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Inicio / Estudios / Grado en Ingeniería en Sistemas de Telecomunicación / Plan de Estudios

Guía Docente

COMUNICACIONES ÓPTICAS

Curso 2024-25

  • Presencial

1. Descripción General

Nombre: COMUNICACIONES ÓPTICAS

Código: 504103006

Carácter: Obligatoria

ECTS: 6

Unidad Temporal: Cuatrimestral

Despliegue Temporal: Curso 3º - Segundo cuatrimestre

Menciones/Especialidades:

Lengua en la que se imparte: Castellano

Carácter: Presencial

2. Datos del profesorado

3. Competencias y resultados del aprendizaje

3.1. Competencias básicas del plan de estudios asociadas a la asignatura

3.2. Competencias generales del plan de estudios asociadas a la asignatura

[CG3 ]. Conocimiento de materias básicas y tecnologías, que le capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y tecnologías, así como que le dote de una gran versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones.

3.3. Competencias específicas del plan de estudios asociadas a la asignatura

[ST3 ]. Capacidad de análisis de componentes y sus especificaciones para sistemas de comunicaciones guiadas y no guiadas.

[ST5 ]. Capacidad para la selección de antenas, equipos y sistemas de transmisión, propagación de ondas guiadas y no guiadas, por medios electromagnéticos, de radiofrecuencia u ópticos y la correspondiente gestión del espacio radioeléctrico y asignación de frecuencias.

3.4. Competencias transversales del plan de estudios asociadas a la asignatura

[TR2 ]. Trabajar en equipo

3.5. Resultados del aprendizaje de la asignatura

Al finalizar el programa formativo, el estudiante debe ser capaz de:

Distinguir entre los diferentes dispositivos y bloques que conforman un sistema de comunicaciones ópticas.
Utilizar, de manera eficiente, un equipamiento fotónico transmisor-fibra-receptor con el fin de obtener parámetros típicos de funcionamiento, tanto de emisores y receptores ópticos, como de las fibras ópticas correspondientes.
Resolver diferentes cuestiones relacionadas con un enlace de comunicaciones ópticas a través de simuladores informáticos existentes a tal efecto.
Resolver diversos tipos de problemas teórico-prácticos relacionados con los diferentes bloques de un sistema fotónico.
Identificar las conclusiones correctas que se deriven de dicha resolución.

4. Contenidos

4.1 Contenidos del plan de estudios asociados a la asignatura

Conceptos básicos relativos a la transmisión de señales en un sistema de comunicaciones ópticas. Estudio de los bloques principales que constituyen dicho sistema: transmisor óptico, fibra óptica y receptor óptico. Familiarización con equipamiento fotónico y herramientas informáticas para el análisis de sistemas de comunicaciones ópticas.

4.2. Programa de teoría

Unidades didácticas

Temas

Propagación en fibras ópticas

T 1.1. Introducción y conceptos básicos de propagación en fibras ópticas.
T 1.2. Análisis de la propagación en fibras ópticas a través de Óptica Geométrica.
T 1.3. Análisis de la propagación en fibras ópticas a través de la Teoría Electromagnética para guías-onda dieléctricas.

Fenómenos limitadores de la transmisión por fibra óptica: La atenuación y la dispersión.

T 2.1. Atenuación en fibras ópticas.
T 2.2. Dispersión en fibras ópticas.

Fuentes ópticas: el diodo electroluminiscente (LED) y el láser de semiconductor.

T 3.1. Teoría de semiconductores.
T 3.2. La unión P-N. El diodo electroluminiscente (LED).
T 3.3. El láser de semiconductor.

Detección óptica. Fotodetectores.

T 4.1. Detección de la radiación óptica.
T 4.2. El fotodiodo PIN.
T 4.3. El fotodiodo de avalancha (APD).

Aspectos prácticos de un sistema de comunicaciones ópticas

T 5.1. Sensibilidad de las fibras ópticas a las macrocurvaturas.
T 5.2. Cables submarinos de fibra óptica.

4.3. Programa de prácticas

Nombre

Descripción

Visualización de un documental acerca de las Comunicaciones Ópticas / Demostración, por parte del profesor, de un Sistema de Comunicaciones Ópticas en el Laboratorio

Visualización de un documental ilustrativo acerca de la historia y las aplicaciones de las Comunicaciones Ópticas. Demostración, por parte del profesor, de un equipo de comunicaciones ópticas en el laboratorio, donde se irán revisando las partes más importantes del transmisor y del receptor.

Análisis de los Fenómenos de Reflexión y Refracción de la Luz mediante el Software de Simulación PhET

El comportamiento de la luz en el interior de las fibras ópticas obedece a las denominadas leyes de Snell, las cuales determinan los ángulos con los que los rayos luminosos se reflejan o se refractan cuando inciden sobre la superficie de separación de dos medios con índice de refracción diferente. En esta práctica, se aplicarán dichas leyes para analizar los fenómenos de refracción y reflexión de la luz y, además, se clarificarán diferentes conceptos como el de reflexión total interna, ángulo crítico, índice de refracción, velocidad de la luz en un medio o reflectividad. Así mismo, se comprobará en qué consiste un prisma de Newton y cómo se genera el arco iris. Para todo ello, utilizaremos el software de simulación PhET, desarrollado por la Universidad de Colorado.

Introducción a un Software de Simulación para el Diseño de Fibras Ópticas: RP Fiber Calculator

El uso de fibras ópticas como medio de transmisión en las telecomunicaciones es hoy una realidad. En este sentido, la elección de unos parámetros adecuados para dichas fibras es una labor de gran importancia para cualquier sistema basado en tecnología fotónica. Características como la composición del material que las conforma o su perfil de índice de refracción van a influir de manera determinante en fenómenos tales como la dispersión, las pérdidas o las no linealidades, por lo que deben ser elegidas cuidadosamente con el fin de proporcionar un óptimo rendimiento. Todos estos parámetros de la fibra óptica pueden ser medidos previamente de manera experimental y así¬ encaminar el proceso de producción de una manera adecuada. Sin embargo, esta opción es extremadamente lenta y costosa, además del hecho de que ciertas características de la fibra no pueden ser medidas de manera directa. Por tanto, la utilización de herramientas informáticas de simulación para los fines de diseño anteriormente expuestos es una opción que está siendo considerada cada vez más dentro de la industria fotónica. En esta práctica, concretamente, el alumno se introducirá en el software gratuito para diseño de fibras ópticas RP Fiber Calculator, de la empresa RP Photonics.

Introducción a un Software de Simulación de Sistemas de Comunicaciones Ópticas: OptiPerformer

En esta práctica, se realizará una introducción al programa gratuito OptiPerformer (de la empresa Optiwave), un software simulador de sistemas de comunicaciones ópticas que, a través de la gran cantidad de herramientas de medida que posee (medidores de potencia óptica, diagramas de ojo, estimadores de BER, etc.), permite la caracterización de un enlace de fibra óptica de manera muy visual y eficiente. Así, este software funciona a partir de un entorno de diagrama de bloques en el que se pueden ir situando los diferentes componentes del enlace a analizar (transmisor óptico, tramo de fibra, atenuador, receptor óptico, filtro, etc.) con sus correspondientes parámetros. De esta manera, tras ejecutar el esquemático, el programa arroja una serie de resultados con los que poder calibrar la bondad de un sistema de comunicaciones ópticas.

Cálculo de la Máxima Longitud de Fibra para asegurar la Calidad de un Enlace de Comunicaciones Ópticas con el Software OptiPerformer.

En esta práctica, se hallará el valor de la máxima longitud que puede tener un tramo de fibra de un sistema de comunicaciones ópticas para asegurar una cierta calidad del enlace. Para ello, se realizará el balance de potencias pertinente y, posteriormente, se simulará en OptiPerformer el sistema diseñado con el fin de comprobar si se cumplen los objetivos de rendimiento estipulados.

Diseño de Fibras Ópticas Compensadoras de la Dispersión Cromática con el Software OptiPerformer.

En esta práctica, se diseñarán y simularán, con el software OptiPerformer, fibras compensadoras de la dispersión cromática. Estas fibras se diseñan de manera que presenten un valor negativo de dispersión (es decir, prevalece la dispersión cromática debida al guiado), de forma que, situadas a continuación del tramo de fibra principal del enlace (que, en este caso, presentará un valor positivo de dispersión cromática), son capaces de compensar el ensanchamiento temporal de pulsos del primer tramo mediante un "estrechamiento" equivalente.

Prevencion de riesgos

La Universidad Politécnica de Cartagena considera como uno de sus principios básicos y objetivos fundamentales la promoción de la mejora continua de las condiciones de trabajo y estudio de toda la Comunidad Universitaria. Este compromiso con la prevención y las responsabilidades que se derivan atañe a todos los niveles que integran la Universidad: órganos de gobierno, equipo de dirección, personal docente e investigador, personal de administración y servicios y estudiantes. El Servicio de Prevención de Riesgos Laborales de la UPCT ha elaborado un "Manual de acogida al estudiante en materia de prevención de riesgos" que puedes encontrar en el Aula Virtual, y en el que encontraras instrucciones y recomendaciones acerca de cómo actuar de forma correcta, desde el punto de vista de la prevención (seguridad, ergonomía, etc.), cuando desarrolles cualquier tipo de actividad en la Universidad. También encontrarás recomendaciones sobre cómo proceder en caso de emergencia o que se produzca algún incidente. En especial, cuando realices prácticas docentes en laboratorios, talleres o trabajo de campo, debes seguir todas las instrucciones del profesorado, que es la persona responsable de tu seguridad y salud durante su realización. Consúltale todas las dudas que te surjan y no pongas en riesgo tu seguridad ni la de tus compañeros.

4.4. Programa de teoría en inglés

Unidades didácticas

Temas

Propagation through optical fibers.

1.1.- Introduction and basic concepts in optical fiber propagation.
1.2.- Analysis of optical fiber propagation through Geometrical Optics.
1.3.- Analysis of propagation via optical fibers through the Electromagnetic Theory for Dielectric Waveguides.

Phenomena limiting optical fiber transmission: Attenuation and Dispersion.

2.1.- Attenuation in optical fibers.
2.2.- Dispersion in optical fibers.

Optical sources: the light-emitting diode (LED) and the semiconductor laser.

3.1.- Semiconductor theory.
3.2.- The P-N junction. The light-emitting diode (LED).
3.3.- The semiconductor laser.

Optical detection. Photodetectors.

4.1.- Detection of optical radiation.
4.2.- The PIN photodiode.
4.3.- The avalanche photodiode (APD).

Practical aspects of an optical communication system.

5.1.- Sensitivity of optical fibers to macrocurvatures.
5.2.- Submarine optical fiber cables.

4.5. Observaciones

5. Actividades formativas

Denominación

Descripción

Horas

Presencialidad

Denominación

Clase en aula convencional: teoría, problemas, casos prácticos, seminarios, etc

Descripción

Asistencia a las clases de teoría de la asignatura



Clases en las que se resolverán problemas relacionados con la teoría subyacente tras la asignatura.

Horas

37

Presencialidad

100

Denominación

Clase en laboratorio: prácticas

Descripción

Prácticas de laboratorio en las que se abordarán, de una manera aplicada y a través de equipamiento/software específico, los contenidos teóricos explicados en clase.

Horas

6

Presencialidad

100

Denominación

Clase en campo o aula abierta (visitas técnicas, conferencias, etc.). En general, actividades que requieren de unos recursos o de una planificación especiales

Descripción

Eventual presentación en público de trabajos individuales o en grupo acerca de cuestiones propuestas por el profesor.

Horas

2

Presencialidad

100

Denominación

Clase en aula de informática: prácticas

Descripción

Prácticas con diferentes tipos de software relacionados con las comunicaciones ópticas.

Horas

9

Presencialidad

100

Denominación

Actividades de evaluación (sistema de evaluación continua)

Descripción

Realización de exámenes, tanto parciales como finales, para la evaluación de la asignatura.

Horas

6

Presencialidad

100

Denominación

Actividades de evaluación (sistema de evaluación final)

Descripción

Realización de cuestiones para la evaluación de la asignatura.

Horas

2

Presencialidad

100

Denominación

Tutorías

Descripción

Tutorías tanto individuales como en grupo.

Horas

6

Presencialidad

50

Denominación

Trabajo del estudiante: estudio o realización de trabajos individuales o en grupo

Descripción

Preparación del contenido de las prácticas de laboratorio, así como realización de los informes de dichas prácticas.



Estudio de la teoría subyacente tras la asignatura (incluyendo la resolución de problemas).

Horas

112

Presencialidad

0

6. Sistema de evaluación

6.1. Sistema de evaluación continua

Denominación

Descripción y criterios de evaluación

Ponderación

Denominación

Trabajo práctico de laboratorio

Descripción y criterios de evaluación

Entrega de informes relativos a las prácticas programadas en la asignatura. La entrega de los informes se llevará a cabo a través del Aula Virtual y su correspondiente fecha de entrega se avisará con la debida antelación.

Ponderación

20 %

Denominación

Exámenes escritos y/u orales (evaluación de contenidos teóricos, aplicados y/o prácticas de laboratorio)

Descripción y criterios de evaluación

Dos actividades de tipo examen parcial en las que se evaluarán los contenidos teóricos (en forma de cuestiones) y aplicados (en forma de problemas) impartidos hasta el momento de cada convocatoria (en el segundo parcial no se evaluará la materia evaluada en el primero). La nota de cada parcial deberá ser como mínimo de 4 para ser superado y promediar con el resto de actividades. Cada examen parcial tendrá una ponderación del 40%.

Ponderación

80 %

6.2. Sistema de evaluación final

Denominación

Descripción y criterios de evaluación

Ponderación

Denominación

Exámenes escritos y/u orales (evaluación de contenidos teóricos y/o aplicados de la asignatura)

Descripción y criterios de evaluación

Dos actividades de tipo examen que se corresponderán con los contenidos de las dos actividades de evaluación tipo examen parcial del Sistema de Evaluación Continua. Cada uno de estos dos exámenes tendrá una ponderación del 40%, y la nota de cada examen deberá ser como mínimo de 4 para ser superado y promediar con el resto de actividades.

Ponderación

80 %

Denominación

Informes de laboratorio, problemas propuestos, simulaciones, estudio de casos, actividades de aprendizaje cooperativo, portafolios, presentaciones orales, informes de prácticas tutorizadas, autoevaluación y coevaluación, etc

Descripción y criterios de evaluación

Entrega de informes relativos a las prácticas programadas en la asignatura.

Ponderación

20 %

6.3. Evaluación formativa

Descripción

Si un/a estudiante que ha superado una actividad de evaluación en el Sistema de Evaluación Continua desea presentarse a esa misma actividad en el Sistema de Evaluación Final, debe renunciar a la calificación obtenida en el Sistema de Evaluación Continua.

Se restará puntuación, tanto en los exámenes como en los entregables, por faltas de ortografía.

Información

7. Bibliografía y recursos

7.1. Bibliografía básica

Autor: Rodríguez Rodríguez, José Víctor
Título: Problemas resueltos de comunicaciones ópticas
Editorial: Universidad Politécnica de Cartagena
Fecha Publicación: 2010
ISBN: 9788496997561

Autor: Rodriguez Rodríguz, José Víctor
Título: Problemas resueltos de comunicaciones ópticas: vol 2
Editorial: Universidad Politécnica de Cartagena,
Fecha Publicación: 2017
ISBN: 9788416325528

Autor: Capmany, José
Título: Fundamentos de comunicaciones ópticas
Editorial: Síntesis
Fecha Publicación: 2001
ISBN: 8477385998

Autor: Rodríguez Rodríguez, José Víctor
Título: Tests resueltos de teoría y prácticas de comunicaciones ópticas
Editorial: Universidad Politécnica de Cartagena
Fecha Publicación: 2010
ISBN: 9788496997585

Autor: J V Rodríguez
Título: Test resueltos de teoría y prácticas de comunicaciones ópticas Vol. 2
Editorial: UPCT
Fecha Publicación: 2017
ISBN: 9788416325511

7.2. Bibliografía complementaria

Autor: Senior, John M.
Título: Optical fiber communications: principles and practice
Editorial: Prentice Hall
Fecha Publicación: 1992
ISBN: 0136354262

Autor: Keiser, Gerd
Título: Optical fiber communications
Editorial: McGraw-Hill,
Fecha Publicación: 2010
ISBN: 9780073380711

7.3. Recursos en red y otros recursos

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