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Transmisión de Luz
Breve historia de la fibra óptica
En 1870, John Tindall demostró que la luz sigue la curvatura de
un flujo de agua vertiéndose de un contenedor. Este principio
tan simple, fue un motivo de estudio y desarrollo de
aplicaciones basados en este fenómeno. John Logie Baird
patentó un método de trasmitir luz a través de una barra de
vidrio para ser utilizada en un rústico televisor en color, pero los
materiales de la época hicieron este proyecto inviable.
En 1950, fue un año de cierto éxito en la transmisión de
imágenes por medio de fibra óptica, y en particular en el mundo
médico, ya que se empezó a utilizar en algunos instrumentos
médicos. En 1966 Charles Kao y George Hockman propusieron
la transmisión de información sobre fibra de vidrio, y sugirieron
que una menor cantidad de cables era posible. Estas fueron las
bases para mejorar las perdidas de señal óptica que hasta el
momento eran significativas y no permitían un buen
aprovechamiento de esta tecnología. Hoy en día, se ha
minimizado enormemente estas perdidas si las comparamos
con le proyecto inicial de Kao y Hockman.
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:
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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 F.O. de SiO2 presentan mínima
dispersión en torno a 1300 nm, lo cual suponía
disponer de grandes anchuras de banda para la
transmisión, en cuanto la dispersión del material de la
fibra constituye un factor intrínseco limitativo. Las
nuevas posibilidades que ofrecían las F.O. 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.
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).
Dependiendo de la velocidad con que se propague la luz en un
medio o material, se le asigna un Índice de Refracción "n", un
número deducido de dividir la velocidad de la luz en el vacío
entre la velocidad de la luz en dicho medio. Los efectos de
reflexión y refracción que se dan en la frontera entre dos
medios dependen de sus Índices de Refracción.
La Fibra Óptica
Hoy en día la fibra óptica es un medio para trasportar luz con
diferentes fines, por ejemplo: como lentes flexibles para
cámaras en operaciones quirúrgicas ó para espionaje, iluminar
lugares de difícil acceso y como función decorativa.
Pero la aplicación de mayor interés se ubica en las
comunicaciones de alta velocidad y gran ancho de banda. Para
darse una idea de la importancia del uso de la fibra óptica en
comunicaciones cabe mencionar que en los 30 años desde el
descubrimiento de la fibra con bajas-pérdidas, más de 300
millones de Km. de fibra óptica se han desplegado a nivel
mundial. Estas fibras pueden manejar más información que
todo los miles de millones de kilómetros de cables de cobre
instalados durante el último siglo; sería necesario 2 toneladas
métricas de alambre de cobre para transmitir la información que
se puede con un poco más de 1 Kg. de fibra. “En laboratorio
hoy, una sola fibra puede transmitir el equivalente de 60
millones de llamadas telefónicas simultáneas." (Dr. Donald
Keck.1999)
Fibra Óptica vs Cable
La fibra óptica es el medio de transmisión de más
rápido crecimiento en el mundo. Es esencialmente inmune a
muchos factores que de manera adversa que impacta al cable
de cobre como lo es la interferencia electromagnética y de
frecuencias de radio, los cruces de frecuencias, la impedancia,
entre otros.
La fibra óptica es fácil de manejar. Instaladores con
experiencia de fibra óptica saben que la fibra óptica no es frágil,
tiene una gran capacidad de tensión en comparación con el
cobre (inclusive el acero). Además, su reducido diámetro y su
liviano peso la hacen fácil de manejar en espacios de ductos.
Además la fibra óptica resulta económica a largo plazo.
Características
Fibra
Óptica
Coaxial
Longitud de la Bobina (mts)
2000
230
Peso (kgs/km)
190
7900
Diámetro (mm)
14
58
Radio de Curvatura (cms)
14
55
Distancia entre repetidores (Kms)
40
1.5
Atenuación (dB / km) para un Sistema de
0.4
56 Mbps
40
El satélite se adapta a la tecnología digital, si bien las ventajas
en este campo no son tan evidentes en el analógico, al
requerirse un mayor ancho de banda en aquel y ser éste un
factor crítico en el diseño del satélite.
Ventajas
Ancho de banda: la capacidad potencial de transportar
información crece con el ancho de banda del medio de
transmisión y con la frecuencia de portadora. Las fibras ópticas
tienen un ancho de banda de alrededor de 1 THz, aunque este
rango está lejos de poder ser explotado hoy día. De todas
formas el ancho de banda de las fibras excede ampliamente al
de los cables de cobre.
Bajas pérdidas: las pérdidas indican la distancia a la cual la
información puede ser enviadas. En un cable de cobre, la
atenuación crece con la frecuencia de modulación. En una fibra
óptica, las perdidas son las misma para cualquier frecuencia de
la señal hasta muy altas frecuencias.
Inmunidad electromagnética: la fibra no irradia ni es sensible a
las radiaciones electromagnéticas, ello las hace un medio de
transmisión ideal cuando el problema a considerar son las EMI.
Seguridad: Es extremadamente difícil intervenir una fibra, y
virtualmente imposible hacer la intervención indetectable, por
ello es altamente utilizada en aplicaciones militares.
Bajo peso: Un cable de fibra óptica pesa considerablemente
menos que un conductor de cobre.
Desventajas
A pesar de las ventajas antes enumeradas, la fibra óptica
presenta una serie de desventajas frente a otros medios de
transmisión, siendo las más relevantes las siguientes:
La alta fragilidad de las fibras.
Necesidad de usar transmisores y receptores más caros
Comunicaciones por Satélite vs Fibra Óptica
Es más económica la F.O. para distancias cortas y altos
volúmenes de tráfico, por ejemplo, para una ruta de 2000 ctos.,
el satélite no es rentable frente a la solución del cable de fibras
hasta una longitud de la misma igual a unos 2500 kms.
La calidad de la señal por cable es por mucho más alta que por
satélite, porque en los geoestacionarios, situados en órbitas de
unos 36,000 kms. de altura, y el retardo próximo a 500 mseg.
introduce eco en la transmisión, mientras que en los cables
este se sitúa por debajo de los 100 mseg admitidos por el
CCITT. La inclusión de supresores de eco encarece la
instalación, disminuye la fiabilidad y resta la calidad al cortar los
comienzos de frase.
Los empalmes entre fibras son difíciles de realizar,
especialmente en el campo, lo que dificulta las reparaciones en
caso de rotura del cable
No puede transmitir electricidad para alimentar repetidores
intermedios
La necesidad de efectuar, en muchos casos, procesos de
conversión eléctrica-óptica
La fibra óptica convencional no puede transmitir potencias
elevadas.
No existen memorias ópticas