Informe N°07 fibra optica

UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA
ÁREA DE ELECTRÓNICA
LAB. DE COMUNICACIONES I
Profesora:
Mardelinis Vázquez
Bachilleres:
Anato Andreina C.I. 18.299.859.
Bravo Ángel C.I. 16.181.646.
Perdomo Helyson C.I. 19.316.427.
Ricardi Maira C.I. 16.853.761.
Barcelona, julio de 2009.
1
Índice
Introducción……….…………………….……………………………………..03
Objetivo…………………………………………………………………………04
Marco Teórico………………………………………..………………………...05
Materiales y Equipos Utilizados…………………………………………….15
Desarrollo………………………….……………………………………….…..16
Observaciones………………………………...………………………………..20
Conclusiones………………………….……………….……………………….21
Bibliografía…………………………………………………………………….22
2
Introducción.
En la presente práctica estudiaremos la fibra óptica, su concepto,
ventajas entre otras cosas.
Tecnología que consiste un conducto generalmente de fibra de vidrio
(poli silicio) que transmite impulsos luminosos normalmente emitidos por
un láser o LED.
Las fibras utilizadas en telecomunicación a largas distancias son
siempre de vidrio; las de plásticos sólo son usadas en redes locales.
En el interior de la fibra óptica, el haz de luz se refleja contra las
paredes en ángulos muy abiertos, así que prácticamente avanza por su
centro. Esto permite transmitir las señales casi sin pérdida por largas
distancias.
La fibra óptica ha reemplazado a los cables de cobre por su
costo/beneficio.
3
Objetivo.
•
Describir otros conceptos y parámetros característicos de la fibra
óptica: dispersión modal, fibras de índice abrupto y de índice
gradual,
monomodo,
dispersión
cromática,
ancho
de
banda
atenuación y ventajas.
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Marco Teórico.
La fibra óptica
La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente
en redes
de
datos;
transparente, vidrio o materiales
un hilo muy
plásticos,
fino
por
de
el
material
que
se
envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir.
El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el
núcleo de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de
reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede
ser láser o un LED.
Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que
permiten enviar gran cantidad de datos a gran velocidad, mucho más rápido
que en las comunicaciones de radio y cable. También se utilizan para redes
locales. Son el medio de transmisión por excelencia, inmune a las
interferencias. Tienen un costo elevado.
Aplicaciones
Su uso es muy variado: desde comunicaciones digitales, pasando por
sensores y llegando a usos decorativos, como árboles de Navidad, veladores y
otros elementos similares.
Comunicaciones con fibra óptica
La fibra óptica se emplea como medio de transmisión para las redes de
telecomunicaciones, ya que por su flexibilidad los conductores ópticos pueden
agruparse formando cables. Las fibras usadas en este campo son de plástico
o de vidrio, y algunas veces de los dos tipos. Para usos interurbanos son de
vidrio, por la baja atenuación que tienen.
Para las comunicaciones se emplean fibras multimodo y monomodo,
usando las multimodo para distancias cortas (hasta 5000 m) y las
monomodo para acoplamientos de larga distancia. Debido a que las fibras
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monomodo son más sensibles a los empalmes, soldaduras y conectores, las
fibras y los componentes de éstas son de mayor costo que los de las fibras
multimodo.
Internet
El servicio de conexión a Internet por fibra óptica, derriba la mayor
limitación del ciberespacio: su exasperante lentitud. El propósito del
siguiente artículo es describir el mecanismo de acción, las ventajas y sus
desventajas.
Para navegar por la red mundial de redes, Internet, no sólo se necesitan
un computador, un módem y algunos programas, sino también una gran
dosis de paciencia. El ciberespacio es un mundo lento hasta el desespero. Un
usuario puede pasar varios minutos esperando a que se cargue una página o
varias horas tratando de bajar un programa de la Red a su PC.
Esto se debe a que las líneas telefónicas, el medio que utiliza la mayoría
de los 50 millones de usuarios para conectarse a Internet, no fueron creadas
para transportar videos, gráficas, textos y todos los demás elementos que
viajan de un lado a otro en la Red.
Pero las líneas telefónicas no son la única vía hacia el ciberespacio.
Recientemente un servicio permite conectarse a Internet a través de la fibra
óptica.
La fibra óptica hace posible navegar por Internet a una velocidad de dos
millones de bps, impensable en el sistema convencional, en el que la mayoría
de usuarios se conecta a 28.000 0 33.600 bps.
Redes
La fibra óptica se emplea cada vez más en la comunicación, debido a
que las ondas de luz tienen una frecuencia alta y la capacidad de una señal
para transportar información aumenta con la frecuencia. En las redes de
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comunicaciones se emplean sistemas de láser con fibra óptica. Hoy funcionan
muchas redes de fibra para comunicación a larga distancia, que
proporcionan conexiones transcontinentales y transoceánicas. Una ventaja de
los sistemas de fibra óptica es la gran distancia que puede recorrer una señal
antes de necesitar un repetidor para recuperar su intensidad. En la
actualidad, los repetidores de fibra óptica están separados entre sí unos 100
Km., frente a aproximadamente 1,5 Km. en los sistemas eléctricos. Los
amplificadores de fibra óptica recientemente desarrollados pueden aumentar
todavía más esta distancia.
Otra aplicación cada vez más extendida de la fibra óptica son las redes
de área local. Al contrario que las comunicaciones de larga distancia, estos
sistemas conectan a una serie de abonados locales con equipos centralizados
como ordenadores (computadoras) o impresoras. Este sistema aumenta el
rendimiento de los equipos y permite fácilmente la incorporación a la red de
nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes electro ópticos y de
óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de fibra.
Red de área local o LAN, conjunto de ordenadores que pueden compartir
datos, aplicaciones y recursos (por ejemplo impresoras). Las computadoras
de una red de área local (LAN, Local Area Network) están separadas por
distancias de hasta unos pocos kilómetros, y suelen usarse en oficinas o
campus universitarios. Una LAN permite la transferencia rápida y eficaz de
información en el seno de un grupo de usuarios y reduce los costes de
explotación.
Otros recursos informáticos conectados son las redes de área amplia
(WAN, Wide Area Network) o las centralitas particulares (PBX). Las WAN
son similares a las LAN, pero conectan entre sí ordenadores separados por
distancias mayores, situados en distintos lugares de un país o en diferentes
países;
emplean
los servicios de
equipo
físico
comunicaciones.
especializado
Las
PBX
y
costoso
y
proporcionan
arriendan
conexiones
informáticas continuas para la transferencia de datos especializados como
transmisiones telefónicas, pero no resultan adecuadas para emitir y recibir
7
los picos de datos de corta duración empleados por la mayoría de las
aplicaciones informáticas.
Las redes de comunicación públicas están divididas en diferentes
niveles; conforme al funcionamiento, a la capacidad de transmisión, así
como al alcance que definen. Por ejemplo, si está aproximándose desde el
exterior hacia el interior de una gran ciudad, se tiene primeramente la red
interurbana y red provisional, a continuación las líneas prolongadas
aportadoras de tráfico de más baja capacidad procedente de áreas alejadas
(red rural), hacia el centro la red urbana y finalmente las líneas de abonado.
Los parámetros dictados por la práctica son el tramo de transmisión que es
posible cubrir y la velocidad binaria específica así como el tipo de fibra
óptica apropiado, es decir, cables con fibras monomodo ó multimodo.
Telefonía
Con motivo de la normalización de interfaces existentes, se dispone de
los sistemas de transmisión por fibra óptica para los niveles de la red de
telecomunicaciones públicas en una amplia aplicación, contrariamente para
sistemas de la red de abonado (línea de abonado), hay ante todo una serie de
consideraciones.
Para la conexión de un teléfono es completamente suficiente con los
conductores de cobre existentes. Precisamente con la implantación de los
servicios en banda ancha como la videoconferencia, la videotelefonía, etc, la
fibra óptica se hará imprescindible para el abonado. Con el BIGFON (red
urbana integrada de telecomunicaciones en banda ancha por fibra óptica) se
han recopilado amplias experiencias en este aspecto. Según la estrategia
elaborada, los servicios de banda ancha posteriormente se ampliarán con los
servicios
de distribución de
radio
y
de televisión en
una
red
de
telecomunicaciones integrada en banda ancha (IBFN).
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Sensores de fibra óptica
Las fibras ópticas se pueden utilizar como sensores para medir la
tensión, la temperatura, la presión y otros parámetros. El tamaño pequeño y
el hecho de que por ellas no circula corriente eléctrica le da ciertas ventajas
respecto al sensor eléctrico.
Las fibras ópticas se utilizan como hidrófonos para los sismos o
aplicaciones de sónar. Se ha desarrollado sistemas hidrofónicos con más de
100 sensores usando la fibra óptica. Los hidrófonos son usados por la
industria de petróleo así como las marinas de guerra de algunos países. La
compañía alemana Sennheiser desarrolló un micrófono que trabajaba con
un láser y las fibras ópticas.
Los sensores de fibra óptica para la temperatura y la presión se han
desarrollado para pozos petrolíferos. Estos sensores pueden trabajar a
mayores temperaturas que los sensores de semiconductores.
Otro uso de la fibra óptica como un sensor es el giroscopio óptico que
usa el Boeing 767 y el uso en microsensores del hidrógeno.
Más usos de la fibra óptica
•
Se puede usar como una guía de onda en aplicaciones médicas o
industriales en las que es necesario guiar un haz de luz hasta un
blanco que no se encuentra en la línea de visión.
•
La fibra óptica se puede emplear como sensor para medir
tensiones, temperatura, presión así como otros parámetros.
•
Es posible usar latiguillos de fibra junto con lentes para fabricar
instrumentos
de
visualización
largos
y
delgados
llamados
endoscopios. Los endoscopios se usan en medicina para visualizar
objetos a través de un agujero pequeño. Los endoscopios industriales
se usan para propósitos similares, como por ejemplo, para
inspeccionar el interior de turbinas.
•
Las fibras ópticas se han empleado también para usos decorativos
incluyendo iluminación, árboles de Navidad.
•
Líneas de abonado.
9
•
Las fibras ópticas son muy usadas en el campo de la iluminación.
Para edificios donde la luz puede ser recogida en la azotea y ser
llevada mediante fibra óptica a cualquier parte del edificio.
•
También es utilizada para trucar el sistema sensorial de los taxis
provocando que el taxímetro (algunos le llaman cuentafichas) no
marque el costo real del viaje.
•
Se emplea como componente en la confección del hormigón
translúcido, invención creada por el arquitecto húngaro Ron
Losonczi, que consiste en una mezcla de hormigón y fibra óptica
formando un nuevo material que ofrece la resistencia del hormigón
pero adicionalmente, presenta la particularidad de dejar traspasar
la luz de par en par.
Funcionamiento
Los principios básicos de funcionamiento se justifican aplicando las
leyes de la óptica geométrica, principalmente, la ley de la refracción
(principio de reflexión interna total) y la ley de Snell.
Su funcionamiento se basa en transmitir por el núcleo de la fibra un
haz de luz, tal que este no atraviese el revestimiento, sino que se refleje y se
siga propagando. Esto se consigue si el índice de refracción del núcleo es
mayor al índice de refracción del revestimiento, y también si el ángulo de
incidencia es superior al ángulo limite.
Características
Cada filamento consta de un núcleo central de plástico o cristal (óxido
de silicio y germanio) con un alto índice de refracción, rodeado de una capa
de un material similar con un índice de refracción ligeramente menor.
Cuando la luz llega a una superficie que limita con un índice de refracción
menor, se refleja en gran parte, cuanto mayor sea la diferencia de índices y
mayor el ángulo de incidencia, se habla entonces de reflexión interna total.
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Así, en el interior de una fibra óptica, la luz se va reflejando contra las
paredes en ángulos muy abiertos, de tal forma que prácticamente avanza por
su centro. De este modo, se pueden guiar las señales luminosas sin pérdidas
por largas distancias.
A lo largo de toda la creación y desarrollo de la fibra óptica, algunas de
sus características han ido cambiando para mejorarla. Las características
más destacables de la fibra óptica en la actualidad son:
•
Cobertura más resistente: La cubierta contiene un 25% más material
que las cubiertas convencionales.
•
Uso dual (interior y exterior): La resistencia al agua y emisiones
ultravioleta, la cubierta resistente y el funcionamiento ambiental
extendido de la fibra óptica contribuyen a una mayor confiabilidad
durante el tiempo de vida de la fibra.
•
Mayor protección en lugares húmedos: Se combate la intrusión de la
humedad en el interior de la fibra con múltiples capas de protección
alrededor de ésta, lo que proporciona a la fibra, una mayor vida útil
y confiabilidad en lugares húmedos.
•
Empaquetado de alta densidad: Con el máximo número de fibras en
el menor diámetro posible se consigue una más rápida y más fácil
instalación, donde el cable debe enfrentar dobleces agudos y espacios
estrechos. Se ha llegado a conseguir un cable con 72 fibras de
construcción súper densa cuyo diámetro es un 50% menor al de los
cables convencionales.
Ventajas
•
Su ancho de banda es muy grande, gracias a técnicas de
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multiplexación por división de frecuencias (X-WDM), que permiten
enviar hasta 100 haces de luz (cada uno con una longitud de onda
diferente) a una velocidad de 10 GB/s cada uno por una misma
fibra, se llegan a obtener velocidades de transmisión totales de 1
Tb./s.
•
Es inmune totalmente a las interferencias electromagnéticas.
•
Es segura. Al permanecer el haz de luz confinado en el núcleo, no es
posible acceder a los datos trasmitidos por métodos no destructivos.
•
Es segura, ya que se puede instalar en lugares donde puedan haber
sustancias
peligrosas
o
inflamables,
ya
que
no
transmite
electricidad.
Desventajas
A pesar de las ventajas antes enumeradas, la fibra óptica presenta una
serie de desventajas frente a otros medios de transmisión, siendo las más
relevantes las siguientes:
•
La alta fragilidad de las fibras.
•
Necesidad de usar transmisores y receptores más caros.
•
Los empalmes entre fibras son difíciles de realizar, especialmente en
el campo, lo que dificulta las reparaciones en caso de ruptura del
cable.
•
No
puede
transmitir
electricidad
para
alimentar repetidores intermedios.
•
La necesidad de efectuar, en muchos casos, procesos de conversión
eléctrica-óptica.
•
La fibra óptica convencional no puede transmitir potencias
elevadas.1
•
No existen memorias ópticas.
Tipos
Las diferentes trayectorias que puede seguir un haz de luz en el interior
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de una fibra se denominan modos de propagación. Y según el modo de
propagación tendremos dos tipos de fibra óptica: multimodo y monomodo.
Tipos de fibra óptica.
Fibra multimodo
Una fibra multimodo es aquella en la que los haces de luz pueden
circular por más de un modo o camino. Esto supone que no llegan todos a la
vez. Una fibra multimodo puede tener más de mil modos de propagación de
luz. Las fibras multimodo se usan comúnmente en aplicaciones de corta
distancia, menores a 1 Km.; es simple de diseñar y económico.
Su distancia máxima es de 2 Km. y usan diodos láser de baja
intensidad.
El núcleo de una fibra multimodo tiene un índice de refracción superior,
pero del mismo orden de magnitud, que el revestimiento. Debido al gran
tamaño del núcleo de una fibra multimodo, es más fácil de conectar y tiene
una mayor tolerancia a componentes de menor precisión.
Dependiendo el tipo de índice de refracción del núcleo, tenemos dos tipos
de fibra multimodo:
•
Índice escalonado: en este tipo de fibra, el núcleo tiene un índice de
refracción constante en toda la sección cilíndrica, tiene alta
dispersión modal.
•
Índice gradual: mientras en este tipo, el índice de refracción no es
constante, tiene menor dispersión modal y el núcleo se constituye de
distintos materiales.
•
Además, según el sistema ISO 11801 para clasificación de fibras
multimodo según su ancho de banda las fibras pueden ser OM1,
OM2 0 OM3.
13
•
OM1: Fibra 62.5/125 µm, soporta hasta Gigabit Ethernet (1 Gbit/s),
usan LED como emisores
•
OM2: Fibra 50/125 µm, soporta hasta Gigabit Ethernet (1 Gbit/s),
usan LED como emisores
•
OM3: Fibra 50/125 µm, soporta hasta 10 Gigabit Ethernet(300 m),
usan láser como emisores.
Fibra monomodo
Una fibra monomodo es una fibra óptica en la que sólo se propaga un
modo de luz. Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra hasta un
tamaño (8,3 a 10 micrones) que sólo permite un modo de propagación. Su
transmisión es paralela al eje de la fibra. A diferencia de las fibras
multimodo, las fibras monomodo permiten alcanzar grandes distancias
(hasta 100 Km. máximo, mediante un láser de alta intensidad) y transmitir
elevadas tasas de información (decenas de GB/s).
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Materiales y Equipos Utilizados.
•
Modulador MCM40
•
Osciloscopio
•
Cable numero 1
•
Cable numero 2
•
Cable numero 6
•
Adaptador ST-ST
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Desarrollo.
•
Se alimento el módulo.
•
Se desconecto el puente j13 y se conectaron j7c, j9b, j10b, etc. y se
aplicó una señal de datos alternados a la entrada.
•
Le conecto el Led al fotodiodo utilizando el cable #1 y el cable #6.
•
Se sitúo el potenciómetro en la posición intermedia. Y se insertó j15b
y se analizó con el osciloscopio la forma de onda en tp24.
•
Se tomó nota de la amplitud Vout1 de la onda detectada.
Vout1= 318mV
Vpp
•
Se sustituyó el cable #1 por el cable #2 y se midió en tp24 la nueva
amplitud Vout2 de la señal
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Vout2= 420mVpp
Q1 ¿Que se detecta?
La amplitud disminuye por efecto de la mayor atenuación de la señal
óptica causada por la mayor longitud de la fibra.
Observación
•
Manteniendo fija la potencia en la fibra en (proporcionada por el Led
a 660nm), en la salida de la fibra de 1.5m se tiene una señal de
amplitud igual a Vout (proporcional a la potencia recibida) y en la
salida de la fibra de 5m se tiene una amplitud igual a Vout2. la
razón Vout2/Vout1 proporcionaría una inducción de la atenuación
introducida por los 3.5 m suplementarios de fibra, a la longitud de
660nm. Calcular la razón Vout2/Vout1.
318mv/420mv
0.75
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Pérdidas de acoplamiento
•
Mantener las mismas condiciones que la prueba anterior.
•
Analizar con el osciloscopio la forma de onda tp23.
Vout3= 380mV
Vpp
•
Se sustituyó el cable #1 por el cable #2 y se midió en tp23 la nueva
amplitud Vout4 de la señal.
Vout4= 70mV
•
Se calculó la razón Vout4/Vout3.
70mV/380mV
0.18
•
Doblar el cable levemente la fibra de unión cable #6 y observar la
señal tp23
18
•
Se detectó que la amplitud disminuye debido a las perdidas de
curvatura de la fibra.
19
Observaciones.
•
En el presente informe falta una grafica debido a que esta aparece
como archivo dañado en el dispositivo de almacenamiento utilizado
en la práctica.
•
A pesar del inconveniente de la gráfica dañada las demás gráficas
están en perfecto estado.
•
Las gráficas obtenidas concuerdan con las gráficas esperadas en esta
práctica.
•
Las gráficas fueron verificadas por la profesora de la materia.
•
La práctica se llevó a cabo sin mayores percances.
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Conclusiones.
•
La amplitud de voltaje vario cuando se sustituyo el cable Nº1 por el
cable Nº2, puesto que los cables no eran de la misma longitud.
•
La amplitud disminuye por efecto de la mayor atenuación de la señal
óptica causada por la mayor longitud de la fibra.
•
Al doblar la fibra de plástico la amplitud de la onda disminuye esto
se debe a las perdidas de curvatura de la fibra.
•
El funcionamiento de la Fibra Óptica es un complejo proceso con
diversas operaciones interconectadas.
•
En un sistema de transmisión por fibra óptica existe un transmisor
que se encarga de transformar las ondas electromagnéticas en
energía óptica o en luminosa, por ello se le considera el componente
activo de este proceso.
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Bibliografía.
•
es.wikipedia.org
•
www.textoscientificos.com
•
html.rincondelvago.com
•
www.mailxmail.com
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