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Universidad de Zaragoza

Comunicaciones ópticas
2.4.- atenuación de señales en fibras ópticas
- definiciones - causas intrínsecas (absorción, difusión) - causas externas (curvaturas) - caracterización de la atenuación en fibras ópticas

Ignacio Garcés, Javier Mateo Grupo de Tecnologías de las Comunicaciones Dpto.Ingeniería Electrónica y Comunicaciones

- perturbaciones en las señalespropagadas en fibras ópticas
ATENUACIÓN

DISPERSIÓN 1 1 0

Nivel de decisión

Nivel de decisión Tiempos de decisión

Otros problemas que pueden afectar a la transmisión de señales: birrefringencia de la fibra (PMD), ruido modal, no linealidades de la fibra...
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2.4.- Atenuación

Atenuación en fibras ópticas
- 1966: se proponen las comunicaciones ópticas sise obtienen guías de onda con atenuaciones de unos 20 dB/km - 1970: se obtienen fibras ópticas con estos valores - principios de los 70: 1 dB/km - 1974: 0.2 dB/km (casi el límite teórico) - actualidad: producción masiva de fibras ópticas monomodo con valores de atenuación de 0.33 dB/km@1.3µm y 0.21 dB/km@1.55µm

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2.4.- Atenuación

Algunas definiciones
Atenuación:relación entre potencia de entrada y salida. en decibelios: en neperios:
α (dB ) = 10 ⋅ log α N ( Np ) = ln
Pin Pout
Proviene de e-αz

Pin α (dB ) α (dB ) = = Pout 10 log e 4.343

Cuando se quieren representar valores de potencia absolutos:
P(dBm) = 10 log P(mW ) 1mW P(dBW ) = 10 log P(W ) 1W

En una fibra lo que interesa realmente es la atenuación por unidad de longitud
α (dB / km) =P 10 ⋅ log in L(km) Pout

¡Cuidado! La señal eléctrica de los detectores ópticos (corriente) es proporcional a la potencia óptica recibida, por lo que habrá de aplicarse el 10 en ese caso.
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2.4.- Atenuación

Factores que originan la atenuación
Las pérdidas de potencia que se producen en una fibra óptica dependen básicamente del material con el que estánfabricadas. De acuerdo a la forma de perder energía, los factores que originan la atenuación se pueden dividir en: - Absorción: La energía luminosa se convierte en otro tipo de energía (térmica, vibracional, etc.). Deberemos distinguir entre absorción intrínseca, dada por los materiales propios de la fibra y absorción extrínseca, dada por impurezas externas a los materiales constituyentes de la misma. -Scattering (difusión): La energía luminosa guiada se convierte en energía luminosa radiada debido a que se propaga por un material diferente del vacío. El scattering que vamos a tratar en este punto es lineal (no cambia la longitud de onda de la luz difundida) y es un parámetro propio del material. - Radiación: La energía luminosa guiada se convierte en energía luminosa radiada debido acurvaturas en la fibra o imperfecciones periódicas que se producen por un uso deficiente de la fibra óptica en su cableado o instalación.

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2.4.- Atenuación

Absorción intrínseca
Absorción de transiciones electrónicas Absorción de transiciones moleculares

α UV = AUV e E / E

0

E0 es propio del material Para SiO2 + GeO2:

Dependen del material Para SiO2 + GeO2:α IR (dB / km) = 7.88 ⋅1011 e −48.48 / λ

αUV (dB / km) = 1.933 ⋅10 −3 e 4.63 / λ

Dopantes: Materiales:

Flúor tiene la frecuencia de resonancia IR en 50 µm: es el mejor; Ge: 11µm; P: 8.1µm; B: 7.2µm

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2.4.- Atenuación

Absorción extrínseca
Es debida a impurezas externas. En un principio fueron importantes los iones metálicos (Fe, Co, Cu, Cr), pero losactuales procesos de fabricación los ha reducido prácticamente a cero. Otra impureza habitual: hidrógeno, con resonancia en 1.2 µm La impureza más importante que aparece en fibras ópticas son los iones OHprocedentes de una deficiente eliminación del agua en la fibra. La frecuencia de resonancia de los iones OH- se encuentra en 2.73 µm, con lo que su primer armónico aparece en 1.365 µm. Realmente...