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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.