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Fibra Óptica

Medios de Transmsión | William Galíndez Arias


Contenido Definición de fibra óptica

1

Datos Históricos de la fibra óptica

1

Aplicaciones más comunes

2

Características

3

Tipos de fibra óptica

7

Funcionamiento

8

Conversión Electro-óptica

10

Tipos de conectores

11

Cable para fibra óptica

12


¿Qué es la fibra óptica?

La fibra óptica es un medio de transmisión

La fibra óptica es ampliamente utilizada en

que consiste en un filamento de vidrio muy

el área de telecomunicaciones debido a que

fino y flexible, cuyo espesor es como el de

permiten el envió de diferentes cantidades

un pelo. La fibra óptica posee un índice de

de datos a grandes distancias. Este tipo de

refracción

está

medio de transmisión es muy favorable

constituida por un material dieléctrico. La

gracias a su inmunidad a las interferencias

fibra es capaz de concentrar guiar y llevar

electromagnéticas.

mensajes en forma de haces luminosos o

Historia

alto

gracias

a

que

pulsos de luz que viajan a través del

Los intentos de utilizar la luz como soporte

filamento de un extremo a otro sin sufrir

de transmisión

ningún tipo de interrupción y con pocas

1880 en la época de Graham Bell, este

perdidas.

último utilizó un haz de luz para llevar

Está formada por una pareja de cilindros

información

concéntricos, el interior llamado núcleo que

desfavorables

se construye con una alta pureza con el

atenuación provocados por perturbaciones

propósito atenuación

de

el

obteniendo

resultados

debido a factores de

una

mínima

externas.

exterior

llamado

También se tienen antecedentes históricos

obtener y

se remontan desde año

revestimiento que cubre el contorno.

respecto a experimentos que buscaban descifrar la naturaleza de la luz. El físico John Tyndal descubrió que la luz podía viajar dentro de un material (agua), curvándose por reflexión interna Casi un siglo después, gracias a estudios físicos sobre óptica, se descubrió una nueva utilización de la luz, a la que se denominó rayo

láser,

que

fue

aplicado

a

las

telecomunicaciones con el fin que los


mensajes

se

transmitieran

a

altas

telefónicos, pero las perdidas seguían

velocidades. Sin embargo para la época no

siendo un problema.

existían los canales adecuados para hacer

El 22 de abril de 1977, General Telephone

viajar

and

las

ondas

electromagnéticas

Electronics

realizó

la

primera

provocadas por la lluvia fotonica generada

transmisión telefónica a través de fibra

en la fuente láser. Fue entonces cuando se

óptica, en 6 Mbit/s, en Long Beach,

focalizaron los estudios a la producción de

California.

un ducto o canal, conocido hoy como la fibra óptica.

El gran avance se dio cuando se utilizó el cristal de silicio puro, este tipo de cables

Dada el aporte de haber logrado construir

atravesaron los océanos del mundo. El

un cable por el cual se propague la luz sin

primer enlace transoceánico con fibra

que se expanda en todas las direcciones dio

óptica fue el TAT-8 que comenzó a operar

paso a todo el desarrollo de esta nueva

en 1988, usando un cristal transparente de

tecnología de fibra óptica

modo

que

los

amplificadores

para

regenerar las señales débiles se podían Uno de los primeros usos de la fibra óptica

ubicar a distancias de más de 64 kilómetros.

fue emplear un haz de fibras para la

En la actualidad, debido a sus mínimas

transmisión

pérdidas de señal, la fibra óptica puede ser

de

imágenes,

en

un

endoscopio médico

usada a distancias más largas que el cobre.

En 1966, los investigadores Charles K. Kao y G. A. Hockham, de los laboratorios de Standard

Telecommunications,

en

Inglaterra, afirmaron que se podía disponer de fibras de una transparencia mayor y propusieron el uso de fibras de vidrio y luz, en

lugar

de electricidad y

conductores

metálicos, en la transmisión de mensajes


Aplicaciones Existe un amplio rango de aplicaciones para

Electromagnéticos, ancho de banda grande

la fibra óptica que puede ir desde el área de

y sensibilidad para detectar niveles muy

comunicaciones hasta usos decorativos:

bajos de determinado tipo de señal.

Medicina: Ha marcado la evolución de las

Otro uso de la fibra óptica es en

técnicas de endoscopia tradicionales a

aplicaciones de sonar, se han desarrollado

sistemas de fibroscopia. Los fibroscopios

Sistemas hidrofónicos que se utilizan en la

construidos

industria de petróleo.

basados

en

técnicas

optoelectrónicas cuentan con una fibra que

Comunicaciones: La fibra óptica es un

se encarga de transportar la luz al interior

medio de transmisión utilizado en redes de

del organismo y la otra lleva una imagen a

telecomunicaciones, debido a que por su

un monitor.

flexibilidad este tipo de conductores se

Sensores: Debido a que sistemas eléctricos

pueden agrupar formando cables, las fibras

típicos no funcionan bien en entornos

usadas para este fin son de plástico o vidrio.

donde se presenten altas tensiones y

La información viaja en forma de luz.

campos que provocan interferencia, la fibra óptica se perfila como una solución a este problema debido a su inmunidad a este tipo de perturbaciones externas. Existen muchos

Redes: La conexión de internet por medio de la fibra óptica trae consigo grandes ventajas como la velocidad de intercambio de información mucho más rápida.

tipos de sensores con tecnología de fibra óptica tales como: sensores de presión, temperatura,

aceleración,

acústica,

eléctricos entre otros. Una de tantas ventajas

que

poseen

este

tipo

de

dispositivos es su flexibilidad geométrica, la inmunidad ante campos magnéticos, pulsos

La conexión de una red mediante fibra óptica aumenta el rendimiento de los equipos

y

permite

fácilmente

la

incorporación de usuarios nuevos a la red. Se pueden realizar conexiones tipo LAN, WAN.


Telefonía: Es un campo de crecimiento

cuanto mayor es la diferencia de índices y

vertiginoso y la fibra óptica no ha sido ajeno

más grande el ángulo de incidencia, ocurre

a este hecho, pues, actualmente se está

la reflexión interna total.

introduciendo el sistema de fibra para el

En el interior de una fibra óptica, la luz se

teléfono, el uso de esta herramienta

refleja contra las paredes en ángulos muy

permite

abiertos, de modo

comunicaciones

libre

de

que

avanza por su

interferencias. La fibra dio lugar al uso del

centro. Consecuencia de lo anterior, se

teléfono e internet de manera simultánea

pueden guiar las señales de luz sin grandes

sin perder la conectividad en alguno de los

pérdidas por recorrer largas distancias.

dos gracias a su ancho de banda superior. Posee resistencia al agua y emisiones

Características

ultravioleta, brinda mayor protección a la Dimensiones

las

humedad gracias a sus múltiples capas

características más importante de la fibra

alrededor, también posee un empaquetado

óptica es su tamaño, en los que por lo

de alta densidad el cual hace posible utilizar

general el revestimiento posee 125 micras

un número mayor de fibras dentro de un

de diámetro, el núcleo es aun más delgado.

diámetro

La fibra óptica opera como guía de ondas

convencional.

dieléctrica

y

que

peso:

Una

funciona

de

frecuencias

ópticas. Cada filamento está formado por un núcleo central de plástico o cristal con un alto índice de refracción, rodeado de una capa de un material similar con un índice de refracción l menor. Cuando la luz llega a una superficie que limita con un índice de refracción menor, se refleja en gran parte,

menor

al

de

un

cable


Tipos de fibra óptica

La fibra multimodal se caracteriza por

Existen 3 tipos básicos de fibra óptica:

poseer en su núcleo un índice de refracción superior, pero de igual magnitud al

1. Multimodal

revestimiento

2. Multimodal con índice graduado, Dependiendo del índice de refracción del

escalonado.

núcleo, se desprende otro tipo multimodal:

3. Monomodal

Multimodal con índice graduado: En este Multimodal: En este tipo de fibra óptica los

tipo el índice de refracción no es constante

rayos

en la sección cilíndrica, posee menor

ópticos

viajan

reflejándose

a

diferentes ángulos:

dispersión

modal

y

el

núcleo

está

compuesto de materiales distintos. Índice

escalonado:

La

característica

principal en este variación del tipo de fibra multimodal consiste en que el núcleo tiene un índice de refracción constante en toda la sección cilíndrica y contrario al graduado tiene alta dispersión modal. Pueden guiar y transmitir varios rayos de luz por sucesivas reflexiones.

Los haces de luminosos que circulan a través de una fibra multimodal lo pueden hacer en un muchas direcciones y modos de propagación, de lo anterior se desprende que no todos llegan al mismo tiempo, dada la naturaleza de esta propagación este tipo de fibra es útil en aplicaciones cuyas distancias son cortas.

Monomodal: Una fibra monomodo solo permite un solo modo de propagación de la luz. Lo anterior

se logra reduciendo el

diámetro del núcleo de la fibra hasta un


tamaño de tal manera que sólo se permite

Cuando un rayo incide en la frontera entre

un modo de propagación. Su transmisión es

dos medios con diferentes índices de

paralela al eje de la fibra. Su construcción

refracción, el rayo incidente será refractado

es más costosa pero tiene la ventaja que

con distinto ángulo, según la ley de

puede ser utilizada para aplicaciones que

refracción de Snell,

requieren

grandes

distancias

de

transmisión. Poseen un ancho de banda

n2sen θ2 = n1sen θ1

muy elevado. n1= índice de refracción del material 1 n2= índice de refracción del material 2 θ1= es el ángulo de incidencia (grados) θ2 = es el ángulo de refracción (grados) Funcionamiento La forma en que funciona la fibra óptica se explica a la luz de las leyes de Snell, la cual es una relación matemática que se utiliza para calcular el ángulo de refracción de la luz al

atravesar

la

superficie

de

separación entre dos medios en los cuales se

propaga la luz o cualquier onda

electromagnética con índice de refracción distinto.

En la frontera, el haz incidente se refracta hacia la normal o

se aleja de ella,


dependiendo si n1 es menor o mayor que

Para

hacer posible la transmisión de

n 2.

información mediante señales luminosas a través de la fibra óptica se requiere que en

Se tiene entonces que si un rayo ingresa de un medio menos denso es decir índice refractivo más bajo a otro más denso

el

punto

elementos

emisor para

y

receptor

convertir

las

existan señales

eléctricas en ópticas y viceversa.

,índice refractivo más alto (n1< n2), el rayo se refracta con un ángulo menor con respecto a la perpendicular de la frontera. Sucede lo contrario cuando un rayo incide de un medio más denso hacia otro de menor densidad, el rayo se refracta con un ángulo

mayor

con

respecto

a

la

perpendicular de la frontera. Extrapolando la teoría de de la Ley de Snell a la fibra óptica, se tiene entonces que Su funcionamiento se basa en transmitir por el núcleo de la fibra un haz de luz, de modo que este no atraviese el revestimiento, sino que se refleje y siga su propagación. Esto se consigue teniendo en cuenta los postulados de Snell: si el índice de refracción del núcleo es mayor al índice de refracción del

En el extremo emisor la intensidad de una fuente luminosa se modula mediante una señal eléctrica y en el extremo receptor, la señal óptica se convierte en una señal eléctrica. Para este proceso de conversión se utilizan las

propiedades

de

Conversión eléctrica-óptica

materiales

semiconductores los cuales poseen dos bandas de energía, banda de valencia, banda de conducción, separadas por una distancia de energía.

revestimiento, y también si el ángulo de incidencia es superior al ángulo límite.

los

Un fotón tiene una energía


h = constante de Plank γ = Frecuencia del fotón Sin pérdida de generalidad los conversores λ = longitud de onda

de electricidad a corriente se limitan a obtener una corriente a partir de la luz

V= velocidad de la luz en el medio

modulada

incidente,

la

corriente

es

En el semiconductor para pasar un electrón

proporcional a la potencia recibida, y por

de la banda de valencia a la banda de

tanto, a la forma de onda de la señal

conducción, existe energía absorbida por

moduladora.

incidencia de un fotón. Proceso inverso se

Se basa en la generación de pares electrón-

realiza para liberar fotones.

hueco a partir de los fotones. El tipo más sencillo de detector corresponde a una

E=EC - EV

unión semiconductora P-N.

Donde: EC energía de un electrón, cuando se encuentra en la banda de conducción EV energía de un electrón, cuando se

Tipos de conectores

encuentra en la banda de valencia [2] Los conectores son elementos necesarios en la instalación de una red o cualquier tipo de aplicación donde se use fibra óptica. Los conectores se encargan de acoplar

las

líneas de fibra a otro elemento que bien,


puede ser un transmisor o un receptor. Hay una

gran

variedad

de

conectores

disponibles tales como: Conector SC: Straight Connection. Conector de

inserción

directa.

Se

utiliza

conmutadores Ethernet. Esta

en

conexión

requiere el pulido de la fibra y la alineación con el conector. Tip.

Conector

semejante al SC pero requiere un giro del conector para su inserción. Conector FC: Conector utilizado en la de

datos

y

en

las

telecomunicaciones. Conector

LC

Los cables de fibra óptica proporcionan una opción alterna a los cables coaxiales. Un cable con 8 fibras ópticas tiene un tamaño menor que los utilizados habitualmente, puede soportar las mismas comunicaciones que 60 cables de 1623 pares de cobre o 4 cables coaxiales de 8 tubos, todo ello con una distancia entre repetidores mucho

Conector ST: Straight

transmisión

Se componen por un grupo de fibras ópticas por el cual se realiza la transmisión de señales luminosas.

y

MT:

Se

utilizan

en

transmisiones donde la densidad de datos es muy alta.

Cables de fibra óptica

mayor. Otra ventaja es que el peso del cable de fibra óptica es menor que el del cable coaxial, pues una bobina del cable de 8 fibras pesa aproximadamente 30 kg por cada km, lo que hace posible instalar tendidos de 2 a 4 km, por otro lado los cables de cobre no pueden ser utilizados distancias superiores a 300 m.


Antenas


fibra completo