FACULTAD DE INGENIERÍA
DIVISIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES
Programa de la Asignatura: COMUNICACIONES ÓPTICAS
Clave: 2187 Núm. de créditos: 9
Carrera: ING. EN TELECOMUNICACIONES
Duración del curso:
Semanas: 16
Horas: 88
Semestre: 10º
Horas a la semana:
Teoría: 3.5 Obligatoria: SI
Prácticas: 2 Optativa:
OBJETIVO DEL CURSO
El alumno planeará, seleccionará, evaluará, instalará y operará
sistemas de fibra óptica.
TEMAS
Núm: Nombre: Horas
I. EVOLUCION DE LAS COMUNICACIONES POR FIBRA OPTICA. 4
II. FIBRAS OPTICAS. TIPOS Y TRANSMISIONES DE SEÑALES. 7
III. FUENTES OPTICAS. 5
IV. TRANSMISORES OPTICOS Y ACOPLAMIENTO A LA FIBRA 5
V. FOTODETECTORES. 5
VI. RECEPTORES OPTICOS. 5
VII. FABRICACION DE FIBRAS OPTICAS, TECNOLOGIA DE CABLEADO Y
COMPONENTES PARA ENLACES OPTICOS. 5
VIII. CALCULO DE ENLACES MEDIANTE FIBRAS OPTICAS. 5
IX. MEDICIONES. 4
X. OPTICA INTEGRADA Y COMUNICACIONES OPTICAS COHERENTES. 4
XI. SISTEMAS DE COMUNICACIONES OPTICAS. 7
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56
PRACTICAS DE LABORATORIO. 32
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88
ASIGNATURAS ANTECEDENTES :
CAMPOS Y ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
CIRCUITOS INTEGRADOS ANALÓGICOS
COMUNICACIONES ANALÓGICAS
COMUNICACIONES DIGITALES
DISPOSITIVOS Y CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
ÓPTICA
ANTECEDENTES, OBJETIVOS Y CONTENIDOS DE LOS TEMAS
I. EVOLUCION DE LAS COMUNICACIONES POR FIBRA OPTICA.
ANTECEDENTES:
Campos y Ondas Electromagnéticas.
Comunicaciones Analógicas.
Comunicaciones Digitales.
Optica.
OBJETIVO:
El alumno conocerá el estado de los sistemas de comuni-
caciones de fibra óptica, identificando a los elementos
que los integran. Establecerá sus características.
CONTENIDO:
I.1 Análisis del espectro electromagnético. Radiación
infrarroja y luz visible.
I.2 Desarrollo histórico de los sistemas de comunica-
ciones en el rango espectral de la luz.
I.3 Elementos de un sistema de comunicaciones por
fibra óptica.
I.4 Comparación entre fibras y otros medios de
transmisión.
II. FIBRAS OPTICAS. TIPOS Y TRANSMISIONES DE SEÑALES.
ANTECEDENTES:
Líneas de Transmisión.
OBJETIVO:
El alumno conocerá la estructura de la fibra óptica,
materiales, tipos y parámetros que intervienen en la
transmisión de señales.
CONTENIDO:
II.1 La naturaleza de la luz.
II.2 Leyes básicas de la óptica.
II.3 Estructura de las fibras de índice
escalonado (multimodo).
II.3.1 Tipos de fibras.
II.3.2 Rayos y modos.
II.3.3 Estructura de la fibra de índice escalonado.
II.3.4 Representación de la propagación de las
señales por óptica de rayos.
II.3.5 Representación de la propagación de las
señales por modos electromagnéticos.
II.4 Descripción general de los materiales para fibras
ópticas y métodos de fabricación.
II.5 Atenuación.
II.5.1 Unidades de atenuación.
II.5.2 Absorción.
II.5.3 Pérdidas por dispersión.
II.5.4 Pérdidas por radiación.
II.5.5 Pérdidas núcleo-revestimiento.
II.6 Distorsión de señales en guías de onda ópticas.
II.6.1 Determinación de la capacidad de
información.
II.6.2 Retardo de grupo.
II.6.3 Dispersión material.
II.6.4 Dispersión de guía de onda.
II.6.5 Dispersión intermodal.
II.7 Acoplamiento de modos.
II.8 Estructura de fibras de índice gradual (multimodo)
II.8.1 Características.
II.8.2 Apertura númerica de índice gradual.
II.8.3 Modos en fibras de índice gradual.
II.9 Ensanchamiento de los pulsos en guías de onda de
índice gradual.
II.10 Estructura de fibras monomodo.
II.10.1 Fibras monomodo de índice escalonado.
II.10.2 Fibras monomodo de dispersión corrida.
III. FUENTES OPTICAS.
ANTECEDENTES:
Dispositivos y Circuitos Electrónicos.
OBJETIVO:
El alumno analizará los elementos emisores para la
tecnología de fibra óptica.
CONTENIDO:
III.1 Elementos emisores.
III.1.1 Coherentes.
III.1.2 No coherentes.
III.2 Materiales para fuentes de luz y su espectro
de emisión.
III.3 Diodo emisor de luz (LED).
III.3.1 Estructura de los LED.
III.3.2 Tipos de diodos emisores de luz.
III.3.3 Eficiencia cuántica interna.
III.3.4 Capacidad de modulación.
III.3.5 Respuesta transitoria.
III.3.6 Producto potencia-ancho de banda.
III.4 Diodos de laser.
III.4.1 Emisión de la radiación y absorción.
III.4.2 Realimentación óptica y oscilación
del laser.
III.4.3 Estructura del diodo laser y condiciones
de umbral.
III.4.4 Tipos de diodos laser.
III.4.5 Propiedades modales y patrones
de radiación.
III.4.6 Modulación del diodo laser.
III.4.7 Efectos de temperatura.
III.5 Linealidad de la fuente de luz.
III.6 Ruido modal y ruido de reflexión.
III.7 Confiabilidad de las fuentes de luz.
IV. TRANSMISORES OPTICOS Y ACOPLAMIENTO A LA FIBRA.
ANTECEDENTES:
Circuitos Integrados Analógicos.
OBJETIVO:
El alumno analizará y diseñará transmisores ópticos y
seleccionar los mecanismos de acoplamiento a la fibra.
CONTENIDO:
IV.1 Circuitos manejadores de diodos emisores de luz.
IV.2 Circuitos manejadores de diodos laser.
IV.3 Lanzamiento de potencia de fuente a fibra.
IV.3.1 Eficiencia de acoplamiento.
IV.3.2 Patrones de radiancia de las fuentes.
IV.3.3 Cálculo de potencia-acoplamiento.
IV.3.4 Lanzamiento de potencia y longitud
de onda.
IV.3.5 Apertura numérica de equilibrio.
IV.4 Esquemas de lentes para mejorar el acoplamiento.
IV.4.1 Microlentes.
IV.4.2 Acoplamiento diodo emisor de luz-fibra
mediante microlentes.
IV.4.3 Acoplamiento diodo laser-fibra mediante
microlentes.
V. FOTODETECTORES.
ANTECEDENTES:
Dispositivos y Circuitos Electrónicos.
OBJETIVO:
El amlumno analizará los fotodetectores y sus parámetros
determinantes.
CONTENIDO:
V.1 Fotodetectores.
V.1.1 Tipos de fotodetectores.
V.1.2 El fotodiodo PIN.
V.1.3 El fotodiodo de avalancha.
V.2 Ruido en los fotodetectores.
V.2.1 Fuentes de ruido.
V.2.2 Relación señal a ruido.
V.3 Tiempo de respuesta de los detectores.
V.3.1 Fotocorriente en la capa de agotamiento.
V.3.2 Tiempo de respuesta.
V.4 Ruido de multicanalización de avalancha.
V.5 Efecto de temperatura en la ganancia de avalancha.
V.6 Materiales de los fotodiodos.
V.7 Avances en fototransistores.
VI. RECEPTORES OPTICOS.
ANTECEDENTES
Circuitos Integrados Analógicos.
Comunicaciones Analógicas.
Comunicaciones Digitales.
OBJETIVO:
El alumno analizará y diseñará receptores ópticos y
preamplificadores.
CONTENIDO:
VI.1 Operaciones fundamentales de un receptor.
VI.1.1 Transmisión de señales digitales.
VI.1.2 Fuentes de error.
VI.1.3 Estructura de un receptor.
VI.2 Cálculos de desempeño de un receptor digital.
VI.2.1 Fuentes de ruido.
VI.2.2 Ruido de disparo.
VI.2.3 Cálculo de la sensibilidad
de un receptor.
VI.2.4 Margen dinámico.
VI.2.5 Curvas de desempeño.
VI.2.6 Relación de extinción.
VI.2.7 Ancho de banda.
VI.3 Diseño de preamplificadores.
VI.3.1 Amplificadores de impedancia alta.
VI.3.2 Amplificadores de transimpedancia.
VI.4 Receptores analógicos.
VI.5 Repetidores.
VII. FABRICACION DE FIBRAS OPTICAS, TECNOLOGIA DE CABLEADO Y
COMPONENTES PARA ENLACES OPTICOS.
ANTECEDENTES:
Líneas de transmisión.
OBJETIVO:
El alumno conocerá los materiales para la elaboración
de la fibra óptica, sus propiedades, la tecnología
empleada en la construcción de cables y las componentes
para unir fibras ópticas.
CONTENIDO:
VII.1 Materiales para fibras.
VII.1.1 Fibras de vidrio.
VII.1.2 Fibras-plástico-revestimiento de vidrio.
VII.1.3 Fibras de plástico.
VII.2 Fabricación de fibras.
VII.2.1 La preforma.
VII.2.2 Fabricación de la preforma por deposición
de vidrio en la fase gaseosa (vapor depo-
sition).
VII.2.3 Estirado de la fibra.
VII.3 Propiedades mecánicas de las fibras.
VII.4 Cables de fibras ópticas.
VII.4.1 Protecciones y soportes para las fibras
ópticas en cables.
VII.4.2 Arreglos de las fibras ópticas en los
cables.
VII.4.3 Características de los cables de fibras
ópticas para exteriores, para interiores,
para ductos y para ser enterradas directamente.
VII.5 Uniones de fibra a fibra.
VII.5.1 Pérdidas de acoplamientos.
VII.5.2 Desalineaciones mecánicas.
VII.5.3 Desacoplamientos entre parámetros
ópticos y geométricos de las fibras.
VII.5.4 Preparación de la cara terminal de las
fibras.
VII.6 Empalmes.
VII.6.1 Empalmes mecánicos.
VII.6.2 Empalmes por fusión.
VII.6.3 Empalmes en masa.
VII.7 Conectores.
VII.7.1 Función y características de los
conectores.
VII.7.2 Tecnología de los conectores.
VII.7.3 Efectos de interferencia en conectores.
VII.7.4 Contribución al ruido del sistema
por conectores.
VII.7.5 Tipos de conectores.
VII.8 Acopladores direccionales para fibra óptica.
VII.8.1 Tipo estrella.
VII.8.2 Tipo T y Y.
VII.9 Dispositivos para la multicanalización por
división de longitud de onda (WDM).
VIII. CALCULO DE ENLACES MEDIANTE FIBRAS OPTICAS.
ANTECEDENTES:
Comunicaciones Analógicas.
Comunicaciones Digitales.
OBJETIVO:
El alumno analizará y diseñará cálculos de enlaces
mediante fibras ópticas.
CONTENIDO:
VIII.1 Consideraciones para el diseño de sistemas
de comunicación por fibra óptica.
VIII.1.1 Componentes de un sistema de detección
directa.
VIII.1.2 Criterios para el diseño del sistema.
VIII.1.3 Consideraciones para las fuentes ópticas
y transmisores.
VIII.1.4 Consideraciones para la fibra óptica.
VIII.1.5 Consideraciones para los detectores
ópticos y receptores.
VIII.1.6 Consideraciones para la modulación.
VIII.1.7 Consideraciones de costo.
VIII.2 Sistemas de comunicaciones digitales de fibra óptica.
VIII.2.1 Introducción.
VIII.2.2 Rejilla de diseño. Ancho de banda. Longitud
del sistema.
VIII.2.3 Procedimientos para el diseño de sistemas
digitales.
VIII.2.4 Ejemplos de diseños de sistemas digitales.
VIII.2.5 Desarrollo del diseño del sistema digital.
VIII.3 Sistemas de comunicaciones analógicos de fibra óptica.
VIII.3.1 Introducción.
VIII.3.2 Consideraciones para transmisores analógicos.
VIII.3.3 Consideraciones para receptores analógicos.
VIII.3.4 Técnicas de multicanalización analógica.
VIII.3.5 Otras consideraciones.
VIII.3.6 Procedimientos para el diseño de sistemas
analógicos.
VIII.3.7 Producto analógico ancho de banda-longitud
del sistema.
VIII.3.8 Desarrollo del diseño del sistema analógico.
IX. MEDICIONES.
ANTECEDENTES:
Incluídos en esta asignatura.
OBJETIVO:
El alumno realizará las mediciones de los parámetros que
intervienen en la tecnología de fibra óptica.
CONTENIDO:
IX.1 Medición de atenuación.
IX.2 Localización de fallas en las fibras.
IX.3 Medición de la dispersión.
IX.4 Medición del perfil del índice-refractivo.
IX.5 Medición de las características de fuentes ópticas.
IX.6 Diagrama o patrón de ojo.
X. OPTICA INTEGRADA Y COMUNICACIONES OPTICAS COHERENTES.
ANTECEDENTES:
Incluídos en esta asignatura.
OBJETIVO:
El alumno conocerá los sistemas de comunicación basados en
óptica integrada y las tendencias futuras de esta tecno-
logía.
CONTENIDO:
X.1 Introducción.
X.2 Dispositivos de óptica integrada.
X.3 Integración híbrida y monolítica.
X.4 Tendencias futuras de la óptica integrada.
X.5 Sistemas ópticos coherentes.
X.6 Amplificadores ópticos.
X.7 Multicanalización en longitud de onda.
X.8 Fibras especiales.
XI. SISTEMAS DE COMUNICACIONES OPTICAS.
ANTECEDENTES:
Incluídos en esta asignatura.
OBJETIVO:
El alumno conocerá algunas de las principales aplicaciones
de las fibras ópticas en los sistemas de comunicaciones y
especificará enlaces ópticos en el aire.
CONTENIDO:
XI.1 Sistemas de Comunicaciones por fibra óptica
XI.1.1 Planeación de sistemas de comunicaciones
ópticas.
XI.1.2 Sistemas digitales.
XI.1.3 Sistemas analógicos.
XI.1.4 Redes de comunicaciones usando fibras
ópticas.
XI.1.5 Transmisión multicanal troncal.
XI.1.6 Redes ópticas de área local.
XI.1.7 Televisión por cable de fibra óptica.
XI.2 Enlaces ópticos en el aire
XI.2.1 Características de las fuentes y detectores
ópticos para enlaces en el aire.
XI.2.2 Limitaciones por el medio ambiente en
interiores (comunicaciones dentro de
oficinas) y en exteriores ( comunicaciones
entre edificios ).
XI.2.3 Técnicas de modulación para transmisión
de datos.
XI.2.4 Consideraciones y cálculos para los enlaces.
TECNICAS DE ENSEÑANZA: ELEMENTOS DE EVALUACION:
Exposición oral (X) Exámenes parciales (X)
Exposición audiovisual (X) Exámenes finales (X)
Ejercicios dentro de clase (X) Trabajos y tareas fuera del aula (X)
Ejercicios fuera del aula (X) Participación en clase (X)
Seminarios ( ) Asistencia a prácticas (X)
Lecturas obligatorias (X)
Trabajo de investigación (X)
Prácticas de taller o laboratorio (X)
Prácticas de campo ( )
Otras:
BIBLIOGRAFIA
TEXTOS BASICOS Temas de la materia para los que se recomienda:
ZANGER, Henry. Todos
"Fiber Optics Communication and Application."
Macmillan Publising Co.
E.E.U.U. 1991.
KEISER, Gerd. Todos
"Optical Fiber Communication.
Mc Graw Hill Book Co.,2a. ed.
E.E.U.U., 1991.
PALAIS, Joseph C. Todos
"Introduction to Fiber Optic Communication."
Prentice Hall Inc., 3a. ed.
E.E.U.U., 1992.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA
ALLARD, Frederick C. Todos
"Fiber Optics Handbook for Engineers and Scientists."
Mc Graw Hill Book Co.
E.E.U.U., 1990.
MALKE, G. and GOSSING, P. Todos
"Lightwave Conductor."
John Wiley and Sons Inc.
E.E.U.U., 1987.
SENIOR, John. Todos
"Optical Fiber Communication."
Prentice Hall Inc., 2a.ed.
E.E.U.U., 1992.
CHEO, Peter, K. Todos
"Fiber Optics and Optoelectronics."
Prentice Hall Inc., 2a.ed.
E.E.U.U., 1990.