Metodología experimental y aprendizaje de la física y la química Máster Universitario en Formación del Profesorado en Educación Secundaria: Especialidad en Física y Química (Curso 2010/2011) La fibra óptica Metodología experimental y aprendizaje de la física y la química Manuel Quiles Casas

ÍNDICE 1. La fibra óptica 2. Los sistemas de comunicaciones ópticas 3. Alternativas a los mapas conceptuales y sus características 4. Incremento de aprendizaje en fibras ópticas con y sin mapas conceptuales

Premio Nobel Física 2009 Charles K. Kao (británico-estadounidense). Por sus “innovadores avances sobre la transmisión de la luz en las fibras para las comunicaciones ópticas”. Trabajo pionero en los 60. Fue un premio compartido con los inventores del sensor CCD de las cámaras de fotos.

Estructura de una fibra óptica Cubierta: Dióxido de Silicio SiO2 Núcleo: Cristal( Dióxido de Silicio SiO2 y Dióxido de Germanio GeO2) Índice de refracción del núcleo mayor que el de la cubierta (ejemplo: 1.471 en el núcleo, 1.457 en la cubierta)

Mecanismo de propagación

Video

Guiado de rayos: modos A cada rayo guiado con un ángulo de inclinación diferente se le denomina MODO

Tipos de fibras 125 μm Cada modo recorre una distancia diferente a una velocidad prácticamente igual. Diferente retardo: Dispersión intermodal

Dispersión

Frecuencias de trabajo Ninguna está dentro del espectro visible Picos de resonancia del agua

Cables La fibra óptica se suele instalar en cables que contienen varias fibras ¡¡Hasta 3000 fibras por un solo cable!!

Ventajas como medio de transmisión Bajas pérdidas (0.17 dB/Km) y constantes casi con la frecuencia (mapa) Tamaño y peso reducidos Transparentes al formato de señal o servicio Gran anchura de banda (32 THz.Km) Immune a Interferencias Electromagnéticas y a Pulsos Electromagnéticos Aislantes eléctricos Seguras (no se pueden pinchar) Material base muy abundante 32 THz.Km = el producto del ancho de banda transmitido por la longitud no puede exceder 32

Problemas de las fibras ópticas Atenuación y dispersión (mapa) La unión de dos fibras es difícil (mapa) Los transmisores y receptores son muy caros Es inevitable casi siempre la conversión electro-óptica y óptico-eléctrica. No se puede almacenar la señal como sí se hace en el dominio eléctrico con memorias. Esto es imprescindible si se quieren crear redes todo ópticas.

Transmisión y recepción Transmisión: Diodo láser (en segunda y tercera ventana de InGaAsP) modula la señal eléctrica. Recepción: Realizan la conversión del dominio óptico al electrónico.Ejemplo: Diodo PIN, realiza la fotodetección. Ejemplo: transmisor de voz (video 2:09 y 5:19)

Sistemas de comunicaciones ópticas Multiplexación por División en Longitud de Onda (WDM)

Canales por longitud de onda

Otros dispositivos Para cualquier cambio en la parte óptica: filtrado de λ, extracción de λ, amplificación (mapa), etc. se ha de hacer con dispositivos en el dominio óptico Filtros, acopladores, circuladores, aisladores, atenuadores, polarizadores... (mapa)

Red de difracción de Bragg

Velocidades actuales En sistemas modernos, 14 Tb/s sobre 160 Km de fibra Récord el 25/3/2010: 69.1 Tb/s sobre 240 Km de fibra La colección impresa de la Biblioteca del Congreso de EE UU (80 Tb) se descargaría en 1.15 s En un segundo nos podríamos descargar 345 Blu-Ray