Comunicaciones Ópticas es una asignatura optativa que se imparte durante el primer cuatrimestre del 4º curso en la Escuela de Ingeniería de Bilbao y está vinculada al módulo Sistemas de Telecomunicación.



La asignatura se centra en las comunicaciones por fibra óptica empleadas en las tecnologías de la información. Teniendo en cuenta el auge de las comunicaciones ópticas en el campo de la ingeniería de telecomunicación, se trata de una asignatura clave para conocer, analizar, evaluar y diseñar los diferentes elementos, dispositivos, sistemas y redes que hacen uso de este tipo de tecnología.



Para poder seguir la asignatura sin excesiva dificultad, es necesario manejarse con soltura en cálculo y estadística (asignaturas 'Cálculo I', 'Álgebra' y 'Estadística' del 1er curso). Por otro lado, es preciso tener conocimientos elementales tanto de resolución de problemas relacionados con la propagación de campos electromagnéticos (asignatura 'Campos electromagnéticos' del 2º curso) como de manejo de circuitos, componentes y subsistemas utilizados con señales de alta frecuencia (asignatura 'Sistemas de alta frecuencia' del 3er curso).

Las competencias son la combinación adecuada de conocimientos, habilidades y destrezas, actitudes y valores, necesarios para el correcto desempeño en el ejercicio de la profesión. Las competencias específicas se adquieren y se desarrollan dentro del módulo Sistemas de Telecomunicación, mientras que las competencias generales y transversales se trabajan durante el Grado en Ingeniería en Tecnología de Telecomunicación.



Estas son las competencias para las que capacitará al alumnado esta asignatura:



Competencias específicas:

- Capacidad para la selección de circuitos, subsistemas y sistemas de radiofrecuencia, microondas, radiodifusión, radioenlaces y radiodeterminación (M03S4).

- 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 (M03S5).



Competencias generales y transversales:

- 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 (G003).

- Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas, comprendiendo la responsabilidad ética y profesional de la actividad del Ingeniero Técnico de Telecomunicación (G004).

La asignatura se estructura en dos partes:

- Por un lado, durante las clases magistrales + prácticas de aula + seminarios, la materia impartida y trabajada tanto de forma individual como en grupos o equipos compuestos de 3-4 personas comprende 5 temas.

- Por otro lado, durante las prácticas de laboratorio, se realizan 8 prácticas en equipos compuestos de 3-4 personas. Previamente se incluye una clase de formación para poder realizar las prácticas con éxito.



Clases magistrales + prácticas de aula + seminarios:

- Tema 1: Introducción a las fibras ópticas.

Ángulo crítico y campo evanescente. Fibra óptica: estructura, tipos, aplicaciones, perfiles de índice de refracción, apertura numérica y capacidad de transmisión. Antecedentes históricos.

- Tema 2: Propagación en fibras ópticas.

Atenuación: mecanismos intrínsecos y extrínsecos, ventanas de transmisión y distancia máxima limitada por la atenuación. Dispersión: concepto y efectos, tipos de dispersión y distancia máxima limitada por la dispersión. Cables y fibras: estructura y tipos de cables. Conectores y empalmes: pérdidas intrínsecas y extrínsecas, pérdidas en conectores y empalmes.

- Tema 3: Emisores ópticos.

Los LED: funcionamiento, diodos SLED, diodos ELED y eficiencias. Láseres: funcionamiento, láser Fabry-Perot, eficiencias, modos de emisión y láseres basados en espejos distribuidos. Moduladores externos.

- Tema 4: Detectores ópticos y diseño de redes.

Fotodiodos: funcionamiento, eficiencias y responsividad, características espectrales y fotodiodo de avalancha vs fotodiodo PIN. Diseño de un enlace teniendo en cuenta los tiempos de respuesta del láser, de la fibra óptica y del receptor.

- Tema 5: Amplificadores ópticos y efectos no lineales.

Amplificadores ópticos: funcionamiento, EDFA, SOA y Raman. Efectos no lineales: clasificación y descripción.



Prácticas de laboratorio:

- Preparación de las prácticas de laboratorio: Introducción y seguridad. Metrología. Análisis de incertidumbres.

- Práctica 1: Caracterización de dispositivos pasivos en fibras monomodo.

Caracterización de las pérdidas por curvatura. Acopladores.

- Práctica 2: Medida de la apertura numérica y otros parámetros de interés en fibras multimodo.

Pérdidas por desalineamientos de la fibra. Atenuación en fibras ópticas con conectores cuando se usan diferentes LED.

- Práctica 3: Caracterización de dispositivos activos y sistemas de transmisión WDM.

Caracterización de un láser semiconductor. Curva potencia-intensidad. Transmisión con multiplexación por división de longitud de onda. Medida de la atenuación en filtros demultiplexores.

- Práctica 4: Caracterización de enlaces de fibras monomodo.

Familiarización con el manejo de un reflectómetro óptico (OTDR). Medida de la atenuación y las pérdidas por inserción en enlaces.

- Práctica 5: Análisis de la dispersión y de la atenuación en enlaces de fibras multimodo.

Medida de la dispersión y de la atenuación en función de la distancia del enlace.

- Práctica 6: Análisis del diagrama de ojo y de la tasa de error de bit en enlaces de fibras multimodo.

Investigación del factor de calidad y de la tasa de error de bit en función de la distancia del enlace.

- Práctica 7: Simulación de sistemas de transmisión digital.

Simulación de sistemas de transmisión digital en entornos de mediana distancia por fibra monomodo.

- Práctica 8: Diseño y optimización de una red óptica de transmisión digital.

Diseño y optimización de una red óptica de transmisión digital por fibra monomodo.

La asignatura se trabaja tanto de forma individual como en grupo siguiendo la metodología expuesta a continuación:



- Lección magistral cooperativa (clases magistrales):

El profesorado expone los fundamentos teóricos de la materia. Con el objeto de fomentar la participación del alumnado, regularmente se alternan las exposiciones teóricas con acciones grupales de 3-4 personas, en las que se trabajan los desarrollos matemáticos. Asimismo, el profesorado asesora al alumnado en el estudio semanal regulado y en la lectura de la bibliografía recomendada en horas no presenciales.



- Resolución de problemas (prácticas de aula):

El profesorado resuelve en pizarra los problemas relacionados con la teoría expuesta en las clases magistrales (dichos problemas vienen señalados mediante un asterisco en la colección de problemas facilitada al alumnado), promoviendo la participación del alumnado durante todo el proceso. Dicha participación puede basarse tanto en una interacción oral del tipo pregunta-respuesta como en la exposición en pizarra de la resolución de un subapartado por parte de una persona elegida por sorteo entre el alumnado. En este tipo de interacción profesorado-alumnado, los errores cometidos por el alumnado durante la resolución de los problemas pueden resultar tan valiosos como los aciertos, ya que permiten identificar aspectos que no han quedado suficientemente claros y corregir fallos comunes.



- Aprendizaje basado en problemas (seminarios):

El alumnado se organiza en equipos compuestos de 3-4 personas y se encarga de trabajar de manera conjunta los problemas pendientes (es decir, aquellos problemas que no se señalan con asterisco en la colección de problemas), siendo recomendable su estudio con antelación a la realización de los mismos (dentro de las horas no presenciales del alumnado). Además de estos ejercicios, al término de cada tema, un equipo debe realizar una breve exposición (de aproximadamente 15 minutos) sobre aspectos más concretos relacionados con ese tema utilizando el material facilitado por el profesorado, lo que permite realizar un seguimiento actualizado del aprendizaje del alumnado.



- Aprendizaje basado en prácticas (prácticas de laboratorio):

Se realizan 8 prácticas en equipos de 3-4 personas. Previamente, el alumnado dispone de las horas no presenciales para la lectura minuciosa del guion y la preparación de cada práctica. Después, cada equipo realiza las medidas experimentales o las simulaciones, anota los resultados, los procesa y, finalmente, los documenta en un informe. El profesorado asesora a cada equipo tanto en la realización de las medidas como en la elaboración del informe de cara a mejorar las sucesivas prácticas e informes. Dicho asesoramiento tiene lugar durante las horas presenciales de la asignatura, así como durante las horas de tutorías.



Nota: en el caso de que las condiciones sanitarias impidan la realización de alguna actividad docente y/o evaluación presencial, se activará una modalidad no presencial de la que el alumnado será informado puntualmente.

• Sistema de Evaluación Continua
• Sistema de Evaluación Final
• Herramientas y porcentajes de calificación:
  • Prueba escrita a desarrollar (%): 20
  • Prueba tipo test (%): 8
  • Realización de prácticas (ejercicios, casos o problemas) (%): 7
  • Trabajos en equipo (resolución de problemas, diseño de proyectos) (%): 60
  • Exposición de trabajos, lecturas… (%): 5

Para aprobar la asignatura es necesario obtener una puntuación igual o superior a 5 puntos sobre 10 en:

- la evaluación de las clases magistrales + prácticas de aula + seminarios

y en

- la evaluación de las prácticas de laboratorio.



Evaluación de las clases magistrales + prácticas de aula + seminarios:

- En caso de evaluación continua:

* Dos cuestionarios mediante la plataforma virtual eGela (8% de la nota global).

* Una serie de problemas (7% de la nota global).

* Una breve exposición (5% de la nota global).

* Un examen escrito en la fecha oficial de celebración de la prueba de evaluación final (20% de la nota global).

- En caso de evaluación final (por renunciar a la evaluación continua):

* Un cuestionario y un examen escrito en la fecha oficial de celebración de la prueba de evaluación final (40% de la nota global).



Evaluación de las prácticas de laboratorio:

- En caso de evaluación continua:

* Ocho informes de prácticas con medidas experimentales y simulaciones debidamente procesadas (60% de la nota global).

- En caso de evaluación final (por renunciar a la evaluación continua):

* Un examen práctico tras el examen escrito en la fecha oficial de la prueba de evaluación final (60% de la nota global).



Renuncia a la evaluación continua:

- El alumnado tendrá derecho a ser evaluado mediante el sistema de evaluación final: para ello, deberá presentar por escrito la renuncia a la evaluación continua, para lo que dispondrá de un plazo de 9 semanas, a contar desde el comienzo del cuatrimestre.



Renuncia a la convocatoria ordinaria:

- En caso de evaluación continua: el alumnado podrá renunciar a la convocatoria ordinaria en un plazo de un mes antes de la fecha de finalización del período docente; para ello, deberá presentar por escrito la renuncia a la convocatoria ordinaria. En caso de no hacerlo, la no presentación al examen en la fecha oficial de celebración de la prueba de evaluación final se considerará como suspenso.

- En caso de evaluación final (por renunciar a la evaluación continua): la no presentación al examen en la fecha oficial de celebración de la prueba de evaluación final supondrá la renuncia a la convocatoria ordinaria.

Para aprobar la asignatura es necesario obtener una puntuación igual o superior a 5 puntos sobre 10 en:

- la evaluación de las clases magistrales + prácticas de aula + seminarios

y en

- la evaluación de las prácticas de laboratorio.



Evaluación tanto de las clases magistrales + prácticas de aula + seminarios como de las prácticas de laboratorio:

- Un cuestionario y un examen escrito (40% de la nota global) + un examen práctico (60% de la nota global) en la fecha oficial de celebración de la prueba de evaluación final.



Alumnado que en la convocatoria ordinaria hubiese obtenido una puntuación igual o superior a 5 puntos sobre 10 en la evaluación de las clases magistrales + prácticas de aula + seminarios o en la evaluación de las prácticas de laboratorio tendrá la posibilidad de recuperar la nota de la evaluación correspondiente.



Renuncia a la convocatoria extraordinaria:

- La no presentación al examen en la fecha oficial de celebración de la prueba de evaluación final supondrá la renuncia a la convocatoria extraordinaria.

Todo el material está disponible en la plataforma virtual eGela:
- Transparencias PowerPoint trabajadas durante las clases magistrales.
- Enunciados correspondientes a los problemas trabajados durante las prácticas de aula y los seminarios.
- Manuales e informes de prácticas trabajados durante las prácticas de laboratorio.

Información sobre la utilización de materiales, medios y recursos:
- Durante la impartición de clases (evaluación continua):
* Se permite el empleo de libros, notas o apuntes, así como de aparatos o dispositivos electrónicos o informáticos. En caso de que dichos aparatos o dispositivos tengan acceso a Internet, no se permitirá ninguna consulta que no sea sobre material didáctico. En cualquier caso, queda prohibida la utilización de aparatos o dispositivos telefónicos o de otro tipo.
- En la prueba de evaluación final (tanto evaluación continua como evaluación final):
* Se permite el empleo de calculadoras, pero queda prohibida la utilización de libros, notas o apuntes, así como de aparatos o dispositivos telefónicos, electrónicos, informáticos, o de otro tipo.

Bibliografía básica

G. Aldabaldetreku, G. Durana, Sistemas de comunicaciones ópticas. Euskal Herriko Unibertsitateko Argitalpen Zerbitzua / Servicio Editorial de la Universidad del País Vasco, 2020.

J. Capmany, F. J. Fraile-Peláez, J. Martí, Fundamentos de comunicaciones ópticas. Síntesis, 2001.

G. Durana, G. Aldabaldetreku, Fundamentos de campos electromagnéticos para Ingeniería. Euskal Herriko Unibertsitateko Argitalpen Zerbitzua / Servicio Editorial de la Universidad del País Vasco, 2017.

A. K. Ghatak, K. Thyagarajan, An Introduction to fiber optics. Cambridge University Press, 1998.

W. B. Jones, Introduction to optical fiber communication systems. Oxford University Press, 1988.

J. C. Palais, Fiber optic communications. Prentice Hall, 2004.

J. M. Senior, Optical fiber communications: principles and practice. Prentice-Hall, 1985.

A. W. Snyder, J. D. Love, Optical waveguide theory. Chapman and Hall, 1983.

J. R. Taylor, An Introduction to Error Analysis: The Study of Uncertainties in Physical Measurements, University Science Books, 1997.

K. Thyagarajan, A. K. Ghatak, Fiber optic essentials. John Wiley and Sons, 2007.

Bibliografía de profundización

G. P. Agrawal, Fiber-optic communication systems. John Wiley and Sons, 2002.
M. Born, E. Wolf, Principles of optics. Pergamon Press, 1990.
J. Capmany, D. Pastor, B. Ortega, Problemas de Comunicaciones Ópticas, Tomo 1: dispositivos, Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia, 1998.
J. W. Goodman, Statistical optics. John Wiley and Sons, 1985.
E. Hecht, Optica. Addison Wesley, 2002.
H. Hughes, Telecommunications cables. John Wiley and Sons, 1997.
H. C. van de Hulst, Light scattering by small particles. Dover Publications, 1981.
J. D. Jackson, Classical electrodynamics. John Wiley and Sons, 1999.
G. Keiser, Optical fiber communications. McGraw-Hill, 1991.
M. G. Kuzyk, Polymer fiber optics: materials, physics, and applications. Taylor and Francis, 2007.
J. Powers, An introduction to fiber optic systems. McGraw-Hill, 2002.
B. E. A. Saleh, M. C. Teich, Fundamentals of photonics. John Wiley and Sons, 2007.

Revistas

Revista Española de Física: www.revistadefisica.es/index.php/ref/index
Revista Española de Metrología: www.e-medida.es

Direcciones web

RP photonics encyclopedia: www.rp-photonics.com/encyclopedia.html
EXFO glossary: www.exfo.com/support/services/instrument-services/be-expert-training-program/animated-optical-glossary
Unión Internacional de Telecomunicaciones (Recomendaciones serie G): www.itu.int/ITU-T/recommendations/index.aspx?ser=G
Bureau International des Poids et Measures: www.bipm.org
Centro Español de Metrología: www.cem.es
Asociación Española de Normalización y Certificación (AENOR): www.aenor.es
Entidad Nacional de Acreditación: www.enac.es