Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas

I
Práctica 1: Elementos básicos de un
enlace de Comunicaciones Ópticas
El objetivo de esta práctica es que el alumno caracterice la respuesta en continua de los
elementos básicos de un enlace de comunicaciones ópticas: emisores, fibra óptica y
detectores. Para ello será necesario que se familiarice previamente con la
instrumentación que utilizará en las prácticas del laboratorio. Se medirá la característica
Potencia Óptica - Corriente de un LED y de un Diodo Láser, se determinará la
atenuación de la fibra óptica y se medirá la respuesta de fotodiodos PIN, con o sin etapa
de amplificación.
MATERIAL NECESARIO
Caja de emisores
Carrete de fibra MM aprox. 5 km
Caja de detectores
2 Polímetros y sus bananas
Medidor de potencia óptica (FC)
Acoplador 2x2
Latiguillo de fibra MM FC
Cable BNC-bipolar
Laboratorio de Comunicaciones Ópticas –Dpto. Tecnología Fotónica
I.0. INTRODUCCIÓN
I.0.1.
Equipamiento básico
El equipamiento básico de un puesto está formado por tres unidades ("cajas")
conteniendo los dispositivos (Fig. I.1). Identifique los distintos elementos de la lista en su
puesto:
 Caja de emisores:
 Fuentes ópticas con entrada de modulación digital y analógica (ANALOG_IN,
DIGITA_IN)
 Salida a fibra de plástico: LED 650 nm
 Salida a conector FC
LED 820 nm
LED 1300 nm
Ambos con opción de aplicar el driver de modulación digital o analógica siendo los
modos de polarización distintos –AN. (modulación Analógica) DIG. (modulación Digital)
LD 1300nm (sólo modulación analógica)
 Caja de Detectores
 Receptores con salida digital y analógica (Digital_OUT, Analog_OUT) El
funcionamiento de los comparadores en la salida Digital_OUT requiere conectar
el conmutador de Digital_OUT a ON.
 Entrada de fibra de plástico: fotodetector de 650 nm
 Entrada conector FC
Fotodetector p-i-n 820 nm + amplificador de transimpedancia
Fotodetector p-i-n 1300 nm + amplificador de transimpedancia
 Receptor con salida analógica (Analog_OUT)
 Entrada conector FC
Fotodetector p-i-n InGaAs 1300 nm con circuito de polarización
controlable.
 Caja de generadores
 3 Módulos iguales con 10 frecuencias diferentes
 Salida de señal de reloj
 Salida de señal de datos
I-2
Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas
LED - 820 nm
LED - 1300 nm
FC
FC
POF
SALIDA
FIBRA ÓPTICA
CONTROL
POTENCIA
+
+
+
ON
SENSOR I
+
ON
SENSOR I
OFF
V = 10*I
SALIDA
FIBRA ÓPTICA
CONTROL
POTENCIA
OFF
V = 10*I
LD - 1300 nm
SALIDA
FIBRA ÓPTICA
CONTROL
POTENCIA
+
FC
CONTROL
POTENCIA
+
CORR.
ON
SENSOR I
POT.
ON
V=10*I
+
+
LED - 650 nm
OFF
V = 10*I
OFF
MONITOR
Caja de emisores
650 nm
820 nm
1300 nm
p-i-n InGaAs
2k
10 k
Digital OUT
Digital OUT
Digital OUT
Analog OUT
RL
30 k
FC
Analog OUT
Analog OUT
Analog OUT
ENTRADA FIBRA
ÓPTICA
ENTRADA FIBRA
ÓPTICA
FC
FO-In
Vcc
FC
ON
Digittal OUT
POF
FO-In
FO-In
FO-In
OFF
Caja de detectores
8 9
8 9
5
5
6 7
Reloj 2
Datos 2
1 2
3 4
Datos 1
10
3 4
3 4
6 7
Reloj 1
1 2
8 9
10
6 7
1 2
Reloj 3
5
10
Datos 3
Caja de generadores
Fig. I.1. Cajas de emisores, detectores y generadores
Además se dispone de elementos auxiliares y aparatos de medida:
 Fibra óptica con conectores de tipo FC (los latiguillos de fibra monomodo (SM)
utilizados en el laboratorio son típicamente de color amarillo, mientras que los de
fibra multimodo (MM) son típicamente de color naranja o gris)
 Medidor de potencia óptica
 Osciloscopio Hameg
 Generador de funciones de baja frecuencia, de distintos modelos
I-3
Laboratorio de Comunicaciones Ópticas –Dpto. Tecnología Fotónica
I.0.2.
Conectores FC de fibra óptica
Fíjese en la lengüeta del conector macho y en la muesca del conector hembra,
adáptelos antes de comenzar a enroscar desde el conector macho. La conexión no
debe ser nunca forzada (evitar roturas) y asegúrese de haber enroscado hasta el
final (evitar errores de medida).
Tanto el conector macho como el hembra tienen protectores. Se los debe
encontrar puestos, y volver a ponerlos cuando termine de utilizar los latiguillos y las
conexiones de salida en las fuentes y de entrada en los emisores. Recuerde que está
midiendo luz, y que la suciedad produce errores de medida. Nunca toque la punta del
conector con los dedos. Si utiliza goma de borrar, asegúrese de eliminar todos los
restos que queden en la mesa.
I.0.3.
Medidor de potencia
En la figura I.2 se esquematiza el manejo de un medidor de potencia del laboratorio.
Está dotado de un conector FC hembra en su parte superior, donde se acopla el
conector FC del latiguillo de fibra óptica. Observe que existen varias longitudes de onda
(deberá seleccionar siempre la más próxima) y escalas lineal y logarítmica de
potencia.
Botón
ON/OFF
Selección de modo de
lectura
dBm
W
Selector de 
780 nm
850 nm
1300 nm
1310 nm
1550 nm
Elbot
ón“r
e
f
”nol
ous
enunc
a
Si lo pulsa accidentalmente, puede
recuperar
el
funcionamiento
normal pulsando dBm/W
Seleccione la longitud de
onda más cercana a la de
la señal que desee medir
Fig. I.2. I-4
Medidor de potencia
Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas
I.1. MEDIDA DE POTENCIA ÓPTICA
Objetivos:
En este apartado se medirá la potencia óptica emitida por las fuentes
LED, con el fin de aprender a manejar el medidor de potencia y a
manipular los conectores FC.
Método de medida:
+5 vol.
Los LED se emplearán en el modo de
Conexión a
fibra FC
Conmutador
polarización digital Dig., en el que la
An./Dig.
corriente de polarización es fija, no
Estabilizador
de corriente
siendo afectada por el potenciómetro
Circuito
Modulación
Alta Frecuencia
R
Sensor I
R
Entrada
HF
de control de potencia (Fig. I.3).
digital
Como no se va a modular, la potencia
R
10
óptica
emitida
por
el
LED
es
constante.
Fig. I.3. Medida de corriente del LED en modo Dig.
Procedimiento experimental:
La Caja de Emisores deberá encontrársela encendida. Compruebe que los
indicadores LED están encendidos en todas las fuentes.
Seleccione modo Dig. y realice los puntos siguientes para una de las fuentes LED (820
o 1300 nm)
I.1.A. Conecte el latiguillo de fibra óptica a la fuente y al medidor. Recuerde I.0.2
I.1.B. Seleccione en el medidor de potencia la longitud de onda de la fuente LED que
vaya a medir.
I.1.C. Varíe el potenciómetro de la corriente de polarización (marcado Control de
Potencia) del LED correspondiente, y compruebe que la medida no varía. Anote
el valor en dBm y en W para la fuente. Si no está comprendido en el rango -9 a
-15 dBm para el LED de 820 nm, o de -13 a -19 dBm para el de 1300 nm, repita
las medidas, puesto que probablemente no ha realizado correctamente alguna
conexión. Si la diferencia persiste, consulte al profesor.
I.1.D. Sin variar la fuente LED que esté empleando, varíe la selección de longitud de
onda en el medidor de potencia óptica, y anote la potencia medida en cada de
una de las posibles longitudes de onda (780 nm, 850 nm, 1300 nm, 1550 nm).
Analice la causa de las diferentes lecturas con la misma fuente de potencia.
I-5
Laboratorio de Comunicaciones Ópticas –Dpto. Tecnología Fotónica
Fig. I.4
Nota: Como se verá en la práctica 2, el modo de polarización la señal óptica de salida
depende digitalmente de la señal en la entrada Digital_IN, con inversión lógica:
cuandoenes
t
aent
r
adaseapl
i
caun“
0”l
ógi
co(
0V,oni
ngunat
ensi
ónapl
i
cada)
,
la potencia emitida es la máxima permitida (
“
1“l
ógi
co)
,mi
ent
r
asqueal aplicar un
“
1”al
aent
r
ada(
t
ens
i
ónde5V)
,elLED no emite pot
enci
a(
“
0”l
ógi
c
o)
.Sól
o
emi
t
e“
0”
’
sy“
1”
’
s
.
I.2. MEDIDA DE LA RESPUESTA EN POTENCIA DE UN LED
Objetivos: Caracterización de la curva de respuesta en continua: potencia emitida en
función de la corriente aplicada, curva P-I.
Método de medida: Los LED se
emplearán
en
el
modo
de
+5 vol.
polarización analógico, An., en el
Conexión a
fibra FC
Entrada
analógica
Entrada
LF
Circuito
baja
frecuencia
que la corriente de polarización
aplicada depende de la posición
Estabilizador
de corriente
del potenciómetro de control (Fig.
I.5)
R
mediante
del
mando
de
R
control.
R
R
Potenciometro
10k
Sensor I
R
10
La
potencia
monitoriza
Fig I.5. Medida de corriente del LED en modo An.
en
el
emitida
se
medidor
de
potencia (Fig. I.4).
La corriente que circula por el LED se medirá en las bornas del sensor de
corriente del LED [Sensor I], que proporcionan la tensión en una
resistencia de 10 en serie con el LED.
I-6
Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas
Procedimiento experimental:
Realice los pasos descritos a continuación para la fuente LED de 820 nm.
I.2.A. Seleccione la posición An., en el conmutador An./Dig. del módulo de emisores
empleado.
 Conecte el medidor de potencia y el LED por medio de un latiguillo de fibra
multimodo.
 Ajuste la longitud de onda del medidor al valor más cercano al emisor
entre los disponibles
 Conecte el polímetro, en escala de Voltios DC, a las bornas [V = 10 * I] del
LED, cuya tensión es proporcional a la corriente que lo atraviesa (ver
Fig.I.5).
I.2.B. Partiendo de la posición mínima del potenciómetro del módulo emisor,
incremente el valor de la corriente aplicada al LED, anote su valor y mida la
potencia emitida.
El medidor deberá situarse en la escala lineal (mW) no en dBm.
Con incrementos de aproximadamente 10 mA obtendrá suficientes puntos para
caracterizar la curva P-I. No olvide medir el valor máximo.
Si la potencia no es totalmente estable, tome el valor a los pocos segundos de
haber modificado la corriente. Dibuje la curva P-I.
Cuando finalice las medidas, vuelva el potenciómetro al mínimo.
I.2.D. A partir de un punto cualquiera de las medidas anteriores, determine en forma
aproximada, la relación Potencia en fibra/Corriente inyectada (W/A) del LED.

I.2.E.
Para la fuente del LED de 1300 nm, repita I.2.A y mida la potencia máxima emitida y la
corriente de polarización del LED.
Calcule su relación Potencia en fibra/Corriente inyectada (W/A). 
I-7
Laboratorio de Comunicaciones Ópticas –Dpto. Tecnología Fotónica
I.3. RESPUESTA EN POTENCIA DE UN DIODO LÁSER
PRECAUCIÓN: Nunca mire directamente a la salida del emisor láser. Realice las
conexiones con la potencia al mínimo.
No apague el emisor durante toda la práctica
Objetivos:
En este apartado se analizará la característica de la potencia óptica
emitida en función de la corriente en un diodo láser, curva P-I.
Adicionalmente se medirá la relación entre la potencia emitida y la
corriente fotogenerada en el fotodiodo monitor interno del LD.
+5 vol.
Entrada
LF
Analógica
Circuito
baja
frecuencia
Conexión a
fibra FC
+
Estabilización
en potencia
R
Estabilización
en corriente
R
R
Sensor P
R
R
Potenciometro
10k
Sensor I
R
10
2,2k
Fig I.7. Esquema de funcionamiento del módulo láser
Fig. I.6. Módulo láser de la caja de emisores
Método de medida: El esquema de funcionamiento del módulo láser de la caja de
emisores (Fig. I.6) se puede observar en la Fig. I.7. Se empleará el mismo método de
medida que en el apartado anterior, variando la corriente de polarización por el diodo
láser, anotando la tensión en bornas de una resistencia de 10 [Sensor I] y midiendo la
potencia emitida en el medidor de potencia óptica (Fig. I.8). Simultáneamente se medirá
Fig. I.8
I-8
Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas
la corriente en el fotodiodo monitor de potencia del diodo láser, anotando la tensión en
bornas de una resistencia VMonitor.
Procedimiento experimental:
I.3.A. Conecte el medidor de potencia al láser de 1300 nm por medio de un latiguillo de
fibra multimodo. Coloque el conmutador An./Dig. en la posición An.
 Ajuste la longitud de onda del medidor de potencia a la longitud de onda de
la fuente a caracterizar.
 Conecte uno de los polímetros, en escala de Voltios DC, a las bornas
[V= 10*I] del láser, cuya tensión es proporcional a la corriente que lo
atraviesa (ver Fig. I.7 –Sensor I).
 Conecte el segundo polímetro, también en escala de Voltios DC, a las
bornas [Monitor], cuya tensión es proporcional a la corriente que circula por
el fotodiodo monitor interno que contiene el láser, y por tanto, proporcional a
la potencia emitida por el láser (ver Fig. I.7 – Sensor P). anote en su
cuaderno la expresión final VMonitor = f(Popt.LD).
 El conmutador [Corr]/[Pot] ¿en qué posición debe estar para qué usted
pueda realizar la medidas de este apartado?.
I.3.B. Varíe la corriente aplicada al LD mediante el potenciómetro (aprox. cada 2 mA) y
anote los valores de potencia emitida y tensión en el monitor de potencia. No
olvide medir los valores máximos. ¿por qué cada 2mA?
I.3.C. Dibuje la gráfica P(I) y estime el valor de la corriente umbral. 
I.3.D. A partir de dos puntos cualesquiera por encima de umbral de las medidas
anteriores, determine en forma aproximada, la eficiencia de la pendiente (W/A)
del diodo láser (LD). 
I.3.E. A partir de un punto cualquiera de las medidas anteriores y sabiendo que la
resistencia de carga del fotodiodo monitor interno es 2,2 k, determine en forma
aproximada las relaciones Tensión en el monitor/Potencia en fibra (V/W) y
Corriente en el monitor/Potencia en fibra (A/W) del LD. 
Al acabar, coloque el potenciómetro en la posición mínima.
I-9
Laboratorio de Comunicaciones Ópticas –Dpto. Tecnología Fotónica
I.4. MEDIDA DE LA ATENUACIÓN
Objetivos:
Determinar la atenuación por unidad de longitud de carretes de fibra
óptica multimodo en primera y segunda ventana (a 820 nm y a 1300 nm)
Método de medida: Directo, monitorizando la potencia extraída de la fibra tras un corto
recorrido de fibra (un latiguillo), y comparándola con la potencia recibida
por el sistema, en idénticas circunstancias, tras haber atravesado un
carrete de fibra de longitud conocida. Las pérdidas se achacan al carrete.
Procedimiento experimental:
En la caja de emisores, encienda las fuentes LED 820 nm y LED 1300 nm si no lo
están ya, y coloque el potenciómetro de control de potencia aproximadamente a la
mitad de su recorrido, con el conmutador An./Dig. en la posición An.(¿por qué?)
Realice la secuencia de pasos que se describe a continuación para los dos casos
siguientes:
1. Fibra multimodo con emisor LED a 820 nm
2. Fibra multimodo con emisor LED a 1300 nm
I.4.A. Conecte la salida del LED al medidor de potencia mediante un latiguillo de fibra
multimodo.
I.4.B. Mida y anote la potencia transmitida seleccionando correctamente la longitud de
onda más cercana de las disponibles en el medidor (ver Apartado Intro.V,
descripción del medidor de potencia). Utilice la escala en dBm. Si la potencia
emitida por el LED no es estable, espere hasta que se estabilice.
I.4.C. Sustituya el latiguillo de fibra por el carrete de fibra MM y anote la potencia
transmitida (si no dispone de carrete, deberá ponerse de acuerdo con sus
compañeros de otro puesto).
I.4.D. Calcule la atenuación (pérdidas por unidad de longitud) en los 2 casos
considerados. Si sus resultados fueran muy diferentes de 3 dB/km y 0,5 dB/km,
para 820 y 1300 nm, respectivamente, repita las medidas. 
I-10
Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas
I.5. RESPUESTA EN CORRIENTE DE UN FOTODIODO EN FUNCIÓN DE
LA POTENCIA ÓPTICA DETECTADA
Objetivos:
Medir la respuesta de un fotodiodo PIN en función de la potencia óptica
incidente.
Método de medida: El circuito de polarización del fotodiodo PIN etiquetado PINInGaAs del laboratorio está representado en la figura I.9, junto a las
curvas características de funcionamiento de un fotodiodo. El fotodiodo
trabaja en su zona de respuesta lineal con tensiones de polarización tales
que lo mantengan en inversa (tercer cuadrante de la curva V(I). En ese
caso la corriente fotogenerada es proporcional a la potencia óptica
incidente, siendo el factor de proporcionalidad la Responsividad (A/W).
La fotocorriente se mide a partir de la caída de tensión en la resistencia
de carga RL, que determina la recta de carga (Iph = VRL/RL ).
Fig. I.9. Curvas características de fotodiodos. El punto de trabajo en cada medida está en el
cruce de la curva I-V correspondiente a la potencia óptica incidente con la recta de
I-11
carga del circuito.
Laboratorio de Comunicaciones Ópticas –Dpto. Tecnología Fotónica
Para caracterizar la respuesta del fotodiodo se variará la potencia óptica
emitida por el diodo láser caracterizado en I.3. El diodo láser trabajará en
modo de control de potencia para asegurar la estabilidad de la potencia
emitida. La potencia emitida por el láser se determinará a partir de la
tensión en bornas de la resistencia en serie con su fotodiodo monitor,
bornas [Monitor], (ver Fig. I.7 –Sensor P).
Procedimiento experimental:
I.5.A. Conecte la salida del LD-1300 nm de la caja de emisores a la entrada del
fotodiodo PIN InGaAs [FO-In], con un latiguillo de fibra multimodo y compruebe
que el potenciómetro de control está al mínimo.
 Conecte un polímetro en bornas [Vcc] (medida de VPOL ver Fig. I.9), y ajuste
dicha tensión a 10 V, mediante el potenciómetro [Vcc ].
 Para asegurar que el detector a caracterizar recibe siempre la misma
potencia la fuente láser deberá estar controlada por potencia, seleccione la
posición [POT] en el conmutador del láser LD-1300nm.
 Lleve la salida analógica del fotodiodo a un polímetro en escala VDC, y
conecte el otro polímetro a las bornas [Monitor] del diodo láser.
 Sitúe el conmutador de resistencias en la posición RL = 30 K
I.5.B. Ajuste el potenciómetro de control del diodo láser para que la potencia emitida
sea aproximadamente 20 µW; recuerde que la potencia emitida se mide en el
polímetro conectado a las bornas [Monitor] del diodo láser, utilizando el factor
de proporcionalidad calculado en I.3.E. Mida la tensión en la resistencia de carga
del PIN (VRL).
I.5.C. Repita las medidas anteriores para 40, 60, 80 y 100 µW. Represente en una
gráfica los valores de la tensión leída en la resistencia de carga del fotodiodo PIN
(proporcional a la corriente fotogenerada) frente a la tensión leída en el monitor
de potencia (proporcional a la potencia incidente), y compruebe la linealidad de
la respuesta.
I.5.D. Calcule la responsividad del fotodiodo. Si el valor obtenido es muy diferente de
0,9 A/W, repita las medidas o los cálculos. 
I-12
Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas
I.6
RESPUESTA
EN TENSIÓN DE UN
AMPLIFICADOR DE TRANSIMPEDANCIA
POTENCIA ÓPTICA DETECTADA
Objetivos:
FOTODIODO CON
EN FUNCIÓN DE
Mediante el montaje desarrollado en este apartado se pretende
caracterizar la respuesta eléctrica de un fotodiodo con amplificador, en
función de la potencia luminosa incidente.
Método de medida: En primer lugar se determinará el offset del amplificador, es decir,
su tensión continua de salida cuando la potencia óptica de entrada es
nula. Posteriormente se medirá la linealidad de la respuesta del detector
al variar la potencia óptica incidente.
Para la medida de la potencia incidente en el detector se utilizará un
acoplador 2x2 y se supondrá que la potencia incidente en cualquiera de
las puertas 1 ó 2 se reparte en partes iguales entre las puertas 3 y 4,
De este modo, se supondrá que midiendo la potencia en el medidor se
puede determinar la potencia que incide al detector.
LED - 820 nm
LED - 1300 nm
FC
FC
+
+
V = 10*I
OFF
+
SENSOR I
ON
+
+
+
+
CONTROL
POTENCIA
SENSOR I
V = 10*I
SALIDA
FIBRA ÓPTICA
ON
OFF
+
+
SALIDA
FIBRA ÓPTICA
+
POF
CONTROL
POTENCIA
LD - 1300 nm
+
+
CONTROL
POTENCIA
SALIDA
FIBRA ÓPTICA
SENSOR I
V = 10*I
FC
CONTROL
POTENCIA
POT.
ON
CORR.
SENSOR I
+
SALIDA
FIBRA ÓPTICA
ON
+
LED - 650 nm
OFF
OFF
SENSOR P
VDC
Fig. I.10
Procedimiento experimental:
I.6.A. Realice el montaje experimental de la Figura I.10.
 Conecte la salida del LED de 820 nm o a la puerta 1 del acoplador.
I-13
Laboratorio de Comunicaciones Ópticas –Dpto. Tecnología Fotónica
 Conecte la puerta 3 del acoplador a la entrada del detector de 820 nm.
 Conecte la puerta 4 del acoplador al medidor de potencia
 Conecte la salida Analog-Out del detector a un polímetro, en escala de
Voltios DC.
 Compruebe que los conmutadores An./Dig. del LED escogido está en la
posición An..
I.6.B. Con el potenciómetro de control de potencia del LED al mínimo mida la tensión
de salida del detector (Analog-out). Así medirá el offset de continua del
preamplificador.
I.6.C. Varíe la potencia de salida, potenciómetro [Control Potencia], del LED y mida la
tensión de salida del detector en (Analog-out) aproximadamente cada 2-3 µW
de variación de la potencia de salida del acoplador. Si la potencia no es
totalmente estable, tome los valores de potencia y tensión en la forma más
simultánea que pueda. Al acabar, deje el LED sin emitir, posición mínima del
potenciómetro.
I.6.D. Represente la tensión leída en el detector en función de la potencia óptica.
Deduzca la responsividad del detector amplificado (V/W) a partir de la
pendiente de dicha característica. 
I.6.E. Con el método aprendido mida la responsividad del receptor de 1300 nm
empleando la fuente LED de segunda ventana. Es suficiente con que mida el
offset del amplificador y su tensión de salida para la máxima potencia, pues su
respuesta es lineal. 
POR FAVOR, AL ACABAR LA PRÁCTICA RECOJAN
TODO Y DÉJENLO COMO ESTABA AL PRINCIPIO.
SUS COMPAÑEROS SE LO AGRADECERÁN.
I-14