Practica IV - desarrollo sobre la guia de fibra optica PDF

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PRACTICA IVFIBRA ÓPTICAPresentado por:Laura Camila Artunduga SánchezAndrés Rodrigo López RealpeEstephany Johana Argoty SolartePresentado a:Ing. María Lucia Vargas VivasUniversidad del caucaFacultad de Ingeniería electrónica y TelecomunicacionesLaboratorio I de sistemas de TelecomunicacionesPeriodo 2...

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PRACTICA IV FIBRA ÓPTICA

Presentado por: Laura Camila Artunduga Sánchez Andrés Rodrigo López Realpe Estephany Johana Argoty Solarte

Presentado a: Ing. María Lucia Vargas Vivas

Universidad del cauca Facultad de Ingeniería electrónica y Telecomunicaciones Laboratorio I de sistemas de Telecomunicaciones Periodo 2018-II Marzo 2019

1. Introducción Conocemos acerca del pasado del hombre, debido a un sinnúmero de actividades sociales que definen su historia, historia que inicialmente sólo se trasmitía de voz a voz, el conocimiento en ese momento era empírico y así mismo su divulgación de generación a generación. Después, con la llegada de la escritura fue posible además de transmitir el conocimiento analizar y comparar, con esta capacidad los conceptos se construyen a base de refutaciones y asimilaciones haciéndolos cada vez más sólidos. Un avance tecnológico equivalente a la escritura, se podría definir como la llegada del internet a nuestra civilización. Actualmente la capacidad de transmitir el conocimiento es más sencilla que en todo el transcurso de nuestra historia, esto debido a un sin número de avances tecnológicos, entre ellos la llegada de la fibra óptica, que impulsó aún más la velocidad a la cual compartimos información, el uso de la luz para modular información digital incrementó significativamente la velocidad de transmisión que convencionalmente se hacía por cableado UTP, es importante analizar su comportamiento y saber concretamente su funcionamiento, para esta práctica se analizaron dos tipos de fibra óptica multimodo y monomodo, una recomendada para largas distancias (300 km - 2000 km ) y la otra para distancias más cortas (hasta 300 km ), a continuación se presenta un resumido concepto de cada una de ellas, y posteriormente se plantea y analiza las prácticas, una con respecto a su planeación y la otra referida al comportamiento de la fibra on distintos tipos de señales y modulaciones.

2. Marco Teórico a. Fibra Óptica

En su forma más simple, una fibra óptica está formada por un núcleo de vidrio con índice de refracción n1 rodeada por una capa de índice de refracción n2, siendo n2 ligeramente menor a n1 de modo de aprovechar el fenómeno de reflexión total en la interface entre los dos medios. estas fibras se denominan para diferenciarlas de las llamadas en las cuales el índice de refracción decrece de forma gradual desde el centro del núcleo hacia la interface. Dos parámetros importantes que caracterizan a las fibras ópticas son la diferencia relativa de índices de refracción núcleo-capa 𝛥 dada por:

𝛥 = (𝑛1 − 𝑛2)/𝑛1 ①

y el parámetro V dado por: 𝑉 = 𝑘0 𝑎 √(𝑛1)² − (𝑛2)2 ② donde 𝑘0 = 2𝜋/𝜆, 𝜆 es la longitud de onda y a es el radio del núcleo de la fibra. Este parámetro indica el número de modos que se puede propagar en la fibra y se puede demostrar que una fibra permite propagar un solo modo si V Ajustes → 0 ←. o Cerrar ajustes o Reemplace la fibra HCS (l = 5 m) por la fibra l = 50 m o Lea la atenuación en el instrumento Atenuación 45. o Introduzca el valor en la tabla. o Repita el experimento con fibras de HCS para 665 nm. ❖ Resultados PMMA

Figura 2. 5m 665nm PMMA

Figura 3. 50m 665nm PMMA

Figura 4. 50m 820nm PMMA

Figura 5. 5m 820nm PMMA

❖ Resutados HCS

figura 6. 5m 665nm HCS

figura 7. 50m 665nm HCS

figura 8. 50m 820nm HCS

figura 9. 5m 820nm HCS Tabla 1. resultados de la fibra de 5m

5m

PMMA

HCS

665nm

378 dB/km

82 dB/km

820nm

555 dB/km

3,9 dB/km

Tabla 2. Resultados de la fibra de 50m

50m

PMMA

HCS

665nm

342.6 dB/km

360 dB/km

820nm

555.3 dB/km

1036.4 dB/km

Como se aprecia en las anteriores figuras el parámetro que se está midiendo es la atenuación de cada uno de los tipos de fibra de acuerdo a una longitud de onda, en este caso son PMMA (fibra óptica de Polimetil metacrilato) y HCS (fibra óptica

revestida de sílica dura), para ello se consideraron dos tipos de longitudes de fibras, una de 5 metros y otra de 50 metros, la de 5 metros se usa para calibrar el sensor de potencia óptica (se utiliza ampliamente para medir los niveles de señal óptica y los ajustes de potencia) que luego se reemplaza por la fibra de 50 metros para posteriormente calcular la atenuación, los valores obtenidos de acuerdo a cada longitud se registraron en la tabla 1 para loa valores obtenidos para la fibra de 5m y la tabla 2 para los valores obtenidos para la fibra de 50m. Este parámetro de atenuación por unidad de longitud (km) varía de manera considerable de acuerdo al tipo de fibra óptica y longitud de onda (λ), en este caso los resultados obtenidos en PMMA para longitudes de onda de 665 nm y 820 nm son aproximados a los que teóricamente se proponen, sin embargo, HCS presenta una alta diferencia con los propuestos, lo cual se consideró que pudo ser ocasionado por componentes como empalmes de cables y conectores que formaban parte de la configuración. Sin embargo, se deduce que la atenuación aumenta exponencialmente con el aumento de la longitud de la fibra, reduciendo así el alcance de transmisión.

1.2 Practica ❖ Montaje Para Medir las Señales se realizó el siguiente montaje

figura 10. Montaje para medir señales

o Generador de funciones: 2 kHz, TTL Out (SYNC). o Adaptador de fibra óptica: Modo = norma, Fuente = 665 nm.

❖ PMMA o Conecte el LED 665 nm y el detector (TIC) con la fibra de PMMA l = 5 m. o Cargue el ejemplo CASSY Lab 2 Attenuation.labs. o Inicie la medición presionando F9. o Repita la medición para la fibra de PMMA l = 50 m. o Dibuje ambas medidas dentro de un solo diagrama. o Repita las medidas para el LED 820 nm. o Dar una interpretación. ❖ HCS o Repita el experimento para las fibras HCS con l = 5/50 m. o Nuevamente use LED 665 nm y LED 820 nm. Resultados PMMA

figura 11. 665nm

figura 12. 820nm

❖ Resultados HCS

figura 13. 820nm

figura 14. 665nm

Las mediciones ilustradas anteriormente corresponden a las señales recibidas usando fibras tanto PMMA como HCS, de las cuales se interpreta que con niveles de potencia ópticos superiores, pueden surgir alteraciones en la transmisión, dichas perturbaciones son más fuertes para longitudes de cable pequeñas (5 m).

2.1 Practica ❖ Transmisión de señales con fibras ópticas. o Introducción En la práctica, las distorsiones causadas por conexiones defectuosas o defectuosas pueden introducirse en el enlace de transmisión. los El efecto de este tipo de distorsiones es una caída de la potencia óptica en el fotodiodo que resulta en la operadora. Problemas que implican el reconocimiento del valor umbral por el receptor. La aparición estadística de errores de bits depende en la relación señal / ruido SNR en el receptor óptico como se muestra en la Qty

Cat.-no

Designation

1

736 061

PAM Modulator

1

736 071

PAM Demodulator

1

736 101

PCM Modulator

1

736 111

PCM Demodulator

1

736 401

Fiber Optic Adapter

1

726 09

Panel Frame T130, Two Level

1

726 86

DC-Power Supply ± 15 V/ 3 A

2

726 962

Function Generator 200 kHz

4

500 59

Set of 10 Safety Bridging Plugs, black

1

500 592

Set of 10 Safety Bridging Plugs with Tap, black

2

500 614

Safety Connection Lead 25 cm, black

8

500 644

Safety Connection Lead 100 cm, black

1

524 013S

Sensor-CASSY 2 - Starter

❖ Montaje

figura 15. Montaje para medir señales

❖ Calibración Configure el experimento como se muestra. o Utilice fibras de PMMA con conectores FSMA en un extremo (accesorio del micro posicionador). o Generador de funciones: seno, 500 Hz, 10 Vpp. o Adaptador de fibra óptica: Modo = analógico, Fuente = 665 nm o Modulador PAM: τ / TP → PCM (máximo derecho), fP → máximo a la izquierda o Cargue el ejemplo de CASSY Lab 2 PAMCal.labs. o Inicie la medición presionando F9.

o Visualice la señal de recepción en Analog Out del adaptador de fibra óptica. o Ajuste OP, GAIN 1, GAIN 2 hasta que la señal de modulación en la salida del canal de filtro CH 1 sea o coincidente con la señal de salida en salida analógica. o Micro posicionador de fibra: coloque el manipulador X en cero. o Si es necesario, ajuste los extremos de la fibra (X) en el soporte, hasta que obtenga nuevamente la coincidencia entre los o Señal moduladora y la señal PAM. o Detenga la medición de calibración presionando F9. o Conecte el canal B a la salida del demodulador PAM como se muestra. o Cargue el ejemplo de CASSY Lab 2 PAMModDem.labs. o Inicie la medición presionando F9. o Dibuje la señal de modulación y la señal demodulada para un espacio de x = 0 mm en el micro posicionador. o Repita la medición para un ajuste longitudinal de x = 1.0 mm respectivamente x = 2.0 mm. o Para ello, gire el micrómetro X del micro posicionador de fibra a 1,0 / 2,0 mm. o del tornillo micrómetro! o Comenta tus resultados. ❖ Resultados

figura 16. PAM modulada

figura 17. PAM demodulador

figura 18. PAM x = 1.00 mm

figura 19 PAM x = 2.00 mm

2.2 Practica

figura 20. Montaje PCM

❖ Configuración Configure el experimento como se muestra. o o o o o o o o o o o o

Conecte 1, 2, 3, 4 con cables de conexión. Generador de funciones 1: Triangular, 250 Hz, 15 Vpp. Generador de funciones 2: seno, 500 Hz, 10 Vpp. Modulador PAM: τ / TP → PCM (máximo derecho), fP → PCM (máximo derecho) Adaptador de fibra óptica: Modo = normal, fuente = 665 nm. Enchufe de puenteo desde AC-outl comparador. Utilice Digital Out. micro posicionador de fibra: X-manipulador a cero. Cargue el ejemplo de CASSY Lab 2 PAMModDem.labs. Inicie la medición presionando F9. Incrementar la separación longitudinal X de las fibras. Si es necesario, agregue desalineación angular hasta que La transmisión PCM se ve perturbada. Dibuje las señales demoduladas de CH 1 y CH 2 en las salidas del demodulador PAM. Dar una interpretación de los resultados.

❖ Resultados

figura 21. PCM triangular

figura 22. Canal 1

figura 23. Canal 1 con Distorsión

figura 24. Canal 2

figura 25. Canal 2 con distorsión

2.3 Practica

figura 26. Montaje para multiplexación por división de tiempo

❖ Montaje Configure el experimento como se muestra. o o o o o o o o o

Conecte 1, 2, 3, 4 con cables de conexión. Generador de funciones 1: Triangular, 250 Hz, 15 Vpp. Generador de funciones 2: seno, 500 Hz, 10 Vpp. Modulador PAM: τ / TP → PCM (máximo derecho), fP → PCM (máximo derecho) Adaptador de fibra óptica: Modo = normal, fuente = 665 nm Enchufe puente desde AC-out al comparador. Utilice Digital Out. micro posicionador: condiciones de inicio para transferencia PCM sin interrupciones. ¡No crítico! Cargue el ejemplo de CASSY Lab 2 PCMTDM.labs. Inicie la medición presionando F9. Dar una interpretación de los resultados.

❖ Resultados

figura 27. Multiplexación por división de tiempo

4. Conclusiones ❖ Según los resultados obtenidos durante el desarrollo de las simulaciones de los enlaces punto a punto para dos tipos de fibras, la atenuación o perdidas en fibra es similar a lo que teóricamente se referencia, pero al tener en cuenta factores externos como conectores o empalmes de cable, influiría directamente en el alcance del enlace, dado que, si la atenuación aumenta según la longitud de la fibra, esto afecta el alcance de transmisión, por lo que se deberá reducir.

❖ La fibra PMMA y HCS son usadas para cubrir distancias cortas como entornos industriales para la conexión de equipos de transmisión/recepción de datos, dado que alcanzan índices altos de atenuación....