes lo podemos clasificar en dos grupos básicos:

Dopantes que incrementan el IOR, y dopantes, que disminuyen el IOR.
Por ejemplo, el B2O3 y los dopantes de flúor que hacen decrecer el IOR, mientras que el GeO2, P2O5 incrementarán el IOR de un material tal como mostramos en la figura.


La siguiente lista nos muestra algunos dopantes que se usan para fabricar el núcleo y el cladding de varias fibras.

Core
Cladding
SiO 2
B 2 O 3 -SiO 2
GeO 2 -SiO 2
SiO 2
P 2 O 5 -SiO 2
SiO 2
2) Fibras de vidrios Halide


El segundo tipo de vidrio usado es del tipo halide. Se ha encontrado que el vidrio de flúoruro tiene perdidas de transmsión extremadamente baja para longitudes de onda que van en el rango de 0.2 a 0.8 μm. Los vidrios de fluoruros pertenecen a la familia general de los vidrios halide que forman el grupo VII de la tabla periódica, y que empiezan con el Fluoruro, cloro, bromo y Yodo. El material en el que los investigadores se han concentrado es el vidrio de metal pesado de fluoruro, que usa ZrF4 (Fluoruro de Zirconio) como su mayor componente. Algunos otros constituyentes necesitan ser adicionados para lograr que el vidrio tenga una moderada resistencia a la cristalización.
La mezcla de zirconio, bario, lantano, sodio y aluminio, este tipo de vidrio (también conocido como 'ZBLAN') es cientos de veces más transparente que el vidrio de sílice, fue descubierto accidentalemnte por POULAIN y LUCAS en la Universidad de Rennes en Francia.
ZBLAN es el material que forma el núcleo de la fibra de vidrio para lograr en el vidrio un índice refractivo bajo, remplazando parcialmente el ZrF4 por el HaF4 se obetiene el cladding de ZHBLAN. Teoricamente, la mínima atenuación de este material esta estimado en 0.001 dB/Km.
Desafortunadamente, las fibras de vidrio de fluoruro son muy difíciles de producir en la Tierra. Los fundidos tienden a cristalizar antes de que se forme el vidrio.La razón es que la gravedad produce la convección o mezcla en el fundido. En efecto, la gravedad la 'remueve', y, en un proceso conocido como dilución de corte, el fundido se vuelve más fluido. En los fundidos que son más fluidos, como esos removidos por la gravedad, los átomos se mueven más rápidamente, por lo que pueden disponerse en arreglos más geométricos más rápidamente. En fundidos más espesos y viscosos, los átomos se mueven más lentamente. Es más difícil que se formen patrones regulares. Es más probable que el fundido forme un vidrio. De aqui que teóricamene nn una microgravedad, los fundidos deberían de ser más viscosos de lo que lo son en la Tierra.


3 Fibra de Vidrios Chalcogenide (Calcogenuros)

Además de permitir la creación de amplificadores ópticos, las propiedades no lineales de las fibras de vidrios pueden ser explotadas para otras aplicaciones, tales como la fabricación de switches ópticos y los lásers de fibra. Los vidrios del tipo Chalcogenides pueden ser usados satisfactoriamente en estas aplicaciones debido a que su alta no linealidad . Las fibras de vidrios Chalcogenides, contienen Arsenio, Germanio, Fósforo, Sulfuro, Selenio o Telurio.

Los vidrios chalcogenides estan basados en los elementos calcogenuros con base S, Se y Te y la adición de otros elementos tales como el Ge, St y Sb que conducen a la formación de vidrios estables. Asimismo se pueden agregar componentes Halides conduciendo a la formación de vidrios Chalcohalides.
Desde que los vidrios chalcogenides transmiten mayores longitudes de ondas que los vidrios de sílica en el IR y que los vidrios Fluoridos, existe un potencial muy amplio de aplicaciones para estos tipos de vidrios. Estos pueden dividirse en dos grupos, tanto pasivos como activos.

Las aplicaciones pasivas estan referidas a la conducción de la luz de un punto a otro,sin cambiar la propiedades ópticas, mas que las relacionadas con las perdidas debido al scattering, absorción , y reflexión asociadas con la fibra

Las aplicaciones activas son aquellas en las cuales la luz inicial al ser propagada a través de la fibra es modificada por un proceso diferente al de las perdidas producidas por el scatetring, absoción y reflexión. Por ejemplo los laseres, fuentes amplificadoras de luz, fuentes de luz, efectos grattings y los efectos no lineales


4 Active Glass Fibers

Incorporando elementos pertenecientes al grupo de tierras raras (número atómico 57-71) dentro de un vidrio normal nos da como resultado un material con nuevas propiedades ópticas y magnéticas. Estas nuevas propiedades permiten al material desarrollar propiedades de amplificación, atenuación y retardación de fase sobre la luz que lo atraviesa. Dos materiales comunes que se usan en estos casos son el Erbio y el Neodimio.

5 Fibra Óptica de Plástico

Como mecionamos antes, el plástico es algunas veces usado en lugar de la fibra óptica de vidrio. Las fibras de plásticos han sido usados tradicionalmente en espacios de distancias cortas (hasta 100 metros) y donde no se requiere resistencias físicas: Por ejemplo, pueden ser utilizados en aplicaciones médicas y para la fabricación de algunos sensores donde solo se requieren longitudes cortas de fibra. En adición, la flexibilidad mecánica del plástico permite a estas fibras tener núcleos amplios. Este factor permite su uso por lo barato, y hace atractivos estos tipos de sistemas. Los siguientes son algunos ejemplos de los componentes usados en las fibras de plástico:

• Núcleo polysterene / cladding methyl methacrylate.
• Núcleo polymethyl methacrylate /cladding copolymer
Comparando las fibras de plásticos a su contraparte el vidiro, el espectro de transmisión es similar. La POF son mas livianas y bajas en costo. Sin embargo las POF son menos usadas debido a su alta atenuación en comparación a las de vidrio . Otra limitación es que el plastico esta limitado a un determinado rango de temperatura..


La fibra óptca de Plástico cuya abreviatura es POF, tipicamente usa núcleo de Polimetilmetacrilato PMM de gran pureza con un recubrimiento de polímeros fluorados como cubierta.
Son de gran diámetro, 96% de su sección esta conformada por el núcleo que permite la transmsión de la luz.

PROCESO DE FABRICACION

Paso 01 : Fabricación del Preformado

La sección del preformado viene a ser una ampliación a escala de las dimensiones geométricas y del pérfil del índice de refracción del conductor de fibra óptica. Calentando un extremo de la preforma se estira hasta obtener el conductor de fibra final, aplicándose en simultaneo el revestimiento (coating) que hace las veces de cubierta protectora del conductor.
Tenemos los siguientes métodos conocidos :

1. Método por fusión de vidrio o Método directo

A. Metodo de la varilla en tubo (rod in tube)
Este fue uno de los primeros métodos usados, en este proceso y es uno de los mas simple, se introduce una varilla de vidrio de alto índice como núcleo en un tubo que hace de recubrimiento y esta formado por vidrio de con un bajo índice de refracción. Las dimensiones de la varilla y del tubo son tales que prácticamente no queda espacio entre una y otro.



Una varilla de vidrio como núcleo se coloca dentro del tubo de vidrio del cladding. En el extremo de este ensamblado se aumenta la temperatura; y ambos vidrios son ablandados obteniendose una fibra por arrastre. .La varilla y el tubo son normalmente de 1 m. de longitud. La varilla del nucleo tiene típicamente 30 mm de diámetro. El vidrio del nucleo y el vidrio del cladding deben tener temperaturas de ablandamiento similares.
Este método es relativamente fácil: apenas se necesita comprar la varilla y el tubo. Sin embargo, uno debe tener mucho cuidado para no introducir impurezas entre el núcleo y el cladding .

La desventaja de este método simple consiste en que después del estirado de la fibra quedan pequeñísimos deterioros e impurezas en la superficie de separación entre ambos vidrios, lo que ocasiona elevadas atenuaciones del orden de los 500 a 1000 dB/Km. , por este método solo se fabrican fibra ópticas multimodos de perfil escalonado.

Estas fibras no son usadas en la transmisión de imagen e iluminación pero no son utilizadas en telecomunicaciones

B Metodo de los dos crisoles (double crucible o compound melting)

Este método se usa para evitar el inconveniente del metodo de la Varilla en tubo , los vidrios correspondiente al núcleo y al recubrimiento son unidos en estado de fusión y luego se estira la fibra de este material directamente al salir del estado de fusión y no se utiliza una preforma sólida.

























Fig. Crisol doble
El vidrio fundido del núcleo se coloca en el crisol interno.
El vidrio fundido del cladding se coloca en el crisol exterior.
Los dos vidrios se unen en la base exterior y la fibra se obtiene por arrastre. Pueden producirse Fibras de gran longitud
Pueden obtenerse fibras de índice escalón y fibras de índice gradual con este método
Se le denomina método de los dos crisoles ya que los vidrios usados para el núcleo y el cladding se funden en crisoles separados.
Este método permite obtener fibras de perfil gradual por difusión o intercambio de iones entre los vidrios del núcleo y del recubrimiento , a esto se le denomina Método Selfoc.
Ya que resulta difícil mantener una total limpieza de los crisoles las impurezas que llegan por este método se agregan al de los métales de transición ya existente e incrementan la atenuación que va de los 5 a los 20 dB/Km. A 850 nm. Este método es utilizado para la fabricación de fibras de gran diámetro ( mas de 200 um).


2. Fabricación de la preforma por técnica de deposición de vapor

La primera empresa que utilizo este método fué la empresa Corning en 1970, logrando disminuir dramáticamente la atenuación.

La deposición se puede efectuar por diferente formas: Sobre la superficie externa de una varilla de substrato en rotación (Método OVD, outside vapor deposition), sobre la superficie frontal de una varilla de cuarzo (Método VAD, vapor axial deposition) o sobre la superficie interior de un tubo de vidrio de cuarzo en rotación (Método IVD, inside vapor deposition), este último método puede utilizar la energia para la deposicion del vidrio ya sea desde afuera por medio de un quemador detonate de gas (Método MCVD, modified chemical vapor deposition) o desde adentro con una llama de plasma (Método PCVD, plasma activated chemical vapor deposition).
En todos estos métodos la deposición se produce por la descomposición de compuestos volátiles de alta pureza en un llama de gas detonante. Los Químicos usados son el Oxígeno (O2) y el tetracloruro de Silicio (SiCl4) que reaccionan para obtener sílice (SiO2).
El sílice puro se dopa con otros químicos tal como el óxido del boro (B2O3), el dióxido de germanio (GeO2) y el pentoxido de fósforo (P2O5) con el objeto de modificar el índice refractivo del vidrio.

A Método de Deposición de Vapor externo(OVD)
La fabricación de la preforma se efectua en dos etapas, en primer lugar se hace rotar con un dispositivo adecuado una varilla de substrato de vidrio de cuarzo AL2O3 o grafito en torno de su eje longitudinal, al tiempo que se calienta en una estrecha zona desde afuera con la llama de un quemador de gas detonante o gas propano.
Junto con las sustancias dopantes reqeridas por el pérfil de índices de refracción como los metales halogenados (SiCl4, GeCl4, BCl3, PCl3) se le suministra oxígeno (O2) al quemador, en el cual estos compuestos se convierten en los correspondientes óxidos. Estos a su vez se depositan sobre la varilla rotante en forma de finas partículas..
Al imprimirle un movimiento de vaiven en sentido longitudinal, se obtiene por capas una preforma porosa de vidrio. A cada una de estas capas se le puede dopar en forma diferente, agregando en determinada proporción distinta sustancias dopantes a la sustancia básica del SiO2, lograndose reducir los perfiles graduales, continuamente de la primera capa, el dopado con GeO2 con el cual se forma el núcleo hasta llegar al recubrimiento con una deposición de SiO2 puro. Para un perfil escalonado, se mantiene constante el dopado de cada capa.
Una vez obtenida la deposición de suficientes capas para el núcleo y el recubrimiento de la fibra; se retira la preforma cilíndrica de la varilla de substrato.
En la etapa final la preforma se calienta hasta su punto de fusión, con temperaturas entre 1400 y 1600 oC, la preforma se contraera convirtiendose en una varilla de vidrio firme y libre de burbujas, transparente cuyo hueco interior se ha cerrado. Durante el sintetizado de la preforma se lava esta con cloro gaseoso para quitar del vidrio todo vestigio de agua cuya presencia provocaría una elevada atenuación.




















Fig.- Los vapores químicos se oxidan en una llama en un proceso llamado hidrolisis.
La deposición se hace por fuera de una vara de sílice conforme la antorcha se mueve lateralmente. Cuando la deposición está completa, la varilla es alejada y el tubo resultante se colapsa termicamente.
B Método VAD ó Deposición de Vapor axial (AVD)



La deposición de las partículas provenientes de un quemador de gas oxídrico tiene lugar sobre una cara frontal de una varilla rotante de vidrio de cuarzo.
La preforma porosa resultante se estira en sentido ascendente de tal forma que se mantiene constante la distancia entre el quemador y la preforma que va creciendo en sentido axial. Para fabricar el perfil de índices de refracción del núcleo y del recubrimiento se pueden utilizar varios quemadores simultánemente.
Es posible producir diferentes perfiles de índices de refracción, segun la construcción de los quemadores, su reparación y la temperatura durante la deposición. La contracción de la preforma se produce con la ayuda de un calefactor anular, a continuación de la deposición quedando la preforma transparente. Para secar la preforma, es decir eliminar la humedad residual, se hace circular cloro gaseoso en torno a la misma.
Fig.La deposición ocurre en el extremo de un sílice en rotación conforme los vapores químicos reaccionan para formar la sílica. El nucleo preformado y pueden hacerse fibras muy largas con esta técnica. Pueden fabricarse fibras del índice escalón y fibras del índice gradual de esta manera.

C Deposición de Vapor Químico modificado (MCVD)

Este método se realiza en dos etapas.
Primero : se hace rotar un tubo de vidrio puro alrededor de su eje longitudinal en un torno u otro dispositivo adecuado al tiempo que se calienta una estrecha zona del mismo desde afuera por medio de un quemador de gas detonante que se desplaza a lo largo del tubo.
















Fig. En el método MCVD,ocurren un aserie de reacciones químicas que transforman una mezcla de gases en una varilla solida de vidrio llamdo Preforma.
A través del interior del tubo se hace pasar el oxígeno y los compúestos de halogenuros gaseosos (SiCl4, GeCl4, PCl3) requeridos para el respectivo dopado. Por este motivo los compuestos halogenos se descomponen en el interior del tubo y no en la llama del quemador, como ocurre en los métodos OVD y VAD.

Por esta causa se produce en la cara interior del tubo la deposición de numerosas y delgadas capas en un proceso llamado vitrificación, que se pueden dopar según el perfil del índices de refracción reqerido. El propio tubo constituye la sección externa del vidrio del recubrimiento y las capas que se depositan en su interior conforman la sección interna de la fibra es decir el núcleo.

Cada capa de vidrio se forma con la siguiente secuencia : a 16000 oC y dentro de la zona de calentamiento se forman particulas finas que se depositan sobre la cara interior del tubo. Al ser dezplazado el quemador en la dirección del flujo, las partículas se funden para formar una delgada y transparente capa del vidrio.

Una vez completada la deposición de las capas necesarias se pasa a la segunda etapa del método MCVD que consiste en calentar el tubo por secciones longitudinales hasta aproximadamente 2000 oC. De esta manera se produce el colapso del tubo para formar la varilla.

Ya que los gases que reaccionan en el interior del tubo se mantienen libres de hidrogeno, este método no requiere procesos especiales de secado, ya que el gas utilizado para el calentamiento que en general contiene una proporción de hidrógeno, solo actúa sobre el exterior del tubo, no teniendo influencia sobre el proceso ningún otro factor ambiental.

Fig.- Los químicos son mezlados dentro de un tubo de vidrio que está rodando en un torno. Ellos reaccionan y las partículas sumamente finas de germanio o vidrio de silicio o de fosforo son depositados en la parte interna del tubo. Un quemador móvil que sigue al tubo: Causa una reacción que toma lugar y entonces enfoca el material depositado. La preforma es depositado capa por capa que empezando primero con la capa del cladding y es seguido por la capa del nucleo. Variando la mezcla de los químicos se cambia el índice refractivo del vidrio.
Cuando la deposición está completa, el tubo se colapsa ha 2000 C dentro de una preforma de sílice de alta pureza con un nucleo de composición diferente. La Preforma es entonces colocado en un horno para el estirado.


D Deposición de Vapor Químico Modificado reforzado con plasma (PMCVD)

En este método las preformas se produce con el mismo procedimiento que en el caso del método MCVD. La diferencia radica en la técnica empleada para la reacción. Por medio de la excitación de un gas con ayuda de microondas, se obtiene un plasma. El gas que se ioniza, es decir se descompone en sus cargas eléctricas. Al reunificarse éstas, se libera calor que se utiliza par fundir materiales de elevado punto de fusión. Así en el proceso del plasma, se disocian los halogenos con ayuda de un plasma de baja presión y luego,con oxigeno, se forman SiO2. Las partículas formadas en este proceso se precipitan directamente a temperaturas del orden de los 1000 C, formando una capa de vidrio.
Dado que a la llama de plasma se le imprime un rápido movimiento de vaiven a lo largo del tubo, se pueden producir más de 1000 capas delgadas, lo cual permite incrementar la exactitud del perfil de índices de refracción.
















FIG.5.7. La Deposición de Vapor Química Modificada con reforzamiento de plasma es similar en principio de MCVD. La diferencia queda en el uso de un plasma en lugar de una antorcha.
El plasma es una región de gases ionizados eléctricamente calentados. Proporciona calor suficiente para aumentar la reacción química que está dentro del tubo y la velocidad de deposición.
Esta técnica puede usarse para fabricar fibras muy largas (50 km). Se usa para los dos tipos de fibra de índice escalon e índice gradual.

Paso 02 : Estirado de la Fibra y el Devanando en carrete

Estirado de la fibra
La punta de la preforma se calienta a aproximadamente 2000°C en un horno. Cuando el vidrio se ablanda, una cuerda delgada de vidrio ablandada cae ayudada por la gravedad y se enfria al caer.
Cuando la fibra es arrastrado su diámetro es constantemente supervisado
Una cubierta de plástico se aplica entonces a la fibra, antes de que toque cualquier componente. La capa protege la fibra del polvo y humedad. La fibra se envuelve al final del proceso alrededor de una bobina.
Durante el proceso del estirado, el diámetro de la fibra es controlado a 125 micras dentro de una tolerancia de 1 micra. El valor real del diámetro es comparado con los 125-micrometros, y las desviaciones se corrigen con cambios en la velocidad de arrastre. Si el diámetro de la fibra aumenta, la velocidad del estirado,se aumenta; si el diámetro de fibra empieza a disminuir, la velocidad se disminuye.
Una a dos-capa de proteccion se aplica entonces a la fibra--una capa interna suave y una capa exterior dura. Estas capas son tratadas por lámparas ultravioletas. El proceso de estirado es automatizado yno requiere virtualmente de ningún operador.


Paso 03 : Pruebas y Mediciones

Luego del estirado la fibra pasa a la etapa de prueba y medidas en la cual se verifican todos los parámetros ópticos y geometricos. Existen tres tipos de pruebas : mecánico, óptico, y geometrico.
Primero: Se prueba la fuerza de tensión de la fibra. Cada bobina de fibra es arrastrado y se enrolla a través de una serie de cabrestantes y sujeta a cargas para asegurar que la fibra muestre una fuerza de tensión mínima de 100,000 lb/pg2 . La fibra se devana en carrete y se corta a longitudes especificas.
Segundo: La fibra óptica también se prueba para evitar defectos puntuales con un reflectometro óptico, el cual indicara cualquier anomalía a lo largo de la longitud de la fibra.
Una serie de parámetros ópticos dependen de la longitud de onda. Estos parámetros incluyen: la atenuación, y el ancho de banda, La apertura numérica, la dispersión cromática.
Tercero: las fibra multimodos y monomodos son probados en sus parámetros geometricos, incluye pruebas del diámetro del cladding, la no circularidad del cladding, cubierta del diámetro exterior, la no circularidad del diámetro exterior, error de concentricidad del cladding y del nucleo, y diámetro del nucleo.

La comprobación medioambiental y mecánica también se realiza periódicamente para asegurar que la fibra mantega su integridad óptica y mecánica. Estas pruebas incluyen la fuerza de tensióna y operación en rangos de temperatura, dependencia de la atenuación con la temperatura, dependencia de la temperatura y humedad, y su influencia en el envejeciendo.

LINK:http://orbita.starmedia.com/fortiz/Tema10.htm
NOMBRE:José Mora
ASIGNATURA:SCO.


viernes, 29 de enero de 2010

La Dispersión óptica.




La dispersión es el fenómeno de separación de las ondas de distinta frecuencia al atravesar un material. Todos los medios materiales son más o menos dispersivos, y la dispersión afecta a todas las ondas.

Cuando la luz blanca, compuesta por ondas de todas las frecuencias dentro de la gama visible, pasa a través de un bloque de vidrio, los diferentes colores son refractados o desviados en distinta medida. Si los lados del bloque no son paralelos, los diferentes colores de la luz se propagan con ángulos distintos, produciendo un espectro.
Así como la luz del Sol genera a menudo espectros al atravesar un vidrio tallado. También las gotas suspendidas en el aire pueden dispersar la luz solar, produciendo el arco iris.
La dispersión se debe a que la velocidad de una onda depende de su frecuencia. Por ejemplo, las ondas luminosas de diferente longitud de onda tienen velocidades de propagación distintas en el vidrio, por lo que son refractadas en diferente medida.
El resultado de la dispersión es un espectro, y su estudio es la base de la espectroscopía, una de las disciplinas que más ha contribuido al conocimiento actual del universo.

Cuando un pulso de luz está viajando a lo largo de una fibra, la señal no sólo se atenúa sino también se desvía o extiende en el tiempo. Esto es debido a la dispersión. Si se envían varios pulsos en una fibra a una velocidad alta, los pulsos se solaparán debido a la dispersión y el receptor ya no puede distinguir donde empieza el pulso y donde el otro acaba


La dispersión ocurre debido a que la velocidad de la luz a través de la fibra depende de su longitud de onda y del modo de propagación. Las diferencias en la velocidad son pequeñas, pero de manera similar a la atenuación, esta se acumula con la longitud.
Los cuatro tipos de dispersión surgen de la transmisión multimodo (Modal), la dependencia del indice de refracción y la longitud de onda (Material), las variación de las propiedades de la guia de onda con la longitud de onda (Guia de onda), y la transmisisón de dos modos diferentes de polarización de la luz a través de una fibra monomodo (Polarización).
Dispersión modal

La dispersión modal o esparcimiento del pulso, es causado por la diferencia en los tiempos de propagación de los rayos de luz que toman diferentes trayectorias por una fibra. Obviamente, la dispersión modal puede ocurrir sólo en las fibras multimodo. Se puede reducir considerablemente usando fibras de índice gradual y casi se elimina totalmente usando fibras de índice de escalón de modo sencillo.

La dispersión modal puede causar que un pulso de energía de luz se disperse conforme se propaga por una fibra. Si el pulso que está esparciéndose es lo suficientemente severo, un pulso puede caer arriba del próximo pulso (este es un ejemplo de la interferencia de intersímbolo). En una fibra de índice de escalón multimodo, un rayo de luz que se propaga por el eje de la fibra requiere de la menor cantidad de tiempo para viajar a lo largo de la fibra. Un rayo de luz que choca a la interface de núcleo/cubierta en el ángulo crítico sufrirá el número más alto de reflexiones internas y, en consecuencia, tomar la mayor cantidad de tiempo para viajar a lo largo de la fibra

Dispersión material

Tanto los transmisores que trabajan con láseres o LED´s producen un rango de longitudes de onda (una banda de luz), en lugar de una sola longitud de onda. La fibra tiene diferentes indices refractivos para diferentes longitudes de onda de aqui que cada longitud de onda viaje a fiferente velocidad. Esto da como resultado que que algunas longitudes de ondas lleguen antes que otros

Dispersión Guia de Onda

Este tipo de dispersión es un efecto complejo, y es causado por la forma el perfil del índice de refración del núcleo de la fibra. Sin embargo, esto puede ser controlado a través de un diseño cuidadoso, y en realidad, la dispersión de guia de onda puede ser usado para cotrarrestar la dispersión del material.

La forma o perfil de la fibra tienen un efecto siognificativo sobre la velocidad de grupo. Esto ese debido a que los campoos eléctrico y magnéticos qeu forman parte de un pulso de luz se extiende fuera del núcleo. Esta cantidad que los campos comparten entre el cladding y el núcleo tien una fuerte dependencia de la longitud de onda. A mayor longitud de onda mayor es la cantidad de la onda electromagnética se extiende sobre el cladding.

El Indice de Refracción que experimenta la longitud de onda es un promedio proporcional del IR del Nucleo y el cladding, dependiendo de la proporción que viaja en cada una de las partes. Desde que una mayor proporción de las ondas de longitudes cortas estan confinadas en el nucleo, las longitudes de ondas cortas ven un mayor IR que las longitudes de ondas lasrgas (porque los IR de nucleo es mayor que el cladding). De aqui que las longitudes de ondas cortas tiendan a viajar mas lentos que la ondas largas. Asi la señal llega a dispersarse (porque cada señal esta formada de un rango de longitudes de onda)

Dispersión por el Modo de Polarización

Otro tipo de Dispersión es del modo de Polarización PMD : la polarización es la propiedad de la luz relacionada con la dirección de sus vibraciones, el viaje de la luz en una fibra típica vibra en dos modos de polarización perpendiculares . El modo en el eje X es arbitrariamente etiquetado con un modo lento, mientras que en el eje Y es etiquetado en el modo rápido. La diferencia en los tiempos de arribo en los modos de dispersión por polarización (PMD), es típicamente medida en picosegundos. Sino es controlado, la PMD puede producir errores tasa de errores excesivos en la transmisión de los sistemas digitales y pueden distorsionar las señales

De manera similar a al atenuación la dispersión puede limitar la distancia a la que una señal puede llegar a través de una fibra óptica. La dispersión no debilita la señal, se vuelve borrosa. Si se envia una señal cada nonosegundo y si el pulso se dispersa a 10 ns al final de la fibra, las señales se solaparan. La señal esatrá presente, pero es tan ruidosa en el tiempo que no será posible recuperarla.

De una manera simple, la dispersión mide el ensanchamiento del pulso por unidad de distancia en nanosegundo o picosegundo por kilometro. El ensanchamiento total del pulso = dispersión /ns/km)x distancia (km)

La dispersión modal es de importancia en las fibra de indice escalón, en la cual los modos pueden viajar a través de la fibra a diferentes velocidades.Las fibra de indice gradual nominalmente ecualizan las velocidades de todos los modos transmitidos por la fibra,Pero las cosas so funiconan tan perfectamente en el mundo real. Es funcionalmente imposible obtener un pefil de índice de refracción que logre que todos los modos viajen a la misma velocidad, esto a que el perfil depende de la longitud de onda, y la fibra puede transportar señales de diferentes longitudes de onda. En la practica se depende de las especificaciones de fabricación para obtener la dispersión total de la fibra de índice gradual, sin embargo estos se especifica en función de unidad de ancho de banda.

Tanto la dispersión del material como de guia de onda dependen del rango de longitudes de onda en la señal. Se miden apropiadamente en unides de picosegundos por kilometro(de loongitud de fibra) por nanometro (de ancho espectral de la fuente de luz). LA dispersión de guia de onda y mateial tipicamente se suman para obtener la Dispersión Cromática :
Dispersión Cromática = dispersión(ps/nm-Km) x distancia(km)xancho espectral(nm)
Esto significa que la dispersión cromática es una característica de la fibra usada, la cantidad de dispersión cromática tambien depende de la fuente de luz.

La dispersión modal ocurre porqu diferentes modos siguen diferentes caminos en una fibr amultimodo. EN las fibra multimodo, la dispersión modal normalmente es mayor que la dispersión cromática, pero se tiene que considerar las dos juntas. ( a disérsion por el modo de polarización es tecnicamente han subcategoraia de la dispersión modal, pero es observable por si mismo solo en las fibras monomodos). Ellos tiene efectos independientes pero no acumulativos, para ser preciso, se necesita sumarlos cuadráticamente:


En la práctica, la dispersión por el modo de polarización es un asunto de los sistemas de alta velocidad, donde la dispersión cromática se reduce por el uso de fuentes de bajo ancho espectraly cables de baja dispersión. La dispersión de polarización depende del acople entre los modos de polarización asi como de la longitud total de la fibra por lo que se expresa en unidades de picosegundos/(raiz cuadrada de Km)


LINK:http://orbita.starmedia.com/fortiz/Tema09.htm.
NOMBRE:JOSE MORA.
ASIGNATURA:SCO.


La atenuación de las fibras ópticas

Las pérdidas es considerado el factor fundamental que limita el rendimiento de los sistemas de comunicación por fibra óptica. Las pérdidas reducen el promedio de potencia que llega al receptor.


La distancia de transmisión es una limitante inherente del sistema de fibra óptica, si consideramos que los receptores requieren una cantidad mínima de potencia para reconocer la señal de transmisión.

Las ventajas dadas por la baja atenuación presentada por las fibras ópticas respecto a conductores convencionales se expresan en el siguiente diagrama :

La figura que sigue nos muestra el espectro de la curva de atenuación de una típica fibra óptica hecha de silicio. La curva tiene tres características principales. Una gran tendencia de atenuarse conforme se incrementa la longitud de onda ( Dispersión Rayleigh), Atenuación en los picos de absorción asociados con el ión hidroxilo (OH-) y una tendencia a incrementar la atenuación a las longitudes de onda por arriba de los 1.6 μm, debidas a las pérdidas inducidas por la absorción del silicio.

La Atenuación puede ser causada por varios factores los cuales pueden ser clasificados en dos categorías: Intrínsecos y Extrinsecos.

Atenuación Intrínseca

Ocurre debido a algo internos o inherente a la fibra, y esta causado por las impurezas del vidrio durante el proceso de fabricación. Las más precisa metodología de fabricación no a logrado eliminar todas las impurezas, a pesar que los adelantos tecnológicos han causado un decrecimiento dramático de la atenuación.


Si la señal de luz golpea con una impureza, pueden ocurrir dos cosas: puede esparcirse o puede ser absorbido.
El esparcimiento es la pérdida de la señal de luz en el núcleo debido a impurezas o cambios en el índice de refracción de la fibra. La luz es redireccionada por las propiedades moleculares de la fibra que da como resultado una fuga de señal dentro del cladding tambien pueden deberse a pérdidas en las uniones, o reflexiones hacia atrás. La dispersión de Raylegh representa mayoritariamente (cerca del 96%) la atenuación de una fibra óptica.

La luz viaja en el núcleo e interactua con los átomos en el vidrio. La onda de luz colisiona con los átomos, y da como resultado un esparcimiento La dispersión de Raileigh es el resultado de estas colisiones elásticas entre la onda de luz y los átomos de la fibra.

Si La dispersión de la luz mantiene un ángulo que soporta un viaje frontal dentro del núcleo, no ocurrirá atenuación, Si la luz es dispersada con un ángulo que no soporta un viaje frontal continuo, la luz es desviada fuera del núcleo y ocurre una atenuación.Algo de luz es reflejada hacia la fuente de luz. Esta propiedad es usada por el OTDR para realizar pruebas en la fibra
La absorción es el segundo tipo de de atenuación intríseca. La luz es absorbida debido a las propiedades químicas o impurezas naturales en el vidrio. De manera similar a la dispersión, la absorción puede ser limitada mediante el control de las impurezas durante el proceso de fabricación. Este tipo de absorción representa entre el 3-5% de la atenuación de una fibra.

Atenuación Extrínseca

Este tipo de atenuación puede ser causada por dos mecanismos externos : macrodoblado y microdoblado. Ambos causan una reducción de la potencia óptica.

Macrodoblado : La presencia de una curva en la fibra puede afectara el índice refractivo y el ángulo crítico del rayo de luz en esta área especifica. Como resultado, la luz que viaja en el núcleo puede refractarse, la pérdida es reversible una vez que desaparece el doblado. Para prevenir esto todos los cables de fibra tienen un mínimo ángulo de curvatura. La regla práctica para un cable monomodo es el de tener una curvatura mínima de 10 veces el diámetro externo para cables sin blindaje y 15 veces para cables con blindaje.
Microdoblado: Debido a un doblado a escala menor, generalmente debido a la presión sobre la fibra. Los microdoblados pueden ocasionarse debido a cambios en la temperatura, stress durante el jalado del cable, o alguna fuerza de rotura. Los microdoblados son localizados y la curvatura no puede se visto a simple vista en una inspección
Expresión Matemática de la Atenuación



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Fibra Monomodo de Dispersión Desplazada

Con la fibra monomodo estándar dejo de tener importancia la dispersión modal, y paso a tener una mayor importancia la dispersión espectral o dispersión cromática, causada por la variación de la velocidad de la luz a través de una fibra con una determinada longitud de onda. La dispersión cromática esta formada por la suma de dos componentes: la dispersión inherente al material y la dispersión originado por la estructura de la guia de onda, estos componentes pueden tener signos diferentes. Ambos componentes se cancelan en un punto cercano a 1.31 mm en una fibra monomodo estándar del tipo step-index,. Esta es una longitud de onda útil, pero no es ideal ya que la pérdida de una fibra de vidrio es menor a 1.55 um, y los amplificadores dopados de Erbio operan en este rango.

La Dispersión total es la suma de dos componentes:

La dispersión del material es una característica inherente del material, que no puede ser fácilmente cambiada sin alterar la composición del vidrio y aumentar la atenuación.

La dispersión de guía de onda se origina porque la propagación de la luz en una guía de onda depende de la longitud de onda así como de las dimensiones de la guía. La distribución de la luz entre el núcleo y el cladding cambia con la longitud de onda.
El cambio de la distribución de la luz afecta la velocidad de transmisión de la luz a través de la fibra. El núcleo y el cladding tienen diferentes índices de refracción que determina la velocidad de la luz en ellos. Ya que la luz permanece un tiempo tanto en el núcleo como en el cladding, su velocidad efectiva a través de toda la fibra es un promedio que depende de la distribución de la luz entre ambos. Un cambio en la longitud de onda cambiara la distribución de la luz, y asimismo la velocidad promedio, causando una dispersión de guía de onda.

Ambas dispersiones dependen del rango de longitud de onda de la señal, afortunadamente la dispersión puede tener diferentes símbolos, dependiendo si le velocidad de la luz en la fibra se incrementa o disminuye con la longitud de onda. De esta manera las dispersiones de guía de onda y del material se cancela una a otra en un punto cercano a 1.31 mm en una fibra standard del tipo step-index tal como se muestra en la figura . Cambiando el diseño de la interfase núcleo-cladding se puede alterar la dispersión de guía de onda y así cancelar la dispersión cromática en otra longitud de onda.


Existen dos tipos de dispersión desplazada, con pequeñas diferencias, que han llegado a tener gran importancia en el desarrollo tecnológico de la fibra .

1- Fibra desplazada de Dispersión nula.

La primera fibra con dispersión desplazada fue diseñada para una dispersión cero a una longitud de onda de 1.55 nm .
Esta fibra fue introducida en el mercado a mediados de los 80´s y permanece en uso, sin embargo nunca llegó a ser tan común como la fibra monomodo standard.



Una fibra diseñada con una dispersión de guia de onda mayor desplaza la dispersión cero a una longitud de onda de 1.55 um

En la siguiente figura mostramos el diseño comercial de una fibra de dispersión desplazada cero. El núcleo tiene un pico del índice refractivo en el centro y cae gradualmente al mismo valor que el del cladding exterior, se fabrica con sílica pura. Un pequeño cladding interior de sílica pura rodea al núcleo interno, y este a su vez es rodeado por un núcleo exterior. El índice refractivo del núcleo exterior se incrementa con la distancia del núcleo hasta que alcanza un pico a la mitad de camino entre el índice de sílica pura y el pico interior . Luego cae suavemente hasta alcanzar el nivel del cladding exterior de sílica pura. Este diseño incrementa la dispersión de guia de onda. Asimimo tambien afecta el diámetro de modo de campo, reduciéndolo a aproximadamente 8.1 um en los 1.55 um, comparado a los 10.5 um típicos para las fibras monomodos de tipo escalón operando a 1.55 um.


Este diseño trabaja muy bien para los sistemas de transmisión de señales en la región de la longitud de onda de dispersión cero. Sin embargo, si el sistema transmite múltiples longitudes de onda en la región de los 1.55 mm, las señales en las diferentes longitudes de onda pueden mezclarse unas a otras, generando ruido que degrada la perfomance de los sistemas.


2. La fibra de Dispersión desplazada casi nula. NZ-DSF

El diseño de una fibra de dispersión desplazada puede ser modificada para desplazar la dispersión cero a una longitud de onda mas allá del rango de operación de los amplificadores dopados con erbio, para evitar las mezclas de ondas que causan el problemas en los sistemas que usan multiplexación de longitudes de onda. Por ejemplo, un pequeño adelanto de la dispersión de guía de onda puede llevar la dispersión cero a una longitud de onda de 1.6 mm. A estas fibras se les denomina fibras de dispersión desplazada no nula ó casi cero porque el rango de dispersión bajo esta desplazado, pero la dispersión cero se encuentra en un punto fuera del rango usado para transmitir la señal.
La diferencia en el diseño es sutil, el perfil del índice de refracción se muestra en la siguiente figura que es muy semejante al perfil de las fibras de dispersión cero, pero existe una diferencia marcada en la magnitud de los picos en la curva.


El cambio conjunto en la dispersión es mínimo, pero bastante significativo, la dispersión permanece relativamente baja en la ventana de los 1.55 um, sin embargo la diferencia entre estos tipos de fibras de dispersión desplazada es sutil, pero puede afectar fuertemente la perfomance de los sistemas que usan multiplexación de división de ondas.


En el aspecto normativo, actualmente las fibras NZ-DSF están agrupadas bajo la norma G.655 de la ITU-T que posee tres clases: G.655.A; G.655.B y G.655.C. Ellas se diferencian esencialmente en que la fibra de tipo "A" describe la fibra NZDSF original, sin los requerimientos actuales de PMD o banda L; la de tipo "B" comprende los nuevos tipos de fibra que cumplen con los requerimientos de PMD y de banda extendida al aumentar el valor absoluto máximo del coeficiente de dispersión cromática a 10 [ps/km·nm], pero con una diferencia máxima entre el valor mínimo y el máximo dentro de la banda en valor absoluto de 5 [ps/km·nm]. Esto significa que la norma limita el valor de la pendiente de dispersión de la fibra. Finalmente la de tipo "C" además de cumplir con los requerimientos de PMD y de banda extendida, contempla las fibras de última generación que han logrado disminuir el coeficiente de PMD.

Atributo
ITU-T G.655A
ITU-T G.655B ITU-T G.655C
Diametro de Campo Modal (1550 nm)
8-11± 0,7 um
8-11± 0,7 um
8-11± 0,7 um
Coeficiente de dispersión cromática (1530-1565 nm)
N.E.
< 5 ps/km·nm
< 5 ps/km·nm
Coeficiente de Atenuación (1550 nm)
< 0.35 dB/Km
< 0.35 dB/Km
< 0.35 dB/Km
Coeficiente de atenuación (1625 nm)
N.E:
< 0.40 dB/Km
< 0.40 dB/Km
Coeficiente de PMD
PMD máxima 0,5 (ps/Km)
PMD máxima 0,5 (ps/Km)
PMD máxima 0,2 (ps/Km)


Sin embargo el aspecto normativo es solo el punto de partida y, en general, las fibras NZ-DSF de nueva generación cumplen sobradamente con estos requerimientos y se diferencian entre ellas por características aun mas especificas. Como se sabe, las NZ-DSF tradicionales están optimizadas para la transmisión en la banda C (Convencional), ya que en esta zona entregan una baja atenuación de alrededor de 0.2 dB/km, y un coeficiente de dispersión cromática bajo, pero no igual a cero (típicamente de ± 3 a ± 5 ps/km·nm) para minimizar los efectos de los fenómenos no lineales principalmente el FWM (Four Wave Mixing). En este tipo de fibras las mejoras que se introducen a las ya conocidas NZ-DSF tradicionales son:

Fibras NZ-DSF con un Área Efectiva Extendida: Debido a que los fenómenos no lineales se manifiestan a causa de que el campo modal esta muy concentrado en un área pequeña, las fibras de nueva generación aumentan el área efectiva de las fibras NZ-DSF convencionales para disminuir este efecto. El área efectiva en una fibra óptica NZ-DSF tradicional es de 50 a 60 µm². En las fibras de nueva generación con área efectiva extendida, el valor de este parámetro esta entre 70 µm² y 110 µm² con valores típicos de 72 µm². Sin embargo el área efectiva extendida no puede aumentar en forma excesiva ya que se debe mantener la condición monomodo de la fibra. El área efectiva extendida permite entonces disminuir el peak de potencia que la fibra óptica debe soportar disminuyendo de forma importante el fenómeno de mezcla de cuatro ondas, FWM.



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La Fibras a modo único.

Estas fibras están caracterizadas por contener un núcleo de pequeñísimo diámetro, pequeño NA, baja atenuación y gran ancho de banda.

El requerimiento básico para tener una fibra monomodo es que el núcleo sea lo suficientemente pequeño para restringir la comunicación a un solo modo. Este modo de orden menor puede propagarse en toda la fibra con núcleo pequeño. Desde que una transmisión en modo único evita la dispersión modal, el ruido modal, y otros efectos típicos de una transmisión multimodo, esta fibra puede transmitir señales a mayor velocidad y es la que se ha adoptado como estándar en las telecomunicaciones.

Al tipo de fibra monomodo mas simple, frecuentemente se le denomina Fibra monomodo standard, y tiene un perfil del tipo step-index, con una frontera de separación abrupta entre el índice superior del núcleo y el índice inferior del cladding. El diferencial de los índices refractivos esta generalmente por debajo del 1%, la figura siguiente nos muestra una vista de los dos tipos principales de fibras monomodos del tipo step-index fabricados con sílica.

En la figura se muestran dos tipos de fibras monomodos del tipo step-index. La diferencia entre los índices de refracción del núcleo y del cladding es el mismo, pero el cladding se ha rebajado en la fibra de la parte inferior, el cladding interior es dopado con flúor para reducir el índice de refracción.

El diseño mas simple es el de una fibra con un cladding único como se muestra en la parte superior de la figura. El cladding es de sílica pura y el óxido de germanio se le agrega al núcleo para incrementar su índice.
Un diseño alternativo es logrado mediante el recorte del cladding como se muestra en la parte inferior de la figura. En este caso, el núcleo es fusionado con sílica dopado con menos óxido de germanio que el primer caso. La parte interna del cladding que rodea al núcleo es dopado con fluor, lo que reduce su índice de refracción por debajo del de la sílica pura.
Ambos diseños son típicos de fibras usadas en transmisiones de 1.3 mm, con un núcleo de 9 mm.

Condiciones Para Transmisión en modo único.

El número de modos de una fibra del tipo escalón depende del radio del núcleo D y de los índices de refracción y la longitud de onda de la luz :

reemplazando el NA con los índices del núcleo n1 y del cladding n2 obtenemos:


De esta ecuación se puede obtener el diámetro necesario para obtener una transmisión de tipo monomodo, esto se logra usando las funciones de Bessel, con la cual se obtiene:


D es el máximo valor permitido del núcleo para una transmisión de modo único. Para tolerar el inevitable margen de error, las fibras monomodos tiene un diámetro un poco menor que el máximo permitido, la diferencia de los índices de refracción para estos tipos de fibras se encuentran en un rango menor al 1% y el diámetro del núcleo es mas o menos cinco o seis veces la longitud de onda.
Esto hace que el tamaño del núcleo sea bastante sensible a la longitud de onda de operación, Ya que el área del núcleo se incrementa proporcionalmente al cuadrado del diámetro. El núcleo de una fibra diseñada para operar a 1.55 um tiene un área de mas de tres veces mayor que una fibra de modo único usado a 0.85 um.
Sin embargo el diámetro del núcleo es un parámetro fisico que aparece en la ecuación para la transmisión de modo único, recuerde que una fibra monomodo es una guia de onda dieléctrica. Esto quiere decir que una porción de la luz se extiende en la guía hasta el cladding. Esta área de guía de luz es medido como el diámetro de modo de campo que se cita en las especificaciones de las fibras ya que es importante para el acoplamiento de la luz. Típicamente la diferencia entre diámetro del modo de campo y el diámetro de un núcleo de una fibra monomodo del tipo step-index esta entre el 10% al 15%. Un diámetro de modo de campo típico para una fibra monomodo de tipo step-index es de 9,3 um para una longitud de onda de 1.31 um y de 10.5 um para 1.55 um.

Longitud de Onda de Corte.
El diámetro máximo del núcleo de una fibra monomodo depende de la longitud de onda de transmisión, si se resuelve la ecuación para la longitud de onda, encontraremos que para un diámetro específico del núcleo, una fibra monomodo la luz se transmitirá en un solo modo solamente para longitudes de onda mayores que un valor denominado Longitud de onda de corte , que estará dado por:


Una fibra con diámetro D es del tipo monomodo para longitudes de onda mayores a la onda de corte. Si la longitud de onda decrece, empezarái a transmitir 2 modos a la onda de corte.
Así como el diámetro de del núcleo de la fibra es una consideración importante en el diseño de la fibra, la longitud de onda de corte es importante para las aplicaciones de la fibra. Si deseamos que solo un solo modo sea transmitido en un sistenma de comunicación debemos de estar seguro que la longitud de la onda de transmisión sea mayor que la ongitud de onda de corte. En la práctica las fibras son diseñadas con un ángulo de corte significativamente menor que la longitud de onda en la cual la fibra va a funcionar. Por ejemplo, una fibra de modo simple para ser usada en 1.3 um probablemente tendrá un ángulo de corte inferior a los 1.25 um.

Las fibras monodos siempre permanecerán siendo monomodos para longitudes de onda de operación mayores a la longitud de onda de corte. Así una fibra cuya especificación es para trabajar a 1. 3 um tambien será monomodo para 1.5 um. Sin embargo una fibra de 1.55 um no será del tipo monomodo para 1.3 mm, y ni las de 1.3 um y 1.55 um serán del tipo monodo para una longitud de onda de 0.85 um.

Si la longitud de onda empieza a decrecer por debajo de la longitud de corte, primeramente se tendrá un segundo modo y así se irán adicionado nuevos modos. Los modos extras empezarán a interferirse unos con otros y con los modos primarios, causando serios problemas de perfomance. Así como las fibras multimodos, cualquier perturbación menor puede afectar al modo de propagación, a mas modos será menos predecible las características de la fibra.

Si bien desde mediados de los 60 cuando Charles Kao dio a conocer las ventajas de las fibras monomodos los investigadores se percataron de ciertos inconvenientes para su aplicación, con el tiempo aparecieron otros inconvenientes inevitables que tuvieron que ser resueltos. Los investigadores se percataron que las propiedades de la fibra monodo del tipo step-index no eran ideales, Su dispersión tiene un mínimo a 1.31 um, pero su atenuación tiene su mínimo en 1.55 um .

Los mejores amplificadores disponibles de fibras dopados en Erbio, operan entre los 1.5 y 1.6 um, mientras la dispersión de la fibra standard es relativamente alto. Esto y otras limitaciones han permitido a los investigadores desarrollar otros tipos de fibra monomodo con diferentes estructuras para alterar la dispersión.


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Tipos de fibras óptica-Fibras Multimodos

Ningún diseño de fibra satisface todos los requerimientos operacionales. Por razones económicas los fabricantes han concentrado sus esfuerzos en tres tipos de fibras:
a) Multimodo a índice escalón
b) Multimodo a índice gradual
c) Modo único o monomodo
Para poder obtener los índices de refracción distintos entre la corteza y núcleo de la fibra tales que satisfagan las condiciones de guía de luz se agrega impurezas al silicio, tales como el flúor y óxido de fósforo y el óxido de germanio que aumentan el índice de refracción.
La fibra tipo modo único que es la que menores pérdidas presenta se han logrado con silicio puro en el núcleo y con la corteza dopada de flúor, asegurando un rebote sin pérdida.

Fibra a índice Escalón(Step Index Optical Fibre) son aquellas en las cuales el valor del índice de refracción en el núcleo permanece siempre constante y mayor que el valor del revestimiento. Como se conoce en la fabricación de una fibra un núcleo cilíndrico de vidrio o plástico con índice de refracción n1 es cubierta por una corteza igualmente de vidrio o plástico con un índice de refracción menor n2 .
Una fibra que esté constituido por un núcleo de vidrio y corteza de plástico se le denomina fibra PCS (Plastic - Clad Silica). Se pueden obtener elevados NA con este tipo de fibras que además se caracterizan por tener un diámetro de núcleo ancho, elevada atenuación y pequeño ancho de banda. Lo importante de este tipo de fibra es que al ser elevado el NA, permite el uso de LED como emisor de superficie de bajo costo, así como conectores baratos.


Parámetros de Fibra Multimodo ---Indice - Escalón
Diámetro del Núcleo um
Recubrimiento um
NA
Atenuación dB/km 850nm
Ancho de bandaMhz-Km
1000
1250
.0.20
10
20
800
1000
0.20
10
20
600
750
0.20
10
20
600
620
0.37
6
9
400
500
0.20
10
20
200
240
0.26
10
20
200
230
0.37
6
17
125
200
0.29
5
20
100
150
0.20
5
25
100
150
0.20
5
25
100
140
0.29
5
20


En estos tipos de fibras los distintos modos de propagación o rayos siguen distintos caminos y llegan al otro extremo en instantes diferentes, provocando un ensanchamiento de la señal óptica transmitida. ( a este fenómeno se le denomina dispersión Modal, o multimodo).
El numero máximo de modos de luz (caminos para los rayos de luz) que pueden existir en el núcleo de una fibra depende de su apertura numérica ,de su diámetro y de la longitud de onda de la luz, para una fibra del tipo step index se puede determinar matemáticamente por la siguiente expresión .


La propiedad de la luz relacionada con el hecho que la propagación de la potencia óptica en las fibras ópticas se puede dar en muchos modos, debe considerarse como una desventaja debido a que se generen muchas trazas y consecuentemente distintos tiempos de tránsito (Fenómeno Fading). Matemáticamente; Se puede decir que la condición para que se genere más de un modo es la siguiente:

Donde d es el diámetro de la fibra. A mayor número de modos, mayor es el ángulo de la traza correspondiente como se puede ver en siguiente figura.


La luz de un emisor es distribuida uniformemente en el cono de aceptación de la fibra y la potencia óptica del pulso óptico de entrada es distribuida uniformemente en todos los modos. Debido a que cada modo tiene un tiempo diferente de propagación (porque recoreran distintas distancias), se producirá el efecto de una Distorsión del pulso y se tendrá un ancho de banda limitado. A este fenómeno se le llama la Distorsión Multimodo (Ruido determinístico coherente).

La distorsión multimodo recibe también el nombre de Dispersión modal y la relación entre los tiempos de recorridos mínimos y máximos es directamente proporcional a la relación entre los índices de refracción del recubrimiento y del núcleo que es del orden del 1%

Fibras a Indice Gradual (graded index core) Este tipo de fibra consiste de un núcleo cuyo índice de refracción varia con la distancia a lo largo del eje con el objetivo de disminuir los efectos de la dispersión modal. Al igual que la fibra de índice escalón, el núcleo esta rodeado por el vidrio del cladding ó revestimiento de menor índice refractivo.

Las fibras de índice gradual ofrecen una buena aceptación de luz y un ancho de banda mejor de las ofrecidas por las fibras a índice escalón. Otras características ofrecidas son:
· Diámetro del núcleo moderado
· Bajo NA
· Atenuación moderada.
El ancho de banda mejorado se debe a la estructura especial de la fibra que permite un índice de refracción distribuido como lo representa la siguiente figura:



Perfil de la fibra de índice gradual

El índice de refracción en función del radio del núcleo se expresa de la siguiente manera:


Donde : n0 es el índice de refracción en el centro del núcleo
r = radio
g = es el perfil del índice (ejemplo Cuadrático)
a = es el valor máximo del radio
donde:

Debido a que la velocidad de la luz decrece con el crecimiento del índice de refracción, la velocidad de la luz para modos cerca del centro del núcleo es menor que en la zona cerca al límite con la corteza. Para perfiles parabólicos (cuadráticos) del índice de refracción, el tiempo de propagación, para varios modos es casi ecualizado, lo cual reduce la distorsión debido a la propagación multimodo.
Las fibras de índice gradual fueron diseñadas especialmente para las telecomunicaciones, por largo tiempo los diámetros standares han sido de 50 y 62.5 um con un cladding de 125 um, algunas son fabricadas con un núcleo de 82.5 um.
Fue usada para algunas aplicaciones de Telecomunicaciones hasta mediados de los 80,s, estos tipos de fibras han permanecido en uso,principalmente en las redes de datos para transportar datos a distancias moderadas, tipicamente a no mas de un par de Kiilometros .

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