CRISTINA MOLINA VARGAS
LA FIBRA OPTICA
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n el año 1958 se desarrolló un método para la producción de Radiaciones electromagnéticas en las longitudes de onda del espectro visible, utilizando los cambios de los niveles energéticos de los átomos para producir radiaciones electromagnéticas controladas. El aparato utilizado se denominó LASER (Light amplification by Stimulated Emission of Radiation). Las fuentes luminosas habituales (lámpara sin condecentes, fluorescentes, etc.) Producen un espectro compuesto por una banda ancha de señales con distintas frecuencias y fases, así como diferentes amplitudes y polarizaciones (luz no coherente). En cambio, el láser se caracteriza por ser un generador de luz monocromática (ondas de la misma frecuencia y en fase) constituyendo su salida un haz de luz coherente. Además, las trayectorias de los rayos emergentes del láser resultan paralelas, lo que permite concentrar una alta cantidad de energía en superficies reducidas, como es el caso de las fibras de vidrio.
Con la invención del láser como fuente de luz coherente, se volvió a considerar la idea de utilizar aquella como soporte de comunicaciones y sistema sustitutivo de los existentes, formulando al mismo tiempo los primeros conceptos sobre transmisión por guías de ondas de vidrio. Su utilización para comunicaciones digitales resultaba particularmente atractiva, ya que con una fuente láser disparada a alta velocidad fácilmente se pueden transmitir los unos y ceros de una comunicación digital. Poco tiempo después, en 1975, aparecieron los primeros modelos experimentales y se publicaron los resultados del trabajo teórico. Estos indicaban que era posible confinar un haz luminoso en una fibra transparente flexible y proveer así un análogo óptico de la transmisión electrónica por alambres metálicos.
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¿QUE ES LA FIBRA OPTICA?
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a fibra óptica proporciona un enlace de alta calidad, seguro y confiable para tráfico de voz, datos y video.
La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. La fuente de luz puede ser láser o un LED. Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de radio y superiores a las de cable convencional. Son el medio de transmisión por excelencia al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, también se utilizan para redes locales, en donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión.
COMUNICACIONES CON FIBRA ÓPTICA La fibra óptica se emplea como medio de transmisión para las redes de telecomunicaciones, ya que por su flexibilidad los conductores ópticos pueden agruparse formando cables. Las fibras usadas en este campo son de plástico o de vidrio, y algunas veces de los dos tipos. Para usos interurbanos son de vidrio, por la baja atenuación que tienen.
El FTP La fibra óptica posee una variante llamada FTP (No confundir con el protocolo FTP) El FTP, o Par trenzado de fibra óptica en español, es la combinación de la fiabilidad del par trenzado y la velocidad de la fibra óptica, se emplea solo en instalaciones científico-militares gracias a la velocidad de transmisión 10gb/s, no está disponible para el mercado civil actualmente, su costo es 3 veces mayor al de la fibra óptica.
PÉRDIDA EN LOS CABLES DE FIBRA ÓPTICA A la pérdida de potencia a través del medio se conoce como Atenuación, es expresada en decibelios, con un valor positivo en dB, es causada por distintos motivos, como la disminución en el ancho de banda del sistema, velocidad, eficiencia. Las principales causas de pérdida en el medio son:
Pérdidas por absorción Pérdida de Rayleigh Dispersión cromática Pérdidas por radiación Dispersión modal PÉRDIDAS POR ABSORCIÓN. Ocurre cuando las impurezas en la fibra absorben la luz, y esta se convierte en energía calorífica; las pérdidas normales van de 1 a 1000 dB/Km.
PÉRDIDA DE RAYLEIGH. En el momento de la manufactura de la fibra, existe un momento donde no es líquida ni sólida y la tensión aplicada durante el enfriamiento puede provocar microscópicas irregularidades que se quedan permanentemente; cuando los rayos de luz pasan por la fibra, estos se difractan haciendo que la luz vaya en diferentes direcciones. DISPERSIÓN CROMÁTICA. Esta dispersión sólo se observa en las fibras tipo unimodal, ocurre cuando los rayos de luz emitidos por la fuente y se propagan sobre el medio. PÉRDIDAS POR RADIACIÓN. Estas pérdidas se presentan cuando la fibra sufre de dobleces, esto puede ocurrir en la instalación y variación en la trayectoria, cuando se presenta discontinuidad en el medio. DISPERSIÓN MODAL. Es la diferencia en los tiempos de propagación de los rayos de luz.
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TIPOS DE FIBRA OPTICA
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e pueden realizar diferentes clasificaciones acerca de las fibras ópticas, pero básicamente existen dos tipos: fibra multimodal y monomodo. FIBRAS MULTIMODO: El término multimodal indica que pueden ser guiados muchos modos o rayos luminosos, cada uno de los cuales sigue un camino diferente dentro de la fibra óptica. Este efecto hace que su ancho de banda sea inferior al de las fibras monomodo. Por el contrario los dispositivos utilizados con las multimodo tienen un coste inferior (LED). Este tipo de fibras son las preferidas para comunicaciones en pequeñas distancias, hasta 10 Km.
FIBRAS MONOMODO: El diámetro del núcleo de la fibra es muy pequeño y sólo permite la propagación de un único modo o rayo (fundamental), el cual se propaga directamente sin reflexión. Este efecto causa que su ancho de banda sea muy elevado, por lo que su utilización se suele reservar a grandes distancias, superiores a 10 Km, junto con dispositivos de elevado coste (LÁSER).
Esta fibra óptica permite lograr grandes distancias, para alcanzar un alto cubrimiento y una alta capacidad de transmisión de información.
Estas fibras ópticas son fabricadas a base de vidrio y son utilizadas para aplicaciones de cortas distancias en soluciones donde no existen trayectos mayores de 2 kilómetros, y se adaptan muy bien a soluciones de tipo empresarial y campus universitarios, entre otras.
Estas fibras ópticas son normalmente utilizadas por los operadores de comunicaciones en el mundo para el despliegue de las redes ópticas de cubrimiento metropolitano, regional y nacional. Según la tecnología que se implemente para la transmisión de información, se pueden alcanzar distancias de miles de kilómetros y permitir enviar terabits de información.
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SU USO
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racias a su composición, la fibra óptica permite adaptarse a diferentes tipos de condiciones geográficas, ya que el cable de fibra óptica es más liviano, lo cual permite una fácil instalación sobre redes de energía, viales y de gasoductos, entre otras, con importantes características técnicas para su funcionamiento, además, como es la inmunidad al ruido y a las interferencias electromagnéticas. Es el “material perfecto”. La relación del costo de un cable de fibra óptica frente a los beneficios que se obtienen en la implementación y utilización del mismo generan una relación de ganancia importante, pues permite obtener grandes provechos frente a las altas cantidades de información que pueden transmitirse. Como dato adicional, en el mercado se pueden encontrar cables de fibras ópticas de gran cantidad de hilos a un precio económico, lo cual lo convierte en el medio que más ventajas posee para el despliegue de nuevas redes de telecomunicaciones. Gracias a la gran capacidad y a su velocidad de transmisión, las personas pueden conectarse a la red mundial de la información –Internet– de una manera rápida y obtener información de manera instantánea sobre eventos o sucesos que ocurren en el mundo, enviar información a
Través de correos electrónicos, disfrutar de nuevos servicios como la televisión a través de Internet y acceder a capacitaciones en línea. Todos estos beneficios se pueden obtener a través del uso de las redes de fibra óptica, que se transforman en la solución a muchos de los problemas de acceso y capacidad a redes de telecomunicaciones.
EN COMPARACIÓN CON OTROS MEDIOS La fibra óptica presenta grandes diferencias frente al cable coaxial, como son: La fibra óptica, como medio físico, permite llevar señales a distancias 10 veces superiores a las que puede llevar el cable coaxial. La fibra óptica, en redes de transmisión, requiere el uso de repetidores 30 veces menos que con el cable coaxial. En comparación con sistemas inalámbricos, la fibra óptica logra diferencias importantes, como son: La calidad de la señal es mayor, ya que los retardos están por debajo de los 100 mseg frente a los 500 mseg del satélite. La capacidad de transmisión de la fibra óptica es más de 1.000 veces mayor que la del satélite. Los equipos de fibra óptica son mucho más pequeños y económicos. Así pues, quedan más que probados los beneficios del proyecto de fibra óptica, del que lastimosamente el Huila está, por ahora, por fuera.
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CARACTERISTICAS DE LA FIBRA OPTICA
VENTAJAS:
Compatibilidad con tecnología digital.
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DESVENTAJAS:
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a fibra óptica hace posible navegar por Internet a una velocidad de dos millones de
bps.
Acceso ilimitado y continuo las 24 horas del día, sin congestiones. Video y sonido en tiempo real. Fácil de instalar. Es inmune al ruido y las interferencias, como ocurre cuando un alambre telefónico pierde parte de su señal a otra. Las fibras no pierden luz, por lo que la transmisión es también segura y no puede ser perturbada. Carencia de señales eléctricas en la fibra, por lo que no pueden dar sacudidas ni otros peligros. Son convenientes para trabajar en ambientes explosivos. Presenta dimensiones más reducidas que los medios preexistentes. El peso del cable de fibras ópticas es muy inferior al de los cables metálicos, capaz de llevar un gran número de señales. La materia prima para fabricarla es abundante en la naturaleza.
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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, lo que dificulta las reparaciones en caso de rotura del cable. No puede transmitir electricidad para alimentar repetidores Intermedios. La necesidad de efectuar, en muchos casos, procesos de conversión eléctrica-óptica. La fibra óptica convencional no puede transmitir potencias elevadas. No existen memorias ópticas
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COMPONENTES DE LA FIBRA OPTICA
TIPOS DE CONECTORES
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entro de los componentes que se usan en la fibra óptica caben destacar los siguientes: los conectores, el tipo de emisor del haz de luz, los converso res de luz, etc. Transmisor de energía óptica. Lleva un modulador para transformar la señal electrónica entrante a la frecuencia aceptada por la fuente luminosa, la cual convierte la señal electrónica (electrones) en una señal óptica (fotones) que se emite a través de la fibra óptica.
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stos elementos se encargan de conectar las líneas de fibra a un elemento, ya puede ser un transmisor o un receptor. Los tipos de conectores disponibles son muy variados, entre los que podemos encontrar se hallan los siguientes:
Detector de energía óptica. Normalmente es un fotodiodo que convierte la señal óptica recibida en electrones (es necesario también un amplificador para generar la señal) Su componente es el silicio y se conecta a la fuente luminosa y al detector de energía óptica. Dichas conexiones requieren una tecnología compleja.
TIPOS DE PULIDO Los extremos de la fibra necesitan un acabado específico en función de su forma de conexión. Los acabados más habituales son: Plano: Las fibras se terminan de forma plana perpendicular a su eje. PC: (Phisical Contact) Las fibras son terminadas de forma convexa, poniendo en contacto los núcleos de ambas fibras. SPC: (Súper PC) Similar al PC pero con un acabado más fino. Tiene menos pérdidas de retorno. UPC: (Ultra PC) Similar al anterior pero aún mejor. Enancad UPC: Mejora del anterior para reducir las pérdidas de retorno.
TIPOS DE CONECTORES DE LA FIBRA ÓPTICA. FC, que se usa en la transmisión de datos y en las telecomunicaciones.
FDDI, se usa para redes de fibra óptica.
LC y MT-Arras que se utilizan en transmisiones de alta densidad de datos.
SC y SC-Dúplex se utilizan para la transmisión de datos.
ST o BFOC se usa en redes de edificios y en sistemas de seguridad.
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CABLES DE FIBRA OPTICA
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N cable de fibra óptica está compuesto por un grupo de fibras ópticas por el cual se transmiten señales luminosas. Las fibras ópticas comparten su espacio con hiladoras de aramida que le confieren la necesaria resistencia a la tracción. Por otro lado, el peso del cable de fibra óptica es muchísimo menor que el de los coaxiales, ya que una bobina del cable de 8 fibras antes citado puede pesar del orden de 30 kg/km, lo que permite efectuar tendidos de 2 a 4 km de una sola vez, mientras que en el caso de los cables de cobre no son prácticas distancias superiores a 250 - 300 m. La “fibra óptica” no se suele emplear tal y como se obtiene tras su proceso de creación (tan sólo con el revestimiento primario), sino que hay que dotarla de más elementos de refuerzo que permitan su instalación sin poner en riesgo al vidrio que la conforma. Es un proceso difícil de llevar a cabo, ya que el vidrio es quebradizo y poco dúctil.
conductores. Para ello incorporan elementos de refuerzo y aislamiento frente al exterior. INSTALACIÓN Y EXPLOTACIÓN Referente a la instalación y explotación del cable, nos encontramos frente a la cuestión esencial de qué tensión es la máxima que debe admitirse durante el tendido para que el cable no se rompa y se garantice una vida media de unos 20 años. TÉCNICAS DE EMPALME: LOS TIPOS DE EMPALMES PUEDEN SER:
Empalme mecánico con el cual se pueden provocar pérdidas del orden de 0,5 dB Empalme con pegamentos con el cual se pueden provocar pérdidas del orden de 0,2 dB. Empalme por fusión de arco eléctrico con el cual se logran pérdidas del orden de 0,02 dB.
Es por tanto necesario protegerla mediante la estructura que denominamos cable. LAS FUNCIONES DEL CABLE Las funciones del cable de fibra óptica son varias. Actúa como elemento de protección de la(s) fibra(s) óptica(s) que hay en su interior frente a daños y fracturas que puedan producirse tanto en el momento de su instalación como a lo largo de la vida útil de ésta. Además, proporciona suficiente consistencia mecánica para que pueda manejarse en las mismas condiciones de tracción, compresión, torsión y medioambientales que los cables de
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ELEMENTOS Y DISEÑO DEL CABLE DE FIBRA ÓPTICA
a estructura de un cable de fibra óptica dependerá en gran medida de la función que deba desempeñar esa fibra.
“Revestimiento holgado con relleno”: El revestimiento holgado anterior se puede rellenar de un compuesto resistente a la humedad, con el objetivo de impedir el paso del agua a la fibra.
A pesar de esto, todos los cables tienen unos elementos comunes que deben ser considerados y que comprenden: el revestimiento secundario de la fibra o fibras que contiene; los elementos estructurales y de refuerzo; la funda exterior del cable, y las protecciones contra el agua. Existen tres tipos de “revestimiento secundario”:
Además ha de ser suave, dermatológicamente inocuo, fácil de extraer, autor regenerativo y estable para un rango de temperaturas que oscila entre los ¬ 55 y los 85 °C Es frecuente el empleo de derivados del petróleo y compuestos de silicona para este cometido.
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“Revestimiento ceñido”: Consiste en un material (generalmente plástico duro como el nylon o el poliéster) que forma una corona anular maciza situada en contacto directo con el revestimiento primario. Esto genera un diámetro externo final que oscila entre 0’5 y 1 mm. Esto proporciona a la fibra una protección contra micro curvaturas, con la salvedad del momento de su montaje, que hay que vigilar que no las produzca ella misma. “Revestimiento holgado hueco”: Proporciona una cavidad sobredimensionada. Se emplea un tubo hueco extruido (construido pasando un metal candente por el plástico) de material duro, pero flexible, con un diámetro variable de 1 a 2 mm. El tubo aísla a la fibra de vibraciones y variaciones mecánicas y de temperatura externas.
ELEMENTOS ESTRUCTURALES Los elementos estructurales no son cable y tienen como misión proporcionar el núcleo alrededor del cual se sustentan las fibras, ya sean trenzadas alrededor de él o dispersándose de forma paralela a él en ranuras practicadas sobre el elemento a tal efecto.
ELEMENTOS DE REFUERZO Tienen por misión soportar la tracción a la que éste se ve sometido para que ninguna de sus fibras sufra una elongación superior a la permitida. También debe evitar posibles torsiones. Han de ser materiales flexibles y, ya que se emplearán kilómetros de ellos han de tener un coste asequible. Se suelen utilizar materiales como el acero, Kevlar y la fibra de vidrio.
FUNDA Por último, todo cable posee una funda, generalmente de plástico cuyo objetivo es proteger el núcleo que contiene el medio de transmisión frente a fenómenos externos a éste como son la temperatura, la humedad, el fuego, los golpes externos, etc.
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PÉRDIDA EN LOS CABLES DE FIBRA ÓPTICA
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la pérdida de potencia a través del medio se conoce como Atenuación, es expresada en decibelios, con un valor positivo en dB, es causada por distintos motivos, como la disminución en el ancho de banda del sistema, velocidad, eficiencia. La fibra de tipo multimodal, tiene mayor pérdida debido a que la onda luminosa se dispersa originada por las impurezas. Las principales causas de pérdida en el medio son:
DISPERSIÓN CROMÁTICA. Esta dispersión sólo se observa en las fibras tipo unimodal, ocurre cuando los rayos de luz emitidos por la fuente y se propagan sobre el medio, no llegan al extremo opuesto en el mismo tiempo; esto se puede solucionar cambiando el emisor fuente.
PÉRDIDAS POR RADIACIÓN.
Pérdidas por absorción
Pérdida de Raleigh
Dispersión cromática
Estas pérdidas se presentan cuando la fibra sufre de dobleces, esto puede ocurrir en la instalación y variación en la trayectoria, cuando se presenta discontinuidad en el medio.
Pérdidas por radiación
DISPERSIÓN MODAL.
Dispersión modal
Pérdidas por acoplamiento
PÉRDIDAS POR ABSORCIÓN: Ocurre cuando las impurezas en la fibra absorben la luz, y esta se convierte en energía calorífica; las pérdidas normales van de 1 a 1000 dB/Km.
Es la diferencia en los tiempos de propagación de los rayos de luz.
PÉRDIDAS POR ACOPLAMIENTO. Las pérdidas por acoplamiento se dan cuando existen uniones de fibra, se deben a problemas de alineamiento.
PÉRDIDA DE RAYLEIGH: En el momento de la manufactura de la fibra, existe un momento donde no es líquida ni sólida y la tensión aplicada durante el enfriamiento puede provocar microscópicas irregularidades que se quedan permanentemente; cuando los rayos de luz pasan por la fibra, estos se difractan haciendo que la luz vaya en diferentes direcciones.
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ENTRETENIMIENTO….
“LA CREATIVIDAD PUEDE RESOLVER CUALQUIER PROBLEMA. EL ACTO DE CREAR, DE VENCER UNA COSTUMBRE A BASE DE ORIGINALIDAD, SE SOBREPONE A TODO” GEORGEpág. LOIS... 10