Fundamentos de comunicaciones opticas

7/23/2019 Fundamentos de comunicaciones opticas

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Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación

Departamento de Tecnología Fotónica

Fundamentos de

Comunicaciones Ópticas:Guía de Prácticas



Fundamentos de ComunicacionesÓpticas: Guía de prácticas

Autores:Paloma Rodríguez HorcheXabier Quintana ArreguiJosé M. Otón Sánchez

Pedro Menéndez ValdésFrancisco J. López Hernández

Ana González MarcosMorten Andreas Geday

Ignacio Esquivias MoscardóSantiago Aguilera Navarro

Idea Original de Diseño:Francisco J. López Hernández



Agradecimientos:

El Departamento de Tecnología Fotónica y Bioingeniería

agradece la ayuda prestada por:

o José Antonio Martín Pereda

o Becarios del Grupo de Fotónica del Departamento.

o

Empresa Selcoo Dirección de la ETSIT

o Comunidad Autónoma de Madrid

Nota: Los autores renuncian a los derechos de autor correspondientes a este

manual, con el fin de abaratar su precio de venta.



Preámbulo a las Prácticas delLaboratorio de ComunicacionesÓpticas

Esta Introducción consta de varias secciones:

C ONCEPTOS F UNDAMENTALES DE C OMUNICACIONES ÓPTICAS . Se presentan de forma

resumida los conceptos necesarios para la realización de las Prácticas de la Memoria.

Si es la primera vez que toma contacto con esta materia, es importante que lea y

comprenda tales conceptos antes de ejecutar las prácticas. Si ya ha cursado la

asignatura teórica, puede emplear estas notas como repaso de los términos y

parámetros que encontrará en la Memoria.

M ANEJO DE LA I NSTRUMENTACIÓN DE LABORATORIO . Se muestran los principales

dispositivos y unidades que tendrá que utilizar para la realización de las prácticas,

haciendo especial hincapié en aquellos que resulten más específicos de esta materia, o

menos familiares para el alumno. Se incluye un apartado dedicado a la f ibra óptica y a

los elementos pasivos más comunes, conectores y acopladores. El objetivo es que el

alumno comprenda de antemano cuáles son las posibilidades que pueden ofrecer los

distintos aparatos, el fundamento básico de su funcionamiento, y las precauciones que

deben observarse en su manejo





Manual LCO – Conceptos Fundamentales de Comunicaciones Ópticas

CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE

COMUNICACIONES ÓPTICAS

Aunque los intentos de transmitir información por medio de la luz se remontan a la

antigüedad, tan sólo recientemente se ha conseguido realizar tal transmisión de modo

eficiente y útil. Para ello ha sido necesaria la aparición de dos hitos tecnológicos

independientes: el láser y la f ibra óptica . El primero ha evolucionado hasta llegar a ser

un dispositivo fiable y de precio competitivo que alcanza holgadamente velocidades detransmisión de varios Gbps. La segunda ha conseguido transformarse en el medio de

transmisión idóneo para la región del espectro en torno a 1 m, con atenuaciones

próximas al límite teórico, y control –a través de parámetros de fabricación – de la

dispersión temporal producida por el medio que, en último término, es el factor que

limita el ancho de banda tolerado por el mismo.

Estas notas no pretenden ser un curso introductorio de Comunicaciones Ópticas, sino un

apoyo al alumno para mejorar su comprensión sobre el fundamento teórico de las

Prácticas que realiza, y sobre los resultados que cabe esperar en un determinado

montaje experimental.



Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería

I. El Sistema deComunicaciones Ópticas

En todo sistema de comunicaciones deseamos enviar información. La información en un

sistema de Comunicaciones Ópticas se envía por medio de impulsos o de señalesmoduladas de luz.

I.1. ELEMENTOS DE UN ENLACE

Un enlace básico de Comunicaciones Ópticas consta de tres bloques funcionales

fundamentales:1. Emisor . La fuente productora de luz, generalmente un diodo láser (LD) o

diodo emisor de luz (LED). El bloque emisor (Fig. Fund.1) contiene

además una serie de circuitos electrónicos destinados a generar las

señales a transmitir, y a suministrarlas al dispositivo

optoelectrónico. Las longitudes de onda más apropiadas para

Comunicaciones Ópticas están en la región del infrarrojo próximo.

2. Medio. Aunque existen Comunicaciones Ópticas atmosféricas, espaciales

o submarinas no guiadas, la gran mayoría de realizan a través de

un medio dieléctrico (Fig. Fund.2). El medio por excelencia es la

f ibra óptica . El material empleado más común, por su

extraordinaria transparencia es la sílice (SiO2) Este material




I.2. ELEMENTOS ADICIONALES

Los sistemas de Comunicaciones Ópticas, adicionalmente, contienen otros elementos,

que varían según la aplicación. Se citan algunos de los más importantes en los apartados

Figur a Fund.1. Características d el EMISOR y el RECEPTOR en un sistem a de Comunic acion esÓpt ic as




electrónicos por amplificadores ópticos de fibra dopada (EDFA). Estos dispositivos

amp lific an d irec tamente la s eñal óptic a sin conversiones optoelectrónicas.

I.2.2. Elemen tos pasiv os

La manipulación de señales ópticas es más compleja que la de señales eléctricas por el

Figur a Fund.2. Características d el MEDIO en un sistem a de Com un icacion es Ópticas




II. La Fibra ÓpticaLa fibra óptica es el medio preferido para la transmisión guiada de luz. Se construye con

materiales dieléctricos, preferentemente sílice. Una fibra típica tiene 125 m de grosor,

aproximadamente el doble que el cabello humano. La luz se guía por un núcleo central

cuyo diámetro oscila entre 4 y 1000 m dependiendo del tipo de fibra (típicamente entre 4

y 62,5 m). El resto de la fibra óptica es una cubierta del mismo material, que recubre el

núcleo, y que está modificado de forma que tenga un índice de refracción ligeramente

inferior al del núcleo. Es precisamente este cambio de índice lo que hace que la luz se

guíe por el interior de la fibra.

II.1. REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN Cuando un haz de luz encuentra

en su camino una superficie

dieléctrica, se desdobla en dos

haces (Figura Fund.3), uno refleja-

do y otro refractado o t ransmi t ido ,cuyos ángulos están relacionados

con el ángulo de incidencia a

través de la ley de Snell. La poten-

cia óptica, por su parte, también se

distribuye entre estos dos haces; el

formulismo de Fresnel permite




En caso contrario (Figura Fund.4), si se aumenta paulatinamente el ángulo se alcanza un

valor, llamado ángulo crítico , para el cual el haz de salida es rasante (sen t = 1 ). Para

ángulos superiores se produce un fenómeno denominado ref lexión total interna . No

existe componente transmitida y –lo que resulta fundamental para ComunicacionesÓpticas – no se p ro du cen pérd idas en la reflexi ón .

II.1.2. Gu iado de luz

Para guiar luz por el interior de un dieléctrico sin pérdidas por reflexiones1, por

consiguiente, se necesita disponer de una lámina o cilindro de material dieléctrico

rodeado de otro dieléctrico de menor índice de refracción. Cuando la estructura es plana

(al estilo de un sandwich, con un dieléctrico de alto índice entre dos de bajo índice), se

dice que se tiene una guíaon da óptic a p lana . Se emplean preferentemente en Óptica

Integrada, y también conforman la estructura de los diodos láser y los LEDs. Lo más

normal, sin embargo, es que la guía tenga forma de hilo, con el dieléctrico de bajo índice

rodeando al de alto índice Se trata entonces de una f ibra óptica y los dos dieléctricos

Figura Fund.4. Transmisión desde un medio de m ayor índice a o tro d e meno r. Porencim a del ángu lo c rítico (centro ) se pr od uce r eflexión tot al (derecha).




aceptación m, por encima del cual la lu z int rodu cid a en la guíaon da n o s e guía . El

seno de ese ángulo recibe el nombre de aper tu ra numérica (AN) , y es un parámetro

fundamental que caracteriza una fibra óptica o guíaonda plana.

De la propia definición de ángulo crítico, aplicando la ley de Snell resulta que

cubierta ynúcleodeíndicesnnn

nc :,sen 21

1

2 1

Aplicando nuevamente Snell en la interfase vertical de la figura Fund.5, se llega a

2

2

2

1sen nn AN m 2

II.2. MODOS

Cuando se pretende aplicar una teoría electromagnética rigurosa al fenómeno del guiado

de luz, los planteamientos no son tan simples. Lo que sucede es que se sigue cumplien-

do que existe un ángulo de aceptación máximo (la apertura numérica ya vista), pero el

hecho de introducir la radiación luminosa con un ángulo menor que AN no garantiza que

Figu ra Fund.5. La lu z se guía po r en cim a del áng ulo crític o. Est e áng ulo determ ina u n áng ulomáxim o de acep tación a la entrada, cuy o seno se deno min a APERTURA NUMÉRICA.




La constante de propagación mide, en cierta forma, la velocidad con que se propaga

cada modo. Si la radiación fuese no guiada, se propagaría en el medio como k·n1. Al ser

guiada, se propaga según

. Comparando ambos casos surge el concepto de índice

efect ivo N : la radiación acoplada en cada modo se propaga "como s i " el índice del

núcleo de la fibra fuese

sen/ 1 nk N 4

II.2.2. Frecuencia de co rte

Los modos, como distribuciones de

campo que permiten el guiado de la

Figura Fund.6. La compo nente estacionaria determina el modo. La otra comp onente, , es lacon stante de p rop agación, resp ons able de la transmis ión de la señal po r la g uía.En el ejemplo se muestr a una guíaond a plana, co n tr es índic es dis tinto s, El casode la f ibr a óptic a es idént ico , aunqu e sólo co n d os índ ices , n1 y n2.




de corte. Se deduce inmediatamente que, si se hace suficientemente larga la longitud de

onda, cualquier fibra acaba guiando un solo modo. Éste es el fundamento de las fibras

ó ti d d i t i C i i Ó ti E l Fi

Figur a Fund .8. Diagram a b-V para fibras de índ ice abrup to. Por d ebajo d e la frecuenc ianorm al izada V=2,405 (corte del segund o m odo ), cualquier f ibra es mon omo do.




adimensionales. El parámetro V se llama f recuencia norm al izada y b recibe el nombre

de parámet ro d e guía .

2

2

2

1

2

2

2)/(

nn

nk b

5

AN

ann

aV

22 2

2

2

1 6

En esta representación, las líneas kn1 y kn2 pasan a ser dos líneas horizontales en

ordenadas 1 y 0 respectivamente. Los modos pueden ahora representarse en este

diagrama (Figura Fund.8), y la frecuencia de corte de cada uno vendrá dada por el valor

de V para b=0 . Concretamente, cualquier f ibra con V<2,405 es mon omodo .

II.3. DEGRADACIÓN DE LA SEÑAL Si en una fibra óptica existen varios modos capaces de transportar luz guiada, se irán

produciendo retrasos de la potencia transportada por unos modos respecto a otros. La

idea fundamental para Comunicaciones Ópticas es que si la energía de un pulso

luminoso se distribuye a la entrada entre varios modos, llegará al otro extremo en forma

de pulso ensanchado. Este fenómeno se conoce como dispersión intermodal.Si se observa la ecuación, además, se ve que existe una dependencia con la longitud de

onda. En consecuencia si la fuente que se emplea como emisor no es completamente

monocromática, también se ensancharán individualmente los pulsos guiados por cada

uno de los modos. Este fenómeno se conoce como dispersión intramodal.

En un Apartado posterior se estudia la forma de minimizar la dispersión total del medio,




(Figura Fund.9) son: monom odo , mult im odo de índice g radual y mult imod o de índ ice

abrupto .

II .4.1. Fibras mo nom odo

Son fibras de índice abrupto. Como

ya se ha comentado, permiten

eliminar la dispersión intermodal,mejorando considerablemente el

ancho de banda. La condición

necesaria y suficiente para que una

fibra sea monomodo es que su V sea

menor que 2,405 . Si se observa la

ecuación 6, se deduce que, para

reducir el valor de V, se debe reducir

la apertura numérica (reduciendo el

cono de luz que se acepta) y/o el

radio a del núcleo (complicando el

acoplo del emisor). Se requiere unafuente de luz bien colimada,

fácilmente enfocable en una pequeña área. Esas características las ofrecen los diodos

láser y algunos LEDs especiales. Usualmente las fibras ópticas monomodo se utilizan

en conjunción con diodos láser.

II 4 2 Fib lti d

Figur a Fund .9. Perfi les d e índic e y d imen sion estípi cas de l os tr es t ipos más

com unes de f ibr a ópt ica. La FO deínd ice abrup to m ultim odo suelever se sólo en plásti co




refracción y viceversa. De este modo se consigue "acelerar" los modos más lentos y

" frenar" los más rápidos. Con ello se reduce notablemente la dispersión intermodal.

Las fibras ópticas multimodo de índice abrupto fueron las primeras que se emplearon.

Actualmente, sin embargo, sólo se encuentran comercialmente en vidrio y en plástico

para aplicaciones especiales. Sus diámetros son mayores que los indicados en la figura,

pudiendo superar 1mm.

II.5. FACTORES QUE LIMITAN LA TRANSMISIÓN

Ya hemos visto en II.3. que los pulsos que se propagan por una fibra sufren

ensanchamientos que eventualmente limitan el ancho de banda (en realidad, el producto

ancho de banda x distancia) por solapamiento entre pulsos contiguos (ISI, intersymbol

interference ). Adicionalmente, la señal se atenúa por varios factores concurrentes, loque incide en una limitación de distancia alcanzable por la señal.

II.5.1. Dispersión

La dispersión temporal de los pulsos tiene dos orígenes fundamentales: intermodal e

intramodal. La dispersión intermodal, la más grave, puede reduci rse utilizando fibras

multimodo de índice gradual o

evitarse sin más empleando fibras

monomodo.

Las fibras monomodo, por tanto,

presentan sólo dispersión intra-

modal Esta dispersión a su vez




II.5.2. Atenuación

Existen asimismo dos fenómenos fundamentales que atenúan la señal en fibras: la

reflexión difusa o scattering , y la absorción. La primera tiene una dependencia

potencial inversa con la longitud de onda, mientras que la segunda presenta máximos en




La tendencia actual es emplear preferentemente la tercera ventana. Además de su

mínima atenuación, es la región espectral donde pueden emplearse los amplificadores

de fibra dopada. Para mejorar las características de dispersión, se han diseñado fibras

ópticas de dispersión desplazada y de dispersión aplanada, que presentan mínimos

de dispersión en tercera ventana.

III. El EmisorPara que un dispositivo emisor de luz pueda emplearse para transmitir información se

necesita que cumpla una serie de condiciones. Las más importantes son:

que produzca un haz monocromático

que la radiación se pueda acoplar a la fibra óptica con facilidad,

que la potencia óptica se pueda modular por medios electrónicos

que la respuesta sea suficientemente rápida.

Los emisores preferidos en Comunicaciones Ópticas son dispositivos optoelectrónicos

semiconductores que operan en el infrarrojo próximo (Fig. Fund.12), concretamente

diodos emisores de luz (LED) y diodos láser (LD).




Tienen habitualmente un diagrama de radiación lambertiano (coseno), es decir, bastante

abierto, por lo que se adaptan mejor a fibras ópticas con apertura numérica alta, como

las fibras multimodo. Es común utilizar LEDs asociados a fibras multimodo de índice

gradual en red es d e área loc al.

III.1.1. Respues ta eléct ri ca y ópt ic a

Desde el punto de vistaeléctrico, el LED es un

diodo que se polariza en

directa, y necesita para su

funcionamiento una fuente

de corriente. La respuesta

óptica del LED es l ineal

con la corriente que lo

atraviesa, hasta llegar a

saturación.

La luz emitida por un LED

se genera en la propiaunión p-n del diodo, por

recombinación de pares

electrón-hueco. Los fotones

generados tienen la

energía del gap, por lo que




los índices de refracción de las capas, con el fin de guiar la luz hacia el extremo

deseado.

III.2. EL LD

Los diodos láser son los dispositivos preferidos para Comunicaciones Ópticas de largo

alcance, en combinación con fibras ópticas monomodo.

Aunque su diseño se ha ido sofisticando en los últimos años, un LD es en esencia un

LED al que se le ha acoplado in situ una cavidad resonante, instalándole dos espejos en

caras opuestas, o simplemente tallando dichas caras. Los más elementales son dobles

heteroestructuras; actualmente se emplean de forma habitual láseres de pozos

cuánticos, formados por una pila de estructuras de pocos nm de espesor. Las ventajas




encima de una corriente umbral , se produce

un brusco aumento de la potencia emitida.

Este aumento se da cuando el dispositivo

comienza a tener ganancia óptica, es decir,

cuando emp ieza a comp ortar se como láser

(hasta ese momento, su comportamiento era

el de un LED. Simultáneamente se producen

cambios en el espectro de emisión, el cual

se estrecha, haciéndose mucho menor que la

banda de emisión del semiconductor de

procedencia (es decir, que la emisión LED).

Como láser , el LD es también lineal, con una

pendiente muy superior a la anterior, hasta llegar a saturación. Suponiendo despreciable

la potencia emitida hasta llegar al umbral, la potencia en la zona de trabajo láser puede

expresarse simplemente como:

)( umbral OPT I I P 7

Figu ra Fun d.15. Caracter ístic a P-I de unLD en fu nción de la temperatura.




siendo la eficiencia cuántica Los driver para LDs deben diseñarse teniendo presente su

característica. Para controlar un LD, se le inyecta constantemente una corriente

ligeramente superior a la del umbral, y sobre ella se superpone la corriente de señal.

El valor de la corriente umbral de un dispositivo LD depende fuertemente de la

temperatura. A medida que aumenta, aumenta también el valor umbral. Este punto es de

crucial importancia para la manipulación de un LD: cualquier pequeña variación de

temperatura puede alterar significativamente la potencia de salida. Por esta razón, losLDs comerciales suelen incorporar un fo todiodo de contro l interno , que mide

continuamente la potencia de salida. Ello permite a su vez que el dispositivo puede

trabajar en modo potencia constante, inyectando la corriente necesaria en cada caso

para que la potencia se mantenga. Opcionalmente, puede también trabajar en modo

corriente, manteniendo constante la corriente y variando la potencia.




IV. El ReceptorEl receptor de un sistema de Comunicaciones Ópticas está formado por dos bloques

funcionales fundamentales:

El bloque detector. Su principal componente es un detector de luz,

generalmente un disp osi tivo o pto léctrónic o sem icon du cto r , que se

encarga de transformar la luz recibida en corriente eléctrica.

El circuito de recepción. Se ocupa de amplificar y depurar la señal recibida.

Consta de diversos módulos: amplificador, filtro, comparador, etc.

IV.1. EL DETECTOR

Existen dos fotodetectores

fundamentales en Comunicaciones

Ópticas: el foto dio do p-I-n (PIN) y

el fotod iodo d e avalancha (APD) .

La diferencia fundamental es que el

segundo posee amplificación

interna por generación secundaria

de pares.

Cuando no está iluminado, su

respuesta característica es la típica

d di d Al il i

Figura Fund.18. Responsiv idad de u n fotod etector de

si l ic io ideal y o tro real




parámetro que se emplea para medir la eficiencia externa del fotodetector es la

responsiv idad :

W

A

hc

e

P

I

óptica

fotod iodo 8

Tal como está formulada, se observa que la responsividad de un fotodetector idealaumenta monótonamente con la longitud de onda mientras se mantenga constante el

rendimiento cuántico

. Esto es aproximadamente cierto durante toda la banda, y deja de

serlo bruscamente cuando se desciende de la energía del gap. En la figura Fund.18 se

observa un ejemplo para fotodetectores de Si, cuyo gap equivale a=1,1 m. La

responsividad de los fotodetectores reales sigue la misma tendencia, como puede

observarse.

IV.2. EL CIRCUITO DE RECEPCIÓN

El circuito de recepción, en especial el amplificador, se he de estudiar conjuntamente con

el detector porque incide directamente sobre el ru ido del sistema, y por tanto sobre la

relación señal/ruido (S/N), que

determina los parámetros

fundamentales de diseño del

sistema.

El ruido del sistema es la suma

d i té i l




trata de una transmisión digital, la señal pasa normalmente por un filtro y un circuito de

decisión.

Para evaluar la calidad de la señal recibida se utiliza el diagrama de ojo (Fig. Fund-20).

Es una representación en osciloscopio de los pulsos recibidos, los cuales:

No tienen todos ellos la misma amplitud, debido a la presencia de ruido

Se adelantan o atrasan respecto a su reloj, por la presencia de jitter .

Cuanto mayores sean estas distorsiones, más "cerrado" aparecerá el ojo, y más difícil

será establecer el umbral de discriminación entre niveles alto (marca) y bajo (espacio).

ji tt er Muestreo

Ruido

Nivel 1

P (V) 0

V P (V ) 1

Tension Umbral

P(y|1)

P(y|0)

1

0

Y

Nivel 0

Figura Fund.20. Diagrama d e ojo dond e se muestra el jitter y el ruido en recepción (izda.) y

selección del nivel de discrimin ación (derecha).




En la figura siguiente se puede observar un histograma de la distribución de unos y ceros.

El eje vertical representaría los niveles de corriente detectados para unos y para ceros.Las funciones representan la probabilidad de detectar un uno para una corriente “ y”

( p( y|1)) o un cero para una corriente “y ”( p(y|0)).

La probabilidad de error viene dada por:

1 0( ) ( ) (0 /1) (1/ 0)e D D BER P aP I bP I aP bP , es decir la probabilidad de recibir un

uno “a ” por la probabilidad de detectarlo con una

corriente inferior a la umbral (P1(ID)) (se

detectaría como un cero) mas la probabilidad de

recibir un cero “b ” por la probabilidad de

detectarlo con una tensión superior a la umbral

(P0(ID)) (se detectaría como un uno).

P(0/1) sería el área rayada que queda por debajo

del umbral y P(1/0) sería el área rayada que

queda por encima del umbral. Estas probabilidades se calcularían para una corriente “ I ”

como:

(0 /1) ( |1) (1/ 0) ( | 0) I

I P p y dy y P p y dy

APROXIMACIONES

Suponemos que la corriente de salida I out (t) sigue una distribución gaussiana,tanto para los unos como para los ceros. En este caso, la desviación estándar σ

t l l d l t ió d id (I N)2

l i 2√2 l




-6

10-4

10-2

1

0 0

0

1 1

(1/ 0) 2 22 2

DQ I I

P erfc erfc

1 1

1

1 1

(0 /1) 2 22 2

DQ I I

P erfc erfc

y la BER queda:

0 1 0 1

0 1

1 1

4 42 2 2 2

D DQ Q I I I I

BER erfc erfc erfc erfc

BER Mínim o

El tasa de error de bit se puede minimizar eligiendo adecuadamente el valor de la

corriente umbral ID:

1 0 0 1

1 0

( )0

Mínimo D

D

d BER I I BER I

dI

En este caso:

Luego para BER mínimo:

1 0 0 1

1 0

D

I I I

1 01 0

1 0

I I Q Q Q




Casos Part iculares:

a) Si sólo hay ruido shot:

1 0 0 1 1 0 10

1 0 1

0

0 D

I I I I I I

1 0 1 0 1 01 0

1 0 1 10

I I I I I I Q Q Q

1 0

1

1 1

2 22 2

Q I I BER erfc erfc

b) Si sólo hay ruido térmico

1 0 0 1 0 1 0 1

1 0 2

D

I I I I I I I

1 0 1 01 0

1 0 2

I I I I Q Q Q

1 01 1Q I I

BER erfc erfc




IV.4. DISEÑO DE UN ENLACE

Para diseñar un enlace simple (punto a punto) de Comunicaciones Ópticas se deben

cumplir simultáneamente dos condiciones, que se expresan en forma de balances:

Balance de potencia. Debe llegar al circuito de recepción la potencia

suficiente superar una determinada relación señal/ruido.

Balance de dispersión. Las distorsiones de la señal deben estar por debajodel valor exigido para el régimen de transmisión que se establezca.

IV.4.1. Balanc e de po tenc ia

Se parte de una BER deseada para el diseño del enlace, y a partir de ella se

deduce una Q o una S/N.

Se calcula el ruido en recepción, y a partir de éste, el nivel de señal necesario

en el detector.

A partir de ahí se procede hacia el emisor, contando las pérdidas introducidas

por:

La propia fibra óptica (dB/km)

Los conectores (entre 0,5 - 1 dB cada uno)

Los empalmes y soldaduras (alrededor de 0,2 dB)

C l i l t di i l ( l d t )




IV.4.2. Balanc e de dis persión

La distancia calculada en el apartado anterior garantiza que la potencia que llega al

detector es adecuada, pero no que la información pueda transmitirse con el régimen

binario deseado. En el balance de dispersión se estima la limitación del producto ancho

de banda x distancia, el cual, conjugado con el dato anterior, permite establecer el

ancho de banda tolerable en el canal.

El tiempo de respuesta del sistema se calcula como suma cuadrática de varios términos:

2

2

2

22222 35,044,0

B DL L

Bt t t t t q

emisor receptor fibraemisor sistema 9

donde el segundo y tercer término son dispersiones del medio (multimodo y monomodo,

respectivamente), y el último término corresponde al receptor.



MANEJO DE LA INSTRUMENTACIÓNESPECÍFICA DEL LABORATORIO

I. Fibras Ópticas y DispositivosPasivos

En el Laboratorio de Comunicaciones Ópticas se manejan varios tipos de fibras ópticas

(FO) que a su vez vienen protegidas de diversos modos. Su manejo depende del t ipo de

f ibra y del recubrimiento de protección.

I.1. TIPOS DE FIBRAS ÓPTICAS

Se emplearán tres tipos fundamentales de FOs:

F IBRA DE P LÁSTICO (POF, P LASTIC O PTICAL F IBER ). Son fibras multimodo hechas de

plástico transparente, que se utilizan en la región visible del espectro (en nuestrocaso, se usarán a 650 nm, en el rojo).Tienen una atenuación muy elevada (se mide

en dB por metro , no por ki lómetro ) y una dispersión muy alta. Por ello no sirven para

Comunicaciones Ópticas a larga distancia. Sí son útiles, por ejemplo, para conexiones

de pocos metros (por ejemplo, entre dos ordenadores). En el Laboratorio resultan

muy adecuadas porque tienen un núcleo muy grande (en torno a 1 mm), que las hace

fá il d i l di Ad á ill d i




I.2. RECUBRIMIENTOS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

Generalmente, las fibras ópticas que se utilizan en instalaciones reales están protegidas

por una serie de capas protectoras que las aíslan de agentes externos. Las FOs que se

emplean en el laboratorio, en ocasiones, vienen sin la mayoría de esas capas,

precisamente para permitir la manipulación de las mismas:

F IBRA D ESNUDA . Dícese de aquélla que carece de recubrimientos plásticos de

protección. Estas fibras son algo más gruesas que un cabello, y llevan únicamente un

recubrimiento de silicona (azul o incoloro en nuestro caso). Se deben manipular con

cuidado, porque se rompen con facilidad. En el Laboratorio hay bobinas de fibra

desnuda de varios kilómetros de longitud, y fragmentos arrollados de algunos

metros. Las fibras de plástico del laboratorio llevan un único recubrimiento negro de

polímero, y tienen un grosor de alrededor de 2 mm.

C ABLES DE F IBRA . Cuando no se necesita manipular la propia fibra, se emplean

cables, de aspecto semejante a los eléctricos, en los que las fibras están más

protegidas. Los extremos de estos cables de fibra vienen rematados con conectores.

En el Laboratorio se encuentran cables de fibra de 1-2 m ( lat igui l los) y carretes

que contienen desde cientos de metros a algunos kilómetros. La par te más frági l d e

los cables son los conectores de los extremos.

C ÓDIGOS DE C OLORES . No existe un código de colores establecido para distinguir las

características de una fibra solitaria (sí los hay para cables multifibra, que son los

habituales en enlaces). Los lat igui l los de fibra monomodo del Laboratorio son

h bit l t d l ill l d fib lti d l d l j



LCOBM – Conceptos Básicos, Instrumentación y Manejo de Dispositivos

E MPALMES O S OLDADURAS DE F IBRA . Cuando se desea realizar una unión permanente

entre dos fibras, se fusionan sus extremos por medio de una máquina de soldar. Esta

operación se realiza típicamente en montajes de campo para unir carretes sucesivos.

E MPALMES P ROVISIONALES . Es una variante de laboratorio en la que se enfrentan dos

fibras y se sujetan mecánicamente sobre una superficie metálica provista de una

ranura (surco en V ). A veces se añade sobre el empalme una gota de líquido con el

mismo índice de refracción que las fibras, para evitar reflexiones en las interfases.

C ONECTORES P ROVISIONALES . Permiten conectar, de forma provisional, el extremo de

una fibra y la entrada a un dispositivo emisor o receptor. En determinados tipos de

conectores del laboratorio, también pueden utilizarse para estudiar las propiedades

del haz luminoso emergente, al facultar la manipulación del extremo de la fibra y su

colocación precisa dentro de un montaje óptico.

C ONECTORES P ERMANENTES . En montajes reales, son los conectores habituales para

los extremos emisor y receptor. En el Laboratorio se pueden encontrar en los

lat igui l los y en los carretes de cable . Los conectores de fibra de sílice del

Laboratorio son de tipo FC. Son semejantes a los conectores BNC eléctricos, pero

t ienen rosca . Son todos aéreos, del mismo género (macho), y se adaptan entre sí

por medio de pasamuros de doble rosca en los que quedan enfrentados.

I .3.1. Precaucio nes con los con ectores

Es importante observar que los conectores FC van provistos de una lengüeta que

j ranura d l P l t t el conector sólo encaja




Los conectores deben estar tapados siempre que no se encuentren en uso, para

evitar que se ensucie el extremo de la fibra. Recuerde que está manipulando luz .Cualquier resto de suciedad en la cara del conector introducirá pérdidas en el enlace.

Los conectores de las fibras de plástico carecen de lengüeta, y se conectan por

presión, hasta escuchar un "clic". Se extraen tirando con cuidado del conector.

I.4. ACOPLADORES

Como es sabido, algunas manipulaciones que resultan muy simples con cables eléctricos

son bastante complejas en FOs. En particular, se encuentran en este grupo todas las

operaciones relacionadas con continuidad de las líneas (empalmes, uniones

provisionales) y con el encaminamiento de la señal (bifurcaciones, divisiones de señal,

inyección de señales a una misma línea, transmisión punto-multipunto). En otras

palabras, resulta más sencillo garantizar la continuidad eléctr ica que la óp tica .

Para poder realizar estas operaciones de

un modo sistemático, se han desarrollado

familias de elementos pasivos conocidos

con el nombre genérico de acopladores .Los acopladores (Figura I.1) son dispositi-

vos que combinan y/o separan las señales

procedentes de una serie de FOs. Suelen

distinguirse por su número de entradas y de salidas . Así se habla de acopladores 1x2,

2x2, o en general, MxN. Si las entradas son intercambiables por las salidas (depende de

Figura I.1. Aspecto real de un acoplador2x2 y esquema de un 2x2 y unMxN. Las asignaciones depuertas pu eden variar.






Directividad. Potencia de una entrada que se acopla a otras. Tal como está

formulada, es tanto mejor cuanto mayor es:

ik P

P 10= D

k

entradai

log 4

I.4.2. Mult iplexores por divis ión en long itud de onda

Otro tipo de dispositivos pasivos de gran utilidad en Comunicaciones Ópticas son unos

elementos capaces de separar diferentes longitudes de onda de un canal. Pueden

considerarse un tipo especial de acopladores 1xN, en los que la potencia óptica

procedente de la única entrada se distribuye entre dos o más salidas según su longitud

de onda (ello permite enviar varias señales simultáneas por la misma fibra y separarlas a

la salida). Reciben el nombre de multiplexores por división en longitud de onda

(wavelength d ivis ion m ult ip lexer, WDM) . Los dispositivos son bidireccionales, es decir,

pueden servir para separar radiación de diferentes longitudes de onda que viaja por la

misma fibra, o para combinar varias longitudes de onda en una sola salida.

Los parámetros de caracterización de los WDM son los mismos que los ya

relatados para los acopladores. Poseen además como parámetros característicos, ladiafonía y el aislamiento, que mide la relación de potencias de diferentes longitudes

de onda en la misma sal ida . Así pues, es una medida del poder d e separación

espectral del dispositivo o una medida .

1 11

2 2

( )( ) 10 log

( )

P D

P

5




II. Emisores

Los emisores que se utilizan en Comunicaciones Ópticas son fundamentalmente de dos

tipos: diodo s emisores d e luz (LED) y láseres, en particular diod os láser (LD) . En el

Laboratorio se emplea para la mayoría de montajes una caja de emisores que aparece

en la Figura II.1.

II.1. MÓDULOS DE LA CAJA DE EMISORES

La caja de emisores está

formada por cuatro módulos

Figura II.1. Esquema de la caja de emisores del Laboratorio. Los tres módulos de la izquierdacon tienen LEDs, y el de la derech a es un dio do láser. Las long itud es de ond a defun cion amiento están especific adas en cada módu lo.

En trada señal moduladora LF

En tr ad a señal moduladora HF




Dos conectores BNC para entrada de señal moduladora.

Un conmutador para seleccionar una de las entradas anteriores (modulación digital o

analógica).

Un potenciómetro para controlar la potencia luminosa de salida del LED o LD.

(a la derecha) Un pasamuros donde se introduce el conector de fibra. En el módulo de

650 nm, el pasamuros instalado es para fibra de plástico. En los tres restantes seencuentra un pasamuros FC. (¡Recu erde alin ear la lengüeta y la ranu ra!).

Medida de la corr iente consumida por el emisor LED. Relacionada con el

potenciómetro anterior. La medida se realiza con un polímetro, registrando la tensión

que cae en una resistencia instalada internamente que equivale a 10 .

El interruptor de encendido del módulo. Salvo indicación expresa, los módulos en

uso deben dejarse encendidos durante toda la práctica.

II.2. EL MÓDULO DEL DIODO LÁSER

En la Figura II.3 se muestra el módulo deldiodo láser. Además de los controles des-

critos en el apartado anterior, este módulo

presenta ciertos elementos adicionales. La

función de estos elementos se explica

recordando que los diodos láser comercia-




El sensor de corriente incluido en los demás módulos aparece también en el módulo

LD, pero se incluye además un sensor de potencia. Esta medida procede delfotodiodo de control interno. Así, en el módulo LD se puede monitorizar la corr iente

entregada al dispositivo, y simultáneamente, de forma independiente, la potencia de

salida del láser.

En el centro del módulo se ha incluido un nuevo conmutador, etiquetado

CORRIENTE /POTENCIA. Con él se puede escoger el modo de funcionamiento del láser:estabilización en corr iente (se mantiene constante la corriente con independencia de

la potencia de salida) o estabilización en potenc ia (se manipula la corriente para que

la potencia, medida constantemente por el fotodiodo interno, sea constante).

II.3. PRECAUCIONES DE MANEJO DE LA CAJA DE EMISORES Las precauciones específicas que deben observarse con la caja de emisores son dos:

Seguridad. Las conexiones etiquetadas "S ALIDA F IBRA ÓPTICA" llevan inmediatamente

detrás un LED o diodo láser. En casi todos los casos se trata de luz infrarroja,

invisible al ojo. Aunque la potencia no alcanza niveles elevados, no es aco nsejable

m irar a tr avés d el con ecto r s i la fuen te es tá enc end ida. Esto es especialmenteimportante en el caso del diodo láser , cuya luz colimada se enfoca fácilmente en la

retina. Como norma t rabaje siempre con los emiso res en un plano h orizontal , a

una altura infer ior al pecho.

Deterioro del m aterial . No introduzca ningún objeto en los orificios de los conectores.




III. Generadores

La caja de generadores de señal se muestra en la Figura III.1.

Consta de tres módulos iguales. Cada uno de ellos lleva un conmutador, de 10

posiciones, que controla la frecuencia de la señal, y una pareja de BNCs para salidas depulsos de reloj y de datos. En la posición 10, la frecuencia del reloj es de 40 MHz. Cada

posición anterior divide la frecuencia por 2: la 9 corresponde a 20 MHz, la 8 a 10 MHz,

etcétera. La posición 1 corresponde aproximadamente a 78 kHz.

Los tres módulos son idénti cos y síncro nos , puesto que la señal maestra se produce en

i d l t i

Figur a III.1. Caja de generado res




Generador de Patrones de TV







IV.




IV. DETECTORES

La caja de detectores se muestra en la Figura IV.1. Consta de tres módulos equivalentes

situados en la parte izquierda, y uno especial, etiquetado pin InGaAs que ocupa la parte

derecha.

Los tres módulos de la izquierda contienen fotodetectores a tres longitudes deonda: 650 nm (para fibra de plástico; el conector es también POF), 820 nm y 1300 nm

(primera y segunda ventana, con conectores FC).

En cada uno de los tres módulos, por encima de los conectores de fibra se hallan dos

conectores BNC. Son salidas que permiten extraer la señal recibida por el

Figur a IV.1. Caja de detecto res




La tensión de polarización se ajusta con un control giratorio (abajo), y se mideen las bornas adyacentes.

V. Medidores de Potencia ÓpticaEn todos los puestos del Laboratorio existen unas unidades portátiles, semejantes a

polímetros digitales, que se emplean para medir potencia óptica. A tal efecto, poseen en

su parte superior los correspondientes conectores o adaptadores en los que colocar las

diferentes salidas de fibra óptica. Sus características más relevantes se comentan a

continuación:

Los medidores pueden trabajar a diferentes long itudes de ond a. Al realizar una

medida, deberá comprobarse que la de trabajo coincid e con la del medido r . En

caso contrario la medida realizada será incorrecta. Si el medidor carece de la

longitud de onda que se está empleando, utilice la más próxima dentro de las

Figura IV.2. Circui to del fo todiod o p -I-n




Acrónimos habituales en Comunicaciones Ópticasy específicos del Laboratorio

APD. Avalanche photodiode. Fotodiodo

con ganancia empleado en CCOO.

DBR. Distributed Bragg reflection. Diodo

láser de reducida anchura espectral

con reflectores Bragg distribuidos.

DFB. Distributed Feed-back . Diodo láser

de reducida anchura espectral con

retroalimentación distribuida.

EDFA. Erbium-Doped Fiber Amplifier. Amplificador de fibra dopada con Erbio.

FC. Tipo de conector empleado en el

Laboratorio

FO. Fibra Óptica

Gbps. Gigabits por segundo

LCOBM. Laboratorio de Comunicacio-

nes Ópticas " B ri gad ier Mathé"

LD. Laser Diode – Diodo láser

LED. Light Emitting Diode – Diodo

Emisor de Luz

MM. Multimodo

OSA Optical Spectrum Analyzer .

Analizador de Espectro Óptico

OTDR Optical Time-Domain

Reflectometer. Reflectómetro Óptico

en el domino del tiempo. Instrumento

de medida y control de líneas de FO.

p-i-n O simplemente pin. Fotodiodo

empleado habitualmente en CCOO.

POF. Plastic Optical Fiber – Fibra Óptica

de Plástico

SM. Single Mode – Monomodo

SMA Tipo de conector paulatinamente

en desuso



I Práctica 1: Elementos básicos de unenlace 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

Corriente - Potencia Óptica de un LED y de un Diodo Láser, se determinará la




Conocimientos teóricos y cuestiones previas al desarrollo de la práctica

Para la realización de esta práctica es necesario recordar el proceso de conversión

electro-óptica y opto-eléctrica en diodos semiconductores, y su impacto en las

características potencia-corriente de fuentes y detectores, en particular:

o diferencia entre LED y LD

o concepto de corriente umbral y a qué se debe

o concepto de responsividad de un detector y de un receptor con

preamplificador

o dependencia de la responsividad con la longitud de onda, y su origen

físico

o conceptos de saturación y corte en circuitos electrónicos y en

dispositivos optoelectrónicos

También necesita recordar cómo se propaga la luz en una fibra óptica, el concepto de

ventana y de apertura numérica de la fibra.

Algunos de estos conceptos se encuentran en la parte introductoria de este manual de

prácticas, pero deberá repasar sus apuntes de clase o la bibliografía recomendada.

Recuerde anotar en su cuaderno de práct icas todos los valores medido s y calculados, as

com o la respu esta a todas las cuestio nes q ue se p lantean en la práctica.

En algunas m edidas se dan valores estim ados o márgenes de valores. Si los result ados

obtenid os al realizar la medid a no coin ciden, repase la medid a. Si el error persis te consu lte

a su p rofesor .



Práctica 1: Elementos básicos de un enlace de Comunicaciones Ópticas

Ambos con opción de aplicar el driver de modulación digital o analógica siendo losmodos de polarización distintos – AN. (modulación Analógica) DIG. (modulación Digital).

LD 1300nm (sólo modulación analógica).

Caja de Detecto res

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 polarizacióncontrolable.

Caja de generado res

Tres módulos iguales con 10 frecuencias diferentes.

Salida de señal de reloj.

Salida de señal de datos.

Además se dispone de elementos auxiliares y aparatos de medida:




I.0.2. Conectores FC de fibra óptica

l t

LED - 650 nm LED - 820 nm LED - 1300 nm LD - 1300 nm

ON+

ON ON ON

OFF OFF OFF OFF

CONTROLPOTENCIA

SENSOR I

CONTROLPOTENCIA

CONTROLPOTENCIA

CONTROLPOTENCIA

SALIDAFIBRA ÓPTICA

+ +

SENSOR I SENSOR I

+ + ++V=10*I

MONITOR

+

POF SALIDAFIBRA ÓPTICA

FC

SALIDAFIBRA ÓPTICA

FC FC

V = 10*I V = 10*I V = 10*I

POT.CORR.

650 nm 820 nm 1300 nm p-i-n InGaAs

Digital OUT Digital OUT Digital OUT

Analog OUT

FO-In

2 k

10 k

30 k

FO-In FO-In

FO-In

Analog OUT

Analog OUT

Analog OUT

ON

Digittal OUT

Vcc

RL

OFFPOF

ENTRADA FIBRAÓPTICA

ENTRADA FIBRA ÓPTICAFC FC

FC

1 2 3

4

5 6 7

8

9

1 01 2

3

4

5 6 7

8

9

1 01 2

3

4

5 6 7

8

9

1 0

Reloj 1 Datos 1 Reloj 2 Datos 2 Reloj 3 Datos 3

Caja de emisores

Caja de detectores

Caja de generado res Fig. I.1. Cajas de emiso res, detectores y g enerado res




I.0.3. Medidor de po tenci a

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.

Un medidor de potencia óptica no es ni más ni menos que un dispositivo optoelectrónico

Botón

ON/OFF

Selector de

780 nm

850 nm

1300 nm

1310 nm

1550 nm

Selección de modo delectura

dBm

W

Seleccione la longitud de

onda más cercana a la de

la señal que desee medir

El botón “ref” no lo use nunca

Fi I 2 M did d i

Si lo pul sa accidentalmente, puede

recuperar el funcionamiento

normal ulsando dBm/W




I.1. MEDIDA DE POTENCIA ÓPTICA

Objet ivos: 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 d e med id a:

Los LED se emplearán en el modo de

polarización digital Dig., en el que la

corriente de polarización es fija

(Fig.I.3), no siendo afectada por el

potenciómetro de control de potencia

(Fig. I.1-caja de emisores).

Como, en esta práctica, no se va a

modular, la potencia óptica emitida por

el LED es constante.

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)

Entrada

HF

Estabilizador

de corriente

R

R

R

10

Circuito

Modulación

Alta Frecuencia

Sensor I

+5 vol.

Conexión a

fibra FC

Fig. I.3. Medida de corriente del LED en mo do Dig.

digital

Conmutador

An./Dig.




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:

Incluya en su cuaderno: una gráfica de la potencia (µW) en función de la la

inversa de la longitud de onda (nm), [1/λ , P], observe el tipo de dependencia (constante,

lineal, potencial, polinomial, exponencial, logarítmica...) e indique a qué se debe.

Explique si las potencias medidas son correctas y por qué.

Nota: Como se verá en la práctica 2, el modo de polarización de la señal óptica de

salida depende de la señal en la entrada Digital_IN, con inversión lógica:

cuando en esta entrada se aplica un “0” lógico (0 V, o ninguna tensión aplicada),

la potencia emitida es la máxima permitida (“1“ lógico), mientras que al aplicar un

“1” a la entrada (tensión de 5 V), el LED no emite potencia (“0” lógico).

I.2. MEDIDA DE LA RESPUESTA EN POTENCIA DE UN LED

Fig. I.4




La potencia emitida se monitoriza en el 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 y el estabilizador de corriente (Fig.

I.5).


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 fibramultimodo.

Ajuste la longi tud de onda del medidor al valor más cercano al emisor

entre los disponibles.

Conecte el polímetro, en escala de Voltios DC, a las bornas [Sensor I ; V =

10 * I] del circuito de polarización del LED, cuya tensión es proporcional a lacorriente 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.




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 en ese punto. Calcule la relaciónPotencia en fibra/Corriente inyectada (W/A) para la mitad de la corriente de

polarización anterior.

I.2.F. Determine el valor de la eficiencia cuántica interna para cada tipo de LED e

identifique cual de ellos tiene mayor eficiencia interna. Considere la potencia

óptica emitida, Pe, igual a la potencia en fibra y una eficiencia cuántica de

extracciónn del 0,1% (se incluyen las pérdidas de acoplo a la fibra, n=3,5).

Recuerde: Pe = ηext Pint ; int int

hc I P

q

;

int

º _ _

º _ _

n de fotones generados

n de electrones inyectados ;

I.3. RESPUESTA EN POTENCIA DE UN DIODO LÁSER

P RECAUCIÓN : Nun ca m ire dir ectamen te a la salida d el emis or láser. Realice lascon exion es co n la potenc ia al mínim o.

No apague el emi so r du rante to da la práctic a

Objet ivos : 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.




Método d e med id a: 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 demedida 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

la corriente en el fotodiodo monitor de potencia del diodo láser, anotando la tensión en

bornas de una resistencia VMonitor .


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).

Fig. I.8




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.4. MEDIDA DE LA ATENUACIÓN

Objet ivos : Determinar la atenuación por unidad de longitud de carretes de fibraóptica multimodo en primera y segunda ventana (a 820 nm y a 1300 nm)

Método d e medid a: 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.


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




I.4.C. Sustituya el latiguillo de fibra por el carrete de fibra MM y anote la potencia

transmitida. 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.4.E. Conteste: ¿Cuáles son las principales causas de la atenuación de una fibra en

cada una de las dos ventanas?

I.5. RESPUESTA EN CORRIENTE DE UN FOTODIODO EN FUNCIÓN DE

LA POTENCIA ÓPTICA DETECTADA

Objet ivos : Medir la respuesta de un fotodiodo PIN en función de la potencia óptica

incidente.

Método d e med id a: El circuito de polarización del fotodiodo PIN etiquetado PIN-

InGaAs 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 esecaso 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 ).

Para caracterizar la respuesta del fotodiodo se variará la potencia óptica




Fig. I.9. Cu rvas características de fot od iodo s. El pu nto de tr abajo en cada m edida es tá en elcruce de la cur va I-V correspo ndiente a la potencia ópt ica incidente con la recta decarga del ci rcui to.




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.6 RESPUESTA EN TENSIÓN DE UN FOTODIODO CON

AMPLIFICADOR DE TRANSIMPEDANCIA EN FUNCIÓN DEPOTENCIA ÓPTICA DETECTADA

Objet ivos : 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 med id a : 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




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 of fset de cont inua 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

VDC

SALIDAFIBRA ÓPTICA

LED - 650 nm

+

CONTROLPOTENCIA

SENSOR I

+

+ +POF

V = 10*I

ON

OFF

LED - 820 nm

CONTROLPOTENCIA

+

SENSOR I

+

+ + SALIDAFIBRAÓPTICA

FC

V = 10*I

ON

OFF

LED - 1300 nm

CONTROLPOTENCIA

SENSOR I

+ +

+ + SALIDAFIBRAÓPTICA

FC

V = 10*I

ON

OFF

LD - 1300 nm

CONTROLPOTENCIA

+SENSOR I

SENSOR P

+

SALIDAFIBRAÓPTICA

FC

P OT. C ORR .

ON

OFF

Fig. I.10

Ó




I.6.F. Compare las unidades de la responsiv idad medida en este apartado y el

anterior (I.5.D) y explique el origen de la diferencia.

I.7 APERTURA NUMÉRICA DE LA FIBRA DE PLÁSTICO

Objet ivo: Mediante un método sencillo se medirá la apertura numérica de una fibra

óptica. El requisito para utilizar este método es emplear luz visible y

utilizar una fibra de plástico, en la que el valor de la AN sea grande.

Método d e med id a: La luz emitida por la fibra de plástico se proyecta sobre una

pantalla a una distancia d de la fibra. Se determinará el diámetro D de la

zona iluminada. Se considerará que la AN puede aproximarse al seno

del ángulo del cono l um ino so de salida, que se determinará

geométricamente a partir de d y D :

sen2

tg AN d

D


I.7.A. Conecte el latiguillo de fibra de plástico al LED de 650 nm y al soporte deplástico. Proyecte la radiación de salida sobre una pantalla, y mida la distancia

fibra-pantalla y el diámetro del círculo iluminado. Necesitará trabajar en

condiciones de baja luz ambiente.

I.7.B. Repita las medidas para varias distancias fibra-pantalla. Determine la AN como

el promedio de las medidas realizadas.

Ó




No olvide incluir en su cuaderno la solución a las preguntas planteadas en el desarrollo

de la práctica (cuestiones, cálculos, curvas…) y todos los resultados de las medidasrealizadas. Para facilitar un resumen de los resultados, incluya en su cuaderno las

siguientes tablas.

I.1: Medida de potencia óptica

Longitud de onda dela fuente:

Potencia (dBm)

Longitud de onda en

medidor λ[nm]

780 nm 850 nm 1300 nm 1550 nm

Potencia(dBm)

Potencia

[μW]

λ[medidor]/ λ[fuente]

P [λ medidor-W]/

P[medida-W]

Explique el

comportamiento

Ó




I.3: Respuesta corriente-potencia de un Diodo Láser

Posición conmutador

Corriente umbral (mA)

Eficiencia de la pendiente (W/A)

Tensión monitor/ Potencia fibra (V/W)

Corriente monitor / Potencia fibra (A/W)

I.4: Atenuación de la fibra

Datos carrete Nº:

L= Km

820 nm 1300nm

Potencia con latiguillo (dBm)Potencia con carrete (dBm)

Atenuación (dB/km)

¿A qué es debida la atenuación?

(en cada ventana)

I.5: Respuesta corriente-potencia de un fotodiodo

Potencia emitida Tensión en VRL

(V)

Tensión en monitor

potencia (V)

Responsividad:

(A/W)

40



II Práctica 2: Comportamiento dinámicode los dispositivos optoelectrónicos

En esta práctica se estudiará el comportamiento dinámico de los emisores y receptores

ópticos y el comportamiento de la fibra en su respuesta temporal.

L b t i d C i i Ó ti D t T l í F tó i Bi i i í




Recuerde anotar en su c uaderno de práct icas todos los v alores m edidos y calculados, as


Es impo rtante que estudie la par te introductor ia de manejo del osci los copio que ut i l iza en el

laboratorio (Tektron ix TDS2022B).

En algunas m edidas se dan v alores estimado s o márgenes de valores. Si los resu ltados

obtenidos al real izar la medida no coinciden repase las conexiones, l impie los conectores y

repita la medida. Si el error persiste con sulte a su pro fesor.

Conocimientos teóricos y cuestiones previas al desarrollo de la práctica

Para la realización de esta práctica es necesario recordar:

Respuesta característica (Corriente-Potencia) de LED y LD.

Concepto de corriente umbral y de temperatura característica de un LD.

Comportamiento de la respuesta característica del diodo (Tensión-Corriente) para

un fotodetector PIN a distintas potencias ópticas de excitación, así como su

circuito típico de polarización. Conceptos de responsividad, corte y saturación.

Todo ello se encuentra en la primera parte del manual de prácticas: “Conceptos

fundamentales de comunicaciones ópticas”.

Cuestiones previas (incluya en su cuaderno):

¿Cómo se calcula la temperatura característica de un LD a partir de medidas de la

corriente umbral a dos temperaturas distintas?

P á ti 2 C t i t di á i



Práctica 2: Comportamiento dinámico

FO

RL Vout

Analog-outVsensor

V = 10 Ix

10

p-i-n

Ipol IAC LED

Por medio del mando de contro l d e potencia correspondiente al LED de 1300, en la caja

de emisores, se puede variar la corriente de polarización (Ipol) aplicada al LED. Si,

estando el conmutador en la posición AN., se aplica una señal de baja frecuencia

(f < 5 MHz) a la entrada ANALOG IN, se sumará a Ipol una corriente (i AC) proporcional a la

tensión aplicada. La corriente total aplicada al LED (Ipol + i AC) puede monitorizarse en

Vsensor (V=10xI).

La señal óptica producida por el LED se acopla al detector PIN de InGaAs de la caja de

detectores por medio de un latiguillo de fibra. Siempre que la tensión de polarización del

fotodiodo (Vc c ) lo mantenga polarizado en inversa, se generará una fotocorriente (iph)

proporcional a la potencia óptica recibida.

En resumen, con el mando “contro l de potencia ” se puede ajustar el valor de corriente

continua de polarización del LED. La señal de modulación se aplica al conector

“ANALOG IN” y el valor de la corriente instantánea aplicada al LED puede medirse en

“Vsensor ”. Por otra parte, la corriente instantánea generada en el fotodiodo puede medirse

a través de la resistencia de carga (RL) en Vout (Analog Out).

L b t i d C munic ci n s Óptic s Dpt T cn l í F tónic Bi in ni í




tensión en Vout (ANALOG OUT). Calcule la relación entre Vout y la potencia que

incide sobre el fotodiodo [V/W]. Calcule la responsividad del p-i-n [A/W].

Valor es típic os :

Pot enc ia Ópt ica 15-30 µW

V OUT 0,3-0,8 V

V OUT /P OPT 15.000-30.000

0,7-1,0

II.1.B. Module el LED con una señal senoidal de 0,5 Vpp, 100 Hz y offset nulo2,

conectando el generador en Analog IN. Observe en el osciloscopio esta señal y la

presente en Vsensor de forma simultánea. Calcule la relación entre la corriente

alterna en el LED y la tensión alterna aplicada3.

Valor es típic os : i LED /V AC 45-65 mA /V

II.1.C. Conecte la señal Vsensor al canal 1 y Vout, del receptor , al canal 2 del osciloscopio.

Variando el punto de polarización del LED observe que la señal 1 queda

recortada en la parte superior o inferior. Explique por qué.

II.1.D. Aumente la señal del generador y ajuste el punto de polarización hasta que la

señal quede recortada en la parte superior e inferior. Pase el osciloscopio a modo

X-Y (en el Menú Display) y haga la imagen lo mayor posible con los mandos de

sensibilidad de los canales 1 y 2 y aumentando la amplitud de la señal del

generador, sin que se salga de la pantalla. Describa la imagen obtenida y

represéntela en su cuaderno en un gráfico acotado. Puesto que el osciloscopio

mide señales de tensión y ya ha medido los factores de conversión necesarios,

utilice en la representación como eje X el valor en mA de la corriente aplicada al





Valor es típic os : P OPT /i LED Vease ho ja de carac terístic as HFBR -1312T

II.2. SEÑAL Y POLARIZACIÓN EN EL DIODO LÁSER. CÁLCULO DE LA

TEMPERATURA CARACTERÍSTICA

Objetivos: Igual que en apartado anterior, pero en un diodo láser. Adicionalmente se

medirá la temperatura característica del diodo.

Método de medida: Repita los apartados anteriores utilizando el diodo láser a 1300nm

Mon taje del Ap artado II.1.C. El mism o esq uema es válido p ara el Apartad o II.2 emp leando el módul o láser

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- Si en la curva P-I del LD observa una saturación:

o Averigüe si el origen es el emisor o el receptor

o ¿Cómo se puede corregir fácilmente (sin reducir la amplitud de la señal de

modulación y sin variar el punto de polarización)?

- Anote las diferencias entre los modos de funcionamiento del emisor (modo

corriente y modo potencia).

II.2.B. La temperatura tiene un efecto limitado sobre los LEDs, pero afecta notablemente

la emisión de los diodos láser, especialmente su corriente umbral. Antes de

desmontar el montaje, se medirá la temperatura característica (T0) del diodo láser,

según la ecuación:

0

0

expth

T I I

T

siendo I th la corriente umbral e I 0 una constante. La temperatura del láser se

obtiene midiendo con el polímetro la tensión existente en DIGITAL IN del módulo

láser. Este BNC está co nectado en realidad a un sensor LM-335 coloc ado

sob re el dio do. Está ajustado para pro duc ir un valo r de tensión tal que sus

decimales ind ican d irectamente la temperatura del dis posit ivo en ºC. Por

ejemplo si la tens ión medid a es de 1,25 v. el láser ten drá un a temperatu ra de

25ºC.

Para obtener la temperatura característica, es necesario tomar valores de





Obtenga 4-5 medidas a intervalos durante el enfriamiento, represéntelas

gráficamente en escala semilogarítmica, ajústelas a una recta y calcule la

temperatura característica a partir de la misma.

Valor es típic os : T 0 40-80 K

Conteste:

- ¿Cómo variaría T0, dependiendo de que la temperatura del láser se mida en ºK o

ºC.?

II.3. SEÑALES DIGITALES EN LED.

El circuito de ataque analógico al LED (driver ) tiene un ancho de banda pequeño, como

indicamos anteriormente, sin embargo el digital aprovecha mucho más las capacidades

de conmutación del LED.

Debe señalarse que este comportamiento es propio de los circuitos desarrollados para

las prácticas y no es general , es decir, se pueden diseñar drivers analógicos tan rápidos

como los digitales.

Objetivos: Obtener un primer contacto con el comportamiento en conmutación de los

elementos optoelectrónicos. Medida de la velocidad de transmisión de las

señales ópticas en la fibra.

Método de medida: Se va a medir la velocidad de grupo de las señales en una fibra

óptica, es decir, la velocidad a la que se propaga la señal de un extremo a

otro de la fibra.

Como es sabido, la luz se propaga en el vacío con una velocidad de 3·108 m/s, en el caso

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efect ivo de un modo en función de la longitud de onda (dispersión modal). Los efectos de

la dispersión en un enlace se analizarán más profundamente en la siguiente práctica. En

ésta nos limitaremos a medir el índice efectivo y el efecto de la dispersión en la

transmisión de una señal pseudoaleatoria sin distinguir entre ambas dispersiones.

Procedimiento experimental:

II.3.A. Teniendo en cuenta que el índice de refracción efectivo esperado estará entre 1 y

2, el rango de velocidades estará entre 3·108 y 1,5·108 m/s. Emplearemos un

Mon taje del Ap artado II.3.A. El mi sm o esq uem a es válido p ara el Apartad o II.3.B emp leand o com o fuen te la señal de

datos 1 de la caja de generado res y s incro nizando con la señal de reloj 2. Conmu tador en DIG. (digital)





- Utilice una frecuencia cuyo periodo sea mucho mayor que el retardo

máximo esperado para evitar incertidumbres en los impulsos a medir.

Calcule la velocidad de propagación y el índice efectivo, conociendo la

longitud del carrete de fibra y el retardo entre ambas trazas,


Long i tud del Carrete 4,5 – 5 km Retardo de los flanco s 20-25 µs

Velocidad de Propag ación 200.000 km /s Índ ice efectivo 1,5

Compruebe, sustituyendo el carrete de fibra por un latiguillo, que el retardo

introducido por los sistemas electrónicos es despreciable.

II.3.B. En este caso utilizaremos como generador la señal de datos 1 de la caja de

generadores , con una tasa de 5 Mbps. Aplicaremos esta señal a la entrada digital del

driver de 820 nm, cuya salida óptica aplicaremos al carrete de 5 km de fibra. La salidaanalógica del módulo receptor correspondiente, la aplicaremos al canal 1 (acoplamiento

CA) del osciloscopio. Para reducir la distorsión de la señal de adaptar impedancias,

colocando el adaptador de 50 en la entrada del osciloscopio.

Para observar todas las posibles transiciones, se sincroniza con la señal de reloj en

sincronismo externo, y se selecciona persistencia en el Menú Display. La frecuencia

del reloj de sincronismo deberá ser igual o menor a la tasa binaria de la señal para

garantizar la observación de todas las transiciones

El resultado será un diagrama de ojo del canal. Maximice y centre la señal en la pantalla

empleando el Vernier (CH Menú Ganancia Variable Fina) y mida la pendiente los

flancos de subida y bajada; con el fin de familiarizarse con el osciloscopio, realice la




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Incluya en su cuaderno la siguiente tabla resumen de los resultados, junto con los

gráficos de emisores, receptores y el diagrama de ojo.

Popt

(CW)

Vout Vout/Popt Respons.

R

Ialt/Vmod Eficiencia

Popt/I

T0. Ith

(25ºC)

UnidadLED -- --

LD *

*) La eficiencia de la pendiente del laser.

P OR F AVOR , AL ACABAR LA P RÁCTICA R ECOJAN

T ODO Y D ÉJENLO C OMO E STABA AL P RINCIPIO .

S US C OMPAÑEROS SE LO AGRADECERÁN .



III. Práctica 3: Balances de Tiempo y dePotencia en un Enlace

En esta Práctica se medirá el ancho de banda de un sistema óptico. Se estudiarán

diferentes enlaces variando los elementos que lo componen (fibra, drivers digitales y

analógicos, LED o láser, detectores con o sin amplificador), midiendo su respuesta en eltiempo o en la frecuencia y se calcularán los balances de tiempos en función de los

componentes de un enlace.

En segundo lugar se transmitirá una señal de vídeo en banda base empleando diversos

emisores y receptores, y se observarán los efectos del punto de polarización del emisor

sobre la calidad de la imagen recibida. A continuación, se transmitirá una señal de video

a través de varios canales con atenuación, reconstruyendo la señal mediante un

repetidor, cuando sea necesario. Se calculará, teóricamente, el balance de potencias en

función de las características de los elementos del enlace y se comparará con la

limitación real del enlace.




p p g y g

Conocimientos teóricos necesarios

Antes de realizar la práctica, el alumno debe revisar y conocer los siguientes conceptos:

Balances de potencia y de dispersión. Diferentes componentes de la dispersión.

Conceptos básicos de los elementos que constituyen un enlace. Apertura numérica de una fibra. Pérdidas de acoplo entre dos fibras:

desalineamiento axial y longitudinal.

Preguntas y cálculos previos a la realización de la Práctica

Incluya en el cuaderno de prácticas las respuestas a las siguientes cuestiones

M ATERIAL N ECESARIO

Caja de emisores Caja de detectores

Caja de generadores

Osciloscopio

Medidor de potencia óptica

Generador de funciones de bajafrecuencia (Hameg 8030-G)

Carrete MM de 5 km

1 Polímetro + 2 bananas

1 Acoplador X-Y-Z con doslatiguillos

1 Conector de desacoplo encontinua

Latiguillo de fibra MM FC Latiguillo de fibra de plástico

3 cables BNC-BNC

1 conector BNC en T

Adaptador BNC-50

Amplificador integrado en generador

de funciones (Promax GF-232)

Generador de patrones de TV(Promax GV-290)

1 Atenuador BNC 1:20

PC con tarjeta de vídeo/ adaptador aBNC

Práctica 3: Velocidad de Respuesta de Transmisores y Receptores



p y p

III.1. RESPUESTA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO

Objet ivos : Estimar la respuesta en el tiempo frente a una función escalón de loscircuitos y dispositivos optoelectrónicos, midiendo las respuestas en el

tiempo de sistemas ópticos con diferentes transmisores, receptores, y fibra.

Método d e med id a:

Se aplicará una señal cuadrada a la entrada del driver correspondiente al emisor,

y se medirán los tiempos de subida o bajada del sistema a la salida del receptor.

Al analizar los resultados de las medidas se tendrán en cuenta las siguientes

aproximaciones:

En todos los casos el tiempo medido (t si s

) corresponde al conjunto del sistema

completo: driver + emisor + fibra + detector + preamplificador + osciloscopio.

Supondremos despreciable, para esta práctica, el tiempo de respuesta de la

fibra, cuando se empleen latiguillos de corta longitud. Por tanto en estos casos:

2222

oscrecem sis t t t t




p p g y g

M1. Driver digital + LED (1300 nm) + latiguillo fibra multimodo + fotodetector (1300nm)+ amp li f icador de transimpedancia (salida analógica)

M2. Driver analógico + LED (1300 nm) + latiguillo fibra multimodo + fotodetector (1300 nm)+ ampli f icador de transimpedancia (salida analógica)

M3. Driver digital + LED (820 nm) + latiguillo fibra multimodo + fotodetector (820 nm)+ ampli f icador de transimpedancia (salida analógica)

M4. Driver digital + LED (650 nm) + latiguillo fibra plástico + fotodetector (650 nm)+ ampli f icador de transimpedancia (salida analógica)

M5. Driver digital + LED (820 nm) + carrete de fibra multimodo + fotodetector (820nm)+ amp li f icador de transimpedancia (salida analógica)

M6. Driver digital + LED (1300 nm) + carrete de fibra multimodo + fotodetector (1300

nm)+ amp li f icador de transimpedancia (salida analógica)

Para la medida de los t iempo s de sub ida y bajada se recomienda:

En CH1 MENU ajustar: Acoplamiento “CA”, Limitar Ancho de Banda

“NO”, Ganancia Variable “FINA” (activa el vernier ), Sonda “1X”,

Invertir “NO”.

Ajus tar la señal en amplitu d (canal vert ic al) de form a que ocu pe casi to da la

pantalla.

Situar uno d e los flanco s en el centro de la pantal la e ir amp liando la escala

(canal horizontal) hasta la máxima resoluc ión pos ible, pero man teniendo

todo el f lanco (subida o b ajada) dentro d e la pantal la.

En el menú MEASURE, CH1, seleccionar el t iempo que se desee medir





III.1.A. Realice el montaje experimental de la figura, correspondiente al caso M1

anterior.

Seleccione la menor frecuencia posible de la señal de reloj (posición 1)

Coloque el conmutador AN./DIG. del LED en la posición DIG. (driver digital),

y desconecte las salidas Digital-OUT en la caja de detectores seleccionando

Montaje del A partad o III.1




La posición AN. de los emisores selecciona el driver analógico con entrada

por ANALOG IN, y la posición DIG. selecciona el driver digital, con entrada

por DIGITAL IN. Mantenga la posición Digital-Out OFF (Comparadores OFF) en la caja de

detectores.

(*) Para el cálculo del t iempo del sistema considere

indistintamente el tiempo de subida, el de bajada o

un promedio de ambos.

Recuerde restar el t iempo del osci loscopio.

Recuerde, asimismo, que los t iempos se suman y

se restan al cuadrado.

III.1.D. A partir de los resultados obtenidos deduzca un lím ite máximo o un valor

est imado de tiempo de respuesta y ancho de banda, para los elementos:

Indique en su cuaderno de prácticas la justificación

de los valores deducidos o estimados.

Elemento

Driver digital

Driver analógico

LED 1300 nm

LED 820 nm

LED 650 nm

Fotodetector con amplificador de transimpedacia

Valo res típic os :

MONTAJETiempo de respu esta del

sistem a(*) (ns)

M1 2-5

M2 80-150

M3 3-6

M4 8-15

M5 30-70

M6 5-12




III.1.G A partir de las medidas anteriores y de las hojas de características calcule y

determine para cada longitud de onda la dispersión predominante (modal o

cromática) en la fibra MM.

III.1.H. Con los equipos y fibras caracterizados, calcule la longitud máxima de un

enlace a 850nm y 1310nm transmitiendo una señal digital NRZ a 100 Mb/s, si el

enlace viniera limitado por dispersión.

Nota: Los cálculos III.1.G y III.1.H deben realizarse en casa y apuntar los resultados en el

cuaderno de prácticas. Se le solicitarán en una sesión de prácticas posterior.

III.2. RESPUESTA EN PEQUEÑA SEÑAL CON MODULACIÓN

SINUSOIDAL

Objet ivos : Determinar la máxima frecuencia de modulación de transmisores yreceptores. En concreto se medirá el ancho de banda: del driver analógico

de los LED, y del fotodiodo PIN en función de su resistencia de carga.

Método d e med id a: Se realizará un montaje experimental similar al del apartado

anterior, empleando ahora una sinusoide de frecuencia variable como

modulación de la fuente de señal óptica. Se aumentará la frecuencia de la

señal eléctrica hasta que la respuesta del sistema caiga 3dB respecto al

valor en baja frecuencia. Se utilizarán dos montajes sucesivos:

Montaje 1. Driver analógico + LED (1300 nm) + latiguillo MM + receptor

analógico (1300 nm)

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Montaje 1

III.2.A. Realice el montaje experimental de la figura: modulando la fuente (LED) de señal

óptica de 1300nm con una señal sinusoidal de 1kHz, transmita la señal óptica

modulada por un latiguillo de fibra, de longitud despreciable, y recupere la señal

sinusoidal de 1kHz mediante un fotodetector PIN con amplificador. Visualice

ambas señales sinusoidales en el osciloscopio.

Para ello, seleccione una señal sinusoidal de 1 kHz en el generador,

Mont aje de los sub partado s III.2.A, III.2.B y III.2.C




Si la amplitu d d e la señal de entr ada dismi nuy e al aumentar la frecu encia,

vuelva a ajustarla con el mando de ampli tud.

Valo r Típi co : 4 MHz

Compare el resultado con el ancho de banda del driver analógico del LED

obtenido en III.1.D.

Montaje 2

III.2.D. Asegúrese de que el mando de potencia del diodo láser está al mínimo y que el

conmutador CORR/POT está en la posición CORR. (por motivos de seguridad)

Realice el montaje experimental de la figura, es decir:

module la fuente (LD) de señal óptica de 1300nm con una señal sinusoidal de

1kHz; transmita la señal óptica modulada por un latiguillo de fibra, de longitud

despreciable, y recupere la señal sinusoidal de 1kHz mediante un fotodetector PIN

sin amplificador. Conecte el generador de ondas y la salida analog-out del p-i-n

para poder visualizar ambas señales sinusoidales en el osciloscopio según los

pasos siguientes.




Para ello:

No utilice el adaptador BNC 50 .

Seleccione una señal sinusoidal de 1 kHz en el generador

Mantenga la posición AN. en el conmutador AN./DIG. del LD, puesto que vaa modular con una señal analógica de baja frecuencia.

Mantenga la posición Digital-Out OFF (Comparadores OFF) en la caja dedetectores, ya que no va a utilizar los comparadores de los receptoresdigitales.

Lleve al máxim o el potenciómetro Vcc del PIN para asegurar que la unión pn

está polarizada en inversa y seleccione una resistencia de carga de 30 k con el conmutador.

III.2.E. Ajuste la señal del generador a 100 mVpp con objeto de no superar el recorrido

de la curva característica del láser. Conecte el polímetro en escala de voltios DC

en las bornas [V= 10*I] del láser y ajuste la corriente de forma que el láser estépor encima del um bral (aprox. 10 mA). Compruebe en la pantalla que la señal

de salida del PIN no está distorsionada (si lo está reajuste la amplitud del

generador y el punto de polarización). Mida la amplitud de la señal de salida

(canal 1).

III.2.F. Mida la frecuencia de corte superior por el procedimiento descrito en III.2.C.

Repita las medidas empleando resistencias de carga de 10 k y 2 k, anotando

en cada caso el valor de la amplitud de la señal de salida a 1 kHz.

Valo res Típi co s

Resistencia deCarga R L

Frecuencia de cortesuper ior f 3dB (kHz)




frecuencia de corte es (2··RL·C)-1, siendo C la capacidad del conjunto [PIN +

cables + osciloscopio], compruebe que el producto [tensión de salida (1 KHz) *

f3dB] es aproximadamente constante para los 3 valores de R L, y calcule la

capacidad C.

III.3. TRANSMISIÓN DE SEÑAL DE VÍDEO EN BANDA BASE Objet ivos: Transmitir una señal de vídeo en banda base en un sistema analógico de

comunicaciones ópticas utilizando diferentes transmisores. Comparar lacalidad de la transmisión de los distintos emisores en función de su punto

de polarización.

An tes d e realizar la p ráct ica: Repase conceptos asociados a una imagen de vídeo

como pueden ser: sincronismo de línea, contraste, luminancia, crominancia…

Método de med id a: El circuito equivalente del sistema está representado en la figura,

donde la señal Vin es una señal de vídeo en banda base . Esta señal se

obtiene de un Generador de patrones de TV, seleccionando una de las

tramas para comprobar la calidad de la imagen.





III.3.B. Realice el montaje experimental de la figura, en el que empleará como emisor el

láser de 1300nm.

Coloque el conmutador AN./DIG. del láser en posición AN.

Coloque el conmutador CORR/POT está en CORR

Gire el control de potencia del láser al mínimo.

Utilice el atenuador BNC -20 dB para disminuir la amplitud de la señal a la

entrada de la modulación del láser.

III.3.C. Varíe el control de potencia del láser hasta obtener una imagen con la mejor

cal idad posible en el monitor.

Mida la corriente de polarización en el láser en esas condiciones

Corriente de polarización para obtener la imagen co n m ejor cal idad ….. mA

Dibuje, acotándola, la señal que observa en la pantalla del osciloscopio.

III.3.D. Varíe la corriente de polarización del láser, tanto a altos como a bajos valores,

observado su efecto en la imagen y en la señal mostrada en el osciloscopio.

III.3.E. Compruebe qué sucede si no se emplea el atenuador BNC -20 dB.

III.3.F. Transmita la señal de vídeo empleando cada uno de los LEDs (650 nm, 820 nm y

1300 nm). Varíe la corriente de polarización del LED, observando su efecto en la imagentanto a altos como a bajos valores. Por supuesto, cada LED se utilizará con su fibra y




detector correspondiente. Compruebe, en cada caso, si es necesario o no emplear el

atenuador BNC.

CONTESTE tras la realización de la práctica a las siguientes cuestiones:

- Justifique el comportamiento observado en la imagen (al variar la corriente de

polarización del láser tanto a altos como a bajos valores), a partir de la señal en la

pantalla del osciloscopio.

-Justifique por qué es necesario emplear un atenuador eléctrico en la entrada de

modulación del láser. ¿Qué sucede si no se emplea el atenuador BNC -20 dB?

- Justifique las diferencias observadas al emplear diferentes tipos de fuentes (diodo láser,

LED…), si las hubiera. Analice el comportamiento al variar el punto de polarización del

LED.

- Explique si ha sido necesario o no emplear el atenuador BNC en todos los casos.

Nota: Estas cuestion es debe realizarlas en casa y apun tar los resultado s en el cuaderno de

práctic as. Se le s oli citarán en un a ses ión d e prácti cas po steri or .

III.4. RED DE TRANSMISIÓN ANALÓGICA

III.4.1. Introducción

El objetivo de esta práctica es el diseño de una red de comunicaciones ópticas, en la que

la atenuación hace necesaria la regeneración de la señal. El esquema del montaje es el

siguiente: Una señal de vídeo en banda base excita al diodo láser de la caja de emisores.

Para evitar saturar al LD se utiliza un atenuador de 20 dB. La salida óptica se introduce




CALCULE antes de realizar la práctica: A partir de los valores medidos en las prácticas 1 y 2, de respuesta de emisores,

detectores y fibra, el alumno debe calcular la máxima atenuación permisible en el

sistema de microposicionamiento X-Y-Z para poder recuperar la señal de vídeo en

recepción. Para ello dibuje un diagrama de bloques del sistema y anote todos los

valores de tensiones y potencias ópticas calculados.

Montaje del A partad o III.4

AN




Nota importante : Las cajas de emisores del laboratorio disponen de dos tipos de

láseres. En la práctica se va a utilizar un LD cuya pendiente vale: PLD /ILD = 23 W/mA y

Vin /ILD = 50 mV/mA.

III.4.2. Experimental

En primer lugar ajuste en continua, con el medidor de potencia, las perdidas en el

microposicionador X-Y-Z al valor de máximo acoplo de potencia. Realice el montaje

experimental de la figura y compruebe el correcto funcionamiento de la red diseñada

teóricamente. Recuerde ajustar al máximo la ganancia del amplificador (potenciómetro

de amplitud del generador GF-232) y seleccionar el botón AMPL./COMP. Probablemente,

deberá reducir el acoplo de potencia en el microposicionador X-Y-Z hasta observar

correctamente la señal.

Mida las tensiones y/o potencias ópticas en cada uno de los puntos accesibles.

Observe el funcionamiento modificando la ganancia del amplificador y el acoplo

del sistema X-Y-Z.

Por último reduzca el acoplo de potencia en el microposicionador X-Y-Z (manteniendo la

ganancia del amplificador al máximo) hasta el valor donde se pierde la señal. Mida la

atenuación introducida por el acoplador X-Y-Z y compárela con el valor límite calculado

teóricamente.

CONTESTE tras la realización de la práctica:

- Especifique las concordancias y/o discordancias entre los resultados teóricos y

experimentales. Comente si, en su opinión, la diferencia observada entre cálculos

teóricos y medidas es razonable. Indique qué parámetros, de los empleados en los




III.1. A-C

III.1.D

ElementoTiempo de respuesta

máximoAn cho de B anda mínim o

Driver digital

Driver analógico

LED 1300 nm

LED 820 nm

LED 650 nm

Fotodetectores + amplificador detransimpedacia

Valo res típic os :

MONTAJE

Tiempo típic o d e

respuesta del

s istema (ns)

Tiempo de

subid a (ns)

Tiempo de

bajada (ns)

Tiempo de

respuesta del

s istema (ns)

M1 2-5

M2 80-150

M3 3-6

M4 8-15

M5 30-70

M6 5-12




III.2.G

Frecuencia de corte superior

típ ic a (MHz)

Frecuencia de corte superior

medida (MHz)

5

III.2.H

Resistencia deCarga R L

Tensión de salidaa 1 kHz

Frecuencia decorte superior f 3d B

(kHz)

V. de salida XFrec. de cortesuper ior

Capacidad

30 k

10 k

2 k

III.4.1 (Cálcu los Previ os )

Diagrama de bloques:





IV. Práctica 4: Respuesta en frecuencia

En esta práctica se analizará la respuesta en frecuencia eléctrica de diversos sistemasde Comunicaciones Ópticas, empleando tanto modulación analógica como digital, paralo cual se utilizará un Analizador de Espectro Eléctrico (AEE). En primer lugar seobservará el espectro eléctrico de la señal transmitida al modular analógicamente undiodo láser por encima y debajo del umbral. En segundo lugar se observará elespectro al modular un LED con datos en formato digital. Finalmente, en el último

apartado se estudiarán las características de transmisión de un sistema de fibra deplástico, observando el efecto de la atenuación en la fibra sobre la potencia óptica yeléctrica de la señal recibida y se estimará el nivel de ruido del sistema.

El AEE permite observar los espectros de las señales aplicadas, que anteriormentehan sido calculados de forma teórica, permitiendo calibrar las medidas obtenidas.





Antes de realizar la práctica, el alumno debe revisar y conocer los conceptos teóricossiguientes:

Sistemas lineales: Señales periódicas y no periódicas; espectros discretos y

continuos.

Características de los LDs y de las fibras ópticas de plástico.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA Y CÁLCULOS PREVIOS

Los Analizadores de espectro, tanto ópticos, como eléctricos, representan la densidad

espectral de potencia (PSD) de una señal en función de la frecuencia (o longitud de


Caja de emisores

Caja de detectores

Caja de generadores

Osciloscopio

Analizador de espectro eléctrico

1 Medidores de potencia óptica

Generador de funciones

Latiguillo de fibra MM FC

3 cables BNC-BNC

1 adaptador BNC en T

1 Atenuador BNC 1:10

Carrete de fibra de plástico de ~50m

Latiguillo de fibra de plástico

1 adaptador BNC 50 (o unsegundo BNC en T y un terminadorde 50 )

BNC - Bananas

Práctica 4: Respuesta en frecuencia



( )dP f

df de señales de espectro continuo, habrá que tener en cuenta la anchura del

filtro utilizado, y dividir el valor de potencia indicado por el AEE entre dicho ancho debanda.

Si una señal es periódica, su espectro consiste en una serie de componentes discretas

de potencia finita en las frecuencias múltiplo de la frecuencia básica o fundamental.

Claramente, el filtro paso-banda no puede ser infinitamente estrecho, así que el

resultado estará formado por picos de anchura igual a la del filtro. A esta anchura sedenomina resolución del espectro y suele poder ajustarse en función de la medida a

realizar; así en el AEE del laboratorio podremos seleccionar 20 ó 400 kHz.

Un parámetro que hace especialmente útil a los AEE es su rango dinámico,

normalmente superior a 60 dB, que permite comparar componentes espectrales con

amplitudes muy diferentes. Aprovecharemos esta capacidad para medir cómo sedistorsiona una señal analógica al ser transmitida por un canal óptico.

En la zona inferior de la pantalla puede apreciarse normalmente el ruido propio del

equipo cuando se conecta a su entrada una impedancia de 50Ω (si ésta es su

impedancia de entrada) y determina la sensibilidad del equipo.

En cuanto a los controles del AEE del laboratorio, además de seleccionar su

resolución, como se dijo antes, podemos introducir atenuaciones de 10 dB con la

botonera próxima a la entrada, además de subir o bajar la traza de forma continua. En

cuanto al eje de frecuencias, podemos seleccionar la escala en MHz/cm y desplazar la

imagen para centrar la zona de la frecuencia de interés. La escala vertical es fija y vale




catálogos es la relacionada con descripciones generales de los AEE y sus parámetros

más relevantes.

Cálculos previo s

1.- Para reconocer las curvas obtenidas en el desarrollo de la práctica, es calcule u

obtenga de alguna referencia los espectros de las siguientes señales:

a) Tono puro sinusoidal de frecuencia f 0.

b) Tono puro de frecuencia f 0 rectificado en media onda.c) Señales digitales aleatorias (NRZ y RZ) con un periodo de bit T0.

d) Señal de ruido blanco con una potencia espectral SN (W/Hz).

2.- En los espectros anteriores, obtenga la relación entre las frecuencias significativas

y las amplitudes correspondientes, así como la forma de la curva (continua, picos,

etc.).

3.- ¿Qué relación existe entre la amplitud de una sinusoide y su valor eficaz?

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

En esta sesión se estudiarán los siguientes puntos:

1. Estudio del espectro de una señal sinusoidal. Aplicación a la medida de la

corriente umbral de un LD

2. Espectro de una señal pseudoaleatoria de datos

3. Medida de la atenuación de una fibra de plástico y nivel de ruido del sistema.




Idea básica del procedimiento:

P

I

Muy ampliado

Saturación Driver

Comprobamos que la señal del receptor no está distorsionada en el osciloscopio y

observamos su espectro eléctrico, que debe consistir en un pico a 1 MHz y otros picos

de mucha menor altura, en los sucesivos armónicos (2 MHz, 3MHz,...). Importante:

no se confunda con el pico de mayor altura correspondiente a la componente DC




Varíe la corriente de polarización y observe qué ocurre con los armónicos cuando la

señal se distorsiona, bien por bajar de la corriente umbral, bien por saturación.

Compruebe también que la distorsión es pequeña cuando todo el recorrido de lacorriente está por debajo del umbral, si bien el pico fundamental tiene un valor mucho

más bajo (es lineal, pero prácticamente no emite luz).

Cuaderno de Laboratorio:

Dibuje un esquema del montaje utilizado, indicando los equipos y sus conexiones y los

parámetros utilizados.

Dibuje las formas de onda y espectros observados, con sus respectivas cotas, tanto enla medida de Ith, como con distorsión.

2. Espect ro de un a señal de datos pseudoaleator ia

En este montaje realizaremos la transmisión de una señal de datos y analizaremos el

espectro de la señal recibida. Emplearemos el emisor LED a 1300 nm y el

correspondiente módulo receptor.

La señal de datos es una secuencia de máxima longitud (MLS) generada en un

registro de desplazamiento de N etapas con una cierta realimentación. El resultado es

una secuencia periódica de 2N-1 bits que contiene todas las combinaciones de N bits,

salvo la formada por N ceros.

Aplicaremos una señal de datos de 10 Mb/s desde la caja de generación de datos a la

entrada digital del transmisor. Llevaremos la señal óptica por medio de un latiguillo de

fibra al receptor y la salida analógica del módulo receptor la aplicaremos al AEE para





Dibuje un esquema del montaje utilizado, indicando los equipos y sus conexiones y

los parámetros utilizados.

Dibuje los espectros utilizados para medir la tasa binaria y la frecuencia de repetición

de las tramas.

/ B

trama

trama

R Mb s

Frec Hz

Longitud bits

N etapas

3. Atenuación de la POF y nivel de ruido

En este apartado mediremos con el AEE la atenuación de la fibra óptica de plástico

(POF). Para ello, aplicaremos a la entrada analógica del transmisor de 630 nm una

señal sinusoidal de frecuencia 500 kHz sin offset y con una amplitud en el rango de

algunos centenares de milivoltios (más tarde ajustaremos su valor).

Por otra parte, llevaremos la salida del receptor de 630 nm al AEE para observar su

espectro.

Primero conectaremos el emisor y el receptor con un latiguillo de fibra. Mida la longitud

de dicho latiguillo ya que la atenuación de la POF hace que no sea despreciable.

Ajuste la amplitud de la señal del generador para asegurarse que no hay distorsiones

(los armónicos a 1 MHz, 1,5 MHz, … tienen amplitudes, al menos, 30 dB por debajo




En la parte inferior de la pantalla del AEE puede observarse el ruido. Para calcular su

nivel necesitamos establecer una medida absoluta en el analizador. Para ello, conecte

simultáneamente la señal de entrada del AEE al osciloscopio, con el fin de medir suamplitud. Sabiendo que la impedancia de carga del AEE son 50Ω y la amplitud de la

señal, calcule su valor en dBm, que será el representado por el pico del AEE.

señal P mW dBm

Mida la diferencia entre el pico de la señal y el fondo de ruido para conocer la

densidad espectral de ruido (suponga que es ruido blanco, aunque haya zonas donde

no sea plano). Tenga en cuenta la resolución del AEE y exprese su valor en W/Hz.

/ruidoS W Hz


Dibuje un esquema del montaje utilizado, indicando los equipos y sus conexiones y

los parámetros utilizados.

Dibuje los espectros obtenidos con las frecuencias y amplitudes utilizadas para las

mediciones.

Incluya los resultados obtenidos y los cálculos intermedios.






V. Práctica 5: Caracterización de unSistema de Transmisión Digital y sus

componentes pasivos

En esta práctica se empleará el método del diagrama de ojo para analizar las

características de portadoras ópticas moduladas digitalmente. Analizando la forma de

onda de la señal óptica recibida, se observará la degradación de la calidad de transmisión

de una señal digital a causa de la atenuación y la dispersión introducida por el sistema

óptico.

Se compararán las cualidades de transmisión de un enlace a dos longitudes de onda.

Para ello se hará un montaje en WDM, cuyos componentes pasivos se habrán

caracterizado previamente. La visualización de señales a ambas longitudes de onda se

hará de forma simultánea para que la comparación resulte sencilla.

Se comprobarán algunas de las opciones de estructuras de un enlace que ofrecen los





Para la realización de esta práctica es necesario recordar los conceptos y parámetros

que se enumeran a continuación. Adicionalmente se incluyen algunos conceptos que

debe conocer.

Acopladores ópticos:

o Parámetros: pérdidas de inserción, relación de acoplo, pérdidas de exceso,

directividad.

Se denomina acoplador plano a aquél que presenta una respuesta similar en un

amplio rango de longitudes de onda. Se denomina acoplador bidireccional a aquél

que presenta un comportamiento similar al emplear las entradas como salidas y

viceversa.

Multiplexores/Demultiplexores ópticos WDM:

o Parámetros: pérdidas de inserción, aislamiento.

Receptores ópticos: ruido, BER, factor Q, sensibilidad.

Transmisores ópticos: relación de extinción (definida como PON/POFF)

Sistemas de comunicaciones digitales: Diagramas de ojo, balances de potencia y de

dispersión, limitación por potencia y por dispersión, sistemas simplex y full-duplex.

Microposicionador XYZ (práctica 3)

Preguntas y cálculos previos a la realización de la Práctica

Incluya en el cuaderno de prácticas las respuestas a las siguientes cuestiones

a) Dibuje el esquema de un acoplador 2x2, y escriba las fórmulas de definición de sus

Práctica 5: Caracterización de Sistemas y Dispositivos



Recuerde anotar en su c uaderno de práct icas todos los valores medido s y calculados, as


En algunas m edidas se dan v alores estimado s o márgenes d e valores. Si los resultados

obtenid os al realizar la medid a no coin ciden, repase la medid a. Si el error p ersiste cons ulte

a su pro fesor .

C ARACTERIZACIÓN DE C OMPONENTES P ASIVOS

V.1. CARACTERIZACIÓN DE UN ACOPLADOR PLANO 2X2

Objet ivos : Caracterizar el comportamiento y determinar los parámetros de un

acoplador plano.

Método d e med id a: Directo, monitorizando la potencia de salida en las ramas del

acoplador a dos distintas, 820 nm y 1300 nm.


Utilice como fuentes los LEDs de 820 nm y 1300 nm en modo analógico, y como detector

el medidor de potencia óptica. Considere como entradas las puertas 1 y 2, y como salidas

las puertas 3 y 4. Determine experimentalmente las pérdidas de inserción, la directividad

y la relación de acoplo del dispositivo. Rellene en su cuaderno una tabla similar a la

adjunta. Si algún valor de potencia no pudo ser medido indique el límite del parámetro

correspondiente (mayor que o menor que)




CONTESTE en su cuaderno tras la realización de las medidas:

V-1-a En la caracterización del acoplador, ¿Ha comprobado si se corresponde con un

acoplador plano? ¿Por qué?

V-1-b Complemente las medidas realizadas, con las medidas necesarias para

determinar si el acoplador es bidireccional. ¿Cuál es el resultado obtenido?

V-I-c Compare los valores de los parámetros medidos con las características

proporcionadas con el fabricante que se encuentran en el apéndice de este

manual. ¿En qué parámetro observa una gran diferencia? ¿Cuál es la causa de

esta gran diferencia? Compruébelo numéricamente sabiendo que el índice de

refracción de la sílice es aproximadamente 1,5.

V.2. CARACTERIZACIÓN DE UN WDM

Objet ivos: Caracterizar el comportamiento y determinar los parámetros de un

multiplexor/demultiplexor en longitud de onda.

Método d e medid a: Directo, midiendo la potencia de salida para una entrada dada, con

todas las posibles combinaciones de entradas y salidas, a dos longitudes

de onda distintas, 850 nm y 1300 nm.

Procedimiento experimental

Realice las medidas necesarias para caracterizar el WDM, sin conocer a priori cuál de

sus puertas es la común. A partir de los resultados identifique cada una de las puertas

(común 820+1300nm, puertas de 820 y 1300 nm). Calcule las pérdidas de inserción,

rellenando una tabla similar a la adjunta




CONTESTE en su cuaderno tras la realización de las medidas:

V-2-a) De acuerdo con los valores obtenidos ¿qué configuración de entrada-salida

elegiría para utilizar el dispositivo caracterizado como multiplexor de un canal a

820nm y otro a 1300nm? ¿y para el caso de emplearlo como demultiplexor?

Dibuje los esquemas correspondientes.

V-2-b) Compare los valores de los parámetros medidos (pérdidas de inserción y

aislamiento) con las características proporcionadas con el fabricante que se

encuentran en el apéndice de este manual.¿Observa diferencias significativas

entre sus resultados y los datos del fabricante? Si ha realizado la práctica E1,

compare los resultados obtenidos en ambas prácticas.

C ARACTERIZACIÓN DE S ISTEMAS

Montaje básico :

Para la caracterización de los diagramas de ojos a dos longitudes de onda

simultáneamente se empleará multiplexación mediante dos WDM. Las fuentes serán los

LEDs de 850 nm y 1300 nm con modulación digital de dos señales de datos. Losreceptores serán los correspondientes PIN+amplificador de transimpedancia, en su salida

analógica, salvo indicación en contra. En cada apartado se modificará el dispositivo

instalado entre los puntos comunes de los WDM, y se observarán simultáneamente los

diagramas de ojo en los dos canales del osciloscopio.

Tenga en cuenta las siguientes consideraciones para todos los montajes:







V.3. ENLACE MULTIMODO CORTO:

Objet ivos: Caracterizar el diagrama de ojo en un enlace con pocos metros de fibra

óptica a dos longitudes de onda y diferentes tasas binarias.


Dibuje en su cuaderno el esquema del montaje experimental. Seleccione una tasa

binaria de 40 Mb/s en ambos canales, visualice simultáneamente los diagramas de ojo en

el osciloscopio, y caracterice sus parámetros. Repita las medidas empleando una tasa

de 20 Mb/s. Dibuje los diagramas de ojo en el cuaderno anotando la tasa binaria, la

frecuencia de sincronismo, la escala horizontal, la escala vertical en cada canal y la

apertura en amplitud y tiempo para cada longitud de onda

V.4. ENLACE MULTIMODO DE 4,5 KM

Objet ivos: Caracterizar el diagrama de ojo en un enlace de varios kilómetros de fibra

óptica a diferentes longitudes de onda. Determinar la velocidad de

transmisión máxima del sistema limitada por dispersión.


Sustituya el latiguillo de fibra del apartado anterior por un carrete de 4,5 km multimodo, y

visualice simultáneamente los diagramas de ojo en ambos canales. Observe las

diferencias entre 820 nm y 1300 nm a diferentes tasas binarias. Determine la máxima

tasa binaria a cada longitud de onda en la que se puede considerara que el diagrama de

ojo está abierto.

Seleccione una la tasa binaria de 20 Mb/s en ambos canales y caracterice los diagramas

de ojo dibujándolos en forma aproximada en su cuaderno con cotas en ambos ejes




analógica en el receptor. En este último apartado se empleará además la salida digital de

los receptores y se comprobará que el diagrama de ojo obtenido para cada caso es

distinto.


V.5.A. Sustituya el carrete del montaje anterior, por el microposicionador XYZ

Localice aproximadamente la posición de acoplo máximo midiendo la salida

del microposicionador XYZ con el medidor de potencia y manipulando los

microposicionadores si es necesario.

Conseguida la posición de acoplo máximo, lleve la señal a los receptores y

visualice el diagrama de ojo, para ambas longitudes de onda a 40 Mb/s.

V.5.B. Manipulando únic amen te el eje Z del microposicionador, aumente las pérdidas

del acoplador hasta que se degrade la transmisión de cada uno de los canales

hasta el valor de amplitud calculado previamente, que correspondía a un BER de

10-9.

V.5.C. Para cada longitud de onda, mida la potencia media que recibe el detector en

cada una de las condiciones del aparatado anterior. Este valor es una estimación

de la sensibilidad del receptor para un BER de 10

-9

. Determine las pérdidasintroducidas por el microposicionador XYZ, a cada longitud de onda y la longitu d

de fib ra ópt ica qu e in tro du ciría las m ism as pérd idas .

V.5.D. A partir de los valores de amplitud calculados, de la sensibilidad medida y de la

responsividad medida en prácticas anteriores, calcule la relación de extinción de




Con el fin de analizar, en conjunto, las diferentes calidades de transmisión de los enlaces

que ha medido en esta práctica, rellene en su cuaderno una tabla similar a la mostrada a

continuación:

Enlace cortoTasa bin aria 40 Mb/ps Tasa bin aria 20 Mb/s

820 nm 1300 nm 820 nm 1300 nm

Apertura en amplitud

Apertura en tiempo

Enlace de 4,5 Km 820nm 1300nm

Tasa binaria 20 Mb/s


Apertura en tiempo

Enlace con

Pérdidas

Máximo acoplo Máxima degradación

820nm 1300nm 820nm 1300nm

Potencia óptica, dBm


Apertura en tiempo

Pérdidas en XYZ -----





VI. Práctica E1:

Analizador de Espectros Ópticos

En esta práctica se pretende estudiar y comprender el manejo de un Analizador

de Espectros Ópticos (OSA), así como familiarizarse con las técnicas de medida que se

utilizan para la caracterización de componentes fotónicos activos y pasivos. En particular,

se medirán los espectros de emisión de diodos emisores de luz (LED) y diodos láser

(LD), y a partir de ellos se calculará la anchura espectral de estas fuentes de luz. Por otro




Conocim ientos teóricos previos

En primer lugar repase sus conocimientos de señales y sus espectros. Repase las

diferencias entre espectros discretos (amplitud y potencia de los armónicos) y continuos

(densidad espectral de amplitud y de potencia).

Repase además el funcionamiento de las fuentes de luz LED y LD, y el proceso de

conversión electro-óptica en diodos láseres tipo Fabry-Perot, tanto en los que configuran

su característica espectral (características geométricas y ópticas del resonador de Fabry-

Perot), como los que llevan a la generación de luz coherente (transición de emisiónespontánea a emisión estimulada,). Sólo una parte de estos conceptos están referidos en

la introducción teórica de este manual, por lo que le recomendamos que consulte la

bibliografía recomendada o sus apuntes de la asignatura Comunicaciones Ópticas.

Repase las ecuaciones de resonancia en la cavidad. Le serán necesarias para cálculos

de la práctica.

Tendrá también que conocer el comportamiento en frecuencia óptica de dispositivos

pasivos como la fibra óptica, los multiplexores en longitud de onda WDM y los filtros

Bragg así como sus parámetros característicos (diafonía, aislamiento, etc.). La

introducción teórica de este manual revisa la fibra óptica, y los Anexos de “Características

técnicas de los componentes utilizados en las prácticas” proporcionan algunos

parámetros medidos de WDMs, pero un repaso teórico es conveniente.

Finalmente, consulte el Anexo1_E1 de esta práctica para familiarizarse con la utilización

del Analizador de Espectros ópticos OSA.

Para guardar los resultados de la práctica, el alumno debe traer al laboratorio una

memoria pen-drive.

Práctica E1: Analizador de Espectros Ópticos



VI.1. CARACTERIZACIÓN DE COMPONENTES ACTIVOS: MODO DE

OPERACIÓN DIRECTO Para la caracterización de componentes activos o fuentes de luz en el analizador

de espectros óptico se emplea el método de medida “modo de operación directo” es

decir, se conecta directamente la salida de la fuente de luz a la entrada del OSA,

extremo del latiguillo de fibra etiquetado como “Optical Input” (Fig. E1.1).

Fig. E1.1.- Diagrama de bloques para caracterización de comp onentes act ivos .Modo d e operación directo.

NOTA: No debe tocar las entradas y salidas físicas del OSA, ya que su uso continuo

podría llevar a su deterioro. USE SOLO EL ORDENADOR. NO DEBE TOCAR NINGÚN

MANDO DEL OSA

Monitor

Monocromador

ANALIZADOR DE ESPECTROS ÓPTICO OSA

Fuente de luza caracterizar

Entrada delMonocromador




A.2) Procedimiento Experimental .

Conecte la salida óptica del LED a 1300 nm de la caja de emisores al extremo del

latiguillo de fibra etiquetado como “Optical Input” mediante un latiguillo de fibra

multimodo. Seleccione el conmutador de modulación en alta frecuencia “DIG.” (en esta

posición el potenciómetro de control de potencia está desactivado). Visualice ahora el

espectro de la fuente.

Como se puede observar, el espectro de emisión del LED queda parcialmente

enmascarado por el ruido, por lo cual se hace necesario seleccionar unas condiciones demedida más idóneas.

A.3) Establecimiento de las condicio nes de medida

Para una medida más precisa del espectro de emisión de la fuente, se deberán

establecer las siguientes condiciones de medida adecuadas en el OSA, centrando en

ambos ejes la zona de la traza a estudiar.

A.3.1) Eje de abcisas. Se fijará el centro de la zona de interés con el comando

Centro WL y la anchura de la zona con el comando Ancho WL (WLWaveLength-

longitud de onda).

Es absolutamente imprescindible introducir las unidades (u para m o n para nm)

Al f ijar los parámetros Centro WL y Ancho WL , los parámetros de comienzo y final

de la traza (start WL y Stop WL ) quedan fijados automáticamente.

A.3.2) Eje de ordenadas. Observe en el display interactivo el valor máximo de la zona de

interés. Se introducirá un valor ligeramente superior como valor de referencia (Ref Level-

Nivel de Referencia ). Ajústese la escala de amplitud logarítmica (Log Scal ing ) para




4. Vuelva al menú de configuración y modifique las condiciones de medida:

a. Cambie el Nivel_referencia con los datos del marcador que haya fijado.

(así sitúa el nivel de referencia en el máximo de la señal a medir. En este

caso del LED.)

b. Cambie el Centro_WL con el valor fijado del mismo marcador. De esta

forma, tendrá centrado en la pantalla el espectro de emisión de la fuente

de luz.

Los d atos de configu ración pu eden introducirs e directamente sin necesitar f i jar el

marcador.

A.4) Med ida de parámetros caract eríst ic os .

Realice la medida y a continuación determine los parámetros característicos de la fuente

con ayuda de los cursores del “Visualizador de Trazas”. Los parámetros característicos

que se van a determinar a partir de la medida del espectro de emisión del LED serán:

Densidad espectral de potencia en el pico de emisión: Se define como la

relación entre la potencia en el pico de emisión y el ancho de banda de resolución

del filtro óptico sintonizable. RB, (dBm/nm)-,

Longitud de onda en el pico de emisión (nm): Se define como la longitud de

onda a la cual se produce el pico del espectro del LED.

Ancho de banda a 3 dB o anchura espectral (nm).: Es el parámetro que se utiliza

para la medida de la anchura espectral de la fuente de luz. Se define como la

diferencia entre las longitudes de onda que están 3 dB por debajo del pico de

emisión del LED.




B) ESPECTRO DE EM ISIÓN DE LD 1500 nm

B.1) Procedimiento experimental .

Conecte la salida óptica del LD a 1500 nm al extremo del latiguillo de fibra etiquetado

como “Optical Input” mediante un latiguillo de fibra multimodo. Seleccione los

conmutadores, de modulación en baja frecuencia “AN.” y de estabilización en corriente.

Fije una corriente de polarización del LD de 20mA, para lo cual debe de hacer

uso del voltímetro suministrado. Realice una medida y visualice la traza adquirida.

B.2) Establecimiento de las con diciones de medida.

Ajuste la traza visualizada a la zona de emisión del láser, tal y como lo hizo en la

caracterización del LED, centrando ambos ejes (N_Ref y Center_WL) y ajustando los

márgenes (Ancho_WL). Vaya ampliando la traza poco a poco en el eje de abcisas,

disminuyendo el valor del parámetro "Ancho_WL" y midiendo, hasta llegar a un valor de

10nm. Observará como al ir reduciendo este parámetro van apareciendo los distintos

picos Fabry-Perot y simultáneamente, aumenta automáticamente la resolución del filtro

(Res_BW –Resolution Band Width Resolución del ancho de banda, mostrado en

parámetros de la traza en el “visualizador de trazas”) hasta su máximo valor (0.1nm).

B.3) Med ida de parámetros caract eríst ic os .

Guarde la medida en una traza y determine los parámetros característicos de la fuente

con ayuda de los cursores del “Visualizador de Trazas”. A partir de la medida del espectro

de emisión del LD se determinarán los siguientes parámetros característicos:

Amplitud del pico de emisión (dBm): Nivel de potencia de la componente espectral

de pico del láser Fabry-Perot.




Valo res Típi co s:

Resolu ción d el fi l tro: 0,1nm. Si tiene un a resolu ción dis tinta n o está obs ervan do la señal con lamáxima resoluc ión posible. Tenga en cu enta que la luz emit ida por cada mod o es co herente y por

tanto (casi) mon ocr omática. Aju ste el parámetr o Ancho WL (anc hu ra de l a traza) par a ver l a señal co nla máxim a reso luc ión.

Long i tud de ond a en el pico de emisión (modo fundamental): 1550 nm

Potencia en el pico de emisión: entre -5 dBm y -15 dBm

Anch ura espectral del mod o fundam ental 0,09 nm – 0,11 nm

Espaciado entre modo s: 0,7 nm – 1,3 nm

A partir de la medida del espaciado entre modos, y sabiendo que el índice derefracción del material activo del LD es igual a 3.5, haga una estimación de la long itud

de la cavidad.

Valor típic o: 0,3 mm . Para el cálcu lo d e la lon git ud d e la cavi dad r epas e prev iamente la teo ría de

reson ancia en un a cavid ad láser

Imprima (guarde en la memoria pen-drive en formato PDF) la pantalla de visualización de

resultados.

B.4) Medida de la corriente umbral del LD

Modifique la escala vertical a unidades lineales.

Modifique ahora la corriente de polarización del LD mediante el potenciómetro de

control de corriente del LD llevándola al mínimo y aumentándola poco a poco. Observe

como el LD pasa de trabajar de régimen de emisión espontánea a emisión estimulada.

Determine grosso modo el punto de paso de emisión espontánea a emisión estimulada

(el LD comienza a lasear ) y determine, por tanto, la corriente umbral del LD.

Para ello cada vez que modifique la corriente de polarización del láser realice una

medida. Procure localizar el valor aproximado de la corriente umbral con dos o tres




C) ANALISIS DE LOS RESULTADOS

C.1. Rellene la siguiente tabla

Parámetro LED LD Unidades

Nivel de Referencia del OSA

Sensibilidad del OSA

Ancho de banda de resolución del OSA

Longitud de onda en el pico de emisión

Ancho de banda a 3dB del pico

Densidad espectral de potencia en el pico

Separación espectral entre modos N/A

Longitud de la cavidad FP N/A

Corriente umbral N/A

C.1. Compare los resultados obtenidos

- Respecto a la potencia del pico de emisión y la densidad espectral en el mismo

punto, ¿Cuál de los parámetros es característico del LED y cuál del método de

medida?

- ¿Y en el caso del LD?

- ¿Cuál es la relación entre las dimensiones del LD y su espectro?

- ¿Y en el LED? ¿de qué depende el espectro?




de emisión de una fuente de luz y se mide su característica de transmisión en potencia.

La medida lógicamente dependerá de la fuente de luz utilizada por lo que deberá ser

normalizada.

El OSA incorpora una fuente de luz blanca que se utilizará para la excitación en

lasm medidas espectrales de dispositivos pasivos de amplio espectro, como la fibra y el

WDM. También se puede usar una fuente externa: en la medida de la red de Bragg

utilizaremos un láser de 1550 nm. En otro tipo de medidas se usan diodos

superluminescentes o láseres de cavidad vertical VCSEL.La fuente de luz blanca incorporada en el equipo tiene un espectro de emisión con

fluctuaciones relativamente escasas en el rango de 900 a 1600 nm, pero que en rangos

de longitudes de onda prácticos requiere la normalización del resultado respecto al

estímulo. En el caso de utilizar la fuente de luz blanca seguiremos los siguientes pasos:

En primer lugar se elige un margen de longitudes de onda entre los cuales el

espectro de luz blanca del OSA sea razonablemente plano.

Se fijan las condiciones de medida –en particular la sensibilidad – para que las

medidas sean comparables.

Se mide y almacena el espectro de la fuente de luz.

A continuación se intercala el dispositivo pasivo a medir Se adquiere el espectro (medida en dBm) y se resta el espectro de la fuente de

luz.

La medida resultante es la característica de transmisión del elemento pasivo en

dB.




El diagrama de bloques para el modo de operación estímulo – respuesta se

muestra en la Fig. E1.8.

Fig. E1.8.- Diagrama de bloq ues p ara caracterización de comp onentes p asivos.Modo de o peración estímu lo – respu esta.

A) Fibra mul t imodo

Los parámetros principales que caracterizan el comportamiento de las fibras en

los sistemas de comunicaciones ópticas son su atenuación y dispersión. Los

analizadores de espectros ópticos carecen de resolución temporal, por lo que solamente

podremos medir la atenuación de estas fibras. Se pretende medir la curva característica

de atenuación de la fibra multimodo y por tanto deberán identificarse las diferentes

Monitor

Monocromador

ANALIZADOR DE ESPECTROS ÓPTICO (OSA)

Dispositivo pasivo a caracterizar

Entrada delmonocromado

Salida deFuente de Luz




A.2) Establecimiento de las con diciones de medida.

Las medidas se llevarán a cabo entre 900nm y 1600nm. (Ancho WL de 700nm,

centrado en 1250nm). Encienda la fuente de luz blanca (se hace por software). Fije la

sensibilidad, por ejemplo, a -60dB, mida y guarde la medida en una traza diferente a la

traza 0 (en el menú “Manejar Traza”)

El espectro visualizado es el de emisión de la fuente de luz blanca en dBm. Esta

traza será la que utilizaremos como referencia para la normalización de las medidas.

A partir de ahora no cambie las condiciones de medida de longitud de onda, yaque si no, los resultados no serán válidos y tendrá que volver a comenzar todo el proceso

de medida.

A.3) Montaje para la caracterización del dis posit ivo pasivo

Conecte ahora el carrete de fibra multimodo entre los extremos de los latiguillos

de fibra etiquetados como “Source Output” y “Optical Input”.Mida y visualice el espectro, de la señal transmitida por el carrete en la traza 0

(medida en dBm). Para conocer el valor en decibelios (dB) de la pérdidas, reste el valor

de la potencia emitida por la fuente de luz blanca (en dBm), que almacenó en otra traza,

al valor almacenado en la traza 0. El resultado guarda en la traza 0 la característica de

transmisión en decibelios de la fibra. Para ello utilice el menú “Manejar Traza”.

Tenga en cuenta que si realiza esta operación al revés (es decir, restando la

salida en dBm a la entrada en dBm, obtendrá la transmisión (10 log (Pout/Pin)) en lugar

de la atenuación (10 log Pin/Pout)). Recuerde: Lo que entra menos lo que sale es lo que

se queda dentro.


Fi l i i ( d di f PDF) l ll d i li ió d



Finalmente, imprima (guarde en disco en formato PDF) la pantalla de visualización de

resultados.

B) Mult iplexor/Demu lt iplexor WDM

Los parámetros característicos que definen el funcionamiento del WDM son las

longitudes de onda que se multiplexan / demultiplexan y la diafonía entre canales. Para

el caso particular de la práctica se trabajará con un mu lt iplexor / demu lt iplexor de dos

canales para el cual se deberán determinar:

Canales a multiplexar / demultiplexar : El número de canales, y las correspon-

dientes longitudes de onda, que puede multiplexar / demultiplexar el dispositivo.

Aislamiento entre canales: Se define como el rechazo (en dB) que presenta la

selección de una canal frente a los otros. En el laboratorio se trabajará con

dispositivos WDM de dos canales que coinciden con la primera y la segunda

ventanas de transmisión. El aislamiento se medirá para cada una de las salidas como

el cociente (diferencia si se trabaja en dB) de las potencias normalizadas del canal

deseado y del canal rechazado.

Utilizando el modo de operación estímulo - respuesta descrito para la

caracterización de la fibra multimodo, mida la característica de potencia en transmisión de

la entrada 1 hacia la salida 2, y de la entrada 1 hacia la salida 3. A partir de las

medidas describa el funcionamiento del multiplexor/demultiplexor WDM y calcule el

aislamiento entre canales para cada una de las salidas.

B.1) Norm alización de la medid a


t d l t 1 t d l t 3 lid



Repita la medida tomando la puerta 1 como entrada y la puerta 3 como salida,

restándole la traza de la fuente de luz blanca. En la traza 0 se encuentra ahora la

característica en transmisión del dispositivo entre la entrada 1 y la salida 3, en dB.Calcule de nuevo el aislamiento entre canales para la salida 3 e imprima la pantalla de

resultados. Visualice simultáneamente las trazas de caracterización del dispositivo WDM.

Valor es típic os : > 20 dB (s eñal des eada/señal no des eada). La r elación es m ayo r en l a pu erta 2 q ue en

la puer ta 3.

A partir de las medidas realizadas describa el funcionamiento delmultiplexor/demultiplexor WDM. Imprima –guarde en disco – las medidas.

C) ANALISIS DE LOS RESULTADOS

C.1. Rellene la siguiente tabla

Atenuación de la fibraPrimera ventana: atenuación: dB longitud de onda: nm

Segunda ventana: atenuación: dB longitud de onda: nm

Tercera ventana: atenuación: dB longitud de onda: nm

WDM

Canal 1: perdidas de inserción: dB; aislamiento: dB

Canal 2: perdidas de inserción: dB; aislamiento: dB

C.1. Compare los resultados obtenidos

- Indique cual es la componente de atenuación dominante en cada una de las tres


L it d d d d B D fi id l l it d d d l l d



Longitud de onda de Bragg: Definida como la longitud de onda a la cual se produce

el pico mínimo de transmisión (o el máximo de reflexión).

Reflectividad: Se define como el tanto por ciento de luz que se refleja a la longitud de

onda de Bragg. Hay que hacer notar que para dispositivos ideales sin pérdidas, la

reflectividad (medida en potencia) es igual a uno menos la transmisividad (medida en

potencia).

Ancho de banda a 3 dB: Se define el ancho de banda a 3 dB referidos a la longitud

de onda de Bragg

Relación de supresión de lóbulos secundarios: Es la diferencia (en dB) entre el

mínimo de t ransmisividad (máximo de reflectividad) y el siguiente mínimo relativo.

Representa cómo es de ideal el filtro en amplitud.

Para realizar las medidas realice un montaje que le permita medir el funcionamiento tantoen transmisión como en reflexión. Para el lo uti l ice un Circulador m onom odo . Dibuje un

esquema del montaje realizado.

Conecte el láser al OSA a través del circulador y observe y registre su espectro.

Conserve la traza.

Inserte ahora su montaje entre el LD y el OSA y observe y registre el espectro entransmisión. No es necesario normalizar las medidas con respecto a la fuente.

¿Cual es la longitud de onda de Bragg? Conserve la traza sin eliminar la que

midió anteriormente directamente del LD.

Observe por último la respuesta en reflexión. Compare las respuestas en reflexión




D2. Compare los resultados obtenidos

- ¿Cuáles de las medidas anteriores son fiables?

- ¿A qué se deben las diferencias entre el espectro del láser y el espectro de

transmisión en los modos más alejados de la de Bragg?

- ¿A qué se deben los lóbulos en el espectro de reflexión que no aparecen

atenuados en el espectro de transmisión? Explíquelo sobre el esquema del

montaje.

P OR F AVOR , AL ACABAR LA P RÁCTICA R ECOJAN T ODO Y

D ÉJENLO C OMO E STABA A L P RINCIPIO .










ANEXO1_E1: Analizador de EspectrosÓpticos

ANEXO2_E1: CONTROL REMOTO DEL EQUIPO DE

LABORATORIO OSA


ANEXO1 E1 A li d d E t



ANEXO1_E1: Analizador de Espectros

Ópticos

A1.-1. INTRODUCCIÓN

El analizador de espectros

óptico (Optical Spectrum Analyzer ,OSA) se utiliza para realizar medidas

de potencia óptica en función de la

longitud de onda. Sus aplicaciones

incluyen la caracterización de

fuentes de luz (diodos de emisión

de luz, LED, y láser, LD) en cuanto a

su distribución de potencia y pureza

espectral (anchura espectral); así

como la medida de la carac terística

en transmisión de componentes

ópticos pasivos. En la Fig. E1.1 semuestra una medida típica de la caracterización de una fuente de luz láser Fabry-Perot

en tercera ventana.

La anchura espectral de una fuente de luz es un parámetro muy importante en los

sistemas de comunicaciones ópticas debido a la dispersión cromática que presenta la

fibra y que limita el ancho de banda de modulación del sistema Este efecto de la

Fig. E1.1.- Medid a típic a del espectr o de em isiónde un LD en tercera ventana.


Por otro lado el OSA se hace imprescindible en el testeo de las redes ópticas



Por otro lado, el OSA se hace imprescindible en el testeo de las redes ópticas

basadas en multiplexión por longitud de onda (Wavelength Division Multiplexing , WDM),

así como de los componentes fotónicos que se utilizan para su desarrollo

(multiplexores/demultiplexores, filtros, etc.).

A1.-2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El diagrama de bloques de un analizador de espectros ópticos se muestra en la Fig. E1.2.

La luz que entra al analizador de espectros ópticos pasa a través de un f i l t ro

óp tico s in tonizable en longitud de onda, llamado monocromador o interferómetro, el

Conversor

Analógico

Digital

Entrada

Filtro

sintonizable

pasobanda

-

Fotodetector

Amplificador de

transimpedancia

Posición horizontal

Posición

vertical

Generador

de rampa

Sintonización

en longitud de onda

Fig. E1.2.- Diagrama de bloq ues sim pl i f icado del anal izador de espectros ópt ico.


onda Es importante destacar que en la Fig E1 2 la anchura espectral de cada modo del



onda. Es importante destacar que en la Fig. E1.2, la anchura espectral de cada modo del

láser es función de la resolución espectral del f i l t ro óptico sinto nizable en longitud

de onda.

En este sentido, la calidad del analizador de espectros óptico vendrá determinada

por los parámetros que caracterizan al filtro óptico paso-banda sintonizable en longitud

de onda. En la Fig. E1.3 se representan los principales de estos parámetros:

Resolución en longitud de onda: Ancho de banda a 3 dB del filtro óptico paso-banda.

Sensibilidad : Mínimo nivel de potencia óptica que puede detectar el analizador de

espectros.

Rango de operación en longitud de onda: Rango de longitudes de onda en el que

puede sintonizarse el filtro óptico paso banda

Nivel de

potencia

óptica

Longitud de

onda

Sensibilidad

3 dB

Rango de operación en longitud de onda

Resolución enlongitud de onda

Rango

dinámico

Fig. E1.3.- Parámetr os s ign ificativo s en las m edidas r ealizadas p or u n OSA.


A) Analizador de espectros ópticos basado en el interferómetro Fabry-Perot.



A) Analizador de espectros ópticos basado en el interferómetro Fabry Perot.

Un interferómetro Fabry-Perot, selecciona una componente espectral tal como se

presenta en la Fig. E1.4. El barrido a lo largo del rango espectral se consigue mediante

un giro en el resonador, o una variación de su anchura por efecto piezoeléctrico.

Fig. E1.4.- Anal izador de espectros ópt icos basado en el interferómetro Fabry -Perot.

Como principales características presenta:

Resolución en longitud de onda muy estrecha y fija del orden entre 10 y 100 GHz. Se utilizan para medir el chi rp de los láseres.

Su principal limitación es el rango de operación de longitudes de onda.

B) Analizador de espectros ópticos basado en el interferómetro Michelson.

Resonador

Espejos parcialmente

transparentes

Fotodetector

Salida

eléctrica

Entrada

de luz


Tienen un rango dinámico pequeño debido a la superposición de un fondo de



Tienen un rango dinámico pequeño debido a la superposición de un fondo de

potencia constante a la señal de correlación que deseamos medir.

Fig. E1.5.- Anal izador de espectros ópt icos basado en el interferómetro Michelson.

C) Analizador de espectros ópticos basado en redes de difracción.

En la Fig. E1.6 se muestra el esquema del filtro óptico paso-banda sintonizable del

analizador de espectros óptico basado en redes de difracción que desvían cada longitud

de onda en una dirección de propagación diferente. Un diafragma permite barrer una

porción de este espectro que alcanza un fotodetector, como se indica en la figura, o bien

se proyecta la luz difractada sobre un CCD o array lineal de diodos obteniéndose las

amplitudes relativas en cada direccion del espacio.

Fotodetector

Entrada

de luz

Divisor

de haz

Espejo

fijo

Espejo

móvil

Red deE t d



ANEXO2_E1: CONTROL REMOTO DEL EQUIPO DE LABORATORIO

OSA

En este apartado se pretende dar unas notas introductorias para la realización de

medidas con el analizador de espectros óptico. En el caso que presentamos, el

analizador estará controlado por un ordenador personal PC a través de un bus de

comunicaciones GPIB. Por tanto, el alumno no deberá usar los controles del

dispositivo físico OSA.

VI.1. FUNCIONAMIENTO DEL PROGRAMA: PANTALLA INICIAL

Al arrancar el programa “esclavo” se accede a la pantalla principal de

funcionamiento, que se puede ver en la figura E1.6. En dicha pantalla se tiene en todo

momento el estado de los cinco registros de funcionamiento. Además se puede observar

cómo en el momento inicial, el Registro de Configuración se carga con la denominada

Configuración por Defecto (conjunto de valores por defecto que se han introducido en la

configuración), mientras que los otros cuatro, los Registros de Trazas, aparecen vacíos.

Con respecto a los marcadores, se comienza con sus valores a “0”.


Logo del

Departamento

Número de

puestoOpciones

principales

Acceso a

créditos



elementos de visualización y de selección de opciones con que cuenta esta pantallaprincipal. Como elementos de visualización se tienen:

Número de puesto

Logo del Departamento de Tecnología Fotónica

Displays con el contenido de los marcadores

S ñ li i d l t d d l i t d C fi ió T E t

Visualización

de marcadores

Señalizaciones del estado

de los registros de

Configuración y Trazas

Rótulos de los

registros de

Configuración y Trazas

Salida del

programa

Fig. E1.7.- Ejemplo del panel princ ipal fuera del momento inic ial .


Salvo la opción de Créditos, cuya misión es mostrar los mismos, el resto de las



p y

opciones se verán a continuación.

VI.2. CONFIGURAR OSA Y /O MEDIR

Accediendo a esta opción se muestra el panel representado en la figura E1.8.

Los elementos de visualización de dicho panel son:

Displays con el contenido de cada uno de los campos del Registro de

Configuración, que se corresponden con los parámetros de configuración delOSA. Se utilizarán cuando se efectúe una solicitud medida. Adicionalmente semuestran también los valores de inicio y fin del espectro a medir para una mayorfacilidad a la hora de realizar configuraciones, si bien éstos no son parámetrosdirectamente configurables, sino a través del centro y el ancho de dicho espectro.

Displays con el contenido de los marcadores.

Botones acceso acambio de valores Displays convalores y estados Visualizaciónmarcadores


Cargar Configuración.- Permite recuperar de un archivo los valores de



g gconfiguración y cargarlos sobre los correspondientes campos.

Cargar Configuración por Defecto.- Carga en todos los campos deconfiguración los valores por defecto de los mismos.

Medir .- Para solicitar una medida sobre el O.S.A. con los parámetros que en esemomento tengamos definidos en el Registro Configuración. Al pulsar esta opciónse deshabilitan todas las demás opciones y se ofrece una nueva, la de DETENERMEDIDA, tal y como se muestra en la figura E1.9.

Además se visualiza la fecha y hora de comienzo de la solicitud de mediday el tiempo transcurrido. De esta opción se sale con el correspondiente aviso definalización de la medida, salvo que antes se pulse la opción anterior.

Es importante resaltar que los resultados de la medida siempre seguardan sobre la Traza 0, borrando el contenido anterior que pudiera tener ,de lo cual se da el correspondiente aviso antes de lanzar la medida. Además en elcampo de observaciones se introduce la fecha y hora de realización de la medida.

Volver .- Devuelve a la pantalla principal del programa.


VI.3. VISUALIZAR TRAZAS



VI.3. VISUALIZAR TRAZAS

Opción para la visualización de las trazas contenidas en los Registros de Traza y que secorresponderán con medidas realizadas o con operaciones hechas sobre ellas. Su panel

se muestra en la figura E1.10.

Elemento de

visualización

de trazas

Selección de

visualización

de trazas

Visualiza

parámetros

trazasVisualiza

escala

Visualiza

estado y rótulos

trazas

Otras

o ciones


voluntad por cualquiera de las trazas y volcar sus coordenadas sobre los marcadores,



que posteriormente se pueden utilizar en la opción de configuración. Para desplazar

dichos puntos contamos con las correspondientes barras de desplazamiento, cada unade ellas con sus botones de “ajuste fino”.

El elemento fundamental es el que se ha denominado el “Elemento de

visualización de trazas”, donde se representa la curva de cada traza en su respectivo

color. Este elemento permite hacer ampliaciones a voluntad de la parte que se desee, sin

más que seleccionar el rectángulo de ampliación con el ratón. En cualquier momento,

pulsando el botón Auto Scale, se vuelve de nuevo a la visualización completa de las

trazas.

Además de dicha representación gráfica, se muestran también los siguientes

elementos:

Para cada traza se muestran los siguientes parámetros: Nivel de Referencia,Sensibilidad y Ancho de Banda de Resolución, referidos a la medida cuyosresultados almacena la traza.

Tipo de escala visualizada en el eje Y (lineal o logarítmica).

Estado y rótulos de las trazas. La visualización de estado sigue el mismo criteriode colores que en el panel principal.

Coordenadas de los puntos donde se encuentran situados los “puntos

marcadores”, así como la posición relativa de uno respecto al otro. Contenido de los marcadores.

Para la selección de opciones, se cuenta con las siguientes posibilidades:

Cuatro botones rotulados Traza X (X = número de traza), cada uno del colorasociado a la traza que corresponda, para ver u ocultar cada una de las trazas.

Cambio de escala.- Cambia la escala del eje Y de logarítmica a lineal y


MKY->Sig.max.Drcha.- Desplaza el “punto marcador” Y, al siguiente pico de nivel



a la derecha del punto donde esté situado, dentro de la traza donde se encuentre.

MKY->Sig.max.Izqda.- Desplaza el “punto marcador” Y, al siguiente pico de nivela la izquierda del punto donde esté situado, dentro de la traza donde seencuentre.

Fijar MKY.- Vuelca las coordenadas del “punto marcador” Y, sobre el marcador Y,solicitando las observaciones a incluir en el mismo.

Imprime Pantalla.- Lanza la impresión de toda la pantalla sobre la impresora queesté configurada por defecto en el ordenador.

Imprime Trazas.- Lanza la impresión del “Elemento de Visualización de Trazas”sobre la impresora que esté configurada por defecto en el ordenador.

VOLVER.- Vuelve a la pantalla principal del programa.

Cargar Traza

Opción que sirve para recuperar una traza desde un archivo seleccionado por el

usuario, guardándola sobre uno de los cuatro Registros de Traza. El archivo debe ser deidéntico formato al utilizado por la opción Salvar trazas (punto VII.2.6) para realizar el

proceso inverso.

Manejar trazas

Entrando en esta parte del programa se pueden realizar determinadas operaciones entrelas distintas trazas. El panel que se presenta al acceder es el de la figura E1.11.


En la pantalla se presentan el estado y los rótulos de las trazas. Para el estado de las



trazas, de nuevo, se sigue el mismo criterio de colores que en el panel principal.

Los botones de ejecución de las distintas operaciones son:

X=>>Y.- Copia el contenido de la traza X sobre la traza Y borrando el contenidoanterior que pudiera tener esta. La traza X no puede estar vacía. Existen botonespara todas las posibilidades de copiado.

X<<=>>Y.- Intercambia totalmente el contenido de las trazas X e Y. Ninguna delas trazas puede estar vacía. Existen botones para para todas las posibilidades deintercambio.

0 – X=>0.- Resta al nivel de los puntos de la traza 0 el nivel de los puntos de latraza X, guardando el resultado sobre la traza 0. El resto de los datos de la traza 0se mantienen con el valor anterior. Ambas trazas deben empezar y terminar en losmismos puntos, es decir abarcar exactamente el mismo rango del espectro y,lógicamente, no estar vacías.

0 + X=>0.- Suma al nivel de los puntos de la traza 0 el nivel de los puntos de latraza X, guardando el resultado sobre la traza 0. El resto de los datos de la traza 0se mantienen con el valor anterior. Ambas trazas deben empezar y terminar en losmismos puntos, es decir abarcar exactamente el mismo rango del espectro y,lógicamente, no estar vacías.

Borra Traza X.- Borra totalmente el contenido de la traza X. Se pide confirmaciónpara la realización de esta operación. Existen botones para borrar todas las trazasy, lógicamente, no pueden estar ya vacías.

Texto Traza X.- Introduce observaciones para la traza X, solicitándoselas al

usuario y ofreciendo como valor por defecto las observaciones anteriores quepudiera contener la traza. Existen botones para todas las trazas.

Salvar trazas

Con esta opción se puede guardar cualquiera de las trazas en el archivo y la

ubicación que se elija. En el caso de que el archivo elegido ya existiese, el programa



VII. Práctica E2: Reflectómetro Óptico enel Dominio del Tiempo (OTDR)

El Reflectómetro Óptico en el Dominio del Tiempo, más conocido con sus siglas inglesasOTDR (Optical Time-Domain Reflectometer ), es el instrumento de campo más importante

para el control y supervisión de enlaces de fibra óptica. Posee resolución espacial , es

decir, además de detectar los posibles fallos de un enlace, es capaz de ubicarlos en un

estrecho tramo del tendido. Esta característica es especialmente interesante en tendidos

largos y de difícil acceso como las líneas soterradas y submarinas




Figura E2.1.- Diagrama de bloques de un OTDR genérico.

La señal recibida en el Detector del OTDR, procedente del acoplador (ocirculador), ver figura E2.1, que separa la señal enviada a través de la fibra óptica a medir

y la de retorno de la fibra, tiene en el tiempo diferentes orígenes. La interpretación del

origen de la señal detectada nos aporta la información sobre el estado de la fibra óptica.

La señal procedente de la fibra se representa en un gráfico en función de la distancia. La

distancia se corresponde con el tiempo que ha tardado en llegar la reflexión del pulso

emitido por el LD (Laser Diode) al detector. Las reflexiones son producidas por:

Reflexión difusa (scattering lineal Rayleigh1 ) que tiene lugar a lo largo de toda la fibra

y es debida a fluctuaciones microscópicas del índice de refracción del medio;

constituye la principal contribución a la atenuación de las fibras ópticas. Así pues,

Práctica E2: El OTDR

Es importante destacar, sin embargo, que un OTDR no es el mejor método para



p , g , q j p

medir atenuación de fibras ópticas. Otros métodos empleados durante las

prácticas son más precisos.

Cualquier imperfección en la fibra significa una variación en el índice de

refracción y, por tanto, produce una reflexión que se detectará como un pico de

señal; a continuación se produce un descenso del nivel de señal (puesto que la

luz de retorno procedente de puntos más adelantados experimentará una

atenuación equivalente a la vuelta). Estos defectos se localizan en puntosconcretos del enlace, cuya localización precisa depende de la resolución espacial.

Como imperfecciones se detectan asimismo las pérdidas por curvaturas,

soldaduras, conexiones y empalmes provisionales o permanentes que

contenga el enlace. Las soldaduras –bien hechas – introducen una pequeña

atenuación (< 0,1 dB) por alterar la forma física del núcleo, no producen reflexiónal igual que las pérdidas por curvatura. Los empalmes y conexiones suelen

dar pérdidas mayores. Como se explica posteriormente, algunos eventos

producen un pico reflexivo antes de atenuar, y otros únicamente un descenso de

potencia.

La salida típica de un OTDR (Figura E2-2) es una representación gráfica de la atenuación

en función de la distancia. Cualquier variación en la línea descendente que representa la

FO se le denomina “evento” . Los picos de reflexión representados en la gráfica se

llaman “eventos reflexivos” ; y cuando sólo hay pérdidas “eventos no- reflexivos” . La

gráfica tiene al comienzo una brusca bajada que corresponde a la propia conexión entre

el instrumento y la FO; y se extiende hasta una distancia determinada, o hasta que el




Cuestiones Previas

a. Explique con un dibujo y estime la diferencia de la pérdidas de acoplo que sufren

dos señales con direcciones opuestas a su paso por una unión entre una fibra

monomodo –SM- y una fibra multimodo –MM-. Considere sólo las pérdidas

relacionadas con el tipo de fibra y no por una unión defectuosa.

b. Dibuje tres finales de fibra: conector PC, conector APC y fibra rota; indique qué

diferencias habrá en la señal reflejada cuando se transmite una señal por dicha

fibra.

c. Razone por qué en los apartados VIII.2 y VIII.3 se le indican los valores típicos

que debe obtener, en la medida del RDR -Rango Dinámico de Reflexión- y del

RDS -Rango Dinámico de Scattering-, sin hacer mención al equipo TFS3031 que

le haya tocado emplear para realizar dichas medidas.

d. ¿Cómo podría mejorarse el Rango Dinámico de Reflexión y el Rango Dinámico deScattering?

e. ¿Qué ventajas ofrece el emplear un circulador en vez del acoplador dibujado en la

Fig. E2-1?

Figura E2-2 Representación de una hipotética medida. La gráfica no está a escala. Las gráficasrestantes de este capítulo sí son salidas reales.




Recuerde anotar en su c uaderno de práct icas todos los valores medido s y calculados, ascom o la respu esta a todas las cuestio nes q ue se p lantean en la práctica.

En algunas m edidas se dan v alores estimado s o márgenes de v alores. Si los resultado s

obtenid os al realizar la medid a no coin ciden, repase la medid a. Si el error p ersiste cons ulte

a su pro fesor .

VII.1. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Esta práctica se realiza de forma combin ada con la práctica E3 , Soldadura de Fibras

Ópticas. En el Laboratorio se dispone de 2 OTDR Tektronix. Uno de ellos (TekRanger2)

está asociado a la máquina de soldar y el otro (TekRanger ) se utiliza únicamente en esta

práctica. Ambos son un TFS3031 y en lo que respecta a su uso, las diferencias entre

ambos son:

Las long itudes de onda de trabajo . TekRanger trabaja en segunda y tercera

ventana, mientras que TekRanger2 trabaja en primera y segunda ventana.

Las fibras para las que están diseñados. TekRanger trabaja con fibras

monomodo, mientras que TekRanger2 trabaja con fibras multimodo.

Adicionalmente, ambos OTDRs tienen adaptada una impresora para obtener

copia de los resultados en pantalla.

En esta práctica se propone la realización de una serie de medidas con los OTDR del

laboratorio, que permiten simultáneamente evaluar diferentes líneas de transmisión, y


iv) Falsas medidas y detecciones . En concreto, se explican las circunstancias en



que pueden surgir ecos y fantasmas, fenómenos que pueden falsear las

medidas, y se intenta reproducir alguno de ellos.

Para facilitar la lectura de los apartados, las introducciones teóricas sobre sus contenidos

se incluyen por separado al comienzo de cada sección.

¡PRECAUCIONES!

El diodo láser para realizar las medidas se activa pulsando el botón START/STOP.

DISTRIBUCIÓN DE LOS EQUIPOS

A fin de agilizar la realización de la práctica, las medidas se efectuarán de la formasiguiente:

1. El grupo que tenga asignada en primer lugar la Práctica E3, Soldadura, reali zarápreviamente las dos prim eras medid as, Rangos dinámicos de Reflexión yde Scattering (Apartados VIII.2 y VIII.3), para familiarizarse con el instrumento,y seguidamente la Práctica E3. Utilizará para todo ello el OTDR TekRange2.

2. El grupo que tenga asignada en primer lugar la Práctica E2, OTDR, realizará losc inco bloqu es de medidas de esta práctica con el OTDR TekRange.

3. Al finalizar los dos grupos (tiempo estimado, 2h 30m), se intercambiarán yrealizarán los bloq ues de medidas restantes , es decir, los tres bloques finalesdel OTDR el primer grupo (en el OTDR TekRange monomodo) y la práctica E3completa el grupo 2, usando el OTDR TekRange2.




VII.2. MEDIDA DEL

RANGO

DINÁMICO DE

REFLEXIÓN

(USAR UNO

CUALQUIERA DE LOS OTDR)

VII.2.1. Teoría

Como se ha comentado, algunos de los eventos detectados por un OTDR son reflexivos,

es decir, nos indican que en ese lugar parte del pulso luminoso emitido es reflejado hacia

el emisor. En el OTDR, estos eventos se detectan como un brusco aumento de la

potencia recibida, seguido de una caída (porque la potencia transmitida a partir de ese

punto es menor). La potencia recibida puede saturar al detector si le llega un exceso de

señal procedente de un evento muy reflexivo. El problema es especialmente grave

cuando el evento está próximo a la fuente.

El Rango Dinámico de Reflexión (Reflective Dynamic Range, RDR) se define como larelación entre la potencia reflejada en un evento reflexivo, cercano al conector del

panel frontal del OTDR, y la potencia de ruido del sistema. (El nivel de ruido del

OTDR está relacionado con el ruido shot de la corriente de oscuridad del detector.)

Este parámetro determina el rango sobre el cual el OTDR puede realizar medidas de la

reflexión producida en ciertos elementos reflexivos como pueden ser los conectores,

acoplos mecánicos etc.


asegurar que la reflexión de los diferentes eventos se encuentra por debajo del nivel



umbral deseado.

VII.2.2. Desarr ol lo de la Práct ic a

Objet ivo: Determinar el RDR de OTDR Tektronix TFS3031 (en su versión

monomodo de 2ªy3ª ventana o en su versión multimodo de 1ªy2ª ventana)

en unas condiciones de medidas predeterminadas.

Método de med id a: El valor del RDR está asociado con el ancho del pulso que emite la

fuente del OTDR (nm)3, el rango de prueba elegido (km) y el tiempo de

promedio que se utiliza en la medida (tiempo que tarda en realizar el

“número de promedios” –averages- requeridos).

Estos parámetros se deben seleccionar consecuentemente con la longituddel enlace que posteriormente se desea caracterizar. En general, los

rangos muy largos y los anchos de pulso muy pequeños suponen tiempos

de promedio más elevados. Si se selecciona un rango muy inferior o muy

superior a la longitud del enlace, se medirá un nivel de ruido inferior o

superior, respectivamente, al real. Una vez elegidos los parámetros

adecuados del sistema, la medida se realizará valorando la diferencia de

señal entre el pico de reflexión y el ruido, como se muestra en la Fig. E2-2.


1.- Compruebe que hay un cordón de fibra4 conectado a la salida del panel frontal del




2

8

9

B

3

4

5

67

A

1

Iniciar medida

Volver apantallainicial

Cambiar

configuración


3.- Inicie el proceso de medida pulsando el botón START/STOP (Botón 5). La



medida habrá terminado cuando deje de parpadear 5 el piloto 7 de la Figura E2-3.

4.- Active el cursor A (Botón 4) y mediante las flechas del botón circular, sitúelo en

el máximo del pico inicial de reflexión. Si fuera necesario active el zoom

(Botón 3), luego desactívelo.

Active el cursor B y sitúelo en la zona de ruido donde los picos presenten una

amplitud aproximadamente constante. Asegúrese de estar en alguno de los

máximos promedio del ruido (véase nivel adecuado en figura E2-2).

5.- Compare la forma de onda obtenida con la de la figura E2-2. Compruebe la

situación de los cursores y anote la diferencia en dB entre ambos (A –B) que

aparece en pantalla.

Valo r Típi co del RDR: 16 – 20 dB

En el laboratorio el TekRanger2 (MM) tiene el menú en español y el TekRanger (SM) eninglés como el de la Fig. E2-3.

VII.3. MEDIDA DEL RANGO DINÁMICO DE S CATTERING (USAR UNO

CUALQUIERA DE LOS OTDR)

VII.3.1. Teoría

El Rango Dinámico de Scattering (RDS) es el parámetro que típicamente se asocia con

el rango dinámico de un OTDR. Se define como la relac ión (en dB) ent re l a señal

“retrodispersada” ( backscattered, devuelta) en el conecto r del panel frontal del

OTDR y el nivel de ruido del instrumento.


El RDS resulta muy similar al “Rango de Medida” que determina la atenuación máxima



que puede existir entre el instrumento y el evento que se quiere caracterizar, si se desea

que el OTDR realice una medida precisa.

VII.3.2. Desarrol lo de la práct ic a

Objet ivo: Determinar el RDS del OTDR Tektronix TFS3031 en unas condiciones de

medida predeterminadas.

Método de med id a: Se evalúa la diferencia de niveles de señal entre el final de la

reflexión del panel frontal y el nivel de ruido del instrumento (Figura E2-4).

Se realizará en diferentes condiciones de medida para una misma línea de

transmisión (monomodo si usa el TekRange y mul t imodo en el

TekRange2).

La medida depende de la longitud de la fibra utilizada. Si se emplean

fibras de longitudes muy cortas se pueden obtener medidas del RDS

ficticiamente superiores que las obtenidas con fibras de mayor longitud.

Para evitar una medida errónea se deben utilizar una fibra de prueba con

una longitud similar a la que se medirá en situación de campo.


1 km SM o 2 km MM


3.- Inicie el proceso de medida.



4.- Active el cursor A y sitúelo al inicio de la “forma de onda”, donde la pendiente

comienza a ser lineal. Si fuera necesario active el zoom, luego desactívelo. Active

el cursor B y sitúelo en la zona de ruido donde los picos presenten una amplitud

aproximadamente constante. Asegúrese de estar en la amplitud máxima media

del ruido.

5.- Compare la forma de onda obtenida con la de la figura E2-4. Compruebe la

situación de los cursores y anote la diferencia en dB entre ambos.

Valo r Típi co RDS : 10 – 12 dB (siempre meno r que el RDR)

N OTA : S I TENÍA A SIGNADA L A P RÁCTICA E3, S OLDADURA, EN PRIMER TURNO , DETÉNGASE AQUÍ Y PAS E A REAL IZAR

DICHA PRÁCTICA . LOS RESTANTES APARTADOS LOS REALIZARÁ CON EL OTDR T EK R ANGE MONOMODO

POSTERIORMENTE . S I TENÍA A SIGNADA LA P RÁCTICA E2 EN PRIMER TURNO , SIGA ADELA NTE .

VII.4. CARACTERIZACIÓN DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN (A

PARTIR DE ESTE BLOQUE USAR SÓLO EL OTDR MONOMODO) A.- Localización y medida de pérdidas en eventos Reflexivos.

B.- Medida de la Zona Muerta

C.- Medida del coeficiente de atenuación de una fibra.

VII.4.1. Teoría

VII.4.1.a. Eventos Reflexivos

Se consideran eventos ref lexivos todos aquellos fenómenos en los que se produce un


Reflectividad que genera, definida como la relación en dB entre la potencia



inyectada y la reflejada.

En un conector con pulido plano, la reflexión que se produce es de alrededor del 3,6% ó

–14 dB (coeficiente de reflexión de Fresnel). Los conectores comerciales más usuales

NOTA SOBRE CONECTORES

El extremo de la fibra óptic a en los co necto res estándar es p lano. Lasconexiones se real izan enfrentado dos conectores por medio de una juntaroscada. La superf ic ie plana perpendicular a la pro pagación produ ce una ref lexiónintensa.

Para reducir la ref lexión, se preparan con ectores (PC) con pu l ido redon deado.Aún menos ref lexión producen los conectores PC con pul ido incl inado (PCangu lar o APC). En ellos , la reflexión se desvía de manera qu e no p ueda g uiarsede retorno.

Curvatura

SoldaduraConector APC(PC en ángulo)

Conector PCConector plano

Final de fibra


Todos los sistemas de medida tienen un rango de aplicación limitado. En el caso del



OTDR el límite se traduce en pulsos detectados con pendientes de bajada no infinitas.

Así, si se tienen dos eventos reflexivos muy cercanos, a una distancia crítica inferior a la

de ‘Resolución del OTDR’, puede que la señal causada por el primer evento no haya

finalizado cuando la del segundo empieza a ser significativa . El resultado es que ambos

eventos se confunden.

Se denomina Zona Muerta (Dead Zone , DZ) o “Resolución de eventos” a la distancia

a partir de la cual se comienza a distinguir entre dos eventos próximos.Este parámetro puede ser muy importante dependiendo de la aplicación. Por ejemplo, si

se desea medir y caracterizar una red de fibra óptica en una oficina, donde las

distancias entre conexiones pueden ser muy cortas, será necesario un instrumento con

una DZ muy pequeña. Por el contrario, si la red que se desea medir es un enlace de larga

distancia, donde los empalmes o conexiones se sitúan a varios kilómetros unos de otros,

el parámetro será de poca importancia.

VII.4.1.c. Zona muerta de pérdida de medición

Otro parámetro utilizado para especificar la calidad de un OTDR, es la “zona muerta de

atenuación” o Zona Muerta de

Pérdida de Medición (Loss-Measurement Dead Zone, LMDZ). Se

define como la distancia tras un

evento durante la cual no se puede

obtener información de la señal del

OTDR d bid li it i l


se pueden saturar temporalmente y será necesario un tiempo (distancia en la pantalla del



OTDR) para que el detector se recupere.

Sin necesidad de llegar a la saturación, debido al ancho de banda limitado del

amplificador, la señal no puede volver inmediatamente al nivel de retrodispersión.

Cuando esto sucede, no se puede obtener información de la señal presentada por el

OTDR, debido a la distorsión de la forma de onda.

VII.4.1.d. Coeficiente de atenuación

Además de los eventos puntuales que producen pérdidas en localizaciones específicas,

la radiación que atraviesa una fibra óptica experimenta una atenuación constante, que

procede de varias causas. Las dos más importantes son la reflexión difusa o scattering

Rayleigh, y la absorción. La importancia relativa depende de la ventana de transmisión,

tal como se mostraba en la Figura Fund-11.

La señal base descendente que detecta el OTDR se debe a la retrodispersión, es decir,

la parte de la reflexión difusa que se propaga en sentido contrario al de la transmisión.

Dicha radiación, en ausencia de otros factores, equivale formalmente a la que se recibiría

de un conjunto infinito de emisores situados homogéneamente por toda la fibra. La

potencia recibida de cada tramo diferencial irá disminuyendo a medida que el tramo está

más lejos de la fuente, por dos razones:

La potencia retrodispersada es proporcional a la potencia incidente. Ésta se

va atenuando al atravesar la fibra.

La potencia retrodispersada, a su vez, se va atenuando durante el camino

de vuelta hasta el receptor.


mismo tramo. Permite evaluar la degradación de un enlace con el tiempo, pero no sirve



para medir atenuaciones válidas en el diseño de enlaces. En este último caso se emplea

la técnica OLTS - Optical Loss Test Set- similar a la empleada en la práctica I, apartado

I.4.

VII.4.2. Desarr ol lo de la Práct ic a

Objet ivo: Medir los diferentes parámetros que surgen en una gráfica OTDR.

Método d e med id a

A) CARACTERIZACIÓN DE EVENTOS REFLEXIVOS.

Distancia: En la “forma de onda” adquirida por un OTDR, la distancia a la que se

produce un evento reflexivo se corresponde con el último punto de

muestreo justo antes de la subida de la forma de onda.

Pérdidas: Las pérdidas se valorarán midiendo el nivel de señal (en dBs) antes y

después del evento.

Reflectividad: La reflectividad se calcula indirectamente a partir de la ecuación

siguiente:

D B R

H

ns ·110log10 5 1

donde:




B) ZONAS MUERTAS DZ Y LMDZ

La zona muerta DZ se define como la distancia entre el comienzo de la zona

reflexiva y el punto donde la señal decrece 3 dB respecto del máximo de reflexión

(ver Figura E2-7- pag.VIII-15).

La zona muerta de pérdida de medición LMDZ se define como la distancia entre

el inicio del evento y el punto donde la forma de onda del OTDR ha recuperado el

nivel de retrodispersión. Para su medida habrá que determinar el inicio del

evento y el punto donde la señal es 0,5 dB superior al nivel de retrodispersión

(Figura E2-7). La separación (en metros) entre estos dos puntos dará el LMDZ.

C) ESTIMACIÓN DEL COEFICIENTE DE ATENUACIÓN

Para medir el coeficiente de atenuación de una fibra se escoge un tramo en que

no exista ningún tipo de evento o influencia de ellos. Se mide la pendiente

situando los cursores al inicio y al final del tramo.

Figu ra E2-9


3.- Obtenga la forma de onda. Imprímala pulsando el Botón 9 y siguiendo las



instrucciones de pantalla. Identifique los eventos reflexivos comparando la

gráfica y el montaje experimental.

4.- Active el cursor A y sitúelo al inicio del evento reflexivo próximo a 1 km.

Asegúrese que está justo al inicio del evento comprobando que en el siguiente

desplazamiento del cursor éste se introduce en la zona reflexiva. Si fuera

necesario active el zoom, luego desactívelo.

Anote la distancia que marca el cursor.

5.- Active el cursor B y sitúelo en la zona lineal después del evento reflexivo.

Mantenga el cursor A en la posición anterior.

La diferencia en dB entre los cursores dará una estimación de las pérdidas

introducidas en el evento. Anote este valor y la diferencia en metros entre los dos

cursores.

Tenga en cuenta que si existe mucha distancia entre los dos cursores, la medida

realizada está incluyendo las pérdidas en la fibra. También tiene que considerar

si las fibras acopladas son de iguales características.

6.- Sitúe el cursor B en el punto máximo de la reflexión. Mida la diferencia de señalentre ambos cursores (valor H de la Figura E2-8). Haciendo uso de la ecuación

1, calcule la reflectividad del evento. (H es siempre una cantidad positiva)


Nº de eventos ref lexivos (sin con siderar los c onectores inic iales n i el lat igui l lo): 3

Distancia del Primer evento ref lexivo: 1 km 1 1 km


Active ahora el zoom (Botón 3 de la Figura E2-3).



Compruebe que el cursor A está sobre el máximo del evento y sitúe el cursor B,aproximadamente, a 3 dB por debajo del anterior.

Nota.- Si no pud iera si tuar el cursor B cercano a los 3 dB , real ice un prom edio entre las

distancias obtenidas en las do s p osic iones más cercanas a este valor.

Mueva ahora el cursor A al inicio del evento y anote la separación entre ambos

cursores. La medida realizada es lo que se conoce como zona muerta DZ.

Valo res típi co s:

DZ 25m – 30m

LMDZ 35m – 45m (siempre mayo r que DZ)

8.- Sitúe el cursor A en el nivel de retrodispersión lineal, después del pulso. El

cursor B sitúelo, aproximadamente, a +0.5 dB del anterior. ¡Cuidado con los

signos! Sitúe nuevamente el cursor A al inicio del evento, y anote la distancia

entre ambos cursores. Esta medida será el LMDZ del primer evento reflexivo de la

línea.

9.- Caracterice el siguiente evento reflexivo de la misma forma que el anterior.

Compruebe si existen diferencias entre una conexión SM-SM y otra SM –MM.

10.- Mida el coeficiente de atenuación de cada uno de los tramos de fibra, así como

su longitud.

Para realizar una medida correcta de la atenuación, sitúe los cursores de manera

que abarquen una distancia amplia, en la zona donde no haya influencia de

ningún tipo de evento y donde se aprecie una pendiente lineal.


VII.5. IDENTIFICACIÓN DE ECOS Y FANTASMAS



VII.5.1. Teoría

VII.5.1.a. Identificación de Ecos

En sistemas ópticos con varios elementos reflexivos, parte del pulso del láser puede

reflejar se más d e un a vez antes de volver al OTDR. Cuando esto sucede se producirá

una forma de onda artificial denominada ECO.

Figura E2-10. Generación de ecos entre dos eventos reflexivos

La señal recorre 4L1

El OTDR localiza el eventoreflexivo en 2L1, sinpérdidas y con pico dereflexión bajo, señal muyatenuada.


Existen OTDRs dotados de la capacidad de detectar automáticamente eventos reflexivos

( di t l it ) d t i ál d ll ECOS E l d l T kt i



(mediante algoritmos) y determinar cuáles de ellos son ECOS. Es el caso del Tektronix

TFS3031 que se utiliza en el laboratorio.

VII.5.1.b. Identificación de Fantasmas

Otra forma de onda falsa es la conocida como fantasmas. Son muy similares a los ecos

pero ocurren por razones muy diferentes.Los fantasmas se deben a una selección in co rrecta de los parámetros de medid a , en

concreto a una frecuencia de repetición del pulso demasiado alta. Si es así, puede

suceder que la reflexión al final de la línea de un pulso no haya llegado al detector

cuando se lanza el siguiente pulso. En ese momento se inicia una nueva adquisición de

datos y la reflexión del final de línea se solapa con la retrodispersión del segundo pulso y

aparece como un evento reflexivo.

Cuando un evento se desplaza de posición o desaparece cuando se cambia el rango de

medida, se le puede identificar como un FANTASMA y no como un ECO. Estos últimos

son independientes de los parámetros de adquisición.

Si aparece un fantasma durante una adquisición, se debe seleccionar una repetición de

pulso más baja para eliminarlo.

Cuando no se identifica un evento, se debe realizar la medida con otros valores de ancho

d l l i d d d di ió d did L i l dif




VII.5.2. Desarr ol lo de la Práct ic aObjet ivo: Detectar sucesos, como ecos y fantasmas, que no corresponden a ningún

evento real.

Método de Medida

La localización de los ECOS está asociada a la siguiente fórmula:

Zj Zi Z eco 2 2

Donde Z i y Z j son las localizaciones de dos eventos reflexivos (que no

tienen por qué ser consecutivos) en el eje de distancias, siendo Z=0 la

conexión al OTDR.


1.- Realice el montaje de la Figura E2-11.

2.- En el menú SETUP, seleccione los siguientes parámetros:

Fiber Scan: Manual

Test Range: 8 km

Pulsewidth: 20 m (200 ns)Longitud de onda: 1310 nm


6.- En el menú SETUP, cambie el parámetro “Fiber Scan” de Manual a Intell i trace .

Obtenga la forma de onda y edite la Tabla de Eventos presionando el Botón 2 de



Obtenga la forma de onda y edite la Tabla de Eventos presionando el Botón 2 de

la Figura E2-3.

7.- Considerando pares de elementos reflexivos y utilizando la ecuación 2, calcule

dónde deberían aparecer los ECOS. Compare los resultados teóricos con los

experimentales.

Valores típicos: Aparic ión del eco con conector defectuoso al doble d e distancia del prim er carrete.

8.- Explique por qué en este apartado ha tenido que emplear un carrete de 1,3km.

¿Aparecen eventos fuera de línea, a más de 2,3km? Indique de dónde provienen.





No olvide incluir en su cuaderno la solución a las preguntas planteadas en el desarrollo

d l á ti ( ti ál l ) t d l lt d d l did



de la práctica (cuestiones, cálculos, curvas…) y todos los resultados de las medidas

realizadas. Para facilitar un resumen de los resultados, incluya en su cuaderno las

siguientes tablas.

Ap artados VII.2 y VII.3

Rango Dinámico de Reflexión

Condiciones de medida: Longitud de onda________ nm

Rango de Prueba _________km; Promedio_______

RDR*

Ancho de pulso 10m

20m

¿Qué información le aporta este parámetro?

Rango Dinámico de Scattering

Condiciones de medida: Longitud de onda________ nm

Rango de Prueba _________km; Promedio_______

RDS*


CARACTERIZACIÓN DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN



Apartado VII.4

Número de eventos que obtiene en la medida:

Condiciones de medida: Longitud de onda________ nm;

Rango de Prueba _______ __km; Ancho de pulso:________m; Promedio_______ Sin contar el del panel frontal

Cursor A

________km

Inicio del 1er evento.

Distancia entre cursores: dB

Pérdidas introducidas por el primer evento reflexivo: m

H (>0) Reflectividad:

Zona Muerta DZ m

¿Qué le indica este parámetro?




Cursor A

________km

Inicio del 2er evento.

Distancia entre cursores: dB

Pérdidas introducidas por el primer evento reflexivo: m

H (>0) Reflectividad:

Condiciones de medida:

Longitud de onda:________ nm;

Rango de Prueba: _________km;

Ancho de pulso:________m;

Promedio:___________

1er Tramo 2º Tramo 3er Tramo

Coeficiente de Atenuación

Longitud (km)

¿Se corresponden con los valores indicados en los carretes o

esperados?______________________________________________________________


CARACTERIZACIÓN DE EVENTOS NO REALES: ECOS.



Medida con conector defectuoso

Apartado VII.5

Número de Eventos

Condiciones de medida: Longitud de onda:________ nm;

Rango de Prueba: _________km;

Ancho de pulso:________m;

Promedio:__________

1er Evento 2º Evento 3er Evento …

Distancia(km)

¿Es un ECO? S/N

¿Está fuera de línea?

¿Por qué se emplea un carrete de 1,3km en vez de uno de 1km?







VIII. Práctica E3: Soldadura de

Fibras Ópticas

N OTA I MPORTANTE : ANTES DE REALIZAR ESTA PRÁCTICA ES NECESARIO QUE SE FAMILIARICE CON EL MANEJO DEL

OTDR, QUE UTILIZARÁ COMO CONTROL DE CALIDAD DEN TRO DE LA MISMA . P ARA ELLO DEBERÁ REALIZAR

ALGUNOS APA RTADOS DE LA PRÁCTICA E2, OTDR, EN PRIMER LUGAR . P ASE A LA PRÁCTICA E2 SI NO LA HA

HECHO YA , Y SIGA LAS INSTRUCCIONES QUE AL LÍ SE INDICAN .

Recuerde anotar en su c uaderno de práct icas todos los valores medido s y calculados, as

l t t d l t i l t l t i


Máquina de empalmar

2 carretes MM (50/125) OTDR Multimodo

Cortadora de fibra

Peladora de Fibra Alcohol y Tisú


considera la capacidad del operador de maniobrar tanto en el proceso de alineamiento de

las fibras como en el de fusión. Así, por ejemplo, se dice que una máquina de soldar es



, p j p , q q

totalmente manual cuando la acción del operador es necesaria en los dos procesos ysemiautomática cuando el operador tiene libertad de acción sólo en uno de ellos.

Casi todas ellas tienen en común el tipo de sujeción de las fibras que van a ser

fusionadas. Esto se realiza mediante unas plataformas que poseen un surco en forma de V,

donde se introducen las fibras (desprovistas, en cierta longitud, de cualquier tipo de

protección) y se fijan mediante unas presillas.Otra forma de clasificar las máquinas de empalme es considerando la técnica que

utilizan para optimizar el proceso de alineamiento entre las fibras enfrentadas:

Alin eamiento por comparación de diámetros.

Al ineamiento mecánic o automático.

Alineamiento po r inyección y d etección de luz.

VIII.1.1. Ali neamiento po r comparación del diámetro de lascub iertas de las fibras

Este tipo de soldador se compone, básicamente, de las plataformas antes mencionadas

con libertad de movimiento en todos los ejes (x, y, z) y de un microscopio que facilita la

visión del proceso de alineamiento (en versiones más sofisticadas el microscopio sesustituye por una videocámara).

Una vez colocadas las fibras (correctamente preparadas) en sus plataformas, el

operador las alínea, tomando el diámetro de sus cubiertas como referencia. Cuando

considere "a ojo" un alineamiento óptimo procederá a realizar la fusión.

Práctica E3: Soldadura de Fibras Ópticas



a

b

cde

f

g

h

a

b

cde

f

g

h


c. Interruptor de alimentación.

d Interruptor iluminación microscopio



d. Interruptor iluminación microscopio.

e. Selector manual-automático.

En modo manual el operario tiene que desplazar las fibras hasta que sus

extremos produzcan una ligera presión el uno contra el otro.

En modo automático es la propia máquina la que produce esa presión,

cuando se está soldando.

f. Control de potencia del arco voltaico.

g. Mandos para desplazar las fibras según el eje “z”.

h. Botones para hacer saltar el arco entre los electrodos.

VIII.1.3. Ali neamiento po r iny ección y detecc ión de luz

En este caso, la mecánica para alinear las fibras consiste en inyectar luz mediante una

curvatura realizada en la fibra y detectar en el otro extremo por el mismo procedimiento,

como se indica en la Figura E3-2.


curvada (por exceder el ángulo crítico). Esta zona se enfrenta a un fotodiodo para su



detección.

El proceso de alineamiento puede ser realizado por la máquina automáticamente,

valorando la potencia medida, o de forma manual dando una lectura de la potencia extraída

y siendo el operador el encargado de variar los ejes (x, y, z) para encontrar la lectura

máxima.Este tipo de máquinas son las más potentes ya que presentan limitaciones menos

restrictivas en cuanto al tipo de fibra óptica a fusionar pero, en cambio, están limitadas a su

uso con fibras cuya protección cumpla una serie de características específicas con el fin de

poder inyectar y extraer luz por curvatura.

Figur a E3-3


equipos. Esto es debido, principalmente, a que la utilización de estas máquinas a nivel

industrial se realiza en líneas de tendido con localizaciones tan diversas como conductos



metropolitanos o zanjas campestres.

VIII.2. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Objet ivo: Realizar un empalme entre dos fibras multimodo y valorar las pérdidas

introducidas en el acoplo.

Figur a E3-4. Etapas en la realización de una so ldadu ra


VIII.2.1. Preparación de los Extrem os de las Fibras

L ti ió d t ll l i d



Los pasos que a continuación se van a detallar son comunes a cualquier proceso de

acoplo a fibra, ya sea la fusión entre dos de ellas, el acoplo de luz a uno de sus extremos

o la detección de potencia óptica.

La preparación correcta de los extremos de la fibra consta de:

Pelado y limpieza

Corte

Pulido

Cuando se trabaja con una fibra óptica, hay que tener en cuenta que aunque el

núcleo y la cubierta tienen diferentes índices de refracción, visualmente no es posible

identificar el área correspondiente a cada una de ellas. Por tanto, en el laboratorio la fibra

se “verá” como un único cilindro de sílice.

VIII.2.1.a. Pelado y limpieza de la fibra

Las fibras comerciales, debido a su

fragilidad, siempre van recubiertas de

algún tipo de protección o cableado. El

primer paso consistirá en eliminar

cualquier tipo de protección, es decir,

dejar la fibra desnuda.

En general, el cableado más

Figur a E3-5


cables de cobre. El desplazamiento fibra-pelacables debe hacerse en la dirección que

indica la flecha de éste.



Una vez que se tiene la fibra desnuda, hay que proceder a la limpieza de posibles

residuos en su superficie transversal. Para ello se utiliza papel tisú impregnado en

acetona o isopropanol.

VIII.2.1.b. Corte de la fibra

Un corte defectuoso puede producir una serie de efectos no deseados como un aumento

de la potencia reflejada, pérdidas en conexiones y acoplos, etc.

La técnica de corte de una fibra se realiza en dos pasos:

El primero consiste en realizar,

en la superficie transversal de

la fibra, una pequeña incisión

perpendicular al eje de

propagación, mediante una

punta de diamante o una hoja

de carbono.

En el segundo paso se debe

provocar una tensión de igualfuerza a ambos lados de la

incisión, de forma que ésta se

extienda por toda la sección transversal de la fibra (Figura E3-7).

La incisión seguida de la tensión, causa una fractura secuencial de los enlaces

Figur a E3-7


más debido a que la protección adherida hace tope en un estrechamiento del

canal dispuesto a tal fin.



2. Fíjela con la presilla de sujeción.

3. Baje una de las piezas que cubre el canal.

4. Baje la otra pieza que posteriormente se encargará de producir la tensión

sobre la fibra, para su corte.

5. Haga la incisión en la fibra desplazando la pieza que soporta la hoja de corte.

6. Presione sobre la pieza que se encarga de tensar la fibra para su definitivo

corte.


Esta máquina realiza de forma continua los procesos de incisión en la fibra y posterior

tensión para su corte definitivo.



1. Desbloquear la máquina, actuando sobre el mando de la zona posterior.

2. Retire la protección que cubre la punta de diamante encargada de hacer

la incisión sobre la fibra

3. Coloque la fibra en el canal donde

debe alojarse. Hay una escala

graduada que indica la distanciaal punto de corte. Sitúe en el

punto adecuado de esa escala el

extremo de la protección adherida

de la fibra.

4. Fije la fibra con la presilla de

sujeción.

5. Baje suavemente la palanca

superior de la máquina de corte,

que primero hará la incisión sobre

la fibra, y posteriormente el corte definitivo.

6. Vuelva a poner la protección sobre la punta de diamante.

7. Baje la palanca y vuelva a bloquear la máquina.

VIII.2.1.c. Pulido de la superficie transversal de la fibra.

Si el proceso de pelado y corte de la fibra se ha realizado como paso previo al montaje de

Fig. 3-9: Cortadora de f ibra mo delo CT20


La existencia de burbujas puede producirse aún suponiendo un alineamiento y

preparación de los extremos de las fibras perfecto, cuando se procede a la fusión sin haber



realizado una prefusión, ya que la fuente de calor que se utiliza (arco voltaico) caliente lafibra de fuera a dentro y posiblemente se fusionarían las cubiertas de las fibras enfrentadas

y no los núcleos de las mismas (figura E3-10(c)). Con la prefusión de las caras transversales

se consigue que el primer contacto se

produzca en el núcleo y la fusión se

realizará de dentro a fuera. Como

orientación, hay que destacar que la

prefusión se realiza con intensidades de

arco o tiempos de arco inferiores a los

utilizados en la fusión.

Como se indica al principio de este

apartado, lo que se pretende es hacer un

ligero redondeo en el canto de la superficie

transversal de la fibra; si se sobrepasa este

objetivo y la punta de la fibra queda

redondeada, la posterior soldadura

presentará una excesiva atenuación.

VIII.2.3. Al ineam iento , Fus ión y Protec ción

Las etapas restantes del proceso de soldadura son:

Figur a E3-10


La figura E3-10 muestra, de forma esquemática, algunos factores que inducen a una

soldadura defectuosa.



VIII.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: SOLDADURA Y CONTROL

CON EL OTDR

1) Pele y limpie la fibra, siguiendo las instrucciones indicadas en el apartado IX.2.1.a.

(Pelado y limpieza de la fibra). Se deben pelar unos 30 mm de fibra.2) Corte la fibra dejando una longitud desnuda que permita colocarla correctamente en

la plataforma de sujeción del soldador (entre 15 y 20 mm.).

3) Levantando las presillas de sujeción, coloque ambos extremos en las

correspondientes plataformas y vuelva a bajar las presillas; compruebe que éstas

apoyan sobre una zona de fibra con protección adherida. Si lo hacen sobre la fibradesnuda no se sujetará correctamente a la máquina de soldar, debido a su reducido

diámetro. Observando por el microscopio, asegúrese que los cortes son

suficientemente aceptables.

4) Con el mando de movimiento en la dirección z, sitúe la punta de una de las fibras en

el camino del arco y retire ligeramente la otra. Proceda a la prefusión de ese

extremo. Debe utilizar una corriente de arco de 75 ( AC ADJUST ) durante 4

segundos, o aplicar 3 ó 4 descargas breves (el tiempo se controla manualmente presionando

simultáneamente los dos mandos de descarga del arco, situados en los laterales del soldador).

Para verificar que la punta de la fibra está situada correctamente observe por el

microscopio el proceso de prefusión. Repita el paso anterior hasta que observe que


Tenga especial cuidado de no manipular cerca del arcovoltaico cuando esté en descar a



5) Retire ligeramente el extremo redondeado y repita la misma operación con el otro

extremo de fibra.

6) Acerque las fibras de forma que ambas se puedan visualizar en el microscopio (sin

tocarse) y de manera que el enfrentamiento de sus caras quede justamente en el

camino del arco voltaico.

7) Proceso de alineación: En la máquina empleada, la alineación está fijada por la

situación de las presillas de sujeción. Si observa en el microscopio alguna anomalía

en el enfrentamiento de las fibras, sáquelas de la plataforma y vuelva a colocarlas.

8) Conecte uno de los carretes al latiguillo del OTDR y deje libre el otro extremo.

Escoja un rango de distancias adecuado (4 km, para abarcar toda la línea) y

seleccione el LD de 1300 nm si no lo está ya. Obtenga la traza del OTDR y observe

que el final de la traza está a la distancia adecuada (longitud del primer carrete)

9) Con el mando de movimiento en z acerque las fibras de forma que queden

enfrentadas en el camino del arco voltaico. Observe y recuerde en qué dirección ha

girado los mandos para separar o acercar las fibras.10) Acerque las fibras hasta que entren en contacto y se presionen levemente

(Utilizando el procedimiento manual). Vuelva a obtener la traza del OTDR. Si las

fibras están bien enfrentadas debería ver la traza con una longitud suma de los dos

carretes. En la intersección de los carretes debería ver un evento reflexivo con

voltaico cuando esté en descar a.


13) Mida y anote el nivel de pérdidas existente en la soldadura. Para ello, active

alternativamente los cursores A y B, y colóquelos a ambos lados de la soldadura.



Tome el dato A –B que ofrece el instrumento en pantalla. Si la medida deatenuación es superior a 0,5 dB repita la descarga. Si no mejora, repita la soldadura

desde el principio.

Sea consciente de que según vamos dando sucesivas descargas a la unión, ésta va

mejorando; mejora que se manifiesta en una mayor uniformidad de la superficie de la

zona soldada y una menor atenuación; hasta que llegamos a un punto óptimo, apartir del cuál se deteriora rápidamente la calidad de la soldadura.

14) Una vez concluida la soldadura repita la medida de la atenuación empleando el

diodo láser de primera ventana del OTDR. Compare los resultados.






IX. Práctica E4: Modos Guiadosen Fibras Ópticas

Práctica Opcional


confinamiento cilíndrico a que se ve sometida la radiación en una guíaonda circular como

es la fibra óptica.



El cálculo exacto de la distribución de modos en guíaondas circulares es bastante

complicado, a causa del confinamiento existente en dos direcciones ortogonales. Los

modos que se originan por esta circunstancia difieren bastante de los simples TE y TM

que surgen en GO planas (confinadas en una sola dimensión), y su tratamiento

exhaustivo resulta muy laborioso.

Afortunadamente existe una aproximación (modos débilmente guiados o weakly-guidedmodes, WGM) que simplifica el cálculo de forma notable, y que se puede aplicar en todos

los casos de interés. Se describen someramente a continuación las “familias” más

relevantes de modos en fibras ópticas, y posteriormente se desarrolla el modelo

simplificado.

IX.1. MODOS EN GUÍAONDAS PLANAS Y CIRCULARES Sea una GO plana en la que se propaga

radicación según el eje z, confinada solamente en

la dimensión x. Los modos obtenidos tienen una

componente E z o H z nula, es decir, son

transversales eléctricos (TE) o magnéticos (TM).

En la Fig. E4-1 se muestra la distribución de

campo de los cuatro primeros modos TE de una

GO plana simétrica. El campo tiene una variación

armónica en el interior del film o núcleo, y además no está estrictamente confinado al

Fig. E4-1. Mod os en un a guíaon da planas imétr ic a

Práctica E4: Modos en Fibras Ópticas

generalmente se traduce en una pérdida de potencia de los modos guiados en el núcleo,

en especial los de orden más alto.



En la práctica se suele recubrir la cubierta de la fibra con un material que produzca

pérdidas por radiación hacia el exterior, scattering y/o absorción.

IX.1.2. Modos co n pérd id as o leaky

A distancias cortas, la distinción entre modos guiados y no guiados se hace tenue. Una

buena parte de modos inclinados no están bien confinados, y van perdiendo potenciadurante su propagación. Incluso en modos meridionales, la condición de guiado

12 knkn 1

que separa los modos confinados de los no guiados, no es siempre determinante de que

la señal luminosa se transporte por modos que cumplen esa condición. Recuérdese que

es la constante de propagación, =kn1·sen . Para más detalles, consúltese el apartadoFund II.2.

En los modos leaky se cumple que

kn2 2

La mayoría de modos de este tipo desaparece al cabo de unos cuantos cm de fibra, pero

algunos con bajas pérdidas pueden “sobrevivir” hasta 1 km. En trayectos cortos, una

parte bastante notable de la potencia óptica transportada por la fibra puede deberse a

estos modos.

IX.1.3. Modo s meridionales en fibras ópticas


IX.1.4. Modos incl in ados o skew

Además de los modos meridionales, las FO



Además de los modos meridionales, las FO

soportan otros en los que ni E z ni H z son nulos.

Estos modos híbridos corresponden a trayectorias

torcidas o inclinadas (“skew rays” , Fig. E4-2) en

modelo de rayos, que describen órbitas helicoidales

en la FO. Reciben el nombre de modos HE lm o

EH lm, dependiendo de si es el campo magnético H o el eléctrico E el que tiene mayor contribución al

campo transversal.

IX.1.5. Modos débilm ente gui ados

La resolución exacta de las ecuaciones de Maxwell que describe la propagación enguíaondas dieléctricas homogéneas y cilíndricas (es decir, en fibras ópticas) es

matemáticamente complicada (se deben resolver las seis componentes híbridas del

campo electromagnético) y conduce a resultados complejos. Afortunadamente, se puede

simplificar considerablemente el tratamiento, con muy pocas pérdidas de exactitud, si se

restringe el estudio a las FO empleadas en Comunicaciones Ópticas, o más bien a las FO

con una diferencia de índices muy baja, n1 –n2 << n1. La condición implica que sólo se

guiará radiación con incidencia casi rasante , o lo que es lo mismo, que la apertura

numérica NA de la fibra es baja. En tal caso, la distinción entre modos meridionales e

inclinados se difumina.

La aproximación se denomina de modos débilmente guiados o weakly-guided

Fig. E4-2. Trayecto ria helico idal de unskew ray


modos degenerados como combinación lineal con una constante de propagación común

ya que, a todos los efectos, la radiación guiada por cualquiera de los modos del grupo se



va a comportar de la misma manera, con independencia del modo concreto que latransporte. En resumen, la adopción de modos LP permite evitar el uso de los modos EH,

HE, TE y TM anteriores dentro de la aproximación WGM . En la Tabla I se muestran las

correspondencias entre modos exactos y modos LP.

Modos LP

(ordenados porfrecuencia de corte)

Modos exactos y númeroNº de modos total en

el modo LP

LP01

LP11

LP21

LP02

LP31

LP12

LP41

LP22

LP03

HE11 2

TE01, TM01, HE21 2

EH11 2, HE31 2

HE12 2

EH21 2, HE41 2

TE02, TM02, HE22 2

EH31 2, HE51 2

EH12 2, HE32 2

HE13 2

2

4

4

2

4

4

4

4

2

Tabla I . Correspondencia entre modos exactos y L P de m enor frecuencia de cor te




En el siguiente apartado se incluye de forma resumida el tratamiento matemático que

conduce a la obtención de modos. Partiendo de la E.Max., se llega a la ecuación de onda

y se resuelve el caso particular con las condiciones de contorno de la fibra, y laaproximación WGM. Si no desea profundizar en el desarrollo matemático, puede pasar

directamente al apartado X.3 .

IX.2. RESOLUCIÓN DE LAS ECUACIONES DE LA GUÍAONDA

Para estudiar la propagación de ondas electromagnéticas por una guíaonda cilíndrica,parece apropiado utilizar un sistema de coordenadas cilíndricas (r, , z ). La

propagación de la OEM se hace en el eje z , y las componentes transversales x e y se

transforman en r y , lo que permite aprovechar las propiedades de simetría de la GO.

La OEM que se propaga por z tiene una dependencia funcional

E E r j z t 0 ( , ) exp ( ) 3a

H H r j z t 0 ( , ) exp ( ) 3b

que es armónica en z y t . El parámetro es la constante de

propagación, es decir, la componente z del vector de

ió k E GO ilí d i l i

Figura E4-4. Los cu atro primeros m odos L P


z

E j E 5



t

E j E 6

Las ecuaciones son:

1

r

E jr E j H

z

r

7a

E

r j E j H

z

r 7b

1

r

rE

r

E j H

r

z

7c

Idéntico cálculo puede hacerse con el campo magnético, obteniendo:

1

r

H jr H j E

z

r

8a

H

r j H j E

z

r 8b

1

r

rH

r

H j E

r

z

8c

Este es el conjunto de seis ecuaciones que se mencionaba en un principio, antes de


E

E

r r

H

r

z z



E

H

H

j

q

r E

H

r

r

H

H r

r

E

E

r

r

r

z

z

z

z

z

z

2

1

1

9

siendo q k 2 2 2 2 2

.

Sustituyendo las dos ecuaciones inferiores en 8c se obtiene la correspondiente

ecuación de onda en coordenadas cilíndricas:

2

2 2

2

2

21 1

0 E

r r

E

r r

E q E

z z z

z 10

y con las otras dos se obtiene la equivalente para H z :

2

2 2

2

2

21 1

0 H

r r

H

r r

H q H

z z z

z 11

Si se observan las ecuaciones 10 y 11, se comprueba que E z y H z aparecen de forma

independiente. Aparentemente, las componentes longitudinales de E y H están

desacopladas, y se puede escoger cualquier valor arbitrario de una sin que la otra se

afecte. Lo cierto es que aún no hemos impuesto las condiciones de contorno que dicta la

propagación por una GO cilíndrica. Si estas condiciones no implicasen, en algún caso, el

acoplamiento entre E y H , se podrían obtener soluciones con E z = 0 (modos TE) o H z = 0

(modos TM). En los demás casos, si tanto Ez 0 como Hz 0, se obtendrán modos HE o


Los factores F 3(z) y F 4(t) vienen dados por la propia definición de campo realizada

en 3:



F z F t j z t 3 4( ) ( ) exp ( ) 13

La función F 2 ( ) puede evaluarse considerando la simetría circular de la GO (al fin y al

cabo, para eso utilizamos coordenadas cilíndricas). Se supone implícitamente que la

sección de la FO es perfectamente circular y constante y que el perfil de índices tiene

simetría radial. Todo ello es bastante exacto en fibras con perfiles especiales.

La dependencia funcional ha de ser tal que las componentes del campo no se

modifiquen cuando la coordenada se incrementa o decrementa en cantidades

múltiplo de 2. Suponemos por tanto una dependencia funcional periódica de la forma:

F j2 ( ) exp( ) 14

Para cumplir la condición, la constante ha de ser entera, positiva o negativa. La

imp osición de una condición periódica dictada por la periodicidad del campo da lugar

a la aparición de modos (estrictamente, familias de modos).

Sustituyendo en la ecuación de onda 10 los factores evaluados hasta ahora, nos

queda:

2

12 1 2

2

2 1

10

F

r r

F

r q r F

15

En esta ecuación se observa que el factor F 1 que nos faltaba, y que contiene la

función radial, tiene una dependencia que corresponde a la form a diferencial de las

funcio nes de Bessel . Se puede deducir una ecuación idéntica para H z .


Para resolver la

ecuación 15 se ha de tener



en cuenta que, para cadamodo guiado, el campo ha

de ser finito en el núcleo, y

en concreto para r 0, mien-

tras que en la cubierta habrá

de tender a 0 cuando r .

En estas circunstancias, las

soluciones para r<a (siendo a

el radio del núcleo) habrán

de ser funciones de Bessel

de primera clase y orden

(Fig. E4-6), para las que

emplearemos la notación J (ur), siendo

u k k n 1

2 2 2

1

2 2 16

Así pues, las expresiones para E z y H z en el núcleo quedan como sigue:

E r a AJ ur j j z t z ( ) ( ) exp( ) exp[ ( )] 17

H r a BJ ur j j z t z ( ) ( ) exp( ) exp[ ( )] 18

siendo A y B constantes arbitrarias.

En la parte externa (r>a), las soluciones que se adaptan a las condiciones

t l f i d B l difi d d d l l

Fig. E4-6. Func iones J de Bessel de los tres órdenes más bajos.Los cor tes por 0 determinan los rangos de los modo s.


que es un límite inferior para . El límite superior viene dado por el comportamiento de

J (ur). Para que F 1 sea real en el núcleo, u ha de ser real. Por lo tanto



k 1 23

Así pues, el rango de soluciones aceptables para es:

kn k k kn2 2 1 1 24

siendo k=2 /=/c , la constante de propagación en el vacío, y k 1=/v 1 y k 2 =/v 2 , las

respectivas constantes de propagación en ambos medios.

IX.2.2. Ecu ación Modal

Las soluciones para

pueden determinarse a partir

de las condiciones de

contorno. Las componentes

tangenciales de E z y E han

de conservarse a uno y otro

lado de la interfase, tomando

el mismo valor para r=a. Lo

mismo sucede para H z y H .Con ello podemos plantear

un sistema de cuatro

ecuaciones que permita

calcular las cuatro incógnitas


Utilizando las ecuaciones 9 con 17 y 18 se puede calcular E 1, mientras que si se

emplea con 20 y 21 se puede calcular E 2 . Igualando para r=a



0)('

)(

)('

)(

2

221

wawK Bwa K a

jC

w

j

uauJ Bua J a

j A

u

j E E

28

donde X’ indica diferenciación respecto al argumento. Idéntico tratamiento puede

aplicarse a H , obteniendo un juego equivalente de ecuaciones: BJ ua DK wa ( ) ( ) 29

0)('

)(

)('

)(

22

1221

wawK C wa K

a

j D

w

j

uauJ Aua J a

j B

u

j H H

30

(Obsérvese que en 28 se utiliza una sola permeabilidad –que será igual a la del

vacío – mientras que en 30 se distingue entre 1 y 2.) Componiendo 25, 28, 29 y

30 como sistema de ecuaciones se plantea el determinante:

0

)()('

)()('

)(0)(0

)(')()(')(

0)(0)(

2

2

2

1

22

wa K aw

wa K w

jua J

auua J

u

j

wa K ua J

wa K w

jwa K aw

ua J u

jua J au

wa K ua J

31

que se iguala a 0 para encontrar las soluciones. La evaluación de este determinante


IX.3. MODOS EN FIBRAS DE ÍNDICE ABRUPTO

J



Las funciones J de Bessel tienen un comportamiento oscilatorio amortiguado (Fig. E4-6)que hace que cada una corte por cero m veces, es decir, que cada tenga m raíces.

Llamaremos m a estas raíces. Los modos que definen serán TEm, TM

m, HEm o EH

m

(Fig. E-8). En una GO dieléctrica circular, todo s los mo dos son híbridos excepto los

de =0. En estos últimos, se anula el miembro derecho de 32 y se obtienen dos

ecuaciones:

000 KJ 34

00

2

20

2

1 KJ k k 35

y utilizando las relaciones de recurrencia

)()(')()('1010 r K r K r J r J 36

quedan

J ua

uJ ua

K wa

wK wa

1

0

1

0

0( )

( )

( )

( ) 37a

k J u a

uJ ua

k K wa

wK wa

1

2

1

0

2

2

1

0

0( )

( )

( )

( ) 37b

La primera corresponde a los modos TM om y la segunda a los TE 0m.

Cuando 0, la solución estricta de 32 ha de hacerse por cálculo numérico,

como ya se ha comentado. Existen sin embargo excelentes aproximaciones basadas en

la proximidad de índices entre núcleo y cubierta, es decir, en la suposición que soporta la

G


que conducen eventualmente a la

definición de modos LP. Estos

l i



modos, que no son valores propios

(autovalores), sino combinaciones

lineales de éstos, se deberían aplicar

desde un punto de vista estricto a

modos degenerados (es decir, con

idéntica ). Las combinaciones

escogidas corresponden a modos

que son d egenerados d entro de la

aproximación; por lo tanto, la

utilización de modos LP será

aceptable o no dependiendo de lo

buena que la propia aproximaciónsea, lo cual depende en último

término de la proximidad de los índices de núcleo y cubierta.

Tabla I I. Condic iones de c or te de los m odos exactos en una GO circular

Índ ic e Modo Condic ión de cor te

0 TE0m, TM0m J ua0 0( )

1 HE1m, EH1m J ua1 0( )

>1 EHm J ua( ) 0

n ua1

2

Fig. E4-8. Soluc iones exactas HE, EH, TE y TM ob tenidas enuna FOIA, en función de la frecuencia norm al izadaV. Obsérvese c ómo se aso cian uno o v arios

modos con constantes de propagac ión muysimi lares para form ar modos L P.


Las condiciones de corte pueden expresarse en función de la frecuencia

normalizada, también llamada parámetro V :

2 2



V a

n na

2 2

1

2

2

2

NA 39

siendo NA la apertura numérica. Asimismo se puede relacionar con u y w :

V a u w 2 2 40


IX.3.2. Diagrama b-V de los modos LP

En resumen, el diagrama de la figura E4-8 se suele expresar comúnmente en función de



parámetros normalizados. El resultado es un diagrama b-V como el de la Fig. E4-9. En

esta figura, además, se han introducido modos LP, combinaciones lineales de los modos

de la anterior figura agrupados del modo que se mostraba en la misma.

Cada modo es guiado a partir de un valor concreto de V . Los modos se cortan

cuando

=kn 2 (esto es, cuando b=0 ). El modo HE11 carece de frecuencia de corte; sólo

deja de propagarse cuando se hace cero el diámetro del núcleo.

Los números de los cuadros de la figura corresponden a índices m de los modos

LP. Para saber de qué modos

exactos procede cada modo LP,

basta con observar el valor de ,

tal como se puede comprobar enla Tabla III. Nótese que sólo

aparecen modos TE y TM con

=0, es decir, pertenecientes a la

curva J 0 de Bessel (véase 34).

Es interesante relacionar los valores obtenidos aquí con una gráfica normalizadade las funciones de Bessel (Fig. E4-10). Se observa que cada frecuencia de corte

corresponde al paso por cero de una determinada curva. Por ejemplo, el modo LP02

comienza a existir a partir de V=3,83, primer corte de J 1 por cero, mientras que el modo

LP12 existe a partir de V=5,52 , segundo corte de J 0 por cero. Tanto en esta figura como

Tabla III . Modos que intervienen en la com bin aciónl ineal de cada mod o LP .

Índi ce delmodo LP

TE TM HE EH

0 -- -- 1 --

1 0 0 2 --

>1 -- -- +1 –1


Así pues, para conseguir

una fibra óptica monomodo

b t d i á t



basta con reducir su parámetroV por debajo de 2,4. Según la

expresión de este parámetro

que se daba en 39, para

reducirlo se puede:

Reducir el radio delnúcleo de la fibra.

Reducir la aperturanumérica NA, aproximan-do los índices de núcleo ycubierta.

Aumentar la longitud deonda.

Una FO monomodo actual tiene un núcleo con un diámetro entre 4 y 9 m (unas

pocas longitudes de onda). La diferencia de índices es también muy baja, n

0,1-

0,2%. La longitud de onda suele venir predeterminada por la aplicación, por lo que no

suele ser un parámetro con el que se pueda contar en este contexto. En todo caso,

conviene recordar que una FO monomodo en 3ª ventana, por ejemplo, no es

necesariam ente monomodo en 2ªó 1ªventana . Expresado de otra forma, para calificaruna FO de monomodal hay que especificar la longitud de onda a que se trabaja; cualquier

FO deja de ser monomodo reduciendo lo suficiente.

IX.3.3. Selec ción de FOs par a la práct ic a

Fig. E4-10. Los cortes por cero d e las funcion es J deBessel determinan las frecuencias de corte delos modo s.


El cálculo de V (ver 39) es 2,11 para esa longitud de onda (1310 nm). Como V es

inversamente proporcional a , aumenta hasta V = 4,37 a 632,8 nm. Llevado al diagrama

b V b í l 4 i d LP l t d



b-V , se observa que a esa se guían los 4 primeros modos LP, que son los mostradosen la Figura E4-4.

IX.3.4. Modos e intensid ad lum inos a

Los modos guiados de una FO son soluciones matemáticas que predicen distribuciones

de campo eléctrico aceptables dentro de las condiciones establecidas por el mediodieléctrico y el confinamiento. Sería de esperar que tales soluciones se correspondieran

con algo más tangible, como es la distribución de potencia luminosa en el plano

transversal de la FO. La cuestión tiene dos facetas: la propia distribución transversal de

potencia y el transporte de dicha potencia luminosa por la FO. Este segundo aspecto no

se trata aquí. Por lo que respecta a la distribución, conviene recordar que el hecho de

que un a guía sopo rte un d etermin ado modo no s ignif ica necesariamente que dicho

mo do con tenga energ ía lum ino sa. En la práctica modificaremos la propagación en la

fibra para hacer que la potencia se guíe preferentemente por uno u otro modo

Cuando se acopla un emisor a una fibra, se excitan unos modos más que otros,

Ident i f icación de mod os por su dist r ibución lumino sa

Como curiosidad, es posible saber qué modo LP corresponde a una determinada distribución transversal de

luz. Recuérdese para ello que el índice del modo aparece ligado a la dependencia angular (variable )

mientras que m , asociado a cortes en funciones de Bessel, es un índice radial.

El primero de los índices, , se calcula contando el número de máximos de intensidad que aparecenen una vuelta completa a la sección, tomando como centro el eje de la FO. El índice es la mitad del resultado(nótese que el número de máximos de intensidad es el doble que el de campo, ya que va con |E|2 ). Elsegundo es el número de máximos que corta un radio desde el centro hasta la interfase con la cubierta.


Cualquier imperfección o curvatura de la

FO genera un nuevo juego de modos que se

h í d l t i t itid l



haría cargo de la potencia transmitida por elhipotético modo solitario. Este tipo de reparto se

denomina termalización puesto que equivale a la

migración de calor entre una parte fría y otra

caliente de un material o fluido. El mismo

mecanismo excita ocasionalmente modos no

guiados, influyendo en la atenuación de la FO

(pérdidas en curvaturas por encima de radio

crítico, por ejemplo).

Por esta razón, la distribución luminosa que se observa en el extremo de una FO

suele carecer de los máximos radiales y circulares predichos por la teoría de modos,

aunque en laboratorio pueden llegar a separarse al menos en trayectos cortos. Porejemplo:

puede variarse el ángulo de incidencia, y aprovechar la dependencia con el

ángulo de las constantes de propagación.

también puede recurrirse al uso de polarizadores. Al ser l inealmente

polarizados , unos modos LP son ortogonales respecto a otros, pudiendovisualizarse por separado sin más que interponer un polarizador entre la fibra y

la pantalla de proyección.

Fig. E4-11. Bo ceto de la in tensidad lum ino- sa q ue se obs ervaría en u n c orte

transversal de una FO si sólo seexci tase un modo.


Desarrollo de la Práctica



Intro du cc ión al manejo de la cámara

Durante el desarrollo de esta práctica se utilizará una webcam con visión infrarroja para

capturar las imágenes obtenidas.

Sobre el objetivo de la cámara se ha colocado un difusor graduado sobre el que se

proyectarán los patrones de campo lejano.

Para manejar la obtención de imágenes en la webcam debe abrir el programa

Webcam Station Evolution SE , cuyo icono se puede encontrar en el escritorio.


2 Láseres He-Ne rojos (632,8 nm)

1 Láser He-Ne verde (543,5 nm)

1 Caja de emisores

1 Kit de acoplo a fibra desnuda

2 Kits de acoplo He-Ne FC

1 Cámara de vídeo

1 Ordenador con tarjeta capturadorade vídeo

1 Soporte fibra FC

1 Soporte fibra desnuda

1 Cable coaxial RCA - RCA (2,5 m)

1 Cordón de Fibra SM (1300 nm)

1 Cordón de Fibra SM (visible)

1 Cinta métrica




Para configurar la cámara debe pulsarse el icono del programa con forma de “sol”

situado en el lateral izquierdo del programa. Esto abrirá la ventana de Ajustes de

video.


Las imágenes recogidas por la cámara no deben estar saturadas. Para ello, cuando

proyecte la salida de una fibra sobre el difusor del objetivo debe ajustar el obturador hasta

que no haya zonas blancas En caso contrario las medidas realizadas serían erróneas



que no haya zonas blancas. En caso contrario las medidas realizadas serían erróneas.

IX.4. VISUALIZACIÓN DE MODOS TRANSMITIDOS EN UNA FIBRA

Objet ivo : El objetivo de esta práctica es confirmar visualmente los patrones de campo

permitidos en la propagación de radiación luminosa por una fibra. Para ello, es necesarioseleccionar la propagación individual de cada uno de los modos. Se puede conseguir, como

ya se ha comentado, gracias a que cada modo se propaga con un ángulo diferente. De esta

forma, seleccionando adecuadamente el ángulo con el que se enfoca el haz procedente

del láser sobre la superficie transversal de la fibra, se logra la propagación predominante de

un modo específico (de los posibles guiados).

Si se utilizan fibras de mayor radio; sin embargo, al permitir la propagación de un

número elevado de modos, resulta más complicado seleccionar la propagación individual de

cada uno de ellos.

La obtención de la configuración de campo eléctrico se realiza mediante la técnica

denominada de Campo Cercano . La diferencia entre un patrón de campo lejano o cercano,

está relacionada con la distancia que existe entre la salida de la fibra óptica y el plano de

observación. Si el objetivo de esta práctica fuera la "medida" de los patrones de campo,

deberíamos colocar la pantalla de observación prácticamente pegada a la salida de la fibra,

o bien una lente que amplificara la imagen obtenida justo en la cara final de la fibra.

No obstante como el objetivo perseguido es una "visualización" de las formas


Procedimiento Experimental

1. En primer lugar es necesario acoplar el haz procedente del láser de He-Ne a una

fibra con las características indicadas en el apartado X 3 3 mediante el Kit de acoplo



fibra con las características indicadas en el apartado X.3.3 mediante el Kit de acoploF-916. Como no se realiza ninguna medida de potencia, el acoplo se considerará

óptimo cuando se observe en la pantalla un patrón de campo de un rojo intenso,

correspondiente a alguno de los patrones mostrados en la en la figura E4-4.

2. En principio, proyecte el patrón de salida sobre una pantalla utilizando los postes y

bases necesarios. Observe y dibuje patrón de campo obtenido.3. Proyectando el patrón de campo sobre el objetivo de la cámara digitalice la

configuración observada.

4. Varíe el ángulo de incidencia del haz de entrada manipulando alguno de los

mandos del Kit de acoplo F-916. Se recomienda una variación muy lenta y

secuencial de los mandos para no perder la señal. Con este procedimiento debe

conseguir la propagación individual de cada uno de los cuatro modos de menor

orden. Dibuje y digitalice las imágenes que obtiene.

5. Vuelva a jugar con los mandos hasta conseguir una distribución de campo que

crea que corresponde a la propagación de dos modos. Coloque la lámina

polarizadora detrás de la fibra de salida y gírela lentamente hasta visualizar y

digitalizar cada uno de los modos dependiendo de la posición de giro de la lámina.

Mediante este procedimiento aísle los modos de la figura E4-4.

Nota: Grabe todos los ficheros que digitalice en el “escritorio”, cópielos en u n dis quete al finalizar la

práctica y bórrelos del “escritorio” a continuación.


2. Proyecte la salida sobre una pantalla y anote si se observa algo.

3. Varíe la velocidad del obturador de la cámara hasta que la imagen esté

completamente oscura



completamente oscura.

4. Active la iluminación nocturna.

5. Enfoque el extremo situado en el soporte de proyección al objetivo de la cámara.

6. Ajuste la velocidad del obturador de la cámara hasta que la imagen no esté saturada.

7. Mida el tamaño de la imagen proyectada y la distancia desde el extremo de la fibra a


Puede ser necesaria la uti l ización de una camp ana para elimin ar la luz ambiente

8. Calcule la apertura numérica a dicha longitud de onda.

9. Suba la corriente de polarización del LED al máximo.

10. Repita los apartados 6, 7, y 8, del ejercicio anterior.

11. Desactive la iluminación nocturna.

12. Baje al mínimo la corriente de polarización del LED y desmonte el cordón del extremo

de la caja de emisores.

Valo r típic o AN: 0,09

AN a 543 nm

1. Conecte un extremo del cordón monomodo (amarillo) al láser verde y el otro extremo

al soporte de proyección.

2. Abra el obturador del láser.

3. Proyecte el extremo de salida sobre una pantalla. Dibuje la distribución modal


10. Desmonte el cordón de la salida del láser.

11. A partir de los valores de apertura numérica calculados y conociendo que el radio del

núcleo de la fibra es de 5 micras calcular cuantos modos es posible acoplar a



núcleo de la fibra es de 5 micras calcular cuantos modos es posible acoplar a543 nm.

v= nº de modos= .

IX.6. MEDIDA DE LA APERTURA NUMÉRICA EN UNA FIBRA

MONOMODO EN EL VISIBLE

Objetivo: Medida de la apertura numérica de una fibra monomodo en visible a

543,5 nm.

Método de medida

Acoplando un cordón monomodo en visible (cordón de color verde) a la salida FC de un

láser verde y proyectando la imagen sobre una pantalla situada sobre el objetivo de una

cámara. La apertura numérica se calcula de modo análogo al apartado anterior.

1. Conecte un extremo del cordón monomodo (verde) al láser verde y el otro extremo al

soporte de proyección.


3. Ajuste la velocidad del obturador de la cámara hasta que la imagen no esté saturada.

4. Mida el tamaño de la imagen proyectada y la distancia desde el extremo de la fibra a


5. Calcule la apertura numérica a dicha longitud de onda.

Val o r típ ic o 0,08


destructivamente entre ellos en cualquier plano perpendicular a la trayectoria de transmisión

de la fibra.



Recuerde que la luz asociada con un a emisión estimu lada, com o es el caso de un láser, est

en fase. El t iempo en el cual la onda se m antiene continuamente en fase se denomin a tiempo

de coherenc ia, c , y depende del ancho esp ectral de la fuente. La distancia a lo largo de la

dirección de pro pagación so bre la cual la radiación p ermanece en fase se denom ina longitud

de coheren cia, l c .

Así, el patrón de radiación que se puede observar al final de la fibra adopta una forma

peculiar, compuesta por multitud de pequeñas manchas que se denominan “speckles”. El

número de speckles presentes en el patrón speckle es proporcional al número de modos

que se están propagando por la fibra ya que cada speckleel se corresponde con la

interferencia de un par de modos específico.

Después de una distancia de propagación suficiente la dispersión modal puede

producir un retardo de propagación relativo entre varios modos que exceda el tiempo de

coherencia de la luz. Si esto sucede, el patrón speckle observado tendrá un fondo con un

nivel de radiación uniforme.

Por otro lado, los modos que se propagan por la fibra, debido a imperfecciones

estructurales de ésta o a causas externas a ella, pueden intercambiar parte de la energía

que portan produciéndose lo que se denomina acoplo entre modos Este intercambio de


Método de medida: Acoplar la luz procedente de un láser verde a una Fibra una fibra

multimodo y proyectar el patrón de salida sobre una pantalla.

1 Conecte un extremo del cordón multimodo al láser verde y el otro extremo al soporte



1. Conecte un extremo del cordón multimodo al láser verde y el otro extremo al soporte

de proyección.


3. Proyecte la radiación de salida de la fibra sobre una pantalla y observe el Patrón

generado.

4. Compruebe la variación del Patrón de Speckle con variaciones en el camino detransmisión. Para ello mueva el cordón de fibra al tiempo que observa el patrón.

APÉNDICE 1: TRATAMIENTO NUMÉRICO Y GRÁFICO DE LAS IMÁGENES

ALMACENADAS 1. Fuera del laboratorio, el alumno podrá realizar representaciones gráficas

(bidimensionales o tridimensionales) del perfil de la distribución de energía luminosa.

Se recomienda realizarlo con Matlab mediante el procedimiento siguiente:

Copiar el archivo “archivo.bmp” en el directorio \MATLAB\toolbox\matlab\iotun

Teclear en la línea de comandos de Matlab:

>> a=imread (‘archivo’,’bmp’);

esto nos guarda una matriz (a) de valores de intensidad luminosa del fichero

“ hi b ”

P OR F AVOR , AL ACABAR LA P RÁCTICA D EJE EL P UESTO T AL C OMO LO E NCONTRÓ. N O

APAGUE EL O RDENADOR NI C IERRE LOS SHUTTER DE LOS LÁSERES .

ANEXO HOJAS DE CARACTERÍSTICAS

Anexo Manual LCOP



ANEXO: HOJAS DE C ARACTERÍSTICAS En las siguientes páginas se encuentran las hojas de características de algunos de los

componentes utilizados en las Prácticas. Con el fin de ilustrar los diferentes tipos de

información que es posible manejar, se han incluido tres tipos de características: A)

Normativa que debe cumplir un componente, como por ejemplo, la fibra. B)

Características genéricas de una serie de componentes, dadas por su catálogo, como en

el caso de emisores y receptores, y C) Características concretas de un componente,

medidas por el fabricante, como en el caso de los acopladores y WDMs. En algunos

casos (los láseres) se han incluido características de los tipos B y C.

A continuación se incluye una lista de los componentes cuyas características se adjuntan

y sus nombres comerciales y/o fabricantes:

Componente Referencia Página

Fibra monomodo Categoría 2 A 3

Fibra multimodo Categoría 0 A 7

Fibra de plástico (POF) HFBR-R A 11

Red de difracción de Bragg en fibra 3M Fiber Bragg Grating Technologies A 13

LED 650 nm HFBR-1527 A 17

LED 820 nm HFBR-1414T A 21

LED 1300 nm HFBR-1312T A 29

Manual del Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Anexo Componentes Anexo Manual LCOP



Anexo Manual LCOP



Anexo Manual LCOP



4 of 62

Anexo Manual LCOP



Anexo Manual LCOP



Anexo Manual LCOP



Anexo Manual LCOP

8 of 62



Anexo Manual LCOP



Anexo Manual LCOP



Plastic Optical Fiber and

HCS® Fiber Cable andC f V il Li k

Anexo Manual LCOP



Connectors for Versatile Link

Technical Data

Features

• Compatible with HP Versatile

Link Family of Connectors

and Fiber Optic Components

• 1 mm Diameter Plastic

Optical Fiber (POF) in TwoGrades: Low Cost Standard

POF with 0.22 dB/m Typical

Attenuation, or High

Performance Extra Low Loss

POF with 0.19 dB/m Typical

Attenuation

• 200 µm Diameter Hard Clad

Silica (HCS®) Fiber with

8 dB/km Typical Attenua- tion, Riser or Plenum Rated

Jackets, Superior

Mechanical Strength

Applications

• Industrial Data Links for

F A i d

• Reduction of Lightning and

Voltage Transient

Susceptibility

• High Voltage Isolation

Cable DescriptionThe HFBR-R/EXXYYY series of

plastic fiber optic cables are

constructed of a single step-index

fiber sheathed in a black poly-

ethylene jacket. The duplex fiber

consists of two simplex fibers

joined with a zipcord web.

Standard attenuation and extra low loss POF cables are identical

except for attenuation

specifications.

The HFBR-H/VXXYYYY series of

hard clad silica fiber optic cables

are constructed of a single step

HFBR-RXXYYY Series (POF)HFBR-EXXYYY Series (POF)HFBR-HXXYYY Series (HCS)HFBR-VXXYYY Series (HCS)

d B / k m

620

1000

1660

10

100

680640 700

HCS

POF

Plastic Optical Fiber Specifications: HFBR-R/EXXYYY

Absolute Maximum Ratings

Parameter Symbol Min. Max. Unit Note

Anexo Manual LCOP



y

Storage and Operating Temperature TS,O -55 +85 °C

Recommended Operating Temperature TO -40 +85 °C

Installation Temperature TI -20 +70 °C 1

Short Term Tensile Single Channel FT 50 N 2

Dual Channel FT 100 N

Short Term Bend Radius r 25 mm 3, 4

Long Term Bend Radius r 35 mm

Long Term Tensile Load FT 1 N

Flexing 1000 Cycles 4

Mechanical/Optical Characteristics, T A = -40 to +85°C unless otherwise specified.

Parameter Symbol Min. Typ.[5] Max. Unit Condition

Cable Standard Cable, αO 0.15 0.22 0.27 dB/m Source is HFBR-15XX Attenuation Type "R" (660 mm LED, 0.5 NA)

Extra Low Loss, 0.15 0.19 0.23 = 50 meters

Type "E"

Reference Standard Cable, αR 0.12 0.19 0.24 dB/m Source is 650 nm,

Attenuation Type "R" 0.5 NA monochrometer,

Extra Low Loss, 0.12 0.16 0.19 = 50 meters

Type "E" Note 7, Figure 1

Numerical Aperture NA 0.46 0.47 0.50 >2 meters

Diameter, Core and Cladding DC 0.94 1.00 1.06 mm

Diameter, Jacket D J 2.13 2.20 2.27 mm Simplex Cable

Propagation Delay Constant l/v 5.0 ns/m Note 6

Mass per Unit Length/Channel 5.3 g/m Without Connectors

Cable Leakage Current IL 12 nA 50 kV, = 0.3 meters

Refractive Index Core n 1.492

Force

Anexo Manual LCOP



Anexo Manual LCOP



Anexo Manual LCOP



Anexo Manual LCOP



125 Megabaud Versatile Link

Transmitter

Anexo Manual LCOP




Parameter Symbol Min. Max. Unit Reference

Storage Temperature TS -40 85 °C

Operating Temperature TO -40 70 °C

Lead Soldering Temperature 260 °C Note 1

10 s

Transmitter High Level Forward IF,H 120 mA 50% Duty CycleInput Current ≥ 1 MHz

Transmitter Average Forward Input Current IF,AV 60 mA

Reverse Input Voltage V R 3 V

HFBR-15X7 Series

DescriptionThe HFBR-15X7 transmittersincorporate a 650 nanometer LEDin a horizontal (HFBR-1527) or

vertical (HFBR-1537) grayhousing. The HFBR-15X7transmitters are suitable for use

with current peaking to decreaseresponse time and can be used

with HFBR-25X6 receivers in data links operating at signal ratesfrom 1 to 125 megabaud over 1mm diameter plastic optical fiberor 200 µm diameter hard cladsilica glass optical fiber. Refer to

Application Note 1066 for detailsfor recommended interfacecircuits.

ANODE1

CATHODE2

GROUND3

GROUND4

GROUND

GROUND

SEE NOTE 6

Cycle Time



HP8082A E R

1.2

0°C

Anexo Manual LCOP



PULSEGENERATOR

50 OHMLOAD

RESISTOR

HP54002A50 OHM BNCINPUT POD

HP54100AOSCILLOSCOPE

BCP MODEL 300500 MHz

BANDWIDTHSILICON

AVALANCHEPHOTODIODE

N O R M A

L I Z E D S P E C T R A L O U T P U T P O W E

620

0.6

0

WAVELENGTH (nm)

630 650 670 680

1.0

0.2

660

70°C

0.8

0.4

640

25°C

0 C

Figure 2. Typical Spectra Normalized to the 25°C Peak.

Figure 1. Test Circuit for Measuring Unpeaked Rise and Fall Times.

F O R W A R D V O L T A G E – V

2.4

2.0

70°C

2.225°C

0°C

A L I Z E D O U T P U T P O W E R – d B

0

-15

-5

0°C-10

25°C

Anexo Manual LCOP





155 MBd Link (HFBR-14X4/24X6)

(refer to Application Bulletin 78 for details)

Typical Link Performance

Anexo Manual LCOP



Parameter Symbol Typ.[1,2] Units Max. Units Conditions Ref.

Optical Power Budget OPB50 7.9 13.9 dB NA = 0.2 Note 2 with 50/125 µm fiber

Optical Power Budget OPB62 11.7 17.7 dB NA = 0.27 with 62.5/125 µm fiber

Optical Power Budget OPB100 11.7 17.7 dB NA = 0.30

with 100/140 µm fiberOptical Power Budget OPB200 16.0 22.0 dB NA = 0.35

with 200 µm HCSfFiber

Data Format 20% to 1 175 MBd80% Duty Factor

System Pulse Width |tPLH - tPHL| 1 ns PR = -7 dBm PeakDistortion 1 meter 62.5/125 µm fiber

Bit Error Rate BER 10-9 Data Rate < 100 MBaudPR >-31 dBm Peak Note 2

Notes:

1. Typical data at T A = 25°C, V CC = 5.0 V dc, PECL serial interface.

2. Typical OPB was determined at a probability of error (BER) of 10-9. Lower probabilities of error can be achieved with short fibersthat have less optical loss.

HFBR-14X2/14X4 Low-Cost High-Speed

TransmittersDescription

fiber and typically can launch-15.8 dBm optical power at

60 mA into 50/125 µm fiber and-12 dBm into 62.5/125 µm fiber.Th HFBR 14X2 d d

Housed Product

Anexo Manual LCOP



The HFBR-14XX fiber optictransmitter contains an 820 nm

AlGaAs emitter capable of efficiently launching opticalpower into four different opticalfiber sizes: 50/125 µm, 62.5/125µm, 100/140 µm, and 200 µmHCS®. This allows the designerflexibility in choosing the fibersize. The HFBR-14XX is designedto operate with the Hewlett-Packard HFBR-24XX fiber opticreceivers.

The HFBR-14XX transmitter’shigh coupling efficiency allowsthe emitter to be driven at low current levels resulting in low power consumption and increasedreliability of the transmitter. TheHFBR-14X4 high power transmit-ter is optimized for small size

The HFBR-14X2 standardtransmitter typically can launch-12 dBm of optical power at60 mA into 100/140 µm fibercable. It is ideal for large sizefiber such as 100/140 µm. Thehigh launched optical power level

is useful for systems where starcouplers, taps, or inline connec-tors create large fixed losses.

Consistent coupling efficiency isassured by the double-lens opticalsystem (Figure 1). Power coupledinto any of the three fiber types

varies less than 5 dB from part to

part at a given drive current andtemperature. Consistent couplingefficiency reduces receiverdynamic range requirements

which allows for longer linklengths.

Absolute Maximum RatingsParameter Symbol Min. Max. Units Reference

Storage Temperature TS -55 +85 °C

Operating Temperature T A -40 +85 °C

Lead Soldering Cycle Temp. +260 °C

Time 10 sec

Forward Input Current Peak IFPK 200 mA Note 1

Unhoused Product



HFBR-14X4 Output Power Measured out of 1 Meter of Cable

Parameter Symbol Min. Typ.[2] Max. Unit Conditions Reference

50/125 µm PT50 -18.8 -15.8 -13.8 dBm T A = 25°C IF = 60 mA dc Notes 5, 6, 9

-19 8 -12 8 peakFiber Cable

Anexo Manual LCOP



19.8 12.8

-17.3 -13.8 -11.4 T A = 25°C IF = 100 mA dc

-18.9 -10.8

62.5/125 µm PT62 -15.0 -12.0 -10.0 dBm T A = 25°C IF = 60 mA dc

-16.0 -9.0

-13.5 -10.0 -7.6 T A = 25°C IF = 100 mA dc

-15.1 -7.0

100/140 µm PT100 -9.5 -6.5 -4.5 dBm T A = 25°C IF = 60 mA dc

-10.5 -3.5

-8.0 -4.5 -2.1 T A = 25°C IF = 100 mA dc

-9.6 -1.5

200 µm HCS PT200 -5.2 -3.7 +0.8 dBm T A = 25°C IF = 60 mA dc

-6.2 +1.8

-3.7 -1.7 +3.2 T A = 25°C IF = 100 mA dc

-5.3 +3.8

p

peak

peak

peak

NA = 0.2

Fiber CableNA = 0.275

Fiber CableNA = 0.3

Fiber CableNA = 0.37

14X2/14X4 Dynamic Characteristics

Parameter Symbol Min. Typ.[2] Max. Units Conditions Reference

Rise Time, Fall Time tr, tf 4.0 6.5 nsec IF = 60 mA Note 7,(10% to 90%) No Pre-bias Figure 12

Rise Time, Fall Time tr, tf 3.0 nsec IF = 10 to Note 7,(10% to 90%) 100 mA Figure 11

Pulse Width Distortion PWD 0.5 nsec Figure 11

Notes:

1. For IFPK > 100 mA, the time duration should not exceed 2 ns.2. Typical data at T A = 25°C.3. Thermal resistance is measured with the transmitter coupled to a connector assembly and mounted on a printed circuit board.4. D is measured at the plane of the fiber face and defines a diameter where the optical power density is within 10 dB of the

maximum.5. PT is measured with a large area detector at the end of 1 meter of mode stripped cable, with an ST® precision ceramic ferrule (MIL-

Recommended DriveCircuits

The circuit used to supply currentto the LED transmitter cani ifi l i fl h i l

Figure 11 uses frequency com-pensation to reduce the typical

rise/fall times of the LED and a small pre-bias voltage to minimize

g ti d l diff

or high-speed data transmissionat signal rates of up to 155 MBd.

Component values for this circuitcan be calculated for differentLED d i t i g th

Anexo Manual LCOP



significantly influence the opticalswitching characteristics of theLED. The optical rise/fall timesand propagation delays can beimproved by using the appro-priate circuit techniques. TheLED drive circuit shown in

propagation delay differencesthat cause pulse-width distortion.The circuit will typically producerise/fall times of 3 ns, and a total

jitter including pulse-width dis-tortion of less than 1 ns. Thiscircuit is recommended for appli-

cations requiring low edge jitter

LED drive currents using theequations shown below. Foradditional details about LEDdrive circuits, the reader isencouraged to read Hewlett-Packard Application Bulletin 78and Application Note 1038.

( )

( )

(V CC - V F) + 3.97 (V CC - V F - 1.6 V) (5 - 1.84) + 3.97 (5 - 1.84 - 1.6)R y = ––––––––––––––––––––––––––––––– R y = –––––––––––––––––––––––––––––

IF ON (A) 0.100

1 R y 3.16 + 6.19R X1 = – –––– R y = ––––––––––– = 93.5 Ω 2 3.97 0.100

1 93.5REQ2(Ω) = R X1 - 1 R X1 = – –––– = 11.8 Ω2 3.97

R X2 = R X3 = R X4 = 3(REQ2) REQ2 = 11.8 - 1 = 10.8 Ω

2000(ps)C(pF) = –––––––– R X2 = R X3 = R X4 = 3(10.8) = 32.4 Ω

R X1(Ω)

2000 ps Example for I F ON = 100 mA: V F can be C = ––––––– = 169 pF

11.8 Ωobtained from Figure 9 (= 1.84 V ).



Anexo Manual LCOP



1300 nm Fiber Optic

Transmitter and Receiver

Anexo Manual LCOP



Technical Data

Features

• Low Cost Fiber Optic Link

• Signal Rates over 155

Megabaud

• 1300 nm Wavelength

• Link Distances over 5 km• Dual-in-line Package Panel-

Mountable ST* and SC

Connector Receptacles

• Auto-Insertable and Wave-

Solderable

• Specified with 62.5/125 µm

and 50/125 µm Fiber

• Compatible with HFBR-0400

Series

Applications

• Desktop Links for High

Speed LANs

• Distance Extension Links

T l S i h S

communication applications from

low-speed distance extenders up

to SONET OC-3 signal rates.

Pinouts identical to Hewlett-

Packard HFBR-0400 Series allow

designers to easily upgrade their

820 nm links for farther distance.The transmitter and receiver are

compatible with two popular

optical fiber sizes: 50/125 µm and

62.5/125 µm diameter. This

allows flexibility in choosing a

fiber size. The 1300 nm wave-

length is in the lower dispersion

and attenuation region of fiber,

and provides longer distancecapabilities than 820 nm LED

technology. Typical distance

capabilities are 2 km at 125 MBd

and 5 km at 32 MBd.

Transmitter

requires only the removal of a few

passive components.

ReceiverThe HFBR-2316T receiver con-

tains an InGaAs PIN photodiode

and a low-noise transimpedance

preamplifier that operate in the

1300 nm wavelength region. The

HFBR-2316T receives an optical

HFBR-0300 Series:

HFBR-1312T Transmitter

HFBR-2316T Receiver

HFBR-1312T Transmitter HFBR-2316T Receiver HFBR-0300 Series

Mechanical Dimensions

2, 6ANODE

6

2

VCC

ANALOGSIGNAL

H

5 05PART NUMBER

DATE CODE

Anexo Manual LCOP



HFBR-2316T is pin compatible

with HFBR-24X6 receivers and

can be used to extend the

distance of an existing application

Note: The “T” in the product

numbers indicates a Threaded ST

connector (panel mountable), for

both transmitter and receiver.

81

3

5

2

4

6

7

PIN NO. 1INDICATOR

3CATHODE

BOTTOM VIEW

PIN FUNCTION

1†234†5†67*8†

N.C.ANODECATHODEN.C.N.C.ANODEN.C.N.C.

* PIN 7 IS ELECTRICALLY ISOLATED FROMPINS 1, 4, 5, AND 8, BUT IS CONNECTEDTO THE HEADER.

† PINS 1, 4, 5, AND 8 ARE ISOLATED FROMTHE INTERNAL CIRCUITRY, BUT AREELECTRICALLY CONNECTED TO EACH OTHER.

81

3

5

2

4

6

7

PIN NO. 1INDICATOR

BOTTOM VIEW

3, 7

SIGNAL

VEE

PIN FUNCTION

1†23*4†5†67*8†

* PINS 3 AND 7 ARE ELECTRICALLYCONNECTED TO THE HEADER.

† PINS 1, 4, 5, AND 8 ARE ISOLATED FROMTHE INTERNAL CIRCUITRY, BUT AREELECTRICALLY CONNECTED TO EACH OTHER.

N.C.SIGNALVN.C.N.C.VVN.C.

EE

CCEE

8 1

3

5

2

4

6

7

PIN NO. 1

PINS 1,4,5,8

0.51 X 0.38(0.020 X 0.015)

PINS 2,3,6,7

0.46(0.018)

DIA

12.6

(0.495)

3.81(0.150)

2.54

(0.100)

3/8-32 UNEF-2A

H Y Y W W H F B R - X 3 1 X T

12.6(0.495)

5.05

(0.199)

7.05(0.278)

29.8(1.174)

DATE CODE

DIA.

6.30(0.248)

7.62(0.300)

3.60(0.140)

8.31

(0.327)

10.20(0.400)

5.10(0.202)

2.54

(0.100)

1.27(0.050)

Panel Mounting Hardware

The HFBR-4411 kit consists of 100 nuts and 100 washers with

dimensions as shown in Figure 1

mounting template in Figure 2.

When tightening the nut, torque

should not exceed 0.8 N-m (8.0in-lb).

Do not use partially halogenated

hydrocarbons (such as 1.1.1 tri-

chloroethane), ketones (such asMEK), acetone, chloroform, ethyl

acetate methylene dichloride

Anexo Manual LCOP



Figure 1. HFBR-4411 MechanicalDimensions.

Figure 2. Recommended Cut-out forPanel Mounting.

dimensions as shown in Figure 1.

These kits are available from HP

or any authorized distributor. Any

standard size nut and washer will

work, provided the total thickness

of the wall, nut, and washer does

not exceed 0.2 inch (5.1mm).

When preparing the chassis wall

for panel mounting, use the

Recommended Chemicals for Cleaning/Degreasing HFBR-0300 Products

Alcohols (methyl, isopropyl,

isobutyl)

Aliphatics (hexane, heptane)

Other (soap solution, naphtha)

acetate, methylene dichloride,

phenol, methylene chloride, or N-

methylpyrolldone. Also, HP does

not recommend the use of

cleaners that use halogenated

hydrocarbons because of their

potential environmental harm.

9.80(0.386)

DIA.

8.0(0.315)

14.27

(0.563)

TYP.

DIA.

10.41(0.410)

MAX.DIA.

0.46(0.018)

1.65(0.065)

3/8 – 32 UNEF-

2B THREAD

HEX-NUT

INTERNAL TOOTH LOCK WASHER

DIA.12.70

(0.50)

WASHER

NOTE: ALL DIMENSIONS IN MILLIMETRES AND (INCHES).

DIA.9.53

(0.375)

HFBR-1312T Transmitter Absolute Maximum Ratings





HFBR-2316T Receiver Absolute Maximum Ratings

Parameter Symbol Min. Max. Unit ReferenceStorage Temperature TS -55 85 °C

Operating Temperature T 40 +85 °C

Anexo Manual LCOP



Operating Temperature T A -40 +85 C


10 s

Signal Pin Voltage V O -0.5 V CC V

Supply Voltage V CC - V EE -0.5 6.0 V Note 2

Output Current IO 25 mA

CAUTION: The small junction sizes inherent to the design of this bipolar component increase the component's susceptibility to damage from electrostatic discharge (ESD). It is advised that normal static precautions betaken in handling and assembly of this component to prevent damage and/or degradation which may beinduced by ESD.

Cycle Time

HFBR-2316T Receiver Electrical/Optical and Dynamic Characteristics0 to 70°C; 4.75 V < V CC - V EE < 5.25 V; power supply must be filtered (see note 2).

Parameter Symbol Min. Typ.[3] Max. Unit Condition Ref.

Responsitivity RP 6.5 13 19 mV/ µ W λp = 1300 nm, 50 MHz Note 4

Fig. 1, 5

RMS Output Noise V NO 0.4 0.59 mV RMS 100 MHz bandwidth, Note 5

PR = 0 µ W

1.0 mV RMS Unfiltered BandwidthPR = 0 µ W

Equivalent Optical PN, RMS -45 -41.5 dBm @ 100 MHz, PR = 0 µ W Note 5

0.032 0.071 µ W

Peak Input Optical PR -11.0 dBm 50 MHz, 1 ns PWD Note 6

80 µW

Voltage Fig. 2

Noise Input Power

(RMS)

Power Fig. 3

Notes:

1. 2.0 mm from where leads enter case.

2. The signal output is referred to V CC

, and does not reject noise from the V CC

power supply. Consequently, the V CC

power supply must

be filtered. The recommended power supply is +5 V on V CC for typical usage with +5 V ECL logic. A -5 V power supply on V EE is

used for test purposes to minimize power supply noise.

3. Typical specifications are for operation at TA = 25°C and V CC = +5 V DC.

Anexo Manual LCOP



yp p p A CC DC

4. The test circuit layout should be in accordance with good high frequency circuit design techniques.

5. Measured with a 9-pole “brick wall” low-pass filter [Mini-CircuitsTM, BLP-100*] with -3 dB bandwidth of 100 MHz.

6. -11.0 dBm is the maximum peak input optical power for which pulse-width distortion is less than 1 ns.

7. Electrical bandwidth is the frequency where the responsivity is -3 dB (electrical) below the responsivity measured at 50 MHz.

8. The specifled rise and fall times are referenced to a fast square wave optical source. Rise and fall times measured using an LED

optical source with a 2.0 ns rise and fall time (such as the HFBR-1312T) will be approximately 0.6 ns longer than the specifled rise

and fall times. E.g.: measured tr,f ~ [(specifled tr,f )2 + (test source optical tr,f )

2]1/2.

9. 10 ns pulse width, 50% duty cycle, at the 50% amplitude point of the waveform.10. Percent overshoot is defined as: ((V PK - V 100%)/V 100%) x 100% . The overshoot is typically 2% with an input optical rise time ≤ 1.5 ns.

11. The bandwidth*risetime product is typically 0.41 because the HFBR-2316T has a second-order bandwidth limiting characteristic.

Figure 1. HFBR-2316T Receiver Test Circuit. Figure 2. Typical Output SpectralNoise Density vs. Frequency.

150

0 50 100 150 200 250

FREQUENCY – MHZ

125

100

75

50

25

0

300

S P E C T R A L N O I S E

D E N S I T Y – n V /

H Z

3.0

n s

6.0 1.1

1 0

DATA +

DATA –

10

9

13

12

8

14

15

6

7

4 2

5 316

0.1 µF + 5.0 V

75 Ω

75 Ω

220 Ω

1

2.7 Ω

24 Ω

NE46134

150 Ω

NE46134

2.7 Ω 220 Ω

0.1

µF

10 µF

TANTALUM HFBR-1312T

MC10H116A

MC10H116B

MC10H116C

NOTES:1. ALL RESISTORS ARE 5% TOLERANCE.

2. BEST PERFORMANCE WITH SURFACE MOUNT COMPONENTS.3. DIP MOTOROLA MC10H116 IS SHOWN, PLCC MAY ALSO BE USED.

11Vbb

2, 67

3



Coaxial Pigtailed Laser Module

Technical Data

Anexo Manual LCOP



LST252X - 200 µ W Coaxial Laser

LST282X - 1 mW Coaxial Laser

LST292X - 1.6 mW Coaxial Laser

LST3X21 - Dual-in-Line Package

Features

• Compact Coaxial Package

• Strained Multi Quantum

Well (SMQW) Laser Chip

• Low Thresholds Current and

Operating Currents

• Wide Operating Tempera-

ture -40°C to +85°C

• Optical Power May Be

Customized up to 2 mW

• Modulation Capability up to

622 Mb/s

• Convenient Variety of

Pinout and Mounting Flange

Options

Applications

• Telecommunications

• Fiber in the Loop

• Inter/Intra Office

SONET/SDH

Description

Products in the LST2X2X family

are compact coaxial pigtailed

laser transmitters, operating in

the 1300 nm wavelength region

and coupling light to single mode

fiber. They are designed for usein short, medium and long

distance networks with bit rates

up to 622 Mb/s.

The device features a high

reliability SMQW laser diode and

rear facet monitor photodiode.

These are electrically connected

to four pins in an industry-standard configuration.

Environmental performance is

designed to be compatible with

the requirements of Bellcore’s

TA-NWT-000983 document.

available on the market. We also

offer a comprehensive range of alternative mounting flanges

including a dual in line option.

If the specific arrangement or

performance you require is not

listed, please contact your local

Limits

Absolute Maximum RatingsAbsolute limiting (maximum) ratings mean that no catastrophic damage will occur if the product is subjected to these ratings for short periods,

provided that each limiting parameter is in isolation and all other parameters have values within the performance specification. It should not beassumed that limiting values of more than one parameter can be applied to the product at the same time.

Anexo Manual LCOP



Limits

Parameter Symbol Test Condition Min. Max. Units

Laser Forward Current If DC 120 mA

Laser Reverse Voltage Vlr DC 2 V

Photodiode Reverse Voltage Vr DC 20 V

Photodiode Forward Current Ipf DC 1 mA

Operating Temperature Tc Temperature measured at case –40 +85 °C

Storage Temperature Ts –40 +85 °C

Relative Humidity RH noncondensing %RH

Fiber Pull Strength Three times; 10 sec. 10 N

Mechanical Shock MIL-STD-883D, Method 2002, 500 G

Condition A

Vibration MIL-STD-883D, Method 2007, 20 G

Condition A

Performance Specifications

LST252X LST282X LST292X

LST3521 LST3821 LST3921

Parameter Symbol Test Condition Min. Max. Min. Max. Min. Max. Units

LASER CW, Tc = –40°C to+85°C, Po as noted

below unless otherwisestated

Rated Optical Power Po Tc = ranges specified 0.2 1.0 1.6 mW above, CW

Threshold Current Ith Tc = +25°C 3.5 10 3.5 10 3.5 10 mA

Threshold Current Ith 1.5 30 1.5 30 1 30 mA

Coupled Power in Pth If = Ith – 2 mA 10 10 10 µW





Anexo Manual LCOP





Anexo Manual LCOP



43 of 62

Anexo Manual LCOP



44 of 62

Anexo Manual LCOP



Anexo Manual LCOP



Anexo Manual LCOP





125 Megabaud Versatile Link

Receiver

Anexo Manual LCOP




Parameter Symbol Min. Max. Unit Reference


Operating Temperature T A 0 +70 °C


10 s

Signal Pin Voltage V O -0.5 V CC V

Supply Voltage VCC -0 5 6 0 V

HFBR-25X6 Series

Description

The HFBR-25X6 receivers contain

a PIN photodiode and

transimpedance pre-amplifier

circuit in a horizontal (HFBR-

2526) or vertical (HFBR-2536)

blue housing, and are designed to

interface to 1mm diameter plastic

optical fiber or 200 µm hard clad

silica glass optical fiber. The

receivers convert a received

optical signal to an analog output

voltage. Follow-on circuitry can

optimize link performance for a variety of distance and data rate

requirements. Electrical

bandwidth greater than 65 MHz

allows design of high speed data

links with plastic or hard clad

silica optical fiber. Refer to

Application Note 1066 for details

for recommended interface

circuits.

1

2

GROUND3

4

GROUND

GROUND

SEE NOTES 2, 4, 9

GROUND

SIGNAL

VCC

Cycle Time

Electrical/Optical Characteristics 0 to 70°C; 5.25 V ≥ V CC ≥ 4.75 V; power supply must be filtered

(see Figure 1, Note 2).

Parameter Symbol Min. Typ. Max. Unit Test Condition Note

AC Responsivity 1 mm POF RP,APF 1.7 3.9 6.5 mV/ µ W 650 nm Note 4

AC Responsivity 200 µm HCS RP HCS 4 5 7 9 11 5 mV/µW

Anexo Manual LCOP



AC Responsivity 200 µm HCS RP,HCS 4.5 7.9 11.5 mV/ µ W

RMS Output Noise V NO 0.46 0.69 mV RMS Note 5

Equivalent Optical Noise Input PN,RMS - 39 -36 dBm Note 5

Power, RMS - 1 mm POF

Equivalent Optical Noise Input PN,RMS -42 -40 dBm Note 5

Power, RMS - 200 µm HCSPeak Input Optical Power - PR -5.8 dBm 5 ns PWD Note 6

1 mm POF

-6.4 dBm 2 ns PWD

Peak Input Optical Power - PR -8.8 dBm 5 ns PWD Note 6

200 µm HCS

-9.4 dBm 2 ns PWD

Output Impedance ZO 30 Ω 50 MHz Note 4

DC Output Voltage V O 0.8 1.8 2.6 V PR = 0 µ W Supply Current ICC 9 15 mA

Electrical Bandwidth BW E 65 125 MHz -3 dB electrical

Bandwidth * Rise Time 0.41 Hz * s

Electrical Rise Time, 10-90% tr 3.3 6.3 ns PR = -10 dBm

peak

Electrical Fall Time, 90-10% tf 3.3 6.3 ns PR = -10 dBm

peak

Pulse Width Distortion PWD 0.4 1.0 ns PR = -10 dBm Note 7

peak

Overshoot 4 % PR = -10 dBm Note 8

peak

Notes:

1. 1.6 mm below seating plane.

Anexo Manual LCOP



Figure 1. Recommended Power Supply Filter Circuit.

Figure 2. Simplified Receiver Schematic.

Anexo Manual LCOP






Parameter Symbol Min. Max. Units Reference


Operating Temperature T A -40 +85 °C

Lead Soldering Cycle Temp. +260 °C Note 1

Anexo Manual LCOP



Electrical/Optical Characteristics -40°C to +85°C; 4.75 V ≤ Supply Voltage ≤ 5.25 V,

RLOAD = 511 Ω, Fiber sizes with core diameter ≤ 100 µm, and N.A. ≤ -0.35 unless otherwise specified

Parameter Symbol Min. Typ.[2] Max. Units Conditions Reference

Responsivity RP 5.3 7 9.6 mV/ µ W T A = 25°C Note 3, 4

@ 820 nm, 50 MHz Figure 16

4.5 11.5 mV/ µ W @ 820 nm, 50 MHz

RMS Output Noise V NO 0.40 0.59 mV Bandwidth Filtered Note 5

Voltage @ 75 MHz

PR = 0 µ W

0.70 mV Unfiltered Bandwidth Figure 13

PR = 0 µ W

Equivalent Input PN Bandwidth Filtered

Optical Noise Power @ 75 MHz

(RMS)

Optical Input Power PR -7.6 dBm pk T A = 25°C Figure 14

175 µ W pk Note 6-8.2 dBm pk

150 µ W pk

Output Impedance Zo 30 Ω Test Frequency =

50 MHz

dc Output Voltage V o dc -4.2 -3.1 -2.4 V PR = 0 µ W

Time 10 s

Supply Voltage V CC -0.5 6.0 V

Output Current IO 25 mA

Signal Pin Voltage V SIG -0.5 V CC V

(Overdrive)

µ W 0.0650.050

dBm-41.4-43.0



150

125

100

75

S E

D E N S I T Y –

n V /

H Z

3.0

2.5

2.0

1.5

W I D T H

D I S T O R T I O N – n s

6.0

5.0

4.0

3 0S P O N S E

T I M E –

n s

tf

Anexo Manual LCOP



Figure 14. Typical Pulse WidthDensity vs. Frequency.

Figure 16. Receiver SpectralResponse Normalized to 820 nm.

Figure 15. Typical Rise and FallTimes vs. Temperature.

Figure 13. Typical Spectral NoiseDistortion vs. Peak Input Power.

0 50 100 150 200 250

FREQUENCY – MHZ

50

25

0

300

S P E C T R A L N O I S

0 20 30 40 50 70

PR – INPUT OPTICAL POWER – µW

1.0

0.5

080

P W D – P U L S E

W

10 60 -60 -40 -20 0 20 40

TEMPERATURE – °C

3.0

2.0

1.060

t r ,

t f – R E S

80 100

tr

1.25

400 480 560 640 720 800

λ – WAVELENGTH – nm

1.00

0.75

0

880

N O R M A L I Z E D

R E S P O N S E

0.50

0.25

960 1040



PDT Connectorized PIN Photodiode Specifications

Absolute Maximum Ratings Absolute maximum limits mean that no catastrophic damage will occur if the product is subjected to these

ratings for short periods, provided each limiting parameter is in isolation and all other parameters have

values within the performance specification. It should not be assumed that limiting values of more than one

Anexo Manual LCOP



Performance SpecificationTest Conditions:

Unless Otherwise Stated PDT031X PDT041X

Parameter Symbol Vr = 5 V, Tc = 25°C Min. Max. Min. Max. Units

Dark Current Id – 1 – 1 nA

Tc = 85°C – 50 – 50 nA

Reverse Breakdown Vbr Ir = 10 µ A 35 – 35 – V

Voltage

Capacitance C 1 MHz – 1.1 – 1.7 pF

Responsivity R λ = 1300 nm 0.7 – 0.7 – A/W

Operating λ 80% points 1200 1650 1200 1650 nm

Wavelength

Rise/Fall Times τr/ τf 10% to 90% – 0.25 – 0.5 nS

p p g

parameter can be applied to the product at the same time.

Parameter Symbol Minimum Maximum Units

Reverse Voltage Vr – 20 V

Reverse Current Ir – 12 mA

Forward Voltage Vf – 1 V Forward Current If – 5 mA

Power Dissipation – – 50 mW

Operating Temperature Tc -40 85 °C

Storage Temperature Ts -40 85 °C

Soldering–10 seconds – – 260 °C

Anexo Manual LCOP



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Fundamentos de comunicaciones opticas

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