Fibra Optica Este

7/25/2019 Fibra Optica Este

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Ao de la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la Educacin

FACULTAD : Ingeniera Mecnica y Elctrica

ESCUELA :Ingeniera Electronica

DOCENTE :Ing. Percy Hermoza Altez

CURSO :Lineas de Transmision

TEMA :Fibra Optica

ALUMNA :Flores Choque,Maryory Grisel

CICLO :VIII

Lima 14 de Diciembre del 2015

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2

A mi abuela, que

gracias a ella soy

hoy dia una seorita

con buenas

cualidades y valores

inculcados por ella y

que todas mis

metas y proyectos y

ambiciones en el

ambito profesional


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INDICE

Cartula . 1

Dedicatoria 2

ndice........ 3

Introduccin. 4

Fibra Optica............................................ 6!

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IN"#OD$CCI%N

Este trabajo se ha realizado con la intencin de describir y resaltar los puntos

mas importantes en cuanto a la fibra ptica se refiere.

Como el titulo lo indica, lo importante de este texto es hacer un estudio de la fibra

ptica, dando a conocer su definicin, mtodos de fabricacin, caractersticas,

clasificacin, campos de aplicacin y otros puntos importantes a tratar.

Desde hace unos aos atrs se ha !enido buscando un medio "ue transmita

informacin, "ue sea confiable y ten#a la capacidad de soportar las

perturbaciones "ue existen en el medio ambiente. Este medio es una #ua de

fibra conocido con el nombre de fibra ptica.

En pocos aos la fibra ptica ha sido o es una de las ms a!anzadas tecnolo#as

"ue se han desarrollado para ser utilizada en la transmisin de informacin.

Este material inno!ador le dio un #iro a los procesos de telecomunicaciones en

cual"uiera de sus direcciones, desde obtener !elocidades ms rpidas en la

transmisin y reducir casi a nada el ruido y las interferencias, hasta aumentar las

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maneras de emisin en comunicaciones y recepcin mediante !a telefnica.

&I'"O#I(

$os anti#uos #rie#os usaban espejos para transmitir informacin, de modo rudimentario,

usando luz solar. En %&'(, Claude Chappedise un sistema de tele#rafa ptica, "ue,

mediante el uso de un cdi#o, torres y espejos distribuidos a lo lar#o de los ()) *m "ue

separan a $ille de +ars, conse#ua transmitir un mensaje en tan slo % minutos.

-un"ue en %(), eran conocidas las ecuaciones por las "ue ri#e la captura de la luz dentro

de una placa de cristal lisa, no sera sino ') aos ms tarde "ue estas ecuaciones se

ampliaron hacia los llamados cables de !idrio #racias a los trabajos de los fsicos Demetrius

/ondros y +eter Debye en %'%).%

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El confinamiento de la luz por refraccin, el principio "ue posibilita la fibra ptica, fue

demostrado por Daniel Colladon y 0ac"ues 1abineten +ars en los comienzos de la dcada

de %2). El fsico irlands 0ohn 3yndall descubri "ue la luz poda !iajar dentro del a#ua,

cur!ndose por reflexin interna, y en %&) present sus estudios ante los miembros de la

4eal 5ociedad.( - partir de este principio se lle!aron a cabo una serie de estudios, en los"ue demostraron el potencial del cristal como medio eficaz de transmisin a lar#a distancia.

-dems, se desarrollaron una serie de aplicaciones basadas en dicho principio para iluminar

corrientes de a#ua en fuentes p6blicas. 7s tarde, el in#eniero escocs 0ohn $o#ie 1aird

re#istr patentes "ue describan la utilizacin de bastones slidos de !idrio en la transmisin

de luz, para su empleo en su sistema electromecnico de tele!isin en color.

5in embar#o, las tcnicas y los materiales usados no permitan la transmisin de la luz con

buen rendimiento. $as prdidas de seal ptica eran #randes y no haba dispositi!os deacoplamiento ptico.

5olamente en %'8) las fibras pticas comenzaron a interesar a los in!esti#adores, con

muchas aplicaciones prcticas "ue estaban siendo desarrolladas. En %'8(, el fsico 9arinder

5in#h :apany, apoyndose en los estudios de 0ohn 3yndall, realiz experimentos "ue

condujeron a la in!encin de la fibra ptica.

;no de los primeros usos de la fibra ptica fue emplear un haz de fibras para la transmisin

de im#enes, "ue se us en el endoscopio. ;sando la fibra ptica, se consi#ui unendoscopio semiflexible, el cual fue patentado por la ;ni!ersidad de 7chi#an en %'8. En

este in!ento se usaron unas nue!as fibras forradas con un material de bajo ndice de

refraccin, ya "ue antes se impre#naban con aceites o ceras. En esta misma poca, se

empezaron a utilizar filamentos del#ados como el cabello "ue transportaban luz a distancias

cortas, tanto en la industria como en la medicina, de forma "ue la luz poda lle#ar a lu#ares

"ue de otra forma seran inaccesibles. El 6nico problema era "ue esta luz perda hasta el ''

< de su intensidad al atra!esar distancias de hasta ' metros de fibra.Charles :. :ao, en su tesis doctoral de %'8, estim "ue las mximas prdidas "ue debera

tener la fibra ptica, para "ue resultara prctica en enlaces de comunicaciones, eran de ()

decibelios por *ilmetro.

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En %', en un comunicado diri#ido a la -sociacin 1ritnica para el -!ance de la Ciencia,

los in!esti#adores Charles :. :ao y =eor#e /oc*ham, de los laboratorios 5tandard

3elecommunications, en >n#laterra, afirmaron "ue se poda disponer de fibras de una

transparencia mayor y propusieron el uso de fibras de !idrio y de luz, en lu#ar deelectricidad

y conductores metlicos, en la transmisin de mensajes telefnicos. $a obtencin de talesfibras exi#i #randes esfuerzos de los in!esti#adores, ya "ue las fibras hasta entonces

presentaban prdidas del orden de %)) d1?*m, adems de una banda pasante estrecha y

una enorme fra#ilidad mecnica. Este estudio constituy la base para reducir las prdidas de

las seales pticas "ue hasta el momento eran muy si#nificati!as y no permitan el

apro!echamiento de esta tecnolo#a. En un artculo terico, demostraron "ue las #randes

prdidas caractersticas de las fibras existentes se deban a impurezas diminutas intrnsecas

del cristal. Como resultado de este estudio fueron fabricadas nue!as fibras con atenuacin

de () d1?*m y una banda pasante de % =/z para un lar#o de % *m, con la perspecti!a de

sustituir los cables coaxiales. $a utilizacin de fibras de %)) @m de dimetro, en!ueltas en

fibras de nylon resistente, permitiran la construccin de hilos tan fuertes "ue no podan

romperse con las manos. /oy ya existen fibras pticas con atenuaciones tan pe"ueas de

hasta % d1?*m, lo "ue es muchsimo menor a las prdidas de un cable coaxial.

En %'&), los in!esti#adores 4obert 7aurer, Donald :ec*, +eter 5chultz, adems de Aran*

Bimar "ue trabajaban para Cornin# =lass, fabricaron la primera fibra ptica aplicando

impurezas de titanio en slice, con cientos de metros de lar#o con la claridad cristalina "ue

:ao y /oc*man haban propuesto, aun"ue las prdidas eran de %& d1?*m. 2 Durante esta

dcada, las tcnicas de fabricacin se mejoraron, consi#uiendo prdidas de tan solo ),8

d1?*m.

+oco despus, los fsicos 7orton 1. +anish e >zuo /ayashi, de los $aboratorios 1ell,

mostraron un lser de semiconductores "ue poda funcionar continuamente a temperatura

ambiente. -dems, 0ohn 7acChesney y sus colaboradores, tambin de los laboratorios 1ell,

desarrollaron independientemente mtodos de preparacin de fibras. 3odas estas acti!idades

marcaron un punto decisi!o ya "ue ahora, existan los medios para lle!ar las comunicaciones

de fibra ptica fuera de los laboratorios, al campo de la in#eniera habitual. Durante la

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si#uiente dcada, a medida "ue continuaban las in!esti#aciones, las fibras pticas mejoraron

constantemente su transparencia.

El (( de abril de %'&&, =eneral 3elephone and Electronics en!i la primera transmisin

telefnica a tra!s de fibra ptica, en 7bit?s, en $on# 1each, California.

;n dispositi!o "ue permiti el uso de la fibra ptica en conexiones interurbanas, reduciendo

el coste de ellas, fue el amplificador ptico in!entado por Da!id 9. +ayne, de la;ni!ersidad

de 5outhampton, y por Emmanuel Desur!ire en los $aboratorios 1ell. - ambos se les

concedi la 7edalla 1enjamin Aran*lin en %'.

Cable submarino de fibra ptica.

En %'), las mejores fibras eran tan transparentes "ue una seal poda atra!esar (2)

*ilmetros de fibra antes de debilitarse hasta ser indetectable. +ero las fibras pticas con

este #rado de transparencia no se podan fabricar usando mtodos tradicionales. tro

a!ance se produjo cuando los in!esti#adores se dieron cuenta de "ue el cristal de slice puro,

sin nin#una impureza de metal "ue absorbiese luz, solamente se poda fabricar directamente

a partir de componentes de !apor, e!itando de esta forma la contaminacin "ue

ine!itablemente resultaba del uso con!encional de los crisoles de fundicin. $a tecnolo#a endesarrollo se basaba principalmente en el conocimiento de la termodinmica "umica, una

ciencia perfeccionada por tres #eneraciones de "umicos desde su adopcin ori#inal por

parte de illard =ibbs, en el si#lo F>F.

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F$ND()EN"O' DE O*"IC( *(#( FI+#( O*"IC(

$as fibras pticas basan su funcionamiento en las leyes de la reflexin y de la refraccin de

la luz. +ara ello se debe de tener en cuenta "ue cuando un rayo de luz incide sobre la

superficie de separacin de dos medios transparentes distintos, parte de la luz

resultareflejada permaneciendo en el primer medio y parte de la luz resulta refractada,

penetrando en el segundo medio.

$as leyes de la reflexin y de la refraccin son distintas, y se enuncian a continuacinI

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$a ley de la reflexin de la luz establece "ue todo rayo de luz "ue incide en una superficie

reflectante, saldr reflejado con un n#ulo i#ual al n#ulo de incidencia y de tal forma "ue

tanto el rayo incidente como el reflejado y la perpendicular a la superficie reflectante en el

punto de incidencia estn en el mismo plano.

$a ley de la refraccin o ley de 5nell es la indicada a continuacinI

Como se puede !er en el dibujo, se supone "ue el rayo de luz !iene desde una sustancia o

medio con ,ndice de re-raccin n1 y entra en otra utancia o /edio con ,ndice de

re-raccin n2. 5e !e claramente "ue si n20 n1entonces en 2 en 1, y por lo tanto

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cuanto menor es el seno, menor es el n#ulo. +or eso, el n#ulo 2 es menor "ue el

n#ulo 1. Jeamos un ejemplo numrico. 5i ima#inamos un rayo de luz "ue pasa desde el

!idrio al a#ua, y cuyos ndices de refraccin son los indicados en la fi#ura y calculamos cual

es el n#ulo de refraccin, suponiendo "ue el n#ulo de incidencia son )K.

-plicando la ley de 5nell tenemos "ueI

n% x sen L% M n( x sen L(

N sustituyendo los !alores indicados en la fi#ura

%,2 sen ) M %, sen L( y como sen ) M ),8 entonces

),& M %, sen L(

de donde sen L(M ),& ? %, M ),82

Ainalmente utilizando la funcin arc sen calculamos el n#ulo L( tambin llamado n#ulo de

refraccin

L( M arc sen ),82 M ,(K

5i realizamos los clculos para otro n#ulo distinto de incidencia, por ejemplo, si en lu#ar de

!aler ) K el n#ulo de incidencia, pasa a !aler K, entonces el n#ulo de refraccin !aldrI

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n% x sen L% M n( x sen L(

y sustituyendo !alores

%,2 sen M %, sen L( y como sen M ),'%8 tenemos "ueI

%, M %, sen L(

de donde se obtiene L( M arc sen O%, ?%,P M arc sen % M ') K. En la si#uiente fi#ura se

puede !er lo "ue pasa cuando el n#ulo de refraccin es de ')K

+ara cual"uier n#ulo de incidencia mayor "ue el n#ulo crtico, es decir, en el ejemplo

anterior del !idrio y del a#ua, para cual"uier n#ulo de incidencia mayor "ue K, se produce

un n#ulo de refraccin mayor "ue ')K, o lo "ue es lo mismo, la denominada re-lein total.

Esto 6ltimo es en lo "ue est basada la fibra ptica. $a luz "ue !a por el interior de la fibra

ptica !a sufriendo una reflexin total cada !ez "ue intenta salir del n6cleo y entrar en la

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cubierta. Como la reflexin total si#ue la ley de la reflexin, el nulo de entrada e iual al

de alida, y por lo tanto en la iuiente re-leione a lo laro de la -ibra e /antiene el

nulo

+or lo tanto la fibra ptica por dentro no tiene nada parecido a un espejo, de tal manera "ue

la luz !a rebotando en ese espejo.

DEFINICION

FIBRA OPTICA

7edio de transmisin empleado habitualmente en redes de datosQ un hilo muy fino de

material transparente, !idrio o materiales plsticos, por el "ue se en!an pulsos de luz "ue

representan los datos a transmitir.

El haz de luz "ueda completamente confinado y se propa#a por el n6cleo de la fibra con un

n#ulo de reflexin por encima del n#ulo lmite de reflexin total, en funcin de la ley de

5nell. $a fuente de luz puede ser lser o un $ED.

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$as fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya "ue permiten en!iar #ran

cantidad de datos a una #ran distancia, con !elocidades similares a las de radio o cable. 5on

el medio de transmisin por excelencia al ser inmune a las interferencias electroma#neticas,

tambin se utilizan para redes locales, en donde se necesite apro!echar las !entajas de la

fibra ptica sobre otros medios de transmisin.$as fibras pticas pueden ahora usarse como los alambres de cobre con!encionales, tanto

en pe"ueos ambientes autnomos Otales como sistemas de procesamiento de datos de

a!ionesP, como en #randes redes #eo#rficas Ocomo los sistemas de lar#as lneas urbanas

mantenidos por compaas telefnicasP.

Componentes de la Fibra ptica

El 96cleoIEn slice, cuarzo fundido o plstico H en el cual se propa#an las ondas pticas.

$a Aunda RpticaI =eneralmente de los mismos materiales "ue el n6cleo pero con aditi!os

"ue confinan las ondas pticas en el n6cleo.

El re!estimiento de proteccinI por lo #eneral esta fabricado en plstico y ase#ura la

proteccin mecnica de la fibra.

$a fibra ptica es una #ua de ondas dielctrica "ue opera a frecuencias pticas.Cada filamento consta de un n6cleo central de plstico o cristal Oxido de silicio y #ermanioP

con un alto ndice de refraccin,rodeado de una capa de un material similar con un ndice de

refraccin li#eramente menor OplsticoP. Cuando la luzlle#a a una superficie "ue limita con

un ndice de refraccin menor, se refleja en #ran parte, cuanto mayor sea la diferencia de

ndices y mayor el n#ulo de incidencia, se habla entonces de reflexin interna total.

En el interior de una fibra ptica, la luz se !a reflejando contra las paredes en n#ulos muy

abiertos, de tal forma "ue prcticamente a!anza por su centro. De este modo, se pueden#uiar las seales luminosas sin prdidas por lar#as distancias.

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https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_refracci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_refracci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Luzhttps://es.wikipedia.org/wiki/Luzhttps://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_refracci%C3%B3n


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$os principios bsicos de su funcionamiento se justifican aplicando las leyes de la ptica

#eomtrica, principalmente, la ley de la refraccin Oprincipio de reflexin interna totalP y la ley

de 5nell.

5u funcionamiento se basa en transmitir por el n6cleo de la fibra un haz de luz, tal "ue este

no atra!iese el re!estimiento, sino "ue se refleje y se si#a propa#ando. Esto se consi#ue si el

ndice de refraccin del n6cleo es mayor al ndice de refraccin del re!estimiento, y tambin

si el n#ulo de incidencia es superior al n#ulo lmite.

"I*O5OI(

5e pueden realizar diferentes clasificaciones acerca de las fibras pticas, pero bsicamente

existen dos tiposI fibra multimodo y monomodo.

Aibras multimodo. El trmino multimodo indica "ue pueden ser #uiados muchos modos o

rayos luminosos, cada uno de los cuales si#ue un camino diferente dentro de la fibra ptica.

Este efecto hace "ue su ancho de banda sea inferior al de las fibras monomodo. +or el

contrario los dispositi!os utilizados con las multimodo tienen un coste inferior O$EDP. Este tipo

de fibras son las preferidas para comunicaciones en pe"ueas distancias, hasta %) :m.

FIBRA PTICA MUTIMO!O

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5u principio

se basa en

"ue el ndice

de refraccinen el interior

del n6cleo no

es 6nico y decrece cuando se desplaza del n6cleo hacia la cubierta. $os rayos luminosos se

encuentran enfocados hacia el eje de la fibra, como se puede !er en el dibujo. Estas fibras

permiten reducir la dispersin entre los diferentes modos de propa#acin a tra!s del n6cleo

de la fibra.

FIBRA PTICA MO"OMO!O

El dimetro del n6cleo de la fibra es muy pe"ueo y slo permite la propa#acin de un 6nico

modo o rayo OfundamentalP, el cual se propa#a directamente sin reflexin. Este efecto causa"ue su ancho de banda sea muy ele!ado, por lo "ue su utilizacin se suele reser!ar a

#randes distancias, superiores a %) :m, junto con dispositi!os de ele!ado coste O$S5E4P.

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+otencialmente,

esta es la fibra "ue ofrece la mayor capacidad de transporte de informacin. 3iene una banda

de paso del orden de los %)) =/z?*m. $os mayores flujos se consi#uen con esta fibra, pero

tambin es la ms compleja de implantar. 5on fibras "ue tienen el dimetro del n6cleo en elmismo orden de ma#nitud "ue la lon#itud de onda de las seales pticas "ue transmiten, es

decir, de unos 8 a m m. 5i el n6cleo est constituido de un material cuyo ndice de

refraccin es muy diferente al de la cubierta, entonces se habla de fibras monomodo de

ndice escalonado. $os ele!ados flujos "ue se pueden alcanzar constituyen la principal

!entaja de las fibras monomodo, ya "ue sus pe"ueas dimensiones implican un manejo

delicado y entraan dificultades de conexin "ue a6n se dominan mal.

TIPO# #$%U"

#U

!I#$&O

De acuerdo a su diseo, existen dos tipos de cable de fibra ptica

Cable de etructura 7olada

Es un cable empleado tanto para exteriores como para interiores "ue consta de !arios tubos

de fibra rodeando un miembro central de refuerzo y pro!isto de una cubierta protectora. Cada

tubo de fibra, de dos a tres milmetros de dimetro, lle!a !arias fibras pticas "ue descansan

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hol#adamente en l. $os tubos pueden ser huecos o estar llenos de un #el hidrfu#o "ue

act6a como protector antihumedad impidiendo "ue el a#ua entre en la fibra. El tubo hol#ado

asla la fibra de las fuerzas mecnicas exteriores "ue se ejerzan sobre el cable.

5u n6cleo se complementa con un elemento "ue le brinda resistencia a la traccin "ue bien

puede ser de !arilla flexible metlica o dielctrica como elemento central o de hilaturas de-ramida o fibra de !idrio situadas perifricamente.

Cable de etructura a8utada

Es un cable diseado para instalaciones en el interior de los edificios, es ms flexible y con

un radio de cur!atura ms pe"ueo "ue el "ue tienen los cables de estructura hol#ada.

Contiene !arias fibras con proteccin secundaria "ue rodean un miembro central de traccin,

todo ello cubierto de una proteccin exterior. Cada fibra tiene una proteccin plstica

extrusionada directamente sobre ella, hasta alcanzar un dimetro de ')) @m rodeando al

recubrimiento de (8) @m de la fibra ptica. Esta proteccin plstica adems de ser!ir como

proteccin adicional frente al entorno, tambin pro!ee un soporte fsico "ue ser!ira para

reducir su coste de instalacin al permitir reducir las bandejas de empalmes.

Componentes de la fibra ptica

Dentro de los componentes "ue se usan en la fibra ptica caben destacar los si#uientesI los

conectores, el tipo de emisor del haz de luz, los con!ersores de luz, etc.

3ransmisor de ener#a ptica. $le!a un modulador para transformar la seal electrnica

entrante a la frecuencia aceptada por la fuente luminosa, la cual con!ierte la seal

electrnica OelectronesP en una seal ptica OfotonesP "ue se emite a tra!s de la fibra ptica.

Detector de ener#a ptica. 9ormalmente es un fotodiodo "ue con!ierte la seal ptica

recibida en electrones Oes necesario tambin un amplificador para #enerar la sealP

5u componente es el silicio y se conecta a la fuente luminosa y al detector de ener#a ptica.

Dichas conexiones re"uieren una tecnolo#a compleja.

TIPO# !$ PUI!O

$os extremos de la fibra necesitan un acabado especfico en funcin de su forma de

conexin. $os acabados ms habituales sonI

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+lanoI $as fibras se terminan de forma plana perpendicular a su eje.

+CI O+hisical ContactP $as fibras son terminadas de forma con!exa, poniendo en

contacto los n6cleos de ambas fibras.

5+CI O5uper +CP 5imilar al +C pero con un acabado ms fino. 3iene menos prdidas

de retorno.

;+CI O;ltra +CP 5imilar al anterior pero a6n mejor.

Enhanced ;+CI 7ejora del anterior para reducir las prdidas de retorno.

-+CI O-n#led +CP 5imilar al ;+C pero con el plano de corte li#eramente inclinado.

+roporciona unas prdidas similares al Enhanced ;+C.

TIPO# !$ CO"$CTOR$#

Estos elementos se encar#an de conectar las lneas de fibra a un elemento, ya puede ser un

transmisor o un receptor. $os tipos de conectores disponibles son muy !ariados, entre los

"ue podemos encontrar se hallan los si#uientesI

AC, "ue se usa en la transmisin de datos y en las telecomunicaciones.

ADD>, se usa para redes de fibra ptica. $C y 73H-rray "ue se utilizan en transmisiones de alta densidad de datos. 5C y 5CHD6plex se utilizan para la transmisin de datos.

53 o 1AC se usa en redes de edificios y en sistemas de se#uridad.

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$os conectores ms comunes usados en

la fibra ptica para redes de rea local

son los conectores 53, $C, AC N

5C.

El conector 5C O5et and ConnectP es un conector de insercin directa "ue suele utilizarse en

conmutadores Ethernet de tipo =i#abit. El conector 53 O5et and 3TistP es un conector similar

al 5C, pero re"uiere un #iro del conector para su insercin, de modo similar a los conectores

coaxiales.

DI'*O'I"I9O' O*"ICO' :F$EN"E' #ECE*"O#E' ; *(#( 'I'"E)(' DE

FI+#( O*"IC(

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;n sistema de comunicaciones pticas est constituido fundamentalmente por un transmisor

ptico, un canal de transmisin de fibra ptica y un receptor. 5i el sistema es utilizado para

comunicar puntos separados por #randes distancias, es necesario incluir repetidores de

seal, dependiendo de las prdidas en el canal a lo lar#o de la distancia de enlace.

El transmisor ptico incluye la fuente de informacin anal#ica o di#ital, el circuito moduladory la fuente ptica. El canal introduce ruido y distorsin. El repetidor recibe la seal atenuada y

distorsionada y la re#enera a la salida.U

El receptor incluye el fotodetector y circuitos asociados para recuperar la seal ori#inal

Odemoduladores, decodificadores filtros etc.P.

El objeti!o de todo sistema de comunicaciones es la transmisin de la mayor cantidad de

informacin en el menor tiempo posible, lo "ue implica "ue la in!esti#acin en este campo se

concentre ms en los sistemas de comunicaciones de alta !elocidad.

$l transmisor consiste de la intercone'in de cuatro blo(ues b)sicos*

V $a interfaz de usuario Oanal#ica o di#italPI Es un adaptador elctrico entre los circuitos de

entrada y la fuente de luz. $a interfaz compensa y adapta las impedancias y limita la amplitud

de entrada de la seal.

V El con!ertidor para alimentacin de la fuente ptica Ocon!ertidor de !oltaje a corrienteP.

V $a fuente ptica "ue puede ser un $ED o un diodo de inyeccin lser O>$DP. $a cantidad de

luz emitida depende de la corriente de excitacin. En este blo"ue se realiza la modulacin

ptica. Estos componentes se caracterizan por la re#in espectral en la "ue trabajan en

forma eficiente, determinado por el diseo y por sus propiedades fsicas. =eneralmente esta

re#in se encuentra entre los %)) nm y los %88) nm. Existen muy buenos resultados con

fuentes pticas elaboradas por compuestos como >n=a-s+ O-rseniuro Aosfuro de >ndio y

=alioI buena respuesta en %)) nm y %8)) nmP.

V ;n acoplador de luz al medio o fibra ptica. Este elemento es fsico y puede ser una lente.

5u funcin es acoplar la luz emitida por la fuente e introducirla a la fibra ptica.

$l receptor comprende los si+uientes blo(uesI

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V ;n dispositi!o acoplador de la fibra al detector ptico.

V ;n detector fotoelctrico. El detector de luz puede ser un diodo +>9 Otipo +H9 >ntrnsecoP o

un fotodiodo de a!alancha O-+DI -!alanche +hotodiodeP, dependiendo de las !elocidades de

informacin "ue se procesen. Cual"uiera de los 7ED> 4ECE+34 Entrada de seal 5alida

de seal Aibra ptica de !idrio >nterfaz de usuario O-DCP Con!ertidor para alimentacinAuente de luz >nterfaz de modulador a medio >nterfaz de medio a detector Detector ptico

Con!ertidor para interfaz de usuario >nterfaz de usuario OD-CP 7odulador 34-957>54

>ntroduccin 5istemas de Comunicaciones Rpticas H 4icardo -lfonso +into y -ndrs Aelipe

Cabezas OestudianteP H ()%2 % dos con!ierte la ener#a lumnica en corriente elctrica.

Existen foto detectores de 5i y de =e con buenas respuestas buena en 8) y %%8) nm.

V ;n con!ertidor de corriente a !oltaje Oseal de salidaP y amplificador para alimentar la

interfaz de usuario.

V ;na interfaz de usuario destino Oanal#ica o di#italP.

a fibra ptica o canal de transmisin.

+or efectos atenuaciones "ue produce la fibra y dems elementos de acople, producidos

durante el recorrido de la luz entre el transmisor y el receptor, tambin se ubican

amplificadores de la ener#a luminosa. $os ms usuales son los EDA- OErbium Doped Aiber

-mplifierP, "ue son se#mentos de fibras pticas dopadas con materiales de tierras raras,tales como el erbio Ometal del #rupo lantnido con 9W atmico P, o los de efecto 4aman

Oefecto producido por la interaccin de un haz monocromtico de alta intensidad sobre un

material especial, "ue hace "ue #enere nue!os haces con lon#itudes de onda mayoresP

llamados 4-. $a respuesta de los amplificadores EDA- y 4- est en %88) nm. $as

caractersticas de los elementos del sistema, se definen y disean para obtener una buena

calidad del enlace de comunicaciones teniendoen cuenta la relacin capacidad distancia.

Sistemas de transmisin por fibra ptica y sus componentes

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Enlace de dato de -ibra ptica

$os sistemas de transmisin de fibra ptica utilizan enlaces de datos "ue funcionan de forma

similar a la "ue se ilustra en el dia#rama de arriba. Cada enlace de fibra consta de un

transmisor en un extremo de la fibra y de un receptor en el otro. $a mayora de los sistemas

operan transmitiendo en una direccin a tra!s de una fibra y en la direccin opuesta a

tra!s de otra fibra para as tener una transmisin bidireccional. Es posible transmitir en

ambas direcciones a tra!s de una sola fibra pero se necesitan acopladores para hacerlo, y

la fibra es menos costosa "ue ellos. ;na red A33/ ptica pasi!a O+9P es el 6nico sistema

"ue utiliza transmisin bidireccional sobre una sola fibra por"ue su ar"uitectura de red ya

utiliza acopladores como base.

$a mayora de los sistemas utilizan un XtransceiverX "ue incluye tanto un transmisor como un

receptor en un slo mdulo. El transmisor toma un impulso elctrico y lo con!ierte en una

salida ptica a partir de un diodo lser o un $ED. $a luz del transmisor se acopla a la fibra

con un conector y se transmite a tra!s de la red de cables de fibra ptica. $a luz del final de

la fibra se acopla al receptor, donde un detector con!ierte la luz en una seal elctrica "ue

lue#o se acondiciona de forma tal "ue pueda utilizarse en el e"uipo receptor.

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Anal+ico o di+ital

$as seales anal#icas son continuamente !ariables y la informacin contenida en ellas est

en la amplitud de la seal con respecto al tiempo. $as seales di#itales se muestrean a

inter!alos de tiempo re#ulares y la amplitud se con!ierte a bytes di#itales, por lo tanto lainformacin es un n6mero di#ital. $as seales anal#icas son la forma ms com6n de

transmisin de datos, pero sufren de#radacin por el ruido presente en el sistema de

transmisin. Debido a "ue la seal anal#ica se aten6a en un cable, la relacin sealHruido

empeora y en consecuencia la calidad de la seal se de#rada. $as seales di#itales pueden

transmitirse en lar#as distancias sin "ue se de#raden ya "ue son menos sensibles al ruido.

$a transmisin de datos por fibra ptica puede ser anal#ica o di#ital, aun"ue es

mayormente di#ital. $as redes informticas y de telefona son di#itales, la tele!isin por cable

actualmente es anal#ica pero est mi#rando a di#ital, y los sistemas de CC3J posiblementetambin lo ha#an.

3anto las transmisiones anal#icas como las di#itales tienen al#unos parmetros comunes y

diferencias importantes. +ara ambos tipos de transmisin, el mar#en de prdida ptica o el

presupuesto de potencia ptica es lo ms importante.

$as transmisiones de datos anal#icas se prueban mediante la medicin de la relacin sealH

ruido para determinar el mar#en de enlace, mientras "ue las transmisiones di#itales utilizan

la tasa de bits errneos para medir el rendimiento. -mbas transmisiones deben probarse

sobre todo el ancho de banda especificado para la operacinQ sin embar#o, actualmente la

mayora de los enlaces son especficos para una aplicacin de red, como C-3J -7 o

monitores a color 4=1 para transmisiones anal#icas y 59E3, Ethernet o canal de fibra

para transmisiones di#itales.

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!ise,o -c)sis/

=eneralmente, el diseo de los transceiverses estndar para "ue m6ltiples fuentes puedan

conectarse al e"uipo de transmisin. $os mdulos se conectan a un conector d6plex en un

extremo ptico y a una interfaz elctrica estndar en el otro extremo.$os transceiversreciben alimentacin de los e"uipos en los "ue estn inte#rados.

Fuente para tran/iore ptico

$as fuentes utilizadas para transmisores pticos deben cumplir con !arios criteriosI operar en

la lon#itud de onda adecuada, ser pasibles de modularse lo suficientemente rpido para

transmitir datos y poder acoplarse de forma eficiente a la fibra.

Com6nmente se utilizan cuatro tipos de fuentesI $ED, lser fabryHperot OA+P, lser de

retroalimentacin distribuida ODA1P y lser de ca!idad !ertical y emisin superYcial OJC5E$P.

3odos ellos con!ierten las seales elctricas en seales pticas, pero son muy diferentes

entre s. $os tres son min6sculos dispositi!os semiconductores OchipsP. $os $ED y JC5E$ se

fabrican sobre pastillas de material semiconductor para "ue puedan emitir luz desde la

superficie del chip, mientras "ue los lser AH+ y DA1 emiten luz desde el lateral del chip,

desde una ca!idad del lser creada en el medio del chip.

$os $ED tienen una potencia disponible mucho menor "ue los lser y su patrn di!er#ente y

amplio de salida de la luz hace "ue sea ms difcil "ue se acoplen a las fibras, por lo "ue se

pueden utilizar slo con fibras multimodo. $os lser tienen un patrn de salida de la luz

menor y ms estrecho, por lo "ue se pueden acoplar fcilmente a fibras monomodo, lo "ue

los hace ideales para transmisiones de alta !elocidad en lar#a distancia. $os $ED tienen un

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ancho de banda menor "ue los lser y su uso se limita a sistemas "ue operan a (8) 7/z o

()) 7b?s aproximadamente. +or otro lado, los lser tienen una capacidad de ancho banda

muy ele!ada, por lo "ue pueden ser 6tiles en %) =/z o %) =b?s.

Debido al mtodo en el "ue son fabricados, los $ED y JC5E$ son ms econmicos. $os

lser son ms costosos por"ue es ms difcil crear la ca!idad del lser dentro del dispositi!o,y recin se podr probar si el lser funciona correctamente cuando el chip est separado de

la pastilla del material semiconductor y ten#a cada extremo re!estido.

Especificaciones estndar de fuentes de fibra ptica

3ipo de

dispositi!o

$on#itud de

onda OnmP

+otencia dentro

de la fibra Od1mP

-ncho de

banda

3ipo de fibra

$ED 8), %)) H) a H%) Z(8) 7/z multimodo$ser AabryH

+erot

8),%%)

O%()H%)P,

%88) O%2)H%8)P

) a [%) \%) =/z multimodo,

monomodo

$ser DA1 %88) O%2)H

%8)P

) a [ %

O[(8 con

amplificador

\%) =/z monomodo

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pticoPJC5E$ 8) H%) a ) \%) =/z multimodo

$os $ED tienen un ancho de banda limitado mientras "ue todos los tipos de lser son muy

rpidos. tra #ran diferencia entre los $ED y ambos tipos de lser es el espectro de emisin.

$os $ED tienen un espectro de emisin muy ancho, lo "ue pro!oca dispersin cromtica enla fibra, mientras "ue los lser tienen un espectro de emisin an#osto "ue causa muy poca

dispersin cromtica. $os lser DA1, "ue se utilizan en lar#as distancias y en los sistemas

DD7, tienen los anchos espectrales ms an#ostos, lo "ue disminuye la dispersin

cromtica en las transmisiones de mayor distancia. $os lser DA1 tambin son altamente

lineales Oes decir "ue la salida de la luz contin6a directamente a la entrada elctricaP por lo

"ue pueden utilizarse como fuentes en sistemas C-3J -7.

$a eleccin de estos dispositi!os depende principalmente de la !elocidad y de cuestiones de

compatibilidad. Dado "ue muchos sistemas de planta interna "ue utilizan fibra multimodo

han superado la !elocidad de transmisin de bits de % =b?s, los lser Omayormente los

JC5E$P han reemplazado los $ED. $a salida de luz de los $ED es muy dispersaQ sin

embar#o, la de los lser es muy localizada, y las fuentes llenan la fibra de forma diferente. El

lanzamiento restrin#ido del JC5E$ o de cual"uier otro lser proporciona un mayor ancho de

banda efecti!o de la fibraQ sin embar#o, la fibra optimizada para lser, #eneralmente la 7,

es la ideal para los lser.

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$a electrnica de un transmisor es simpleI

con!ierten un pulso de entrada O!oltajeP en un pulso de corriente preciso para diri#ir la fuente

de luz. =eneralmente, los lser se polarizan con una corriente continua baja y se modulan

por encima de tal polarizacin corriente para maximizar la !elocidad.

Detectore para receptore ptico

$os receptores utilizan detectores semiconductores Ofotodiodos o fotodetectoresP para

con!ertir las seales pticas en seales elctricas. $os fotodiodos de silicio se utilizan para

enlaces de lon#itud de onda corta O8) para fibra ptica de plstico, y 8) para fibra

multimodo de !idrioP. =eneralmente, en los sistemas de lon#itud de onda lar#a se utilizan

detectores de >n=a-s Oarseniuro de #alioHindioP ya "ue tienen menor ruido "ue los de

#ermanio, "ue hace "ue los receptores sean ms sensibles.

$os sistemas de muy alta !elocidad a !eces utilizan fotodiodos de a!alancha O-+DP "ue

tienen mayor capacidad de ancho de banda "ue otros fotodiodos. $os -+D se polarizan con

alto !oltaje para crear #anancia en el fotodiodo, lo "ue aumenta la sensibilidad y la capacidad

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de frecuencia. Estos dispositi!os son ms costosos y complicados de utilizar pero ofrecen

#anancia si#nificati!a en la potencia.

Co/ponente para tran/iin ptica para aplicacione epeciale

Multiple'acin por di0isin de lon+itud de onda

Dado "ue la luz de las diferentes lon#itudes de onda no se mezcla en la fibra, es posible

transmitir simultneamente seales en diferentes lon#itudes de onda a tra!s de una sola

fibra. $a fibra es econmica, pero instalar nue!os cables puede ser costoso, por lo "ue

utilizar fibras ya instaladas para transmitir ms seales puede ser muy rentable.

$a multiplexacin por di!isin de lon#itud de onda OD7P se utiliz por primera !ez con fibra

multimodo en los comienzos de la fibra ptica, utilizando tanto 8) como %%) nm en fibra

multimodo. -ctualmente, las redes de fibra monomodo pueden transportar seales a %)=b?s

en 2 lon#itudes de onda o ms, lo "ue se conoce como multiplexacin por di!isin de

lon#itud de onda densa ODD7P. $os sistemas de fibras multimodo "ue utilizan

multiplexacin por di!isin de lon#itud de onda OD7P han sido menos popularesQ sin

embar#o, al#unos estndares utilizan multiplexacin por di!isin de lon#itud de onda li#era

OCD7P para transportar seales a !elocidades mayores a % =b?s sobre fibras multimodo

optimizadas para lser.

Repetidores 1 amplificadores pticos- pesar de "ue la fibra ptica tiene prdidas bajas, lo "ue permite "ue la seal !iaje cientos

de *ilmetros, para distancias extremadamente lar#as e incluso en cables submarinos, se

necesitan re#eneradores o repetidores para amplificar la seal peridicamente. -l principio,

los repetidores consistan bsicamente en un transmisor se#uido de un receptor. Este

receptor con!erta la seal de entrada ptica en una seal elctrica, la limpiaba para eliminar

todo el ruido posible y lue#o otro transmisor lser la retransmita. Estos repetidores aadan

ruido a la seal, consuman mucha ener#a y eran complejos, lo "ue si#nifica "ue eran una

causa de fallas. -dems, tienen "ue fabricarse para una !elocidad de transmisin especfica

y si se desea realizar una actualizacin de la red, se deben reemplazar todos los repetidores,

]una tarea realmente difcil de realizarse en un cable submarino^

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$a solucin a los repetidores pticos fueron los amplificadores pticos. ;n amplificador de

fibra estndar funciona en banda %2)H%8) nm. Consta de fibra dopada con erbio

bombeada con un lser a ') o %2) nm. El lser de bombeo suministra la ener#a para el

amplificador, mientras "ue la seal de entrada estimula la emisin a medida "ue el pulso

atra!iesa la fibra dopada. Esta emisin estimulada a su !ez estimula mayor emisin, por lo"ue se #enera un crecimiento rpido y exponencial de ener#a en la fibra dopada. Es posible

obtener #anancias de hasta 2) d1 O%))))FP con potencias disponibles de hasta [( d1m

O2)) mP.

-dems de utilizarse como repetidores, los amplificadores pticos se utilizan para aumentar

el ni!el de seal en los sistemas de tele!isin por cable, los "ue re"uieren ni!eles de ener#a

ele!ados en el receptor para mantener un rendimiento adecuado de la relacin sealHruido, lo

"ue permite tendidos de cable de mayor distancia o bien el uso de di!isores (splitters) para

XemitirX una sola seal a tra!s de un acoplador hacia muchas fibras, y as ahorrar el costo

de transmisores adicionales. En telefona, los amplificadores de fibra se combinan con

DD7 Omultiplexacin por di!isin de lon#itud de onda densaP para sobrelle!ar las

ineficiencias de los acopladores de DD7 para transmisiones de lar#a distancia.

#endi/iento del enlace de dato < preupueto de potencia ptica del enlace

Medicin de la calidad de transmisin de datos-l i#ual "ue con la transmisin por cable de cobre o por radio, el rendimiento de un enlace

ptico de datos puede determinarse por cmo transmite los datosQ cmo la seal elctrica

recon!ertida "ue sale del receptor se adapta a la entrada del transmisor.

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$a capacidad de cual"uier sistema de fibra ptica de transmitir datos depende bsicamente

de la potencia ptica en el receptor, tal como se ilustra en la ima#en de arriba, en la "ue se

muestra la tasa de bits errneos O1E4P del enlace de datos como una funcin de la potencia

ptica en el receptor. O$a tasa de bits errneos es in!ersa a relacin seal ruido, por ejemplo,una tasa de bits errneos alta implica una relacin sealHruido pobreP. 3anto en el caso de

potencia insuficiente o de potencia en exceso se #enerar una ele!ada tasa de bits errneos.

5i hay potencia en exceso, el amplificador receptor se saturaQ y si hay potencia insuficiente,

el ruido se con!ierte en un problema ya "ue interfiere con la seal. $a potencia del receptor

depende de dos factores bsicosI cunta potencia lanza el transmisor en la fibra y cunta

potencia se pierde por atenuacin en la red de cables de fibra ptica "ue conecta el

transmisor con el receptor.

Presupuesto de potencia ptica del enlace

El presupuesto de potencia ptica del enlace se determina teniendo en cuenta dos factoresI

la sensibilidad del receptor Ola "ue a su !ez se determina en la cur!a de tasa de bits errneos

como se ilustra anteriormenteP y la potencia de salida del transmisor en la fibra. El ni!el de

potencia mnimo "ue #enera una tasa de bits errneos aceptable determina la sensibilidaddel receptor. Esta potencia del transmisor acoplada a la fibra determina la potencia

transmitida. $a diferencia entre estos dos ni!eles de potencia determina el mar#en de

prdida Opresupuesto de potencia pticaP del enlace.

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$os enlaces de datos de alta !elocidad como redes de rea local #i#abit o %)#i#abit Ethernet

sobre fibra multimodo tienen factores de disminucin de la potencia del ancho de banda de la

fibra causados por la dispersin de los pulsos de datos di#itales. $as anti#uas fibras 7% de

(.8?%(8 #eneralmente operan en enlaces cortos mientras las transmisiones a tra!s de fibra

7 optimizada para lser de 8)?%(8 son para distancias mayores. >ncluso los enlaces de

lar#a distancia de fibra monomodo pueden tener limitaciones causadas por dispersin

cromtica o por dispersin de modo de polarizacin.

5i se disea el enlace para operar en diferentes tasas de bits, es necesario #enerar una

cur!a de rendimiento para cada tasa de bits. Dado "ue la potencia total en la seal es una

funcin del ancho del pulso y ste !ara en funcin de la tasa de bits Oa mayor tasa de bits,pulsos ms cortosP, la sensibilidad del receptor producir de#radacin a tasas de bits

ele!adas.

$os fabricantes de sistemas y componentes para enlaces de datos especifican para cada tipo

de enlace, la sensibilidad del receptor Opuede ser una potencia mnima re"ueridaP y la

potencia mnima acoplada a la fibra desde la fuente. $os !alores estndar para estos

parmetros se muestran en el cuadro "ue si#ue. +ara "ue el fabricante o "uien disea el

sistema pueda probarlos adecuadamente es necesario conocer las condiciones de prueba.

+ara los componentes para enlaces de datos, estas condiciones incluyenI frecuencia de

entrada de datos o tasa de bits y ciclo de trabajo, !oltaje de la fuente de ener#a y el tipo de

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fibra acoplada a la fuente. +ara los sistemas, las condiciones incluyen el softTare de

dia#nstico "ue re"uiera el sistema.

+armetros estndar de rendimiento de sistemas?enlaces de fibra ptica

3ipo de

enlace

Aibra 3ipo de

fuente

$on#itud

de onda

OnmP

+otencia de

transmisin

Od1mP

5ensibilidad

del receptor

Od1mP

7ar#en

del

enlace

Od1P3ransmisin

de !ozmonomodo $ser %%)?%88) [ a H H) a H28 ) a 2)

monomodo DD7 %88) [() a ) H) a H28 2) a 8)3ransmisin

de datos multimodo

$ED?

JC5E$ 8) H a H%8 H%8 a H) a (8

multimodo

o

monomodo

$ser %%) H) a H() H%8 a H) %) a (8

C-3JO-7P monomodo $ser %%)?%88) [%) a ) ) a H%) %) a ()

$as fuentes pticas se precisan para con!ertir las seales elctricas en pticas y act6an

como transductores electroHpticos en los extremos de transmisin. $as fuentes pticas han

de ser pe"ueas y de bajo consumo pero capaces de ser moduladas a altas !elocidades y

de buena estabilidad con la temperatura, alta pureza espectral y capaces de #enerar la

mayor potencia posible. $as fuentes ms com6nmente utilizadas son el $ED y el $S5E4. $as

diferencias ms si#nificati!as son las si#uientesI

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$EDI es un

emisor de baja

potencia y precio

relati!amente econmico "ue se utiliza para cortas y medias distancias. En #eneral, se utiliza

en primera !entana O8)nmP y se#unda !entana O%)) nmP en fibras multimodo.

$S5E4I es un dispositi!o de alta potencia y por tanto utilizado para #randes distancias,

adems de tener un precio ms ele!ado "ue el del $ED. 5u aplicacin se centra en se#unda

!entana O%)) nmP en fibras monomodo.

El detector ptico se encar#a de con!ertir la seal ptica en elctrica y por tanto act6a como

un transductor pticoHelctrico. Estos dispositi!os absorben los fotones OluzP procedentes de

la A.. y #eneran una corriente elctrica sobre un circuito exterior. Existen bsicamente dos

tipos de detectoresI +>9 y -+D.

+>9I se trata de una !ersin mejorada de una unin +9 elemental "ue trabaja polarizado en

in!ersa. 5on utilizadas de forma #neral en 8) nm y %)) nm, con independencia del tipo

de A..

-+DI 3ambin conocido por el nombre de fotodiodo de a!alancha. 5e trata de una unin +9

polarizada fuertemente en in!ersa cerca de la re#in de ruptura lo "ue ori#ina un efecto

multiplicati!o de la corriente #enerada.

F(+#IC(N"E' = *#OD$C"O' CO)E#CI(5E' DE FI+#( O*"IC(

:INC5$I# D("('&EE";

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Fibra Optica Este

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