Atenuación - arturo lara morales

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8.1 Atenuación
En la Fig. 1-12 se presentó la curva aproximada de atenuación de las fibras ópticas en función de la frecuencia. Sin embargo, estrictamente y para cada fibra en particular, la atenuación exacta depende de vanos factores: pérdidas por absorción, debidas a impurezas en el material de la fibra; pérdidas por dispersión* de Rayleigh, debidas a imperfecciones en el proceso de fabricación; pérdidas por dispersión cromática o mtramodal (sección 7.8), debidas a que las fuentes ópticas no son monocromáticas; pérdidas por dispersión intermodal, que ocurren sólo en las fibras multimodo (Fig. 7-22); pérdidas por radiación, causadas por irregularidades en la fibra y pequeños dobleces o microcurvaturas que se convierten en discontinuidades; y pérdidas por acoplamiento, que ya fueron descritas en la sección anterior.
Así como en los cables de cobre la potencia absorbida se transforma en calor, en una fibra óptica ocurre algo análogo cuando las impurezas moleculares y los iones de agua presentes en el material absorben parte de la luz y la convierten en calor. Esto produce las pérdidas por absorción mencionadas anteriormente. Por otra parte, las pérdidas por dispersión de Rayleigh ocurren porque las irregularidades microscópicas del material, que se forman durante la fabricación de la fibra, difractan los rayos de luz que se propagan, provocando que parte de la potencia se escape por el revestimiento.
La potencia de la señal óptica se va atenuando exponencialmente conforme avanza en la dirección positiva de z, al igual que en los demás tipos de líneas. Si se considera sólo la intensidad de la señal, en función de z, de la potencia inicial Po y de su coeficiente de atenuancion a, la potencia está dada por la ecuación siguiente:
P(z) = Poe"az	(8-1)
* También se les llama pérdidas por esparcimiento.
452 Componentes y sistemas con fibras ópticas
En base a lo explicado con anterioridad, el coeficiente a depende de varias variables y de la frecuencia. El material de la fibra, sus impurezas y las tolerancias de manufactura determinan finalmente la curva exacta de atenuación de una marca en particular. Sin embargo, los valores dados para a en la Fig. 1-12 y la forma de la curva son muy representativos y cercanos a la realidad. Las pérdidas se reducen significativamente cerca de los 1,550 nm y esto ha hecho atractivo su uso en años recientes, junto con la introducción de otros desarrollos tecnológicos necesarios para trabajar en dicha “tercera ventana”. En resumen, gracias a los avances en las técnicas de fabricación, el límite teórico ya ha sido prácticamente alcanzado. Dicho límite teórico para a depende de la frecuencia de operación y es menor conforme aumenta la longitud de onda. De esta forma, por ejemplo, con técnicas modernas como la de desplazamiento de dispersión* ha sido posible producir fibras con atenuaciones entre 0.15 y 0.20 dB/Km a 1,550 nm. La dispersión del material se corrige dopando al núcleo con dióxido de germamo (GeO2). Evidentemente, sería deseable encontrar otros compuestos para fabricar fibras ópticas con niveles de atenuación inferiores a los aquí descritos. Existen estudios prometedores con materiales cristalinos de cloruro y haluro que han demostrado tener el potencial para fabricar fibras con atenuaciones increíblemente bajas, del orden de 0.001 dB/Km, en longitudes de onda más grandes que las utilizadas actualmente. Tal vez, todo sea cuestión de tiempo... Por ejemplo, la NASA de los Estados Unidos tiene planeado hacer varios experimentos en la microgravedad sobre el compuesto ZBLAN (contiene Zr, Ba, La, Al y Na, y de allí su nombre). Este es un nuevo cristal exótico muy claro que se cree podría ser útil en el futuro para fabricar fibras ópticas con atenuaciones increíblemente bajas.
Ejercicio 8-1 Una fibra óptica tiene una atenuación de 0.7 dB/Km a 1,300 nm. Si la potencia que entra a la fibra en su extremo inicial es de 100 pW, ¿cuánta potencia hay a una distancia de 30 km más adelante a lo largo de la fibra?
* En inglés, Dispersion-Shifted Fibers.
Producto ancho de banda • distancia 453
Solución
[en dBW]
d = 30 Km
inicia!
[en dBW]
pérdidas
[en dB]
[en dBW]
= 10 log [lOOxlO-6] - (0.7)(30)
= -40 - 21 = -61 dBW = 79.4xl0“8 W
rf = 30Km
= 0.794 pW