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REDES PTICAS Preparado por: Ana Mara Crdenas Soto Septeimbre de 2008

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Introduccin "Comunicacin" proviene de la raz latina communicare, es decir, "hacer comn" algo. "Informacin" tiene su origen en las palabras in y formare, es decir, "instruir hacia adentro. "Telecomunicaciones" significa comunicar a distancia. Optica" (Del gr. ). Parte de la fsica que estudia las leyes y los fenmenos de la luz.. "Comunicacin son todos aquellos procedimientos por medio de los cuales una mente afecta a otra" Shannon

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Identificacin de la red de telecomunicaciones OADM WDM 10G Core Acces o ULTIMA MILLA STM-XX Backbon e STM-XX ISP Proveedores de contenido Grandes empresas Soho/ Pymes Sector residencial

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Introduccin Las redes pticas son aquellas en las que el medio de transmisin dominante es la fibra ptica. Constituyen una de las alternativas para brindar soluciones para transmisin de alta capacidad, ofrecer dispositivos rpidos de conmutacin y tambin convertirse en una solucin de ltimo kilmetro (local loop) hasta el cliente final.

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Ventajas ofrecidas por las redes pticas Las redes pticas se constituyen en una de las alternativas ms importantes para: Satisfacer la creciente demanda de ancho de banda, Proporcionar transparencia a protocolos Proveer alta confiabilidad de conexin Ofrecer una operacin y mantenimiento simple

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Ventajas ofrecidas por las redes pticas Bajas prdidas (0.2 dB/ km) casi a frecuencia constante. Gran ancho de banda (GHz.km). Tamao y peso reducidos. Inmunes a EMI. Seguras ( dificilmente pinchables). Material base abundante.

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Diferencias en los medios cableados

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QUE ES LA LUZ Hay objetos luminosos y objetos oscuros. La luz se propaga a partir de las fuentes en todas las direcciones posibles. Se propaga a travs de la atmsfera, y aun donde no hay atmsfera; y se sigue propagando indefinidamente mientras no se encuentre con un obstculo que le impida el paso. La luz viaja en lnea recta mientras no haya nada que la desve y mientras no cambie el medio a travs del cual se est propagando

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Los obstculos pueden tener muy diversos efectos sobre la luz. o Objetos opacos, que no la dejan pasar. Esto a su vez se puede deber a dos razones: ya sea que el objeto refleje la luz que incide sobre su superficie, ya sea que la absorba. En realidad, la mayora de los cuerpos opacos reflejan una parte de la luz que les llega y absorbe el resto. o La luz que absorbe un objeto ya no la regresa.

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Los materiales transparentes tienen otro efecto interesante sobre la luz: la refractan. Esto significa que al entrar la luz en el material cambia su direccin de propagacin. Mientras sta sigue viajando en el nuevo material, se propaga en lnea recta y ya no se desva, pero si llega a cambiar nuevamente de medio, se refracta otra vez.

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Reflexion Las superficies de los cuerpos speras o irregulares, producen una reflexin difusa, enviando la luz reflejada en todas las direcciones posibles, Una superficie lisa y bien pulida, en cambio, produce una reflexin regular; la luz que incide en una direccin determinada, la refleja en otra direccin bien determinada Un reflector perfectamente liso y limpio es invisible, como lo es el espejo que slo nos permite ver la imagen reflejada.

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Refraccin Es responsable de que una cuchara parcialmente sumergida en un vaso de agua parezca quebrada. Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro con diferente ndice de refraccin, se desva. Si el ndice de refraccin del segundo medio es mayor que el del primero, el rayo se quiebra, alejndose de la superficie entre los medios. Cuando disminuye el ndice de refraccin, sucede lo contrario: el rayo se acerca a la superficie. El ndice de refraccin de los materiales es mayor que 1, aunque en algunas circunstancias especiales puede llegar a ser menor que 1

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Color La luz siempre lleva asociado algn color, o una combinacin de ellos; esto nos sugiere que el color ha de estar relacionado con alguna propiedad fsica de la luz. Dos factores contribuyen al color de los objetos: stos mismos y la luz que los ilumina. Por ejemplo, una hoja de papel blanco es blanca cuando est iluminada por la luz del Sol, pero se ve roja cuando se la ilumina con luz roja.

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La luz emitida por un foco o fuente de luz tiene un color que depende de la fuente: del material que la constituye, del mecanismo de emisin y de condiciones fsicas, como la temperatura de la fuente. Objetos iluminados por una fuente de luz roja se vern ms claros que otros, pero todos se vern rojos y de ningn otro color. Esto nos indica que los objetos no cambian el color de la luz que les llega; slo afectan su intensidad, su brillo. Las superficies que parecen ms claras son las que reflejan mayor cantidad de luz roja y absorben menos.

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Encindanse simultneamente la luz roja, la verde y una azul, en proporciones adecuadas de intensidad: los objetos parecen haber recuperado su color "normal"

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Color Las superficies blancas son las que reflejan todos los colores; las negras no reflejan ninguno, porque lo absorben todo. Cuando un material transparente es incoloro es porque deja pasar todos los colores, sin reflejar o absorber ninguno en particular. Cuando el rojo, el verde y el azul se suman en proporciones adecuadas, el resultado es blanco. Por ello a estos tres colores se les llama primarios.

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Cuando se enva un haz de luz blanca hacia un prisma de vidrio (o de otro material transparente), el prisma refracta la luz dos veces: a la entrada y a la salida. Pero lo hace de una manera curiosa; descomponindola en todos los colores del espectro. En otras palabras, el prisma dispersa la luz en forma de abanico, separndola en cada uno de sus colores. La componente roja es siempre la que menos se quiebra y la violeta es la que sufre una mayor refraccin. Esta observacin nos indica que el ndice de refraccin del vidrio es diferente para cada uno de los colores: para el naranja es mayor que para el rojo, para el amarillo mayor que para el naranja.

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La intensidad de cada uno de los colores que aparecen en el espectro depende de la luz original que se dispers. Por ejemplo, si la luz era rojiza antes de entrar al prisma, el espectro contendr bsicamente luz roja, y una proporcin menor de los otros colores. Si la luz es de un color puro, no se dispersa: sale del prisma igual como entr en l (pero desviada). Como puede verse, aqu tenemos un procedimiento para identificar cualquier luz: se la dispersa mediante un prisma y despus se mide la intensidad producida por cada uno de sus componentes.

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Mediante combinaciones adecuadas de los tres colores primarios rojo, verde, y azul es posible producir cualquier color; no hay color alguno que no pueda obtenerse de esta manera. Al color blanco, por ejemplo, corresponde la terna (1/3, 1/3, 1/3) lo que indica que est compuesto de proporciones iguales de rojo, verde y azul. Podra decirse que a cualquier color corresponde un punto en el espacio cromtico. [De hecho, cualquier terna de nmeros iguales representa luz blanca; por ejemplo, (2, 2, 2) corresponde a una luz blanca de mayor intensidad].

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Daltonismo Se sabe que una variedad de las clulas visuales que se encuentra en la retina (los conos) contiene tres tipos de una sustancia sensible a la luz de diferentes colores; estas clulas son las responsables de la percepcin cromtica. La ausencia de una o ms de dichas sustancias se traduce entonces en la incapacidad de distinguir determinados colores.

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Dispersin El color del cielo se debe a la dispersin de la luz solar por la atmsfera. Siempre que un haz de luz atraviesa un gas, las molculas del gas desvan una parte de esa luz en todas direcciones. Es como si la luz fuese un haz de municiones lanzadas a travs de un gas formado de pequeas pelotas; si no hay muchas pelotas (o sea, si el gas no es denso), la mayor parte de las municiones atraviesa sin desviarse, pero algunas chocarn con ellas y rebotarn en todas las direcciones posibles.

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Conforme aumenta la densidad del gas, se hace ms notable el efecto de la dispersin. Tambin los lquidos y los slidos transparentes dispersan una fraccin de la luz que los atraviesa, sobre todo cuando contienen impurezas. Cuando la dispersin es alta, se habla ya no de materiales transparentes, sino traslcidos: aquellos que transmiten la luz de manera difusa.

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El efecto de dispersin por la atmsfera es ms notable en la luz violeta y azul que en el resto del espectro. Por ello, aunque la luz solar es blanca, el Sol aparece amarillento cuando lo miramos de frente (porque ha perdido una parte de su componente azul), y en cambio la luz dispersada por la atmsfera, que ilumina el cielo, es esencialmente azul. Al acercarse el Sol al horizonte, la luz que nos llega tiene que atravesar una capa ms gruesa de atmsfera, por lo que la dispersin aumenta; la mayor parte de la luz violeta, azul y verde es desviada, de manera que slo nos llegan los colores comprendidos entre el amarillo y el rojo. A esto se debe el color de los ocasos.

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Difraccin Se observa en un estanque de agua donde hay una barrera, que la onda se deforma al llegar a ella, como dndole la vuelta al obstculo. El resultado es que la onda puede ser detectada aun detrs de la barrera aunque con una menor intensidad. Este efecto, llamado difraccin, se presenta en todos los fenmenos ondulatorios. Gracias a la difraccin del sonido podemos escuchar a alguien que nos llama desde otro cuarto: el sonido le da la vuelta a los bordes de las paredes. Es ms, los tonos ms bajos nos llegan mejor, lo que significa que las ondas de mayor longitud se difractan ms.

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Esto explica por qu no es usual observar la difraccin de la luz: la longitud de las ondas de la luz es sumamente pequea, pequesima comparada con el tamao de los objetos que nos rodean. De hecho, el italiano F. Grimaldi descubri en 1650 la difraccin de la luz al observar cuidadosamente la sombra de un cabello. Como resultado de la difraccin de la luz, los contornos de las sombras pierden su nitidez; la frontera entre luz y sombra deja de ser clara. En la zona del borde aparecen franjas claras y oscuras.

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Interferencia Las ondas de luz emitidas por dos fuentes con fases constantes interfieren, dando lugar a un patrn como el de la figura. Para que esta interferencia se d es necesario que las dos fuentes enven sus ondas en forma coherente, es decir, que las crestas (o los valles) salgan de sus respectivas fuentes al mismo tiempo (en fase) o con una diferencia de tiempos que se mantenga constante durante toda la emisin; si la fase vara al azar, se destruye la interferencia.

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En el caso de la figura, en lugar de dos fuentes, se usaron dos rendijas por las que pasa la luz emitida por una solamente. La razn de ello es que dos fuentes de luz independientes no producen emisiones coherentes. Cada una de las rendijas acta como una nueva fuente. Las zonas oscuras son aquellas en las que la onda de una fuente siempre cancela a la de la otra; son las llamadas zonas de interferencia destructiva, en las que la onda resultante siempre es nula. A sas no llega la luz. Las zonas que aparecen ms iluminadas son aquellas en las que siempre coinciden las crestas (o los valles), producindose interferencia constructiva.

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La luz es un fenmeno ondulatorio !!!!!!!!

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Polarizacin de la luz Todas las ondas tienen propiedades en comn, pero tambin tienen caractersticas especficas. En particular, resulta que en algunos casos la perturbacin del medio es paralela a la direccin de propagacin de la onda; pinsese por ejemplo en el caso del sonido, en que la alteracin provocada por la fuente sonora se propaga como una onda de compresin y expansin del aire. Se trata aqu de ondas longitudinales. En otros casos la perturbacin del medio es perpendicular a la direccin de propagacin de la onda, como sucede, por ejemplo, con las olas en el agua, o con una cuerda que se pone a vibrar. Se trata entonces de ondas transversales.

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Las ondas de luz son transversales. Y una diferencia importante entre los dos tipos de onda es que las transversales se pueden polarizar, mientras que las longitudinales no. Para entender lo que esto significa, veamos la figura, en la que se dejan caer palillos a travs de una coladera hecha de hilos paralelos. En el caso (a), todos los palillos pasan, pero en el caso (b) slo aquellos que estn orientados en la direccin de los hilos. Podemos decir entonces que esta coladera es como un polarizador, porque del conjunto de palillos que le llegan con todas las orientaciones posibles slo deja pasar aqullos que tienen una determinada orientacin.

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Birrifrigencia Algunos cristales, como el cuarzo, la calcita y la turmalina, tienen la capacidad de polarizar la luz, gracias a una propiedad muy curiosa: estos cristales tienen dos ndices de refraccin. Esto significa que un solo haz incidente es refractado por el cristal de dos maneras, por lo que salen dos haces separados y se forman dos imgenes. Cada una de stas est hecha con luz polarizada.

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BIBLIOGRAFA [1] AGRAWAL, Govind P. Fiber Optic Communication Systems. Segunda edicin. New York: Wiley Interscience Publication, 1997, pp 556. [2] GREEN, Paul E. Fiber Optic Network. New Jersey: Prentice- Hall, 1993, pp 514. [3] SENIOR, John M. Optical Fiber Communications: Principles and Practice. New York: Prentice-Hall, 1992, pp 922. [4] PALAIS, Joseph C. Fiber optic communications. 4 ed. New Jersey: Prentice-Hall International, 1998, pp 342. [5] RAMASWAMI, Rajiv, SIVARAJAN, Kumar N.. Optical networks. A practical perspective. Ed. Morgan Kaufmann Publishers. Primera edicin. 1998, pp 632.

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BIBLIOGRAFA [6] STERN,Thomas E. BALA, Krishna. Multiwavelength Optical Networks: A layerd approach. Ed. Addison-Wesley. Primera edicin. 1999, pp 766. [7] MUKHERJEE, Biswanath. Optical Communications Networks. Ed. McGraw-Hill. Primera edicin. 1997, pp 576. [8] DUQUE, Diego M., VILLA, Juan. WDM: Multiplexacin por Divisin de Longitud de Onda. Monografa Universidad Pontificia Bolivariana. Facultad de Ingeniera Elctrica y Electrnica. 2001. [9]Chomycz, Bob. Instalaciones de fibra ptica. Ed. McGraw- Hill. Primera edicin. 2000. pp 225. [10] Cursos de Comunicaciones pticas Universidad Politcnica de Valencia

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CANAL DE INFORMACION EL CANAL ES UNA FIBRA DE VIDRIO (PLASTICO). CARACTERISTICAS PRINCIPALES: BAJAS PERDIDAS GRAN ANGULO DE ACEPTACION

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Caractersticas de las seales

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Naturaleza de la luz ONDA : Velocidad de propagacion depende del material y geometria del medio. f PARTICULA: FOTONES W = h.f h:cte. de plank POTENCIA : Velocidad a la cual la energia se entrega: W = P. t onda partcula

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Anlisis ptico Al interior de la fibra ptica, la luz se propaga segn las propiedades pticas de sta. Esta propagacin se puede modelar por diferentes mtodos: PTICA GEOMTRICA a >>> TEORIA ELECTROMAGNTICA a ~

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ptica Geomtrica 1. EN ESPACIO LIBRE: Velocidad de los rayos: c = 3 X 10 8 m/s Factor de propagacin k 0 = c Longitud de onda 0 = c/f 2. EN OTRO MEDIO. Velocidad de los rayos: c/n Factor de propagacin k = Longitud de onda = /f k = k 0.n 0 / n

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ptica Geomtrica 3. Los rayos solo se desvian ante cambios en el medio. 4. Relacin longitud de onda vs frecuencia f f=c/ f=-(c/ 2 )

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ptica Geomtrica - EN PLANO DE FRONTERA ANG. INCIDENTE = ANG. REFLEJADO - SI ALGUNA POTENCIA TRASPASA: SEN t = n 1 SEN i n 2

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ptica Geomtrica - REFLEXIN TOTAL INTERNA Cuando un rayo luminoso incide con un ngulo, de tal forma que el ngulo de refraccin llegue a ser 90, se dice que hay reflexin total.

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Fundamentos de ptica E = E 0 SEN ( t-kz) E = E 0 e - z SEN ( t-kz)

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POLARIZACION El campo E perpendicular a direccin de propagacin. Se dice campo polarizado cuando tiene una nica direccin de propagacin. Puede ser x, y combinacin de ellas.

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POLARIZACIN Modo: Diferentes formas en las que las ondas pueden viajar. Polarizacin es solo una de las diferencias entre los modos. La mayora de las fibras son no polarizadas.

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R y n 1 - n 2 n 1 + n 2 Reflectancia: R

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Rayo Reflejado Angulo de incidencia Polarizacin del E relativo al plano de incidencia Cualquier campo incidente puede descomponerse en componentes p y s Los coeficientes de reflexin para los casos p y s se conocen como Leyes de Fresnel de Reflexin

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REFLECTANCIA Aire a vidrioVidrio a aire

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ANGULO DE BREWSTER CERO REFLEXION : ocurre solo para polarizacin paralela. Esto se cumple para un ngulo incidente: tan B 2 / 1 No prdidas de reflexin.

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ANGULO CRITICO Opuesto al anterior, rango de ngulos en los cuales ocurre total reflexin. s = 1 y p = 1 Esto ocurre cuando n 2 2 - n 2 1 sen 2 i = 0 i > c, n 2 < n 1

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Ecuacin de onda

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Ecuacin de dispersin