Sistemas De Fibra Optica

INTRODUCCIÓN

El primer intento de utilizar la luz como soporte para una transmisión fue realizado por

Alexander Graham Bell, en el año 1880. Utilizó un haz de luz para llevar información, pero se

evidenció que la transmisión de las ondas de luz por la atmósfera de la tierra no es práctica

debido a que el vapor de agua, oxigeno y partículas en el aire absorben y atenúan las señales

en las frecuencias de luz.

Se ha buscado entonces la forma de transmitir usando una línea de transmisión de alta

confiabilidad que no reciba perturbaciones desde el exterior, una guía de fibra llamada Fibra

óptica la cual transmite información lumínica.

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 de información. Este novedoso material

vino a revolucionar los procesos de las telecomunicaciones en todos los sentidos, desde lograr

una mayor velocidad en la transmisión y disminuir casi en su

totalidad los ruidos y las interferencias hasta multiplicar las formas de envío en

comunicaciones y recepción por vía telefónica.

La Fibra Óptica es una varilla delgada y flexible de vidrio u otro material transparente con un

índice de refracción alto, constituido de material dieléctrico (material que no tiene

conductividad como vidrio o plástico), es capaz de concentrar, guiar y transmitir la luz con

muy pocas pérdidas incluso cuando esté curvada. 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), ambos tienen diferente índice de refracción

(n2 del revestimiento es de 0.2 a 0.3 % inferior al del núcleo n1 ).

Comparado con el sistema convencional de cables de cobre donde la atenuación de sus

señales (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.

Universidad Nacional San Luis Gonzaga de Ica

Ibrahín Alonso Vargas Página 5

HISTORIA Y EVOLUCION

Como resultado de estudios en física enfocados de la óptica, se descubrió un nuevo modo de

empleo para la luz llamado rayo láser. Este último es usado con mayor vigor en el área de las

telecomunicaciones, debido a lo factible que es enviar mensajes con altas velocidades y con

una amplia cobertura. Sin embargo, no existía un conducto para hacer viajar los fotones

originados por el láser.

La posibilidad de controlar un rayo de luz, dirigiéndolo en una trayectoria recta, se conoce

desde hace mucho tiempo. En 1820, Augustine-Jane Fresnes ya conocía las ecuaciones por las

que rige la captura de la luz dentro de una placa de cristal lisa. Su ampliación a lo que

entonces se conocía como cables de vidrio fue obra de D. Hondros y Peter Debye en 1910. El

físico irlandés John Tyndall descubrió que la luz podía viajar dentro de un material (agua),

curvándose por reflexión interna, y en 1870 presentó sus estudios ante los miembros de la

Real Sociedad. A partir de este principio se llevaron a cabo una serie de estudios, en los que

demostraron el potencial del cristal como medio eficaz de transmisión a larga distancia.

Además, se desarrollaron una serie de aplicaciones basadas en dicho principio para iluminar

corrientes del agua en fuentes públicas. Más tarde, J. L. Baird registró patentes que describían

la utilización de bastones sólidos de vidrio en la trasmisión de luz, para su empleo en un

primitivo sistema de televisión de colores. El gran problema, sin embargo, es que las técnicas

y los materiales usados no permitían la trasmisión de luz con buen rendimiento. Las pérdidas

eran tan grandes y no había dispositivos de acoplamiento óptico.

Solamente en 1950 las fibras ópticas comenzaron a interesar a los investigadores, con muchas

aplicaciones prácticas que estaban siendo desarrolladas. En 1952, el físico Narinder Singh

Kapany, apoyándose en los estudios de John Tyndall, realizó experimentos que condujeron a

la invención de la fibra óptica.

Uno de los primeros usos de la fibra óptica fue emplear un haz de fibras para la transmisión

de imágenes, que se usó en el endoscopio médico. Usando la fibra óptica, se consiguió un

endoscopio semiflexible, el cual fue patentado por la Universidad de Michigan en 1956. En

este invento se usaron unas nuevas fibras forradas con un material de bajo índice de

refracción, ya que antes se impregnaban con aceites o ceras. En esta misma época, se

empezaron a utilizar filamentos delgados como el pelo que transportaban luz a distancias

cortas, tanto en la industria como en la medicina, de forma que la luz podía llegar a lugares

que de otra forma serían inaccesibles. El único problema era que esta luz perdía hasta el 99%

de su intensidad al atravesar distancias de hasta de 9 metros de fibra.

Charles Kao, en su tesis doctoral de 1956, estimó que las máximas pérdidas que debería tener

la fibra óptica, para que resultara práctica en enlaces de comunicaciones, eran de 20 dB/km.

En 1966, en un comunicado dirigido a la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, los

investigadores Charles Kao y G. A. Hockham, de los laboratorios de Standard

Universidad Nacional San Luis Gonzaga de Ica

Ibrahín Alonso Vargas Página 6

Telecommunications, en Inglaterra, afirmaron que se podía disponer de fibras de una

transparencia mayor y propusieron el uso de fibras de vidrio y luz, en lugar de electricidad y

conductores metálicos, en la trasmisión de mensajes telefónicos. La obtención de tales fibras

exigió grandes esfuerzos de los investigadores, ya que las fibras hasta entonces presentaban

pérdidas de orden de 100 dB por kilómetro, además de una banda pasante estrecha y una

enorme fragilidad mecánica. Este estudio constituyó la base para mejorar las pérdidas de las

señales ópticas que hasta el momento eran muy significativas y no permitían el

aprovechamiento de esta tecnología. En un artículo teórico, demostraron que las grandes

pérdidas características de las fibras existentes se debían a impurezas diminutas intrínsecas

del cristal. Mientras tanto, como resultado de los esfuerzos, se hicieron nuevas fibras con

atenuación de 20 dB por kilómetro y una banda pasante de 1 GHz para un largo de 1 km, con

la perspectiva de sustituir los cables coaxiales. La utilización de fibras de 100 μm de diámetro,

envueltas en nylon resistente, permitirían la construcción de hilos tan fuertes que no podían

romperse con las manos. Hoy ya existen fibras ópticas con atenuaciones tan pequeñas de

hasta 1 dB por kilómetro, lo que es muchísimo menor a las pérdidas de un cable coaxial.

El artículo de Kao-Hockman estimuló a algunos investigadores a producir dichas fibras con

bajas pérdidas. El gran avance se produjo en 1970, cuando los investigadores Maurer, Keck,

Schultz y Zimar que trabajaban para Corning Glass, fabricaron la primera fibra óptica

aplicando impurezas de titanio en sílice, con cientos de metros de largo con la claridad

cristalina que Kao y Hockman habían propuesto. Las pérdidas eran de 17 dB/km. Durante esta

década las técnicas de fabricación se mejoraron, consiguiendo pérdidas de tan solo 0,5 dB/km.

Poco después, Panish y Hayashi, de los laboratorios Bell, mostraron un láser de

semiconductores que podía funcionar continuamente a temperatura ambiente. En 1978 ya se

transmitía a 10 Gb km/segundos. Además, John MacChesney y sus colaboradores, también de

los laboratorios Bell, desarrollaron independientemente métodos de preparación de fibras.

Todas estas actividades marcaron un punto decisivo ya que ahora, existían los medios para

llevar las comunicaciones de fibra óptica fuera de los laboratorios, al campo de la ingeniería

habitual. Durante la siguiente década, a medida que continuaban las investigaciones, las fibras

ópticas mejoraron constantemente su transparencia.

El 22 de abril de 1977, General Telephone and Electronics envió la primera transmisión

telefónica a través de fibra óptica, en 6 Mbit/s, en Long Beach, California.

El amplificador que marcó un antes y un después en el uso de la fibra óptica en conexiones

interurbanas, reduciendo el coste de ellas, fue el amplificador óptico inventado por David

Payne, de la Universidad de Southampton, y por Emmanuel Desurvire en los Laboratorios Bell.

A ambos se les concedió la medalla Benjamin Franklin en 1988.

Universidad Nacional San Luis Gonzaga de Ica

Ibrahín Alonso Vargas Página 7

Cable submarino de fibra óptica.

En 1980, las mejores fibras eran tan transparentes que una señal podía atravesar 240

kilómetros de fibra antes de debilitarse

...