Download Que es la Fibra Óptica

BASES PARA UN TENDIDO
DE FIBRA OPTICA
Ing. Horacio Carlos Sagredo Tejerina
Que es la Fibra Óptica ?????
• Antes de definir que es la Fibra Óptica es importante conocer el aspecto
básico.
• La luz se mueve a la velocidad de la luz en el vacío, 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 (la luz
rebota en el cambio de medio, como la luz reflejada en los cristales) y de
refracción (la luz, además de cambiar el modulo de su velocidad, cambia
de dirección de propagación, por eso vemos una cuchara como doblada
cuando está en un vaso de agua, la dirección de donde nos viene la luz en la
parte que está al aire no es la misma que la que está metida en el agua).
Ahora si definiremos que es Fibra Óptica
• Los circuitos de fibra óptica son filamentos de vidrio (compuestos
de cristales naturales) o plástico (cristales artificiales), del espesor
de un pelo (entre 10 y 300 micrones). Llevan mensajes en forma
de haces de luz que realmente pasan a través de ellos de un
extremo a otro, donde quiera que el filamento vaya (incluyendo
curvas y esquinas) sin interrupción.
• El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por
el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del
ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La
fuente de luz puede provenir de un láser o un diodo led.
Otros conceptos de Fibra Optica
• La fibra óptica es una delgada hebra de vidrio o silicio fundido que conduce
la luz. Se requieren dos filamentos para una comunicación bi-direccional: TX
y RX.
• La fibra óptica es un medio excelente para la transmisión de información
debido a sus excelentes características: gran ancho de banda, baja
atenuación de la señal, integridad, inmunidad a interferencias
electromagnéticas, alta seguridad y larga duración.
CONCEPTOS MUY IMPORTANTES QUE
DEBEMOS SABER DIFERENCIAR
• 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.
• Que es Velocidad de Transmisión???
• Que es Ancho de Banda???
ACTIVIDAD DE CLASE
• QUE ES EL INDICE DE REFRACCION EN LA FIBRA OPTICA???
ANCHO DE BANDA
• ANCHO DE BANDA: Es la
longitud, medida en Hz, de
la extensión de frecuencia
en la que se concentra la
mayor potencia de la señal
• La
Es una medida de recursos
disponibles para transmitir
datos, determina la cantidad
de paquetes que pueden
transmitirse en un lapso fijo
capacidad de un canal es la cantidad de
información (en bits) que se puede transmitir a
través de un canal durante 1 segundo.
VELOCIDAD DE TRANSMISION
• La velocidad de transmisión es la relación entre la información
transmitida a través de una red de comunicaciones y el tiempo
empleado para ello.
• La
velocidad de transmisión a través de un canal de
comunicaciones hace referencia al numero de bits transmitidos
por unidad de tiempo, pero esto incluye también la información
contenida en las cabeceras de los protocolos empleados para
transmitir la información entre equipos.
• La velocidad de los datos depende de tres factores:
1. El ancho de Banda.
2. Los niveles de señal que se usan.
3. La calidad del canal (Nivel de Ruido) RSL.
RELACION ENTRE LA VELOCIDAD Y EL
ANCHO DE BANDA
• Todo
medio de transmisión
disminuye el ancho de banda
asignado, por esta razón la
señales
sufren
alguna
deformación.
• Cuanto mayor es la frecuencia de la señal,
mayor es la velocidad de transmisión
puesto que cada bit tiene un menor
tiempo de duración y ello hace que sea
posible enviar mayor cantidad de bits en
el mismo tiempo
• Cuanto
mayor es el ancho de banda
mayor es la velocidad de transmisión que
se puede obtener.
• Por lo tanto la limitación de la velocidad
de transmisión permitida en el canal, es la
impuesta exclusivamente por el ancho de
banda del canal.
EL ESPECTRO DE FIBRA OPTICA
• La Fibra Optica trabaja en la región del espectro en infrarrojo y
luz visible.
• Por las altas frecuencias se utiliza la longitud de onda en lugar de
la frecuencia.
LONGITUD DE ONDA – INDICE DE
REFRACCION
• La longitud de onda esta dada por la relación entre velocidad de
propagación y frecuencia.
• El índice de refracción esta dado por la relación de velocidad de
propagación en el medio y el espacio libre.
• La
luz se propaga dentro de la fibra gracias a un fenómeno
llamado REFLEXIÓN TOTAL.
• EL
ANGULO INCIDENTE ES IGUAL AL REFLEJADO. SI SE
UTILIZA LA LEY DE SNELL CON EL ANGULO REFRACTADO
IGUAL A 90º, TODA LA LUZ SE QUEDA EN LA FIBRA OPTICA.
• Realmente no hace falta que haya espejos ni nada por el estilo.
Simplemente con que el núcleo de vidrio y la cubierta, también
de vidrio, tengan índices de refracción distintos, ya es suficiente
para que la luz vaya rebotando sin salirse del núcleo, siempre y
cuando el ángulo con el que entran los rayos de luz del núcleo a la
cubierta sea mayor que el ángulo crítico.
PROPAGACION DE LA FIBRA OPTICA
• La Fibra Óptica consiste en un núcleo cilíndrico de silicio rodeado
de un revestimiento cristalino.
• La fibra actúa como un canal (o como una guía de ondas) a lo
largo del cuál una onda electromagnética puede pasar con muy
pocas pérdidas.
• El
funcionamiento de la fibra está regido por las leyes
fundamentales de la reflexión y de la refracción.
• Por ejemplo, cuando una onda luminosa (o rayo luminoso) pasa
de un medio con un índice de refracción mayor a uno menor, la
onda (o el rayo) se dobla hacia la perpendicular de la superficie
que separa ambos medios
ACTIVIDAD DE CLASE:
• ESTRUCTURA DE LA FIBRA OPTICA.
• TIPOS DE FIBRA OPTICA.
• VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE TRABAJAR CON FIBRA OPTICA
ESTRUCTURA DE LA FIBRA OPTICA
• La Fibra Óptica cuenta con material
que permite el paso de la luz en el
centro llamado CORE, y otra capa de
material que también permite el
paso de la luz CLADDING, pero con
diferentes índices de refracción.
Además
cuenta
con
un
recubrimiento para proteger las
capas internas llamado JACKET.
TIPOS DE FIBRA OPTICA
• FIBRAS
MULTIMODO. El término multimodo indica que
pueden ser guiados muchos modos o rayos luminosos, cada
uno de los cuales sigue un camino diferente dentro de la fibra
óptica. Este efecto hace que su ancho de banda sea inferior al
de las fibras monomodo. Por el contrario los dispositivos
utilizados con las multimodo tienen un coste inferior (LED).
• Este tipo de fibras son las preferidas para comunicaciones en
pequeñas distancias, hasta 10 Km.
• FIBRAS MONOMODO. El diámetro del núcleo de la fibra es muy
pequeño y sólo permite la propagación de un único modo o rayo
(fundamental), el cual se propaga directamente sin reflexión.
Este efecto causa que su ancho de banda sea muy elevado, por lo
que su utilización se suele reservar a grandes distancias,
superiores a 10 Km, junto con dispositivos de elevado coste
(LÁSER).
• Normalmente el ancho de banda para las fibras ópticas
se
expresa en MHz-km. Un ancho de banda de 500MHz-km
denota que a 500MHz la señal pude ser transmitida sobre un
km de distancia.
• Este es el ancho de banda común para fibras multimodo. El
ancho de banda de las fibras monomodo está en el rango de
los GHz, normalmente 100GHz sobre 1 km de distancia.
Utilizando frecuencias más bajas podemos enviar las señales
de luz, o pulsos, sobre distancias mayores.
CARACTERISTICAS GENERALES
• Ancho de banda: La fibra óptica proporciona un ancho de banda
significativamente mayor que los cables de pares (UTP / STP) y el
Coaxial. Aunque en la actualidad se están utilizando velocidades de
1,7 Gbps en la redes públicas, la utilización de frecuencias más altas
(luz visible) permitirá alcanzar los 39 Gbps. El ancho de banda de la
fibra óptica permite transmitir datos, voz, vídeo, etc.
• Distancia: La baja atenuación de la señal óptica permite realizar
tendidos
de
fibra
óptica
sin
necesidad
de
repetidores.
• Integridad
de datos: En condiciones normales, una
transmisión de datos por fibra óptica tiene una frecuencia de
errores o BER (Bit Error Rate) menor de 10 E-11. Esta
característica permite que los protocolos de comunicaciones
de alto nivel, no necesiten implantar procedimientos de
corrección de errores por lo que se acelera la velocidad de
transferencia.
• Duración: La fibra óptica es resistente a la corrosión y a las
altas temperaturas. Gracias a la protección de la envoltura es
capaz de soportar esfuerzos elevados de tensión en la
instalación.
• Seguridad: Debido a que la fibra óptica no produce radiación
electromagnética, es resistente a la acciones intrusivas de
escucha. Para acceder a la señal que circula en la fibra es
necesario partirla, con lo cual no hay transmisión durante este
proceso, y puede por tanto detectarse.
La fibra también es inmune a los efectos electromagnéticos
externos, por lo que se puede utilizar en ambientes industriales
sin necesidad de protección especial.
EN QUE ESTANDARES NOS REGIMOS PARA
SU IMPLEMENTACION??????
• El estándar ISO/IEC 11801 clasifica las fibras multimodo:
OM1. Fibra multimodo con núcleo de vidrio
y 62,5
micrones de diámetro. Ancho de banda de 200 Mhz y
atenuación de 3,5 dB en longitud de onda de 850 nm.
OM2. Fibra multimodo con núcleo de vidrio y 50 micrones
de diámetro. Ancho de banda de 500 Mhz y atenuación de
3,5 dB en longitud de onda de 850 nm. Ideal para CCTV
OM3. Fibra multimodo optimizada con núcleo de vidrio y
50 micrones de diámetro. Ancho de banda de 1500 Mhz y
atenuación de 3,5 dB en longitud de onda de 850 nm.
OM4.
Estándar utilizado por TIA (Telecommunications
Industry Association) pero sin adoptar aún por ISO
International Organization for Standardization). Fibra
multimodo optimizada de núcleo de vidrio que permite
transportar 10 Gigabit Ethernet hasta 550 metros.
QUE VENTAJAS DE LA FIBRA OPTICA?????
• Atenuación baja. Permite realizar enlaces de mayor longitud sin
necesidad de repetidores. La atenuación depende del tipo de
fibra óptica y de la longitud de onda (λ) utilizada.
• Menor
peso y volumen. Comparando las fibras ópticas y los
cables coaxiales necesarios para obtener las mismas
prestaciones, las primeras ocupan un volumen muy inferior y
tienen menor peso, siendo adecuadas para aplicaciones
aerospaciales.
• Seguridad frente a posibles intervenciones de la línea. Aunque
no es imposible interceptar una fibra óptica, esto es más difícil
que en otros soportes y normalmente se puede detectar la
intervención.
Pero con las ventajas, llegan los inconvenientes
de la Fibra Óptica
• No hay una estandarización de los productos, lo que plantea
problemas de compatibilidad.
• Las
técnicas de empalme son complejas, y necesitan de
equipos costosos y personal cualificado.
• Baja
robustez mecánica, por ello la fibra óptica puede ser
dañada fácilmente. Al igual que el cable de cobre, la fibra óptica
puede ser deteriorada por excavaciones, corrimiento de tierras,
vandalismo y accidentes. Conviene destacar que las fibras
pueden envejecer prematuramente por humedad, migración
axial, fatiga mecánica y en algunos casos por roedores.
ATENUACION EN LA FIBRA OPTICA
Las pérdidas dentro de una fibra óptica provienen de una serie de
causas:
• Absorción.
• Dispersión en el núcleo (debido a la no homogeneidad del
índice de refracción).
• Dispersión en la frontera entre el núcleo y el revestimiento.
• Pérdidas debidas a la radiación en las curvas de la fibra.
• Debe
notarse que el coeficiente de
atenuación de una fibra óptica se
refiere solamente a las pérdidas en la
propia fibra y no tiene en cuenta las
pérdidas por acoplamiento o por
radiación (las cuales pueden ser
significativas).
• En
general, la atenuación de una
fibra de buena calidad puede
esperarse que sea menor que 2 dB
por km para longitudes de onda de
1,3 μm (1,3 • 10‐6 m, infrarrojo). Por
tanto, una fibra de 50 m de longitud
tendría una pérdida de alrededor de
0,1 dB.
• Si bien el coeficiente de atenuación de una fibra óptica es muy
dependiente de la calidad y consistencia del cristal utilizado para
el núcleo y el revestimiento, la atenuación de todas las fibras
ópticas varía ampliamente con la longitud de onda.
• La típica relación característica de atenuación y longitud de onda
para una fibra monomodo se muestra en la imagen anterior.
Debe notarse que el pico abrupto que aparece sobre 1,39 μm
aparece de un exceso de absorción dentro de la fibra monomodo.
ACTIVIDAD DE CLASE
• 3 MIN, PARA HABLAR SOBRE LA DISPERSION COMARTICA, DISPERSION
MODAL, OTRAS ATENUACIONES PRESENTES EN EL FIBRA OPTICA