DETECTORES ÓPTICOS

El detector convierte la señal óptica que procede de la fibra en señal eléctrica como primera parte del proceso de recepción; a continuación, la señal se regenera, bien para llevarla a un equipo terminal o para ser incorporada a la siguiente etapa de un repetidor óptico.

Los sistemas que operan actualmente, incorporan la detección directa de una señal que moduló en intensidad a la portadora de la fuente láser; el detector se limita a obtener una fotocorriente a partir de la luz modulada incidente, por lo que esta corriente será proporcional a la potencia recibida y corresponderá a la forma de onda de la moduladora.

En principio, el tipo más sencillo de detector corresponde a la unión p-n de un semiconductor cuyo intervalo de energía entre las bandas de valencia y de conducción sea pequeño, lo que permitirá que un fotón que incida en la unión tenga suficiente energía para permitir la creación de un par electrón-hueco.  Ambos portadores circularán en sentidos opuestos, creando una fotocorriente sobre el circuito externo.

En sistemas con fibra óptica se utilizan básicamente dos tipos de semiconductores detectores de luz: fototransisitores y fotodiodios.

Fototransitores:

A pesar de poseer buena sensibilidad, no posibilitan altas velocidades de transmisión, lo que limita su aplicación.

Fotodiodios:

Los Fotodiodos son diodos semiconductores que operan polarizados inversamente.  Durante la absorción de la luz, cuando un fotodiodo es iluminado, las partículas de energía luminosa, también llamadas fotones, son absorbidas generando pares electrón-hueco, que en presencia de un campo eléctrico producen una corriente eléctrica.

Estos dispositivos son muy rápidos, de alta sensibilidad y pequeñas dimensiones.  La corriente eléctrica generada por ellos es del orden de los nanoamperios (10 –9  A) y por lo tanto se requiere de una amplificación para manipular adecuadamente la señal.

Los fotodiodos utilizados actualmente son:

PIN  (Positivo – Intrínseco – Negativo)

APD (Fotodiodo de Avalancha)

Fotodiodo PIN

Este diodo está conformado por una capa intrínseca, casi pura, de material semiconductor, introducida entre la unión de dos capas de materiales semiconductores tipo n y p.  Se aplica una tensión de polarización inversa. 

La luz entra al diodo por una ventana muy pequeña y es absorbida por el material intrínseco, el cual agrega la energía suficiente para lograr que los electrones se muevan de la banda de valencia a la banda de conducción y se generen portadores de carga eléctrica que permiten que una corriente fluya a través del diodo.

Los elementos más utilizados en la fabricación de este tipo de detectores son el Germanio y últimamente se utiliza el GaAs, GaInAs, InP, con resultados muy buenos.

Los diodos PIN requieren bajas tensiones para su funcionamiento, pero deben utilizar buenos amplificadores.  Presentan tiempos de vida relativamente altos. Que podrían reducir únicamente por factores externos y son los más indicados para el uso en la segunda y tercera ventana de transmisión (1300 y 1550 nm).

Fotodiodo APD (Avalancha)

Los fotodiodos de avalancha son una estructura de materiales semiconductores, ordenados en forma p-i-p-n. 

La luz entra al diodo y es absorbida por la capa n, haciendo que ciertos electrones pasen de la banda de valencia a la banda de conducción.

Debido al gran campo eléctrico generado por la polarización inversa, los electrones adquieren velocidades muy altas y al chocar con otros electrones de otros átomos, hacen que éstos se ionicen.  Los átomos ionizados ionizan a su vez otros átomos, desencadenando un efecto de avalancha de corriente fotoeléctrica.

Los fotodiodos APD son 10 veces más sensibles que los diodos PIN y requieren de menos amplificación adicional.  Su desventaja radica en que los tiempos de transición son muy largos y su vida útil es muy corta.

Los fotodiodos APD de Silicio presentan ruido bajo y un rendimiento hasta del 90% trabajando en primera ventana.  Su factor de ganancia, M, es alto (de 50 a 150) y no es crítico, porque la ganancia del receptor es fácilmente controlable mientas el factor F sea bajo.

Su sensibilidad es casi inversamente  proporcional a la velocidad binaria, típicamente de  –64 dBm a 8 Mb/s y –50 dBm a 140 Mb/s y el tiempo medio entre fallas es de 107 horas.  La corriente de oscuridad es relativamente baja:  a 25 °C está entre 1 y 5 nA.  En cuanto a los anchos de banda obtenidos comercialmente, superan 1 GHz.

Como inconveniente, está su alta tensión de alimentación (200-300 V),

Los fotodiodos APD de germanio trabajan con longitudes de onda comprendidas entre 1000 y 1300 nm y rendimientos del 70% presentan como incoveniente el ajuste y control de factor M que, por cierto, tiene un valor óptimo más bajo  (1520) que en los de silicio.  Se puede prolongar su funcionamiento hasta los 1550 nm, pero necesitan entonces una zona de deplexión próxima a las 10 m, frente a las 3 ó 4 que son habituales.  Además de esto, la aplicación para 1550 nm suele ir acompañada de mayores velocidades de transmisión y en este sentido el APD de germanio es bastante limitado.

De lo indicado en el párrafo anterior, la corriente de oscuridad es alta (del orden de 0,1 A) y se duplica cada 9 ó 10 °C, afectando a su sensibilidad.

Esta varía, igual que en los de silicio, con el régimen binario, siendo valores habituales los siguientes:

-45 dBm a   34 Mb/s

-40 dBm a 140 Mb/s

-35 dBm a 565 Mb/s

en cuanto a la tensión necesaria para la polarización, es del orden de los 30 V, encontrándose en el mercado fotodiodos de este tipo cuyos anchos de banda alcanzan 1 GHz.

Características comparativas entre los diodos PIN y APD

Costo.-  Los diodos APD son más complejos y por ende más caros.

Vida.-  Los diodos PIN presentan tiempos de vida útil superiores.

Temperatura.-  Los diodos APD poseen velocidades de respuesta mayores, por lo tanto permiten la transmisión de mayores tasas de información.

Circuitos de polarización.-  Los diodos PIN requieren circuitos de polarización más simples, pues trabajan a menores tensiones.

Fotodiodos PIN-FET 

Para la determinación de la relación señal-ruido de un receptor, la capacidad del detector es decisiva para que aquella sea máxima, y una solución alternativa a los APD en altas longitudes de onda (desde 1500 hasta 1700 nm) la constituye un diodo PIN seguido de un preamplificador de bajo nivel de ruido, aunque se puede utilizar desde los 800 nm con un rendimiento cuántico más bajo, del orden del 40%.  

En cualquier caso, se utiliza una capa muy empobrecida de GaAsIn de unas 3 m de espesor; la estrechez de esta capa y el bajo tiempo de tránsito de los portadores implica que el componente sea especialmente rápido, con un ancho de banda teórico de 15 GHz, que, por consideraciones relativas al encapsulado del detector, debe limitarse a un máximo de 2 GHz.  

Estas configuraciones constituyen detectores optoelectrónicos integrados de gran interés, debido a su mayor ancho de banda y bajo costo y consisten en un fotodiodo PIN de GaAlAs y un circuito amplificador del tipo FET de GaAs integrados monolíticamente, en lugar de utilizar un diodo discreto cableado al transistor de entrada del amplificador, lo que redunda en beneficio de la baja capacidad del conjunto.  

PARAMETROS DE ELEMENTOS ACTIVOS

A) DE LOS EMISORES

1. Longitud de Onda de Emisión:

Es la longitud de onda de trabajo correspondiente a la máxima potencia 

emitida.

2. Ancho Espectral

Es el ancho del espectro de emisión de la fuente entre puntos al 50% de la máxima potencia emitida.

3. Lóbulo de Emisión

Es la magnitud relativa de la potencia radiada en función de la dirección a partir del eje óptico previsto en el encapsulado del emisor.  Es conocido a través de los ángulos de radiación sobre las direcciones paralela y perpendicular a la unión.

4. Potencia Optica de Emisión

Es la potencia de radiación óptica emitida para un determinado valor de la corriente inyectada.

5. Emitancia Radiante

Potencia óptica emitida por unidad de área radiante (W/cm²).

6. Intensidad Radiante

Potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (W/st).

7. Radiancia

Potencia óptica por unidad de área radiante y unidad del ángulo sólido del lóbulo de emisión (W/st.cm²).

8. Area Radiante

Superficie de emisión de la unión.

9. Corriente Umbral

(Sólo para los diodos LD).  Es la corriente eléctrica de inyección a partir de la cual y para valores superiores, se produce el fenómeno de radiación estimulada.

10. Tiempo De Subida

El necesario para que la señal de respuesta a un impulso eléctrico pase del 10% al 90% de su valor final.

11. Tiempo de Bajada

El necesario para que ese impulso pase del 90% al 10% de su amplitud.

B) DE LOS DETECTORES

1. Eficiencia Cuantica

Promedio de electrones generados por fotón incidente.

2. Sensibilidad Espectral

Relación entre la potencia eléctrica de salida y la potencia óptica incidente.

3. Corriente de Oscuridad

Corriente de salida en el detector en ausencia de radiación óptica.

4. Ancho de Banda Optico

Anchura espectral correspondiente a una sensibilidad espectral igual o mayor al 50% del valor máximo.

5. Ancho de Banda Eléctrico

Conjunto de frecuencias que, modulando a la radiación óptica, pueden ser detectadas con una potencia igual o mayor al 50% del valor máximo.  También se define por los tiempos de subida y caída del impulso eléctrico obtenido como respuesta a un impulso óptico incidente idealmente estrecho (impulso Dirac).

6. Potencia de Ruido Equivalente

Potencia óptica de entrada necesaria para producir una señal eléctrica de salida igual al ruido del fotodetector por unidad de ancho de banda eléctrico.

7. Detectividad

Inverso de la potencia de ruido equivalente.

8. Ganancia

Valor del parámetro que define el efecto multiplicador de corriente en los fotodiodos de avalancha.

9. Apertura de Entrada

Máximo ángulo de incidencia de la luz para el que la superficie detectora aparece totalmente iluminada.

Ronellys Flores---CAF---Foro, materia fibra optica unet

---

EMISORES Y DETECTORES OPTICOS

Las fuentes ópticas son transductores que generan una onda portadora óptica que será modulada por las señales eléctricas procedentes de un equipo analógico o digital, mientras que los detectores transforman señales ópticas procedentes de una fibra en eléctricas para su ataque a un equipo terminal o intermedio.

Las fuentes han de emitir luz a una longitud de onda concordante con una de las ventanas de bajas pérdidas en la fibra  también deben cumplir otros requisitos no menos importantes:

- Bajo consumo

- Alta fiabilidad con los cambios de temperatura

- Pequeño tamaño

- Alta potencia de salida y pureza espectral suficiente en los casos de largas secciones de regeneración.

- La fuente debe admitir en su interior la modulación a la velocidad de transmisión del sistema, aunque últimamente puede obviarse esta condición acudiendo a moduladores exteriores a la propia fuente.

Los detectores ópticos demodulan la portadora óptica recibida a través de la fibra, recuperando la señal eléctrica de información, a la que se somete posteriormente a procesos de amplificación, filtrado, etc. en el receptor.  Los detectores han de tener:

- Alta sensibilidad (potencia mínima necesaria en la entrada del detector para obtener una tasa de error menor que una prefijada).

- Bajo consumo y pequeño tamaño.

- Una baja tasa de error –típicamente menos de 10 -10 – para permitir la recuperación de la señal original.

- Bajo ruido

- Alta eficiencia cuántica – rendimiento – en la conversión optoeléctrica.

FUENTES O EMISORES ÓPTICOS

Existen dos opciones de fuentes semiconductoras para ser utilizadas en fibras ópticas como emisores de luz.

LED (Light Emiter Diodo)

(Diodo emisor de luz)

LASER (LD) (Light Amplification by Simulated Emisión of Radiation)

(Amplificación de luz por emisión estimulada de radiación).

El diodo LED:

Es un diodo de material semiconductor, que forma una unión p-n de emisión espontánea  de las mismas características que un diodo convencional de germanio o silicio.  Al tratarse de una emisión de este tipo, no es de esperar que las ondas emitidas estén en fase entre sí, pues se trata de un fenómeno aleatorio:

La diferencia principal con los diodos convencionales radica en que ciertos materiales que se utilizan como dopadores en el LED, son elegidos de tal manera que el proceso de recombinación electrónica sea radiactivo y se genere luz.

De acuerdo al material utilizado para construir el LED, se determinará si la luz emitida por éste es visible o invisible y de que color.

Debido a la gran dispersión de luz y a la distribución espectral tan amplia que presenta un diodo LED, figura 39, éste es usado sólo cuando se requiere realizar transmisiones a distancias cortas y con poca salida de potencia.  Son relativamente baratos y poseen un tiempo de vida útil muy largo (107  horas).

Para aplicaciones prácticas en telecomunicaciones y por razones de velocidad y capacidad de transmisión, se desarrollaron los siguientes tipos de LED:

LED de Emisión por Superficie (Tipo Burrus)

Este diodo emite la luz en muchas direcciones, pero según la forma física de la unión, puede concentrarse en un área muy pequeña denominada pozo.  Con la ayuda de lentes ópticos que se colocan en superficie, se pueden lograr mayores concentraciones de luz.  

LED Emisor de Borde (Diodos ELED)

Este diodo emite un patrón de luz en forma elíptica, más direccional que el emitido por los diodos de emisión superficial.

Los diodos emisores superficiales son más utilizados que los diodos emisores de borde, porque emiten más luz; sin embargo, sus pérdidas de luz por conexión son mayores y su ancho de banda muy angosto.

De todo lo expuesto, se deduce que las aplicaciones en sistemas de comunicaciones se corresponden con:

- Fibras multimodo de apertura numérica alta, que compensa la gran superficie de emisión y la baja potencia de salida y fibras monomodo.

- Secciones de regeneración pequeñas o recorridos cortos) redes locales o tendidos en pequeñas áreas) que no precisen regeneradores, ya que el gran ancho  espectral  lleva a dispersiones muy altas, provocando incluso que la dispersión cromática pueda superar a la modal.

- Baja velocidad de modulación, función del ancho de banda permitido.

El diodo LASER:

EL LASER es básicamente un diodo semiconductor de emisión estimulada que cuando se polariza directamente emite una luz coherente, monocromática y muy estrecha en su ancho espectral, de 1 a 5 nm.  

Esta luz debido a su espectro tan estrecho, no se dispersa tanto como la luz producida por un diodo LED, por lo que se puede emplear eficientemente para transmisiones a mucha distancia y a frecuencia muy superiores a las 300 Mhz.

Consta básicamente de una estructura (p – n) y contactos metálicos, figura 43.  inicialmente se fabricó de GaAs, luego pasó a ser fabricado de GaAIAs, logrando así emisiones en la franja de 800 a 900 nm, que es donde está la primera ventana de transmisión de las fibras ópticas.

El diodo LASER produce una salida de 5 mw, con una corriente de 200 mA y una tensión de 1,5 voltios.

Existen 2 tipos de diodos LASER:

1. Diodos Laser de franjas de óxidos (DL) GaAIAs / GaAs.

2. Diodos Laser con control por índice (ILD) GaInAsP / InP.

Otras propiedades de los LASER

Por la rapidez de la emisión estimulada, los láseres pueden ser modulados a velocidades más altas que los LED.  Otra característica importante del láser es la dependencia de la potencia de emisión con la temperatura, lo que obliga a incorporar en el módulo transmisor circuitos de control de la corriente de polarización, o bien mantener el láser en un ambiente térmicamente estable.

En cuanto al espectro de emisión, es de notar que varía desplazándose a mayores longitudes de onda al aumentar la temperatura.

Ronellys Flores---CAF---Foro, materia fibra optica unet

---

Modelo Electroópticode un láser

Esquema externo del subcircuito 

Relación entre el circuito híbrido real y el modelo

Además de los dispositivos físicos integrados con que cuenta este componente, se añadirán nodos que nos permitirán medir o actuar sobre diferentes variables de interés. Así, se han incluido los nodos TLaser, TTerm, TCasey TAmbque dan cuenta de las diferentes temperaturas durante el funcionamiento del dispositivo en Voltios por ºC, y el nodo POptque indicarála potencia óptica emitida por el láser en Voltios por mW.

Características eléctricas del láser

Corriente directa (IF) vs. Voltaje directo (VF)

??Fundamentalmente se pretende con esta parte simular el comportamiento de la curva IF/ VFdel láser.

??Las características eléctricas del diodo láser básicamente se modelarán mediante un diodo cuyos parámetros DC (RS, IS) se seleccionarán de forma que coincidan sus propiedades con las del láser.

??Puesto que necesitaremos en otras partes del subcircuitomonitorizar la corriente que atraviesa el láser colocamos una fuente de tensión de 0V en serie con el diodo para poder referenciar la corriente que lo atraviesa.

Modelo electroópticoI

Potencia óptica emitida (Popt) vs. Corriente directa (IF)

??Simularemos la potencia óptica mediante alguna variable eléctrica. En concreto se desea que el voltaje en el nodo POPT del subcircuitonos indique la potencia óptica en razón de 1V/mW.

??Además, como la temperatura del láser condiciona de forma importante su respuesta, incluiremos elementos dependientes de dicha temperatura, la cual, como veremos más adelante, estarárepresentada mediante la tensión en un determinado nodo.

??Desarrollaremos el modelo siguiendo

las siguientes fases:

1.Modelado del comportamiento

estacionario a cuatro temperaturas

diferentes según la figura con

elementos discretos

2.Ajuste de los componentes discretos

por componentes variables continuos

con la temperatura del láser

3.Añadir los elementos necesarios para

modelar la respuesta transitoria a un

pulso de corriente sin modificar el

comportamiento estacionario

Comportamiento estacionario modelado con elementos discretos??El comportamiento IF-Poptes similar a la curva VF-IFde un diodo. Modelaremos Poptcomo la corriente que atraviesa un diodo e IFcomo la tensión que cae en ese diodo.??Utilizamos H1, una fuente de tensión controlada por la corriente real IFpara generar la tensión que cae en un diodo estándar D2 (sin modificar sus parámetros por defecto). La corriente que atraviese D2 tendráel sentido de Popt. Ajustaremos el factor de escala K, de H1 de forma que esa corriente sea equivalente a 1mA por cada 1mW de Popt.??Añadimos V2 para poder mover el codo correspondiente a la Ithdel láser y R2 para ajustar la pendiente o eficiencia del láser. En este caso dejamos el diodo estándar y añadimos en serie V2 y R2 porque estos elementos deben variar con la temperatura.??Para obtener Poptcomo tensión en el nodo Poptañadimos V3 de 0V para monitorizar la corriente que pasa por D2 y la convertimos a tensión con H2 con un factor de escala 1000. Obtendremos por tanto 1V en el nodo Poptpor cada 1mW de Poptemitida.??Debemos obtener el valor de K y cuatro valores de R2 y de V2 que ajusten el modelo a las cuatro temperaturas.

Se deben simular la diferentes temperaturas que alcanzan diferentes puntos críticos del dispositivo

??Diodo Láser

??Termistor

??Carcasa

??El modelo térmico se basa en las siguientes relaciones duales:

??La temperatura de un punto en ºC se simularámediante la tensión en voltios en dicho punto

??El flujo de calor o potencia disipada entre dos puntos serála corriente que circule entre ambos. La corriente tendráel sentido de calentar el nodo al que vaya, por tanto de aumentar la tensión en dicho nodo. La relación debe ser de un amperio por vatio

??La resistencia térmica expresada en ºC/W de un elemento frente a otro, se simularámediante una resistencia de igual valor en ohmios

??Cada elemento podrátener una capacidad o inercia térmica, que se simularámediante un condensador cuyas unidades equivalentes serán 1F=1W·s/ºC

??Las variaciones de temperatura pueden deberse a dos causas:

??Variación de la temperatura ambiente

??Variación de la potencia disipada en el diodo láser. Podráaproximarse como la potencia consumida por el láser Pc=VF·IFmenos la potencia óptica emitida

??Supondremos que los demás componentes no disipan calor

Ronellys Flores---CAF---Foro, materia fibra optica unet

---

Empalmes de la fibra óptica

En instalación de sistemas de fibra óptica es necesario utilizar técnicas y dispositivos de interconexión como empalmes y conectores. 

En caso de que los núcleos no se empalmen perfecta y uniformemente, una parte de la luz que sale de un núcleo no incide en el otro núcleo y se pierde. Por tanto las perdidas que se introducen por esta causa pueden constituir un factor muy importante en el diseño de sistemas de transmisión.

Técnicas de empalme

Existen principalmente dos técnicas diferentes de empalme que se emplean para unir permanentemente entre sí fibras ópticas.

Empalme por fusión

Esta se utiliza en gran escala. Se realiza fundiendo el núcleo, siguiendo las etapas de:

• preparación y corte de los extremos

• Alineación de las fibras

• soldadura por fusión

• protección del empalme

Empalme mecánico

Este tipo de empalme se usa en el lugar de la instalación donde el desmontaje es frecuente, es importante que las caras del núcleo de la fibra óptica coincidan exactamente. Consta de un elemento de auto alineamiento y sujeción de las fibras y de un adhesivo adaptador de índice que fija los extremos de las fibras permanentemente. 

Después de realizado el empalme de la fibra óptica se debe proteger con:

• manguitos metálicos

• manguitos termoretráctiles

• manguitos plásticos.

En todos los casos para el sellado del manguito se utiliza adhesivo o resina de secado rápido.

Estándares presentes en la fibra óptica:

De acuerdo a su diseño, existen dos tipos de cable de fibra óptica:

• Cable de estructura holgada

Es un cable empleado tanto para exteriores como para interiores que consta de varios tubos de fibra rodeando un miembro central de refuerzo y provisto de una cubierta protectora. Cada tubo de fibra, de dos a tres milímetros de diámetro, lleva varias fibras ópticas que descansan holgadamente en él. Los tubos pueden ser huecos o estar llenos de un gel hidrófugo que actúa como protector antihumedad impidiendo que el agua entre en la fibra.

• Cable de estructura ajustada

Es un cable diseñado para instalaciones en el interior de los edificios, es más flexible y con un radio de curvatura más pequeño que el que tienen los cables de estructura holgada.

Contiene varias fibras con protección secundaria que rodean un miembro central de tracción, todo ello cubierto de una protección exterior. Cada fibra tiene una protección plástica extrusionada directamente sobre ella, hasta alcanzar un diámetro de 900 µm rodeando al recubrimiento de 250 µm de la fibra óptica. 

Tipos de conectores 

Estos elementos se encargan de conectar las líneas de fibra a un elemento, ya puede ser un transmisor o un receptor. Los tipos de conectores disponibles son muy variados, entre los que podemos encontrar se hallan los siguientes: 

Tipos de conectores de la fibra óptica.

• FC, que se usa en la transmisión de datos y en las telecomunicaciones.

• FDDI, se usa para redes de fibra óptica.

• LC y MT-Array que se utilizan en transmisiones de alta densidad de datos.

• SC y SC-Dúplex se utilizan para la transmisión de datos.

• ST o BFOC se usa en redes de edificios y en sistemas de seguridad.

Emisores del haz de luz 

Estos dispositivos se encargan de emitir el haz de luz que permite la transmisión de datos, estos emisores pueden ser de dos tipos:

• LEDs. Utilizan una corriente de 50 a 100 mA, su velocidad es lenta, solo se puede usar en fibras multimodo, pero su uso es fácil y su tiempo de vida es muy grande, además de ser económicos.

• Lasers. Este tipo de emisor usa una corriente de 5 a 40 mA, son muy rápidos, se puede usar con los dos tipos de fibra, monomodo y multimodo, pero por el contrario su uso es difícil, su tiempo de vida es largo pero menor que el de los LEDs y también es mucho más costoso.

Conversores luz-corriente eléctrica

Este tipo de conversores convierten las señales ópticas que proceden de la fibra en señales eléctricas. Se limitan a obtener una corriente a partir de la luz modulada incidente, esta corriente es proporcional a la potencia recibida, y por tanto, a la forma de onda de la señal moduladora.

Las condiciones que debe cumplir un fotodetector para su utilización en el campo de las comunicaciones, son las siguientes:

• La corriente inversa (en ausencia de luz) debe ser muy pequeña, para así poder detectar señales ópticas muy débiles (alta sensibilidad).

• Rapidez de respuesta (gran ancho de banda).

• El nivel de ruido generado por el propio dispositivo ha de ser mínimo.

Hay dos tipos de detectores: los fotodiodos PIN y los de avalancha APD.

• Detectores PIN: Su nombre viene de que se componen de una unión P-N y entre esa unión se intercala una nueva zona de material intrínseco (I), la cual mejora la eficacia del detector.

Se utiliza principalmente en sistemas que permiten una fácil discriminación entre posibles niveles de luz y en distancias cortas.

• Detectores APD: El mecanismo de estos detectores consiste en lanzar un electrón a gran velocidad (con la energía suficiente), contra un átomo para que sea capaz de arrancarle otro electrón.

Estos detectores se pueden clasificar en tres tipos:

• De silicio: presentan un bajo nivel de ruido y un rendimiento de hasta el 90% trabajando en primera ventana. Requieren alta tensión de alimentación (200-300V).

• De germanio: aptos para trabajar con longitudes de onda comprendidas entre 1000 y 1300 nm y con un rendimiento del 70%.

• De compuestos de los grupos III y V.

Ronellys Flores---CAF---Foro, materia fibra optica unet

---

Limitación de funcionamiento en la fibra óptica:

Imperfecciones de guía:

• Perdidas por dobleces: ocurren en todas las curvas de la fibra óptica, esto se debe al cambio del ángulo de incidencia en la frontera núcleo-revestimiento.

• Perdidas por acoplamiento: las perdidas de unión son causadas mas frecuentemente por una mala alineación lateral, una mala alineación de separación y un mal acabado en la superficie.

La dispersión en la fibra óptica:

La dispersión es el fenómeno en el cual un pulso se deforma a medida que se propaga a través de la fibra óptica, debido a que las distintas componentes de la señal viajan a distintas velocidades llegando al receptor en distintos instantes de tiempo.

La dispersión de Rayleigh

Se debe a fluctuaciones de concentración y densidad, burbujas en el material,

inhomogeneidades y fisuras o imperfecciones de la guía de ondas por irregularidades interfaciales del núcleo y revestimiento.

En este caso se produce una dispersión de la onda electromagnética que se traduce en una atenuación de la onda incidente.

La dispersión de Raman 

Se refiere a la interacción que sufren las ondas ópticas con las vibraciones moleculares del material, experimenta una reducción de su frecuencia óptica. Esta tiene lugar en la dirección de propagación 

La dispersión de Brillouin

La luz es dispersada por ondas acústicas que se forman en el material a causa de la excitación térmica. Es un efecto similar al anterior pero mas complicado, solo tiene lugar en la dirección opuesta a la dirección de propagación.

Estas dos últimas dispersiones son no lineales.

La atenuación y pérdidas en la fibra óptica:

La atenuación, o pérdida de la señal, deriva de dos causas: el índice de absorción de luz que tenga el material que compone la fibra óptica y su pureza. La absorción reduce la energía en la señal, por lo que puede no llegar completa al destino; mientras que un material impuro desviará la luz de su camino entre el núcleo y el recubrimiento.

La absorción material:

La pérdida por absorción en las fibras ópticas es analógica a la disipación de potencia en los cables de cobre; las impurezas, en la fibra absorben, la luz y la convierten en calor. El vidrio ultra puro usado para fabricar las fibras ópticas es aproximadamente 99.9999% puro. Aun así, las pérdidas por absorción entre 1 y 1000 dB/Km son típicas. Esencialmente, hay tres factores que contribuyen a las pérdidas por absorción en las fibras ópticas: absorción ultravioleta, absorción infrarrojo y absorción de resonancia del ion.

• Absorción ultravioleta: La absorción ultravioleta es provocada por electrones de valencia en el material de silicio del cual se fabrican las fibras. La luz ioniza a los electrones de valencia en conducción. La ionización es equivalente a la pérdida total del campo de luz y, en consecuencia, contribuye a las pérdidas de transmisión de la fibra.

• Absorción infrarroja. La absorción infrarroja es un resultado de fotones de luz que son absorbidos por los átomos de las moléculas, en el núcleo de vidrio. Los fotones absorbidos se convierten a vibraciones mecánicas aleatorias típicas de calentamiento.

• Absorción de resonancia de ion. La absorción de resonancia de ion es causada por los iones OH- en el material. La fuente de los iones OH- son las moléculas de agua que han sido atrapadas en el vidrio, durante el proceso de fabricación. La absorción del ion también será causada por las moléculas de hierro, cobre y cromo.

Fabricación de la fibra óptica 

La fabricación de fibras ópticas se realiza en tres pasos:

Creación de la preforma, o tubo cilíndrico de entre unos 60 120 cm. de largo y un diámetro de entre 10 y 25mm, creación de la fibra óptica propiamente dicha mediante un procedimiento de estirado con la posterior aplicación de un revestimiento primario y las pruebas o mediciones.

Creación de la preforma

Para la generación de la preforma se utilizan distintos métodos los cuales se pueden describir como:

-   Métodos en fase líquida 

Los métodos en fase líquida sólo permiten la fabricación de fibras de salto de índice.

• Método de la varilla en tubo (rod in tube)

• Método de los crisoles

-   Técnicas de deposición de vapor

Los métodos en fase de vapor son los más empleados en la actualidad y los que permiten una mayor versatilidad de fabricación, ya que con ellos pueden obtenerse fibras de salto de índice y de índice gradual.

• Deposición química modificada en fase de vapor (MCVD)

• Deposición química en fase de vapor activada por plasma (PCVD)

• Deposición externa en fase de vapor (OVCD)

• Deposición axial en fase de vapor (VAD)

Procedimiento de estirado

Una vez que se dispone de la preforma, fabricada por medio de cualquiera de los métodos reseñados anteriormente, puede proceder al segundo paso, que consiste en la obtención de la fibra óptica propiamente dicha mediante un procedimiento de estirado de la preforma y posterior aplicación de un revestimiento primario.

Pruebas y mediciones

Después del estirado la fibra pasa a la etapa de prueba y medidas en la cual se verifican todos los parámetros ópticos y geométricos. Existen tres tipos de pruebas: mecánico, óptico, y geométrico.

Instalación de la fibra óptica 

Entre los cuidados más importantes en una instalación de fibras ópticas se tendrá en cuenta que nunca deberá excederse la carga máxima del cable debido al peligro de rotura de la misma.

• SUBCONDUCTOS. Los conductos pueden mejorarse con la colocación de

sub-conductos, lo cual incrementa la eficiencia en el uso de la infraestructura existente ya que permite instalar más de un cable por ducto. Además introduce una superficie de alta calidad, limpia y continua. Existen soluciones de compromiso que permiten colocar 3 tubos de 27 mm en el ducto de 100 mm de diámetro. Algunas Administraciones han usado 4 tubos.

Existen también subductos con pliegues longitudinales que permiten un menor contacto con el cable y sirven como canal para los lubricantes. Los tubos son anclados en el extremo del ducto mayor mediante piezas estancas al agua que impide el acceso de la humedad desde el ducto al subducto.

• LUBRICANTES. Para facilitar la instalación, el tendido puede realizarse con la

ayuda de lubricantes que disminuyen el rozamiento entre el cable y el conducto.

Cuando el tendido se efectúa a mano el lubricante puede llegar a causar problemas al personal si se lo usa en abundancia. En tal caso es conveniente no usarlo.

Algunos lubricantes muy viscosos pueden llegar a aumentar la carga de tracción.

• EL TENDIDO. Fundamentalmente el tendido de cables se efectúa a mano,

aunque se han diseñado máquinas neumáticas controladas por microprocesador para ayudar al tendido.

Para los cables instalados en túneles es conveniente suministrarle un soporte plano y continuo al cable de FO para evitar compresiones localizadas o deformaciones en los puntos de soporte. En los edificios el recorrido es más tortuoso que en los conductos, por ello el cable será más flexible y robusto, debiendo estar diseñado para soportar subidas verticales prolongadas sin afectar a las FO. Se prefiere el recubrimiento adherente en este caso. También existe preferencia por la cubierta exterior de PVC o materiales no-alógenos.

INSTALACIÓN DE CABLES AÉREOS

CABLES DIELECTRICOS ADSS (Autosoported Dielectric). La instalación de los cables aéreos ópticos están diseñados para una elongación máxima. Esto afecta, además del proceso de instalación, a la resistencia al viento, la nieve y a cambios de temperatura. El cable aéreo puede tener un soporte separado colocado previamente y al que se engrampa, del tipo autosoportado o mediante un conducto aéreo tipo "8. Es aconsejable colocar los cables con Fibra Óptica en la posición más alta del poste ya que soportará así mejor la posterior instalación de otros cables. El viento y la nieve incrementan temporal y substancialmente la carga sobre el cable. Debe soportar las variaciones ambientales

y la instalación, así como las derivadas del transporte de los carretes. La expansión térmica depende de las características de los componentes, en tal sentido los cables dieléctricos son más exigentes.

Los cables dieléctricos tienen un problema de diseño debido a la diferente contracción y expansión térmica de las Fibra Óptica y los plásticos (éstos lo hacen 400 veces más fácil), lo cual obliga al uso de recubrimiento suelto para que la Fibra Óptica esté en exceso dentro del cable. Los cables aéreos permiten el uso de las instalaciones de energía para colocar cables de comunicaciones.

INSTALACIÓN DE CABLES ENTERRADOS

La instalación de cables enterrados puede realizarse por varios métodos: la técnica del arado vibratorio, el cavado de zanjas o trincheras a mano o con maquinaria, la colocación de artesas o con perforadoras. El método más conveniente en largos tendidos es la técnica del arado, debido a que el reducido peso y tamaño del cable hace innecesario el zanjeo. La instalación se realiza con un arado que posee un alimentador en forma de tubo por el cual se desliza el cable y queda colocado en la base del arado. Los cables enterrados estarán a una profundidad cercana a un metro dependiendo del tipo de terreno, lo cual supera la profundidad de los conductos para un mayor protección contra trabajos de cultivo, drenaje e instalación de otros servicios. 

CABLES SUBMARINOS

Los cables subacuáticos pueden ser posados en el lecho del río, lago o mar o enterrarse mediante arados que son tirados desde el barco. El cable debe diseñarse para soportar la presión del agua y de las corrientes. Donde se realice pesca o dragado debe indicarse la posición del cable. 

Ronellys Flores---CAF---Foro, materia fibra optica unet

---