Download fibra óptica

INTRODUCCION
• La luz se mueve en el vacío a
cierta velocidad ,sin embargo,
cuando se propaga por
cualquier otro medio, la
velocidad es menor. Así,
cuando la luz pasa de
propagarse por un cierto
medio a propagarse por otro
determinado medio, su
velocidad cambia, sufriendo
además efectos de reflexión y
de refracción.
Efectos de reflexión:
La luz rebota en el cambio de medio,
como la luz reflejada en los cristales.
Refracción:
La luz, además de cambiar el modulo de su
velocidad, cambia de dirección de propagación
QUE ES LA FIBRA OPTICA?
• Fibra o varilla de vidrio u
otro material
transparente con un
índice de refracción alto,
que se emplea para
transmitir luz con muy
pocas pérdidas incluso
cuando esté curvada.
Como esta conformada
una fibra óptica?
Está formada por dos cilindros concéntricos, el
interior llamado núcleo (se construye de
elevadísima pureza con el propósito de obtener
una mínima atenuación) y el exterior llamado
revestimiento que cubre el contorno (se
construye con requisitos menos rigurosos).
Diámetros de la fibra óptica
El diámetro exterior del revestimiento es de 0.1
mm . aproximadamente y el diámetro del núcleo
que transmite la luz es próximo a 10 ó 50
micrómetros. Incluye una cubierta externa
adecuada para cada uso llamado recubrimiento.
Ventajas de la fibra
óptica
•Baja Atenuación
•Gran ancho de banda
•Peso y tamaño reducidos
•Gran flexibilidad y recursos disponibles
•Aislamiento eléctrico entre terminales
•Ausencia de radiación emitida
•Costo y mantenimiento
Desventajas de la fibra
óptica
• El costo de la fibra sólo se justifica cuando su
gran capacidad de ancho de banda y baja
atenuación son requeridos. Para bajo ancho de
banda puede ser una solución mucho más
costosa que el conductor de cobre.
• La fibra óptica no transmite energía eléctrica,
esto limita su aplicación donde el terminal de
recepción debe ser energizado desde una línea
eléctrica. La energía debe proveerse por
conductores separados.
• Las moléculas de hidrógeno pueden difundirse en
las fibras de silicio y producir cambios en la
atenuación. El agua corroe la superficie del vidrio
y resulta ser el mecanismo más importante para
el envejecimiento de la fibra óptica.
Tipos de fibras ópticas
Cable de fibra por su composición hay tres tipos
disponibles actualmente:
• Núcleo de plástico y cubierta plástica
• Núcleo de vidrio con cubierta de plástico
(frecuentemente llamada fibra PCS, El núcleo
silicio cubierta de plástico)
• Núcleo de vidrio y cubierta de vidrio
(frecuentemente llamadas SCS, silicio cubierta de
silicio)
• Las fibras de plástico tienen ventajas sobre las
fibras de vidrio por ser más flexibles y más fuertes,
fáciles de instalar, pueden resistir mejor la presión,
son menos costosas y pesan aproximadamente
60% menos que el vidrio. La desventaja es su
característica de atenuación alta: no propagan la
luz tan eficientemente como el vidrio. Por tanto las
de plástico se limitan a distancias relativamente
cortas, como puede ser dentro de un solo edificio.
• Las fibras con núcleos de vidrio tienen baja
atenuación. Sin embargo, las fibras PCS son un
poco mejores que las fibras SCS. Además, las
fibras PCS son menos afectadas por la radiación y,
por lo tanto, más atractivas a las aplicaciones
militares. Desafortunadamente, los cables SCS
son menos fuertes, y más sensibles al aumento
en atenuación cuando se exponen a la radiación.
Construcciones básicas de la
fibra óptica
• Cable de estructura holgada
• Cable de estructura ajustada.
• Cable blindado
Cable de estructura
holgada
• Consta de varios tubos de fibra rodeando un
miembro central de refuerzo, y rodeado de una
cubierta protectora. Cada tubo, de dos a tres
milímetros de diámetro, lleva varias fibras ópticas
que descansan holgadamente en él. Los tubos
pueden ser huecos o, más comúnmente estar llenos
de una gel resistente al agua que impide que ésta
entre en la fibra. El tubo holgado aísla la fibra de las
fuerzas mecánicas exteriores que se ejerzan sobre el
cable.
El centro del cable
contiene un
elemento de
refuerzo, que
puede ser acero,
Kevlar o un
material similar
Cable de estructura
ajustada
• Contiene varias fibras con protección secundaria
que rodean un miembro central de tracción, y
todo ello cubierto de una protección exterior. La
protección secundaria de la fibra consiste en una
cubierta plástica de 900 μm de diámetro que
rodea el recubrimiento de 250 μm de la fibra
óptica.
La protección secundaria proporciona a cada fibra
individual una protección adicional frente al entorno
así como un soporte físico. Debido al diseño ajustado
del cable, es más sensible a las cargas de
estiramiento o tracción y puede ver incrementadas
las pérdidas por micro curvaturas.
Cable blindado
• Tienen una coraza protectora o armadura de
acero debajo de la cubierta de polietileno. Esto
proporciona al cable una resistencia excelente al
aplastamiento y propiedades de protección
frente a roedores. Se usa frecuentemente en
aplicaciones de enterramiento directo o para
instalaciones en entornos de industrias pesadas.
cables de fibra óptica para
aplicaciones especiales
•
•
•
•
•
Cable aéreo autoportante
Cable submarino
Cable compuesto tierra-óptico (OPGW)
Cables híbridos
Cable en abanico
Cable aéreo autoportante
• Autosoportado es un cable de estructura
holgada diseñado para ser utilizado en
estructuras aéreas. Para asegurar el cable
directamente a la estructura del poste se
utilizan abrazaderas especiales. El cable se
sitúa bajo tensión mecánica a lo largo del
tendido.
Cable submarino
• Es un cable de estructura holgada diseñado
para permanecer sumergido en el agua.
Actualmente muchos continentes están
conectados por cables submarinos de fibra
óptica transoceánicos.
Cable compuesto tierraóptico (OPGW)
• Es un cable de tierra que tiene fibras ópticas
insertadas dentro de un tubo en el núcleo central
del cable. Las fibras ópticas están completamente
protegidas y rodeadas por pesados cables a
tierra. Es utilizado por las compañías eléctricas
para suministrar comunicaciones a lo largo de las
rutas de las líneas de alta tensión.
Cables híbridos
• Es un cable que contiene tanto fibras ópticas
como pares de cobre.
Cable en abanico
• Es un cable de estructura ajustada con un
número pequeño de fibras y diseñado para una
conexión directa y fácil (no se requiere un panel
de conexiones).
Clasificación de las fibras
ópticas
• Las fibras ópticas utilizadas actualmente en el
área de las telecomunicaciones se clasifican
fundamentalmente en dos grupos según el
modo de propagación: Fibras Multimodo y
Fibras Monomodo.
Fibras ópticas Multimodo
• Son aquellas que pueden guiar y transmitir varios
rayos de luz por sucesivas reflexiones, (modos de
propagación). Los modos son formas de ondas
admisibles, la palabra modo significa trayectoria.
Fibras ópticas Monomodo
• Son aquellas que por su especial diseño pueden guiar y
transmitir un solo rayo de luz (un modo de
propagación) y tiene la particularidad de poseer un
ancho de banda elevadísimo.
• En estas fibras monomodo cuando se aplica el emisor
de luz, el aprovechamiento es mínimo, también el
costo es más elevado, la fabricación difícil y los acoples
deben ser perfectos.
Empalmes y conexión de
fibras ópticas
• Para la instalación de sistemas de fibra óptica
es necesario utilizar técnicas y dispositivos de
interconexión como empalmes y conectores.
• Los conectores son dispositivos mecánicos
utilizados para recoger la mayor cantidad de
luz. Realizan la conexión del emisor y receptor
óptico.
En caso de que los núcleos no se empalmen
perfecta y uniformemente, una parte de la luz que
sale de un núcleo no incide en el otro núcleo y se
pierde. Por tanto las perdidas que se introducen por
esta causa pueden constituir un factor muy
importante en el diseño de sistemas de
transmisión, particularmente en enlaces de
telecomunicaciones de gran distancia.
En las fibras
monomodo los
problemas de
empalme se
encuentran
principalmente en su
pequeño diámetro del
núcleo Dn = 10μm,
esto exige contar con
equipos y mecanismos
de alineamiento de las
fibras con una mayor
precisión.
Las pérdidas de acoplamiento se presentan en las
uniones de:
Emisor óptico a fibra, conexiones de fibra a fibra y
conexiones de fibra a fotodetector.
Las pérdidas de unión son causadas frecuentemente
por una mala alineación lateral, mala alineación de
separación, mala alineación angular, acabados de
superficie imperfectos y diferencias ya sea entre
núcleos o diferencia de índices.
Técnicas de empalme
Empalme por fusión
Se realiza fundiendo el núcleo, siguiendo las
etapas de:
• preparación y corte de los extremos
• alineamiento de las fibras
• soldadura por fusión
• protección del empalme
Empalme mecánico
• Este tipo de empalme se usa en el lugar de la
instalación donde el desmontaje es frecuente.
Consta de un elemento de auto alineamiento y
sujeción de las fibras y de un adhesivo adaptador de
índice que fija los extremos de las fibras
permanentemente.
• Después de realizado el empalme de la fibra óptica
se debe proteger con:
• manguitos metálicos
• manguitos termoretráctiles
• manguitos plásticos.
• En todos los casos para el sellado del manguito se
utiliza adhesivo o resina de secado rápido.
Propiedades de transmisión
de la fibra óptica
1. Atenuación
•
•
•
•
Significa la disminución de potencia de la señal
óptica, en proporción inversa a la longitud de fibra.
La unidad utilizada para medir la atenuación en una
fibra óptica es el decibel (dB).
A = 10 log P1 / P2
P1 potencia de la luz a la entrada de la fibra
P2 potencia de la luz a la salida de la fibra
La atenuación de la fibra se expresa en dB/Km. Este
valor significa la perdida de luz en un Km.
2. Ancho de Banda
• Determina la capacidad de transmisión de
información, considerando pulsos luminosos muy
estrechos y separados en el tiempo. La capacidad
viene limitada por una distorsión de la señal que
resulta por ensanchamiento de los pulsos luminosos
al transmitirse a lo largo de la fibra. Los factores que
contribuyen dicho ensanchamiento son:
• Dispersión intermodal
• Dispersión intramodal
Dispersión intermodal
• Es causada por la diferencia en los tiempos de
propagación de los rayos de luz que toman diferentes
trayectorias por una fibra. Tiene lugar solo en las fibras
multimodo, se puede reducir usando fibras de índice
gradual y casi se elimina usando fibras monomodo de
índice de escalón. Esta dispersión causa que un pulso
de luz se recibe en el receptor ensanchado
Dispersión intramodal
La dispersión intramodal del material
• La dispersión intramodal del material o cromática
resulta por que a diferentes longitudes de onda de la
luz se propagan a distintas velocidades de grupo a
travéz de un medio dado (material de la fibra). Como
en la práctica las fuentes de luz no son
perfectamente monocromáticas, se ocasiona por
esta causa un ensanchamiento de pulso recibido.
Este efecto aparece en las fibras multimodo y
monomodo.
Dispersión intramodal de la guía de
onda.
Es función del ancho de banda de la señal de
información y la configuración de la guía
generalmente es más pequeña que la anterior y se
la puede despreciar.
Producto cruzado
Es pequeño y se desprecia excepto cuando no se
desprecia el de la guía.
3. Diámetro de campo modal
• Su valor aumenta conforme la longitud de onda
de la luz guiada es mayor, es de gran importancia
en las características de la fibra monomodo. A
partir de él se puede calcular posibles pérdidas
en empalmes, pérdidas por microcurvaturas y
dispersión cromática de la fibra.
4. Longitud de onda de corte
• La fibra óptica, llamada monomodo no guía un único
rayo para todas las longitudes de onda. Solo a partir
de una longitud de onda óptica se comporta como
monomodo, para longitudes de onda por debajo de
ese valor la fibra óptica guía varios rayas de luz y se
comporta como multimodo. La longitud de onda en
la que se produce la separación entre monomodo y
multimodo para una fibra óptica se llama longitud de
onda de corte.
FIN