Fibra Optica

FIBRA ÓPTICA

Principios de su funcionamiento.

Los sistemas de comunicaciones de fibra óptica utilizan la luz como mecanismo para transmitir información de un lugar a otro; la luz es un tipo de radiación electromagnética similar a las ondas de radio pero que oscilan a frecuencias superiores a éstas; aunque el término de luz se utiliza coloquialmente para definir la luz visible, este tipo de radiación también incluye a las ondas ultravioletas e infrarrojas, siendo estás últimas las que más se utilizan en las comunicaciones por fibra óptica. En el espectro electromagnético las ondas de luz, incluyendo el infrarrojo y ultravioleta, se encuentran alrededor del rango de frecuencias de 300 GHz a 30 PHz (GHz = x 109 y PHz x 1015) en la siguiente figura se muestra dicho espectro y las longitudes de onda de los diferentes tipos de luz:

Al igual que las microondas, las ondas de luz viajan en línea recta, en todas direcciones por tener un frente de onda esférico y su velocidad es aproximadamente 3 x 108 m/s en el espacio libre, pero dicha velocidad disminuye si se le hace pasar por otro medio diferente como vidrio, agua o plástico, que tienen un índice de refracción mayor.

El cableado de fibra óptica utiliza fibras de plástico o de vidrio para guiar los impulsos de luz desde el origen hacia el destino, medios que son de mayor densidad que el espacio libre y que utilizando los principios básicos de las leyes de la óptica geométrica, la ley de la refracción, el principio de reflexión interna total y la ley de Snell, permiten que un rayo de luz que se desplaza entre 2 medios de diferente densidad (n1 y n2), con un ángulo específico, puede quedar “prácticamente atrapado” en el segundo medio (núcleo n1), reflejándose en él sucesivamente y de esta manera ser guiado por él.

Su funcionamiento se basa en transmitir por el núcleo de la fibra un haz de luz, tal que éste no atraviese el revestimiento, sino que se refleje sucesivamente dentro del núcleo y se siga propagando. Esto se consigue si el índice de refracción del núcleo es mayor al índice de refracción del revestimiento, y también si el ángulo de incidencia es superior al ángulo límite. En la siguiente figura se muestran los ángulos aceptados para lograr la reflexión interna total dentro de una fibra, a este rango se le conoce también como cono de aceptación.

Tipos de fibras.

En términos generales, los cables de fibra óptica pueden clasificarse en dos tipos: monomodo y multimodo.

La fibra óptica monomodo transporta un sólo rayo de luz, generalmente emitido desde un láser. Este tipo de fibra puede transmitir impulsos ópticos en distancias muy largas, ya que la luz del láser es unidireccional y viaja a través del centro de la fibra. El diámetro del núcleo de la fibra monomodo se reduce hasta un tamaño de entre 8.3 a 10 micrones, su transmisión es paralela al eje de la fibra. Permiten alcanzar grandes distancias (hasta 400 km máximo, mediante un láser de alta intensidad) y transmitir elevadas tasas de información (decenas de Gb/s).

La fibra óptica multimodo a menudo utiliza emisores LED que generan más de una onda de luz, esta luz del LED ingresa a la fibra multimodo con diferentes ángulos. Los tendidos extensos de fibra pueden generar impulsos poco claros al ser recibidos en el extremo receptor ya que la luz que ingresa a la fibra en diferentes ángulos requiere de distintos períodos de tiempo para viajar a través de la fibra. Este efecto, conocido como dispersión modal, es el que limita la longitud de los segmentos de fibra multimodo, por lo general a distancias menores a 1 km.

La fibra multimodo y la fuente de luz del LED que utiliza resultan más económicas que la fibra monomodo y su tecnología del emisor basada en láser.

Dependiendo el tipo de índice de refracción del núcleo, tenemos dos tipos de fibra multimodo:

• Índice escalonado: en este tipo de fibra, el núcleo tiene un índice de refracción constante en toda la sección cilíndrica, tiene alta dispersión modal.

• Índice gradual: mientras en este tipo, el índice de refracción no es constante, tiene menor dispersión modal y el núcleo se constituye de distintos materiales.

Las fibras multimodo, según el estándar ISO 11801, tienen también la siguiente clasificación según su ancho de banda:

• OM1: Fibra 62.5/125 µm, soporta hasta Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), usan LED como emisores

• OM2: Fibra 50/125 µm, soporta hasta Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), usan LED como emisores

• OM3: Fibra 50/125 µm, soporta hasta 10 Gigabit Ethernet (300 m), usan láser como emisores.

Componentes de un sistema de comunicación con fibra óptica.

En la actualidad, en la mayor parte de los entornos empresariales se utiliza principalmente la fibra óptica como cableado backbone para conexiones punto a punto con una gran cantidad de tráfico entre los servicios de distribución de datos y para la interconexión de los edificios en el caso de los campus compuestos por varios edificios. Ya que la fibra óptica no conduce electricidad y presenta una pérdida de señal baja, es ideal para estos usos, además de su gran capacidad para transmitir anchos de banda muy amplios comparados con los cables de cobre o los enlaces de microondas.

Básicamente el proceso que sigue la información para viajar por la fibra es el siguiente:

• la señal de información que puede ser voz, datos o video se convierte de su formato original (analógico en el caso de la voz y el video) a pulsos digitales, utilizando un codificador o convertidor A/D (analógico a digital);

• estos pulsos digitales disparan una fuente de luz potente que se enciendo o se apaga, según el dato que reciba, pudiendo ser un LED que emite un haz de luz infrarroja de baja intensidad (como el que contienen los controles remotos) o luz láser de alta intensidad,

• este haz de luz viaja por el cable de fibra óptica que lo lleva a grandes distancias;

• en el extremo receptor, un dispositivo detector de luz, que puede ser una fotocelda o fotodetector convierte los pulsos de luz nuevamente a señal eléctrica,

• estos pulsos eléctricos son amplificados (amplificador) y reformados (formador de pulsos) en su formato digital,

• después de lo cual alimentan a un decodificador o a una convertidor D/A (digital a analógico), según sea el caso, para recuperar la información original: datos o voz o video, respectivamente.

En el siguiente diagrama se muestran los componentes de un sistema de comunicación por

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