Las ondas de luz son una forma de energía electromagnética y la idea de transmitir información por medio de luz, como portadora, tiene más de un siglo de




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HISTORIA

Las ondas de luz son una forma de energía electromagnética y la idea de transmitir información por medio de luz, como portadora, tiene más de un siglo de antigüedad. Hacia 1880, Alexander G. Bell construyó el fotófono que enviaba mensajes vocales a corta distancia por medio de la luz. Sin embargo, resultaba inviable por la falta de fuentes de luz adecuadas.

Con la invención y construcción del láser en la década de los 60 volvió a tomar idea la posibilidad de utilizar la luz como soporte de comunicaciones fiables y de alto potencial de información, debido a su elevada frecuencia portadora (1014 Hz). Por entonces, empezaron los estudios básicos sobre modulación y detección óptica. Los primeros experimentos sobre transmisión atmosférica pusieron de manifiesto diversos obstáculos como la escasa fiabilidad debida a precipitaciones, contaminación o turbulencias atmosféricas.

El empleo de fibras de vidrio como medio guía no tardó en resultar atractivo: tamaño, peso, facilidad de manejo, flexibilidad y coste. En concreto, las fibras de vidrio permitían guiar la luz mediante múltiples reflexiones internas de los rayos luminosos, sin embargo, en un principio presentaban elevadas atenuaciones.

En 1966 se produce un gran hito para los que serán las futuras comunicaciones por fibra óptica, y es la publicación por Kao y Hockman de un artículo en el cual se señalaba que la atenuación observada hasta entonces en las fibras de vidrio, no se debía a mecanismos intrínsecos sino a impurezas originadas en el proceso de fabricación. A partir de esta fecha empiezan a producirse eventos que darán como resultado final la implantación y utilización cada vez mayor de la Fibra Óptica como alternativa a los cables de cobre:

  • 1970: Corning obtiene fibras con atenuación 20 dB/km.

  • 1972: Fibra Óptica con núcleo líquido con atenuación 8 dB/km.

  • 1973: Corning obtiene Fibra Óptica de SiO2 de alta pureza con atenuación 4 dB/km y deja obsoletas a las de núcleo líquido.

  • 1976: NTT y Fujicura obtienen Fibra Óptica con atenuación 0,47, dB/km en 1.300 nm, muy próximo al límite debido a factores intrínsecos (Rayleigh) .

  • 1979: Se alcanzan atenuaciones 0,12 dB/km con fibras monomodo en 1550 nm. También en 1975 se descubría que las Fibras Ópticas de SiO2 presentan mínima dispersión en torno a 1300 nm, lo cual suponía disponer de grandes anchuras de banda para la transmisión, en cuanto a la dispersión del material de la fibra constituye un factor intrínseco limitativo. Las nuevas posibilidades que ofrecían las Fibras Ópticas también estimularon la investigación hacia fuentes y detectores ópticos fiables, de bajo consumo y tamaño reducido.

  • 1970: Primer láser de AIGaAs capaz de operar de forma continua a temperatura ambiente. Sin embargo, el tiempo de vida medio era de unas pocas horas. Desde entonces, los proceso han mejorado y hoy es posible encontrar diodos láser con más de 1.000.000 horas de vida media.

  • 1971: C.A. Burrus desarrolla un nuevo tipo de emisor de luz, el LED, de pequeña superficie radiante, idóneo para el acoplamiento en Fibra Óptica. Por lo que se refiere a los fotodetectores, los diodos PIN y los de avalancha a base de silicio, fueron desarrollados sin dificultades y ofrecían buenas características. Sin embargo, no podían aplicarse en longitud de onda > 1100 nm. El germanio era un buen candidato a ser utilizado para trabajar entre 1100 y 1600 nm, y ya en 1966 se disponía de ellos con elevadas prestaciones eléctricas. Sin embargo, la corriente de oscuridad (ruido) del germanio es elevada y da motivo a ensayos con fotodiodos con materiales como InGaAsP. El primer PIN de InGaAs se realiza en 1977.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

La fibra es un medio de transmisión de información analógica o digital. Las ondas electromagnéticas viajan en el espacio a la velocidad de la luz.

Básicamente, la fibra óptica está compuesta por una región cilíndrica, por la cual se efectúa la propagación, denominada núcleo y de una zona externa al núcleo y coaxial con él, necesaria para que se produzca el mecanismo de propagación, y que se denomina envoltura o revestimiento.

La capacidad de transmisión de información que tiene una fibra óptica depende de tres características fundamentales:

 Del diseño geométrico de la fibra

 De las propiedades de los materiales empleados en su elaboración (diseño óptico)

 De la anchura espectral de la fuente de luz utilizada. Cuanto mayor sea esta anchura menor será la capacidad de información de esa fibra

Presenta dimensiones más reducidas que los medios preexistentes y el peso del cable de fibras ópticas es muy inferior al de los cables metálicos, redundando en su facilidad de instalación. El sílice tiene un amplio margen de funcionamiento en lo referente a temperatura, pues funde a 600C. La fibra óptica presenta un funcionamiento uniforme desde -550 C a +125C sin degradación de sus características.

¿DE QUE ESTAN  HECHAS?




La mayoría de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima abundante en comparación con el cobre. Los dos constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo y el revestimiento. El núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que guía la luz. Consiste en una o varias hebras delgadas de vidrio o plástico con diámetro de 50 a 125 micras. El revestimiento es la parte que rodea y protege al núcleo.

El conjunto de núcleo y revestimiento está a su vez rodeado por un forro o funda de plástico u otros materiales que lo resguardan contra la humedad, el aplastamiento y otros riesgos del entorno.

3.1 FUNCIONAMIENTO

El fundamento de la fibra óptica es el siguiente: la luz enviada por el interior de la fibra se refleja en sus paredes, lo que tiene como consecuencia guiar el haz luminoso a lo largo de la fibra, incluso cuando ésta está curvada.

Un enlace óptico comprende un foco luminoso láser que funciona en el infrarrojo próximo (a una longitud de onda de 1,3 o 1,5 µm). La luz emitida es modulada por un transmisor, un sistema controlado por la señal eléctrica que aporta la información. Los impulsos luminosos se envían a través de la fibra; en el otro extremo, un fotodiodo (o receptor) reconvierte la señal óptica en señal eléctrica. Y ésta es transformada finalmente en sonido, imagen o texto en el teléfono, la televisión o la pantalla del ordenador.

Como en todos los sistemas de comunicación numérica, la información está codificada en forma de una sucesión de «0» y de «1», en la que cada elemento se llama «bit» (de binary digit). En una fibra óptica, los «0» y los «1» son transportados físicamente por una onda luminosa cuya intensidad se modula: el tiempo se divide en almenas de igual duración, y en cada almena, el «1» se codifica por medio de un impulso luminoso de una cierta intensidad, mientras que el «0» se representa por una ausencia de luz.

Los impulsos que constituyen las señales están individualizados en una onda luminosa y el número de informaciones transmitidas por segundo no puede exceder a la frecuencia de la onda portadora (es decir, como máximo un bit por periodo de la onda). Esta propiedad muestra el interés de utilizar señales ópticas cuyas frecuencias van de 1014 a 1015 Hz, en vez de ondas de radio de frecuencias más bajas (del orden de 105 a 1010 Hz): las fibras ópticas hacen posibles caudales muy elevados, con unas pérdidas mucho menores que en los cables eléctricos.

3.2 ESTRUCTURA CABLES

La fibra óptica consiste en tres partes: la interior, denominada núcleo, la exterior, llamada revestimiento y un recubrimiento de protección alrededor del revestimiento. El núcleo (core) y el recubrimiento (cladding), cada uno de ellos formando por material con distinto índice de refracción, para conformar así un guía-ondas propagador de las ondas luminosas. Así cuando hablamos de fibras de 50/125, 62.5/125 o 10/125 m, nos estamos refiriendo a la relación entre el diámetro del núcleo y el del recubrimiento. El núcleo tiene un índice de refracción superior al del revestimiento. Debido a esta diferencia de índices, la luz transmitida se mantiene y propaga a través del núcleo, satisfaciéndose el principio de reflexión total interna.

Haciendo diferentes combinaciones entre el tamaño del núcleo y la diferencia de índices entre el núcleo y el revestimiento, se pueden obtener diferentes fibras en las que existe un único modo de propagación, manteniendo la relación V < 2,405.

La luz que entra en la fibra óptica se propaga a través del núcleo en modos, que representan a los diferentes caminos posibles de las ondas luminosas.

Las ondas luminosas deben entrar en la fibra dentro de cierto ángulo, llamado ángulo de aceptación.

Otro parámetro importante en una fibra es su apertura numérica. En los conductores de fibra óptica se utiliza el efecto de la reflexión total para conducir el rayo luminoso por su interior. El ángulo necesario para acoplar al núcleo un rayo luminoso desde el exterior recibe el nombre de ángulo de aceptación. El seno de este ángulo se denomina apertura numérica.

fibra óptica
Un parámetro extrínseco a la fibra óptica es la ventana de trabajo, la longitud de onda central de la fuente luminosa que utilizamos para transmitir la información a lo largo de la fibra. La utilización de una ventana u otra determinará la atenuación que sufrirá la señal transmitida por kilómetro. Las ventanas de trabajo más corrientes son: Primera ventana a 850 nm, segunda ventana a 1300 nm y tercera ventana a 1550 nm. La atenuación es mayor si trabajamos en primera ventana y menor si lo hacemos en tercera. El hecho de que se suela utilizar la primera ventana en la transmisión de una señal es debido al menor coste de las fuentes luminosas utilizadas, al ser tecnológicamente más simple su fabricación.

La atenuación en las fibras es producida por tres causas: Dispersión, debida a defectos microscópicos de la fibra; absorción, debida a materiales no deseados de la fibra y flexión debida a las curvaturas.

3.2.1 TIPOS DE CABLES

  • Patchcord simple CPS

    • Descripción y aplicaciones
      -
      Cable de Interconexión Simple: CPS
      - Se utilizan para la confección de cordones y latiguillos así como para la interconexión de equipos terminales.

    • Construcción
      1 - Fibra óptica
      2 - Recubrimiento ajustado
      3 - Refuerzos de aramida
      4 - Cubierta HFLSFR

    • Ventajas
      - Multimodo o Monomodo.
      - Compacto y ligero.
      - Conectorización directa.
      - Flexible y resistente.
      - Antihumedad.
      - Excelente resistencia mecánica.
      - Muy fácil de pelar, libre de gel.
      - No propagador de la llama, baja emisión de humos y libre de halógenos HFLSFR).
      - Totalmente dieléctrico.

Fibras

Simple

Diámetro (mm)

3,0

Peso (Kg/Km)

10

Tensión máxima en instalación (Kg)

50

Tensión máxima permanente (Kg)

30

Radio de curvatura (cm)

3

      • Patchcord doble CPD/CIP

        • Descripción y aplicaciones
          -Cable de interconexión dual: CIP
          -Se utiliza fundamentalmente para la interconexión de equipos terminales. Se usa para la transmisión horizontal de datos y señales en el interior de edificios

        • Construcción
          1 - Fibra óptica
          2 - Recubrimiento ajustado
          3 - Refuerzos de aramida
          4 - Cubierta individual HFLSFR
          5 - Cubierta HFLSFR

        • Ventajas
          - Dos fibras ópticas.
          - Conexión directa
          - Compacto y ligero.
          - Flexible y resiliente.
          - Muy resistente.
          - Antihumedad.
          - Dieléctrico.
          - Excelente resistencia mecánica.
          - Muy fácil de pelar, libre de gel.
          - No propagador de la llama, baja emisión de humos y libre de halógenos (HFLSFR).




CIP

CPD

Número de fibras

2

2

Diámetro (mm)

4 x 7

3,0 x 6,5

Peso (Kg/Km)

25

20

Tensión máxima en instalación (Kg)

100

100

Tensión máxima permanente (Kg)

50

50

Radio de curvatura (cm)

4

3

      • Cable de Distribución interior reforzado CDIR

        • Descripción y aplicaciones
          - Cable distribución armadura metálica: CDAM

-Se trata de un cable para instalación interior-exterior muy robusto y protegido de los roedores con hilos de acero.

        • Construcción
          1 - Fibra óptica
          2 - Recubrimiento ajustado
          3 - Refuerzos de aramida
          4 - Asiento de armadura
          5 - Armadura de hilos de acero
          6 - Cubierta de Caucho Acrílico-FR

        • Ventajas
          - Construcción muy robusta y resistente.
          - Conectorización directa.
          - Múltiples fibras ópticas.
          - Compacto y ligero.
          - Muy resistente.
          - Antihumedad.
          - Flexible y resiliente, excelente resistencia mecánica.
          - Muy fácil de pelar, libre de gel.
          - No propagador de la llama.
          - Protección antirroedores.

Fibras

4

6

8

12

Diámetro (mm)

8

9,5

10

11

Peso (Kg/Km)

95

120

140

170

Tensión máxima instalación (Kg)

160

200

210

230

Tensión máxima permanente (Kg)

60

70

80

95

Radio de curvatura (cm)

9

10

11

12
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