L a s f i b ra s ó p t i c a s s o n ! filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano. Fa b r i c a d a s a a l t a 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 características se puede mencionar que s o n
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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 d e a l t a 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,
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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 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.
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.
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 FIBRA ÓPTICA A & C
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 láser. Los diodos emisores de luz y los diodos láser son fuentes adecuadas para la transmis ión 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.
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1º LEY
2º LEY
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Un filamento de vidrio sumamente delgado y flexible (de 2 a 125 micrones) capaz de conducir rayo ópticos (señales en base a la transmisión de luz). Las fibras ópticas poseen capacidades de transmisión enormes, del orden de miles de millones de bits por segundo. Se utilizan varias clases de vidrios y plásticos para su construcción. Una fibra es un conductor óptico de forma cilíndrica que consta del núcleo (core), un recubrimiento (clading) que tienen propiedades ópticas diferentes de las del núcleo y la cubierta exterior (jacket) que
absorbe los rayos ópticos y sir ve para proteger al conductor del medio ambiente así como darle resistencia mecánica. Además, y a diferencia de los pulsos electrónicos, los impulsos luminosos no son afectados por interferencias causadas por la radiación aleatoria del ambiente. Cuando las compañías telefónicas reemplacen finalmente los cables de cobre de sus estaciones centrales e instalaciones domiciliarias con fibras ópticas, estarán disponibles de modo interactivo una amplia variedad de servicios de información p a ra e l c o n s u m i d o r , incluyendo la TV de alta definición.
Cada una de las fibras ópticas, puede transportar miles de conversaciones simultáneas de v o z d i g i t a l i z a d a .
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SI V < 2.4 MONOMODO SI V>2.4 MULTIMODO
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PRINCIPALES PROPIEDADES DE LA F.O. 1. Cobertura más resistente: La cubierta contiene un 25% más material que las cubiertas convencionales. 2. Uso dual (interior y exterior): La resistencia al agua y emisiones ultravioleta, la cubierta resistente y el funcionamiento ambiental extendido de la fibra óptica contribuyen a una mayor confiabilidad durante el tiempo de vida de la fibra. 3. Mayor protección en lugares húmedos: Se combate la intrusión de la humedad en el interior de la fibra con múltiples capas de protección alrededor de ésta, lo que proporciona a la fibra, una mayor vida útil y confiabilidad en lugares húmedos. FIBRA ÓPTICA A & C
4. Empaquetado de alta densidad: Con el máximo número de fibras en el menor diámetro posible se consigue una más rápida y más fácil instalación, donde el cable debe enfrentar dobleces agudos y espacios estrechos. Se ha llegado a conseguir un cable con 72 fibras de construcción súper densa cuyo diámetro es un 50% menor al de los cables convencionales.
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Pérdida de la potencia de la luz a medida que se transmite a lo largo de la fibra.
Ps Potencia luminosa de salida Pe Potencia luminosa de entrada L Longitud del tramo de fibra óptica CAUSAS Pérdidas por absorción Pérdidas por dispersión (Scattering) Otras fuentes de pérdidas FIBRA ÓPTICA A & C
ATENUACIÓN (PERDIDAS POR ABSORCIÓN) A continuacion se ilustraran las causas de las pérdidas en las fibras ópticas: Esta atenuación es debida a la interacción luz-materia
Absorción intrínseca
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Absorción extrínseca
ATENUACIÓN (PÉRDIDAS POR DISPERSIÓN DE RALEIGH)
Son inversamente proporcionales a la cuarta potencia de la longitud de onda
Dependiendo del material tenemos:
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ATENUACIÓN (OTRAS FUENTES DE PÉRDIDAS) MICROCURVATURAS
ORIGEN MECÁNICO
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Se presenta como distorsión en la forma de onda debido a las diferentes trayectorias que siguen los rayos de la luz en la fibra.
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Es la variación de la velocidad de una radiación cuando se propaga a través de un medio tal que el índice de refracción varía para cada longitud de onda.
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Se compone por tres bloques
Transmisor
Guía de Fibra
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Receptor
El transmisor consiste de una interface analógica o digital, un conversor de voltaje a corriente, una fuente de luz y un adaptador de fuente de luz a fibra. La guía de fibra es un vidrio ultra puro o un cable plástico. El receptor incluye un dispositivo conector, un foto detector, un conversor de corriente a voltaje un amplificador de voltaje y una interface analógica o digital.En un transmisor de fibra óptica la fuente de luz se puede modular por una señal análoga o digital. Acoplando impedancias y limitando la amplitud de la señal o en pulsos digitales. El c o n v e rs o r d e v o l t a j e a corriente sirve como interface eléctrica entre los circuitos de entrada y la fuente de luz.
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La fuente de luz puede ser un diodo emisor de luz LED o un diodo de inyección láser ILD, la cantidad de luz emitida es p ro p o rc i o n a l a l a corriente de excitación, por lo tanto el conversor voltaje a corriente convierte el voltaje de la señal de entrada en una corriente que se usa para dirigir la fuente de luz. La conexión de esa fuente a la fibra es una interface mecánica cuya función es acoplar la fuente de l uz al cable.
La fibra óptica consiste de un núcleo de fibra de vidrio o plástico, una cubierta y una capa protectora. El dispositivo de acoplamiento del receptor también es un acoplador mecánico.El detector de luz generalmente es un diodo PIN o un APD (fotodiodo de avalancha). Ambos convierten la energía de luz en corriente. En consecuencia, se requiere un conversor corriente a voltaje que transforme los cambios en la corriente del detector a cambios de voltaje en la señal de salida.
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TIPOS DE FIBRAS OPTICAS
Una fibra multimodo es aquella en la que los haces de luz pueden circular por más de un modo o camino. Esto supone que no llegan todos a la vez. Una fibra multimodo puede tener más de mil modos de propagación de luz. Las fibras multimodo se usan comúnmente en aplicaciones de corta distancia, menores a 1 km; es simple de diseñar y económico.
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Una fibra monomodo es una fibra óptica en la que sólo se propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra hasta un tamaño (8,3 a 10 micrones) que sólo permite un modo de propagación. Su transmisión es paralela al eje de la fibra. A diferencia de las fibras multimodo, l a s f i b ra s m o n o m o d o permiten alcanzar grandes distancias (hasta 400 km máximo, mediante un láser de alta intensidad) y transmitir elevadas tasas de información (decenas de Gb/s).
TIPOS DE FIBRAS ÓPTICAS
En este tipo de fibra viajan varios rayos ópticos reflejándose a diferentes ángulos como se muestra en la figura.
Los diferentes rayos ópticos recorren diferentes distancias y se desfasan al viajar dentro de la fibra. Por esta razón, la distancia a la que se puede trasmitir esta limitada. FIBRA ÓPTICA A & C
En este tipo de fibra óptica el núcleo esta hecho de varias capas concéntricas de material óptico con diferentes índices de refracción. La propagación de los rayos en este sigue un patrón similar mostrado en la figura.
En estas fibras él numero de rayos ópticos diferentes que viajan es menor y, por lo tanto, sufren menos el severo problema de las multimodales. FIBRA ÓPTICA A & C
Esta fibra óptica es la de menor diámetro y solamente permite viajar al rayo óptico central. No sufre del efecto de las otras dos pero es más difícil de construir y manipular. Es también más costosa pero permite distancias de transmisión mayores.La fibra óptica ha venido a revolucionar la comunicación de datos ya que tiene las siguientes ventajas: •Gran ancho de banda (alrededor de 14Hz) •Muy pequeña y ligera •Muy baja atenuación •Inmunidad al ruido electromagnéticoPara transmitir señales por fibra óptica se utiliza modulación de amplitud sobre un rayo óptico, la ausencia de señal indica un cero y la presencia un uno. La transmisión de fibra óptica es unidireccional. Actualmente se utilizan velocidades de transmisión de 50, 100 y 200 Mbps, pero experimentalmente se han transmitido hasta Gbps sobre una distancia de 110 Kms.
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Capacidad de transmisión: La idea de que la velocidad de transmisión depende principalmente del medio utilizado, se conservo hasta el advenimiento de las fibras ópticas, ya que ellas pueden transmitir a velocidades mucho más altas de lo que los emisores y transmisores actuales lo permiten, por lo tanto, son estos dos elementos los que limitan la velocidad de transmisión. 1.Mayor capacidad debido al ancho de banda mayor disponible en frecuencias ópticas. 2.Inmunidad a transmisiones cruzadas entre cables, causadas por inducción magnética .3.Inmunidad a interferencia estática debida a las fuentes de ruido.
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En el último kilómetro es donde se presenta con mayor frecuencia problemas y daños en las comunicaciones de los clientes, pensando en esto empresas como la ETB crearon el proyecto de digitalización de la red de abonado en fibra óptica. La fibra es el soporte ideal por todas las ventajas que brinda, tales como: FIBRA ÓPTICA A & C
1.Supresión de ruidos en las transmisiones. 2.Red redundante. 3.Conexión directa desde centrales hasta su empresa. 4.Alta confiabilidad y privacidad en sus comunicaciones telefónicas. 5.Posibilidad de daño casi nula. 6.Tiempos de respuesta mínimos en la reparación de daños. 7.Mayor número y rapidez en la solicitud y entrega de nuevos servicios. 8.Gran ancho de banda. También la fibra óptica es una plataforma para la prestación de otros servicios, como: 1.Transmisión de datos de Alta Velocidad 2.Enlaces E1 (2Mb/s) para conexión de PABX La posibilidad en el futuro de conexión de nuevos servicios como multimedia o sistemas de televisión por cable.
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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 •Los empalmes entre fibras son difíciles de realizar, especialmente en el campo, loque dificulta las reparaciones en caso de ruptura del cable
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•N o p u e d e t ra n s m i t i r electricidad para alimentar repetidores intermedios •L a n e c e s i d a d d e e fe c t u a r , e n m u c h o s casos, procesos de c o n v e rs i ó n e l é c t r i c a óptica •L a f i b r a ó p t i c a convencional no puede transmitir potencias elevadas. •No existen memorias ópticas
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El alma son el conjunto de los elementos de trenzado, los elementos de soporte y tracción y la envoltura que cubre a todos estos elementos.
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Pa ra p o d e r u t i l i z a r fibras ópticas en forma practica, estas deben ser protegidas contra esfuerzos mecánicos, humedad y otros factores que afecten su desempeño. Para ello se les proporciona una estructura protectora, formando así, lo que conocemos como cable óptico. Dicha estructura de cables ópticos variará dependiendo de sí el cable será instalado en ductos subterráneos, e n t e r r a n d o d i re c t a m e n t e , suspendido en postes, sumergido en agua etc.
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El propósito básico de la construcción del cable de fibra óptica es el mismo; Mantener estables la transmisión y l a s p ro p i e d a d e s d e rigidez mecánica durante el proceso de manufactura, instalación y operación. Las propiedades esenciales en el diseño del cable son la flexibilidad, identificación de fibras, peso, torsión, vibración, límite de tensión, facilidad de pelado, facilidad de cortado, facilidad de alineación del cable y la fibra, resistencia al fuego, atenuación estable, etc.
1.Esfuerzo máximo permitido en la fibra durante su fabricación, instalación y servicio; determina la fuerza mínima de ruptura de la fibra y la fuerza requerida para el miembro de tensión. 2.Fuerza lateral dinámica y estática máxima ejercida sobre la fibra, para determinar la configuración del cable y el límite de tolerancia de micro curvaturas. 3. Flexibilidad 4.Rango de temperatura y medio ambiente en donde el cable va a
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operar, paralelaelección del tipo de materiales a utilizar tomando en cuenta su coeficiente de expansión térmica y su cambio de dimensiones en presencia de agua. Pa r a c u m p l i r e s t o s requerimientos se observan las siguientes recomendaciones:1.Evitar cargas o esfuerzos mecánicos sobre las fibras. 2.Aislar la fibra de los demás componentes del cable. 3.Mantener las fibras cerca del eje central y proporcionar espacio a las fibras para sumante nimiento. 4.Escoger los materiales de los elementos del cable con mínimas diferencias en suscoeficientes de expansión térmica.
Diferentes materiales para la vaina de cable: Polietileno PVC Plásticos fluorados Libres de halógenos
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Armaduras: Para cables submarinos, minas, cables aereos autoportantes, proteccion para roedeores. Etc. Se utiliza aramida o acero. Para la proteccion contra roedores: flejes de acero.
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Cable con dos capas
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Cable con dos capas
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Cable con conductores por grupos
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Cable aéreo
Cable armado
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Cable submarino
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PERDIDAD DE INSERCIÓN
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PERDIDAD DE REFLEXIÓN
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• Supervision directa del núcleo de la fibra
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• Inyección local y supervisión local
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• Inyección de luz y supervisión remota
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