Download doc - Angelfire

Fibra Optica
Secretario General de la Sociedad Astronómica de Aragón Ilhuícatl
La Historia de la comunicación por la fibra óptica es relativamente
corta. En 1977, se instaló un sistema de prueba en Inglaterra; dos
años después, se producían ya cantidades importantes de
pedidos de este material.
Antes, en 1959, como o derivación de los estudios en física
enfocados a la 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
velocidades inusitadas y con amplia cobertura.
Sin embargo esta utilización del láser era muy limitada debido a
que no existían los conductos y canales adecuados para hacer
viajar las ondas electromagnéticas provocadas por la lluvia de
fotones originados en la fuente denominada láser.
Fue entonces cuando los científicos y técnicos especializados en
óptica dirigieron sus esfuerzos a la producción de un ducto o
canal, conocido hoy como la fibra óptica. En 1966 surgió la
propuesta de utilizar una guía óptica para la comunicación.
Esta forma de usar la luz como portadora de información se
puede explicar de la siguiente manera: Se trata en realidad de una
onda electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de
radio, con la única diferencia que la longitud de las ondas es del
orden de micrómetros en lugar de metros o centímetros.
COMO PORTADORA DE INFORMACION En poco más de 10
años la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías
más avanzadas que se utilizan como medio de transmisión. Este
novedoso material vino a revolucionar los procesos de las
telecomunicaciones en todos los sentidos, desde lograr una
mayor velocidad y disminuir casi en su totalidad los ruidos y las
interferencias hasta multiplicar las formas de envío en
comunicaciones y recepción por vía telefónica.
Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza
extremadamente compactos: El grosor de una fibra es similar a la
de un cabello humano. Fabricadas a alta temperatura con base en
silicio, su proceso de elaboración es controlado por medio de
computadoras, para permitir que el índice de refracción de su
núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y evite
las desviaciones, entre sus principales características se puede
mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de
señal, amplia capacidad de transmisión y un alto grado de
confiabilidad debido a que son inmunes a las interferencias
electromagnéticas de radio-frecuencia. Las fibras ópticas no
conducen señales eléctricas por lo tanto son ideales para
incorporarse en cables sin ningún componente conductivo y
pueden usarse en condiciones peligrosas de alta tensión. Tienen
la capacidad de tolerar altas diferencias de potencial sin ningún
circuito adicional de protección y no hay problemas debido a los
cortos circuitos Tienen un gran ancho de banda, que puede ser
utilizado para incrementar la capacidad de transmisión con el fin
de reducir el costo por canal; De esta forma es considerable el
ahorro en volumen en relación con los cables de cobre.
Con un cable de seis fibras se puede transportar la señal de más
de cinco mil canales o líneas principales, mientras que se requiere
de 10,000 pares de cable de cobre convencional para brindar
servicio a ese mismo número de usuarios, con la desventaja que
este último medio ocupa un gran espacio en los ductos y requiere
de grandes volúmenes de material, lo que también eleva los
costos.
Comparado con el sistema convencional de cables de cobre
donde la atenuación de sus señas, (decremento o reducción de la
onda o frecuencia) es de tal magnitud que requieren de
repetidores cada dos kilómetros para regenerar la transmisión, en
el sistema de fibra óptica se pueden instalar tramos de hasta 70
km. Sin que halla necesidad de recurrir a repetidores lo que
también hace más económico y de fácil mantenimiento este
material.
Originalmente, la fibra óptica fue propuesta como medio de transmisión
debido a su enorme ancho de banda; sin embargo, con el tiempo se ha
planteado para un amplio rango de aplicaciones además de la telefonía,
automatización industrial, computación, sistemas de televisión por cable
y transmisión de información de imágenes astronómicas de alta
resolución entre otros
CONCEPTO DE TRANSMISION En un sistema de transmisión
por fibra óptica existe un transmisor que se encarga de
transformar las ondas electromagnéticas en energía óptica o en
luminosa, por ello se le considera el componente activo de este
proceso. Una vez que es transmitida la señal luminosa por las
minúsculas fibras, en otro extremo del circuito se encuentra un
tercer componente al que se le denomina detector óptico o
receptor, cuya misión consiste en transformar la señal luminosa
en energía electromagnética, similar a la señal original. El sistema
básico de transmisión se compone en este orden, de señal de
entrada, amplificador, fuente de luz, corrector óptico, línea de fibra
óptica (primer tramo) empalme, línea de fibra óptica (segundo
tramo), corrector óptico, receptor, amplificador y señal de salida.
En resumen, se puede decir que este proceso de comunicación,
la fibra óptica funciona como medio de transportación de la señal
luminosa, generado por el transmisor de LED'S (diodos emisores
de luz) y lasers.
Los diodos emisores de luz y los diodos lasers son fuentes
adecuadas para la transmisión mediante fibra óptica, debido a que
su salida se puede controlar rápidamente por medio de una
corriente de polarización. Además su pequeño tamaño, su
luminosidad, longitud de onda y el bajo voltaje necesario para
manejarlos son características atractivas.
FIBRA OPTICA
SOLUCIONES DE FUTURO PARA
REDES
CARACTERISTICAS DEL CABLE OPTICO PARA LAN'S
Un buen cable óptico para redes interiores y de campus debe
tener las siguientes características:
 Gran flexibilidad y tenacidad.
 Diámetro, peso y radio de curvatura reducidos.
 Conectorización directa.
 No-propagación de la llama.
 Resistencia a la humedad y a los roedores.
La fibra óptica de construcción ajustada es la mejor protección
para la fibra, pues ésta aunque el cable se encuentre sin cubierta,
a diferencia de las fibras con recubrimiento holgado, seguirá
protegida. Además no requiere de ningún gel para protegerla de la
humedad, por lo que la limpieza del mismo, tremendamente
engorrosa, no es necesaria. Al mismo tiempo tiene la ventaja que
permite la conectorización directa, sin necesidad de pig-tails o
accesorios adicionales, ahorrando costes y reduciendo el trabajo
de instalación.
VISION DE LOS CABLES PARA LAN'S
Todos nuetros cables tienen en común: flexibilidad, resistencia al
impacto, a la tracción, a la humedad y a los rayos ultravioletas, así
como facilidad de conectorización que los hace compatibles con
todos los conectores para fibra. Para proveer al cliente del
producto que necesita con un buen precio, una rápida entrega y la
mejor relación calidad/precio disponemos de un amplio inventerio
de las siguientes series de cables:
 Pach cord simple y duplex diseñado para acceso directo a
equipos de fibra óptica.
 Cables de distribución interior, compactos y de diámetro,
peso y radio de curvatura reducidos, idóneos para
instalaciones de cableado horinzontal y vertical en el interior
de edificios.
 Cables de distribución exterior, armados de fibra de vidrio
como protección antirroedores, de diámetro, peso y radio de
curvatura reducidos, con excelente resistencia mecánica y
de gran facilidad de tendido e instalación.
Componentes del Sistema de Iluminación por Fibra
Optica
Generalmente se habla de la iluminación con Fibra Optica como si
estuviera formado solamente por Fibra Optica; sin embargo no es así
y está muy lejos de serlo.
En realidad cada vez que hablamos de iluminación por Fibra Optica
debemos tener claro que la misma es un sistema óptico integral,
compuesto por distintos componentes, si alguno de ellos no es el
correcto el sistema no funcionará adecuadamente.
Los componentes que conforman el sistema son básicamente 4, a
saber:
1) Equipo Iluminador: Proveen la luz a la Fibra Optica.2) Cables de Fibra Optica de distinto tipo, características y
calidades.3) Terminales: Lentes de distintos tipos dependiendo la aplicación.4) Accesorios: Utilizados para realizar en forma correcta la
instalación.-
Laser :
radiación.)
(Amplificación de luz estimulada por emisión de
Fue inventado
en 1.960. La invensión del laser
aumentó bastrante los esfuerzos de investigación en las
comunicaciones de fibra optica.
VENTAJA DE LOS SISTEMAS DE FIBRA:
1.- Los sistemas de fibra tienen una capacidad debido
a los anchos de banda inherentemente más grandes y
disponibles con frecuencias ópticas.
2.- Los sistemas de fibras son inmunes a trasnmisiones
cruzadas entre
cables, causadas por una
inducción
magnética.
3.- Los cables de fibra son inmunes a la interferencia
estaticas causadas por relámpagos, motores eléctricos, luces
fluorecentes y otras fuentes de ruido eléctrico. Esta inmunidad
también se atribuye al hecho de que las fibras opticas no
son portadores de electicidad. Además los cables de fibra, no
radian energía de RF y, por lo tanto, no pueden causar
interferencia con otros sistemas de comunicación. Esta característica
hace que los sistemas de fibra esten debastados, sobre los sistemas de
comunicación convencionales.
4.- Los cables de fibra son más resistentes a los extremos
ambientales. Funcionan sobre una variación más grande de temperaturas
que sus contrapartes metálicos, los cables de fibra son menos afectados
por los líquidos corrocibos y gases.
5.- Los cables de fibra son más seguros y faciles de instalar y
mantener debido a que las fibras de vidrio y plástico, no son conductores,
no hay corrientes eléctricas o voltajes asociados con ellas. Las fibras son
más pequeñas y más ligeras que sus contrapartes metálicas, en
consecuencia es más fácil trabajar con ellas.
6.- El costo a largo plazo de un sistema de fibra óptica se proyecta
que será menor que el de su contraponente metálica.
DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE FIBRA
Una desventaja importante es el alto costo inicial
de instalar un sistema de fibra, aunque en un futuro se
cree que el costo de instalar un sistema de fibra se reducirá
dramáticamente; otra desventaja de un sistema de fibra, es
el hecho de que no están probados, no hay sistemas que
hallan estado en operación por un largo período de tiempo.
El mantenimiento y reparación de un sistema de fibra,
también es más dificil, y costoso que un sistema metálico.
DIODOS EMISORES DE LUZ:
Un diodo emisor de luz (led), simplemente es un diodo
de unión t-n. Está elaborado de un material semiconductor tal
como de aluminio – galio – arsenuro – (AIGaAs) o galio –
arsenuro – fosfuro (GaAsP). Los led emiten luz por emisión
expontanea, la luz se emite como resultado de la
recombinación de electrones y huecos. Cuando se polariza
directamente, los portadores minoritarios son inyectados
através
de la unión p-n. Através de la unión, estos
portadores minoritarios son recombinan con los portadores
mayoritarios y seden energía en forma de luz, este proceso
escencialmente es igual que en el diodo convencional,
excepto que en los leds ciertos materiales semiconductores y
depuradores son elegidaos de tal manera que el proceso es
radiactivo. Se produce un fotón. Los fotones son particulas
que vienen a la velocidad de la luz pero en reposo no
tienen más.
DIODOS DE INYECCCION LASER:
La palabra laser es un acrónimo para la amplificación
de luz por emisión estimulada de radiación. Los laser
están
construidos de
muchos
materiales
diferentes,
incluyendo gases, líquidos y sólidos, aunque el tipo de laser
usado más frecuente para las comunicaciones de fibra
optica es el laser semiconductor.
El diodo de emisión laser ILD es semejante al led. En
realidad debajo de cierta corriente de umbral un ILD actua
como un led, arriba de la corriente de umbral, el ILD obsila,
el laser ocurre. Conforme a una corriente pasa por un diodo
de unión p-n polarizado directamente la luz se emite por la
emisión expontanea a una frecuencia determinada por la
separación de energía del material semiconductor. Cuando se
alcanza un nivel
de corriente especifico el número
de
portadores minoritarios y fotones producidos en cualquiera de
los lados de la junta p-n alcanza un nivel donde comienza a
chocar con las portadoras minoritarias ya excitadas. Esto
causa un incremento en el nivel de energía de ionización
hacen que los portadores sean inestables
cuando esto
sucede sé recombina una portadora típica con un tipo de
portadora opuesta en un nivel de energía que está arriba de
su normal antes del valor de colisión. En el proceso, se crean
2 fotones uno estimulado por otro. Escencialmente, se realiza
una ganancia en el número de fotones para que esto
suceda, sé requierirá una corriente directa, grande que
pueda proporcionar muchas portadoras (huecos y electrones).
TIPOS DE FIBRA OPTICA:
Actualmente se cuenta con tres tipos fundamentales de
fibra: de salto de índice multimodo o multimodal, de indice
gradual multimodo y la monomodal o modo sencillo. Las
fibras de salto de indice poseen menor capacidad para la
transmisión que los otros dos tipos, pudiendo deternminar,
como valores típicos de ancho de banda, que una fibra de
salto de índice dispone de unos 50 MHz/km, mientras que
la monomodo supera los 10 GHz /Km
FIBRA MONOMODAL O MODO SENCILLO:
Los problemas que ofrecía la fibra sin forro la de
mayor
sencillez,
efectuada
en 1.910,
resultando
inaprovechable por su reducido poder de tranmisión de luz,
se han eliminado por medio de su revestimiento, con un
indice de refracción ligeramente más débil que el de su
núcleo. Las fibras monomodo, no se diferencian de la
multimodo más que por la notable que tiene un diámetro
que se corresponde con la longitud de onda utilizada, en
tanto que el del forro, mucho mayor, es compatible con la
rigidez mecánica del conjunto.
La propagación se determina por las soluciones de las
ecuaciones de maxwell, que no tienen aplicación cuando el
diámetro del núcleo es escesivo en la relación a la longitud de
onda.
La propagación de una señal luminosa en una fibra
monomodo, con un núcleo tan reducido que permite una sola
modalidad de transmisión, pero sin excesiva deformación de
los impulsos ópticos incluso del orden del nanosegundo; la
banda pasante correspondiente es del orden de GHz.
Una variante de la fibra monomodo es la contruida por
un tubo dieléctrico, caracterizándose por su diámetro
relativamente elevado, facilitando la conexión de los cables.
Su núcleo central, que es lo suficientemente pequeño
para que exista escencialmente solo una trayectoria que la
luz pueda tomar conforme se propaga con el cable. La
cubierta exterior es simplemente aire el índice refractivo de la
cubierta de aire es uno. La gran diferencia, en los índices
refractivos, resulta en un angulo crítico
pequeño
(aproxímadamente 42°) en la interface de vidrio/aire, en
consecuencia, la fibra aceptará luz de una apertura ancha,
esto hace que sea relativamente sencillo acoplar luz desde
una fuente en el cable, sin embargo este tipo de luz es muy
débil y de uso práctico limitado.
Un tipo más práctico monomodal es el que tiene una
cubierta que no sea aire. El índice refractivo de la cubierta es
un poco menos que el núcleo central y es uniforme en toda
la cubierta. Este tipo de cable es físicamente más fuerte
que la fibra con cubierta de aire, pero el ángulo crítico,
también es más alto (aproxímadamente 77°) esto resulta en
un angulo pequeño de aceptación y de una apertura de
fuente a una fibra angosta, haciendo mucho más dificil
acoplar la luz a la fibra desde euna fuente de luz.
FIBRA DE INDICE GRADUAL:
En otro tipo de fibra, en este caso llamado de gradiente
de índice, la ley de su variación, casi constante en la parte
central, presenta su máximo cerca de los bordes. No se trata
de una estructura excepcionalmente óptima, pero su
rendimiento es bastante bueno al conseguirse una atenuación
que no llega a 6 dB por kilómetro.
Una estructura de fibra óptica de este tipo está
constuida por un solo material, que no es otro sílice en
estado de gran pureza. Los modos o impulsos ópticos a
transmitir tienen su guia por un núcleo sostenido por una
membran, que a su vez está mantenida fija por un tubo
externo.
La totalidad del conjunto, núcleo, membrana y tubo
externo, son de la misma sustancia: sílice. Mediante una
disposición adecuada de la geometría de los diversos
componentes de la fibra, puede ser realizada del tipo
monomodo o multimodo.
FIBRA MULTIMODAL O MULTIMODO DE SALTO DE INDICE
Estas fibras se caracterizan por el inconveniente de que
la distancia total recorrida por el rayo luminoso es ligeramente
distinta para cada modo, lo que determina que el tiempo
necesario para efectuar el recorrido sea tambien distinto, con el
resultado de que un impulso de muy breve duración, entregado a
una fibra óptica de varios kilómetros llegaría considerablemente
retardado. Con ello se limita la frecuencia a la cual es posible
mandar estos impulsos tratándose de un problema que sí bien
puede carecer de importanciaen determinadas aplicaciones o
para distancias relativamente cortas, al tratarse de trayectos de
mayor longitud ofrece más inconvenientes.
Las fibras multimodo las más comunes son las de índice
gradual y las de índice por pasos son las más utilizadas,
caracterizándose por un núcleo de diámetro mayor que el de las
monomodo y aceptan la luz en muy amplia variedad de angulos.
En la terminología de las fibras ópticas se establece que estas
fibras cuentan con ángulos de admisión de mayor amplitud, así
como con aperturas numéricas también más anchas, pudiendo
admitir luz de los equipos emisores.
La fibra multimodo, está caracterizada por una dispersión
modal bastante reducida, ya que el índice de refracción varía, en
sentido progresivo, a partir de un alto valor en el centro del núcleo
hasta un bajo valor en el recubrimiento. Por estas características,
los haces luminosos sufren una modificación en sutrayectoria,
volviendo hacia el centro antes de chocar con el envolvente,
debido a que la velocidad de la luz es menor en el centro mientras
que aumenta conforme se aleja de él. Por otra parte, los tiempos
de desplazamiento para las distintas formas de propagación
tienden a igualarse y, con ello, se reduce la dispersión modal en
comparación con las de las fibras con indice por pasos. El
diámetro del núcleo se caracteriza por ser relativamente elevado y
la trayectoria de la luz no-se modificahasta que ha chocado el
rayo con la envolvente, esta fibra tiene una pispersión modal muy
baja. Otra ventaja de esta fibra radica en el hecho de su facilidad
de fabricación, al ser sencilla su estructura, lo que determina que
su costo sea más reducido que el de otros tipos. El mejor
rendimiento en cuanto concierne a conseguir la menor
atenuación, cifrablea 2 dB/km, se obtiene en la actualidad
mediante fibras multimodo basado en sílice fundida, en las cuales
la señal a transmitir se produce y tyrata siguiendo principios
eléctricos.
Es semejante a la configuración de modo sencillo, excepto
que el núcleo central, es mucho más grande, este tipo de fibra
tiene una apertura de luz a fibra grande y, en consecuencia,
permite que más luz entre al cable. Los rayos de luz que le pegan
a la interfaz de nucleo/cubierta en un angulo mayor que angulo
critico (hazA) son propagados por el núcleo en una manera
zigzageante, reflejandose continuamente en el límite de la
interfáz. Los rayos de luz que le pegan a la interfaz de
nucleo/cubierta, en un angulomenor que el angulo crítico(rayoB)
entra en la cubierta y se pierden. Puede observarse que hay
muchas trayectorias que un rayo de luz puede seguir conforme se
propaga por la fibra, como resultado no todos los rayos siguen la
misma trayectoría, y como consecuencia no requieren de la
misma cantidad de tiempo para viajar a la longitud de la fibra.
CONECTORES:
En la actualidad hay un volumen de conectores de
fibra óptica disponibles debido a que el equipamento óptico no
está estandarizado con el tipo particular de conector, es
importante requerir del fabricante el tipo de conectores
adecuados.
El conector se compone de un casquillo ó férula, un
cuerpo, una capsula ó corona, y un manguito descargador de
tensión.
El casquillo es la porsión central del conector que de
hecho contriene la fibra óptica, puede estar fabricado en
cerámica, acero ó plastico,
para la
mayoría de los
conectores
plasticos ofrecen las menores pérdidas por
incersión y la mayor repetitividad, la capsula y el cuerpo
puede ser de acero o de plastico para hacer una conexión
la capsula se puede atornillar, cerrar girando, o ajustar con
un muelle.
El manguito descargador de tensión libera detensiones
a la fibra óptica.
EMPALME:
El empalme de fibra óptica es la técnica que se utiliza
para unir permanentemente una fibra óptica en una conexión
en bajas pérdidas, esta conexión se puede usar utilizando
uno de estos dos métodos:
Empalme por fusión o Empalme mecánico:
Empalme por fusión:
Proporciona la conexión de pérdidas más bajas para realizar el
empalme de la fibra, esta técnica utiliza un dispositivo denominado
empalmadora de fusión, ésta alinea con presición las dos fibras,
generando un pequeño arco eléctrico para soldar las dos fibras.
El empalme mecánico es una técnica alternativa de
empalmado que no requiere una empalmadora de fusión.
Utiliza
un
pequeño
empalme
mecánico,
aproximadamente 6 cm de largo y 1 cm de diámetro que une
permanentemente las dos fibras ópticas.
Empalme mecánico:
Un
empalme mecánico es un conector de
fibra
pequeño que alinea dos fibras desnudas de manera precisa
y, que las asigna mecanicamente.
Para amarrar permanentemente la unión se utiliza con
resortes cubiertas adecivas o ambas. Hay
disponibles
empalmes mecánicos para fibras monomodo ó multimodo, pero
con mayores pérdidas por
empalme por fusión.
empalme
mecánico
que
por
CONCLUSIONES
Luego
de
conocer el funcionamiento de la
fiobra óptica como medio de transmisión de datos,
se pude destacar que la fibra es muy cofiable
para el manejo de infomación ya que esta no
sufre anomalias como los cabre de acero, ya que
sus fibras de vidrio y plástico impiden
que la
información se vea afectada por estar cerca de
otros conductores eléctricos.
Hoy en día la fibra óptica es utilizada por
empresas
en
telecumunicaciones
tales
como
teleinforrmática,
televisión
por
cable,
telefonía,
sistemas de redes para computadoras, y para los
sistemas de uso satelital en general, teniendo esta
grandes resultados para el envio de datos, videos y
sonidos de manera
eficaz manera.
digital,
y en la más rapida
y
Generalmente se habla de la iluminación con Fibra
Optica como si estuviera formado solamente por Fibra
Optica; sin embargo no es así y está muy lejos de serlo.
En realidad cada vez que hablamos de iluminación
por Fibra Optica debemos tener claro que la misma es un
sistema óptico integral, compuesto por distintos
componentes, si alguno de ellos no es el correcto el
sistema no funcionará adecuadamente.