FIBRA OPTICA
INTRODUCCION La luz se mueve en el vacío a cierta velocidad ,sin embargo, cuando se propaga por cualquier otro medio, la velocidad es menor. Así, cuando la luz pasa de propagarse por un cierto medio a propagarse por otro determinado medio, su velocidad cambia, sufriendo además efectos de reflexión y de refracción.
Efectos de reflexión: La luz rebota en el cambio de medio, como la luz reflejada en los cristales. Refracción: La luz, además de cambiar el modulo de su velocidad, cambia de dirección de propagación
QUE ES LA FIBRA OPTICA? Fibra o varilla de vidrio u otro material transparente con un índice de refracción alto, que se emplea para transmitir luz con muy pocas pérdidas incluso cuando esté curvada.
Como esta conformada una fibra óptica? 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).
Diámetros de la fibra óptica El diámetro exterior del revestimiento es de 0.1 mm . aproximadamente y el diámetro del núcleo que transmite la luz es próximo a 10 ó 50 micrómetros. Incluye una cubierta externa adecuada para cada uso llamado recubrimiento.
Ventajas de la fibra óptica Baja Atenuación Gran ancho de banda Peso y tamaño reducidos Gran flexibilidad y recursos disponibles Aislamiento eléctrico entre terminales Ausencia de radiación emitida Costo y mantenimiento
Desventajas de la fibra óptica El costo de la fibra sólo se justifica cuando su gran capacidad de ancho de banda y baja atenuación son requeridos. Para bajo ancho de banda puede ser una solución mucho más costosa que el conductor de cobre. La fibra óptica no transmite energía eléctrica, esto limita su aplicación donde el terminal de recepción debe ser energizado desde una línea eléctrica. La energía debe proveerse por conductores separados.
Las moléculas de hidrógeno pueden difundirse en las fibras de silicio y producir cambios en la atenuación. El agua corroe la superficie del vidrio y resulta ser el mecanismo más importante para el envejecimiento de la fibra óptica.
Tipos de fibras ópticas Cable de fibra por su composición hay tres tipos disponibles actualmente: Núcleo de plástico y cubierta plástica Núcleo de vidrio con cubierta de plástico (frecuentemente llamada fibra PCS, El núcleo silicio cubierta de plástico) Núcleo de vidrio y cubierta de vidrio (frecuentemente llamadas SCS, silicio cubierta de silicio)
Las fibras de plástico tienen ventajas sobre las fibras de vidrio por ser más flexibles y más fuertes, fáciles de instalar, pueden resistir mejor la presión, son menos costosas y pesan aproximadamente 60% menos que el vidrio. La desventaja es su característica de atenuación alta: no propagan la luz tan eficientemente como el vidrio. Por tanto las de plástico se limitan a distancias relativamente cortas, como puede ser dentro de un solo edificio.
Las fibras con núcleos de vidrio tienen baja atenuación Las fibras con núcleos de vidrio tienen baja atenuación. Sin embargo, las fibras PCS son un poco mejores que las fibras SCS. Además, las fibras PCS son menos afectadas por la radiación y, por lo tanto, más atractivas a las aplicaciones militares. Desafortunadamente, los cables SCS son menos fuertes, y más sensibles al aumento en atenuación cuando se exponen a la radiación.
Construcciones básicas de la fibra óptica Cable de estructura holgada Cable de estructura ajustada. Cable blindado
Cable de estructura holgada Consta de varios tubos de fibra rodeando un miembro central de refuerzo, y rodeado de una cubierta protectora. Cada tubo, de dos a tres milímetros de diámetro, lleva varias fibras ópticas que descansan holgadamente en él. Los tubos pueden ser huecos o, más comúnmente estar llenos de una gel resistente al agua que impide que ésta entre en la fibra. El tubo holgado aísla la fibra de las fuerzas mecánicas exteriores que se ejerzan sobre el cable.
El centro del cable contiene un elemento de refuerzo, que puede ser acero, Kevlar o un material similar
Cable de estructura ajustada Contiene varias fibras con protección secundaria que rodean un miembro central de tracción, y todo ello cubierto de una protección exterior. La protección secundaria de la fibra consiste en una cubierta plástica de 900 μm de diámetro que rodea el recubrimiento de 250 μm de la fibra óptica.
La protección secundaria proporciona a cada fibra individual una protección adicional frente al entorno así como un soporte físico. Debido al diseño ajustado del cable, es más sensible a las cargas de estiramiento o tracción y puede ver incrementadas las pérdidas por micro curvaturas.
Cable blindado Tienen una coraza protectora o armadura de acero debajo de la cubierta de polietileno. Esto proporciona al cable una resistencia excelente al aplastamiento y propiedades de protección frente a roedores. Se usa frecuentemente en aplicaciones de enterramiento directo o para instalaciones en entornos de industrias pesadas.
cables de fibra óptica para aplicaciones especiales Cable aéreo autoportante Cable submarino Cable compuesto tierra-óptico (OPGW) Cables híbridos Cable en abanico
Cable aéreo autoportante Autosoportado es un cable de estructura holgada diseñado para ser utilizado en estructuras aéreas. Para asegurar el cable directamente a la estructura del poste se utilizan abrazaderas especiales. El cable se sitúa bajo tensión mecánica a lo largo del tendido.
Cable submarino Es un cable de estructura holgada diseñado para permanecer sumergido en el agua. Actualmente muchos continentes están conectados por cables submarinos de fibra óptica transoceánicos.
Cable compuesto tierra-óptico (OPGW) Es un cable de tierra que tiene fibras ópticas insertadas dentro de un tubo en el núcleo central del cable. Las fibras ópticas están completamente protegidas y rodeadas por pesados cables a tierra. Es utilizado por las compañías eléctricas para suministrar comunicaciones a lo largo de las rutas de las líneas de alta tensión.
Cables híbridos Cable en abanico Es un cable que contiene tanto fibras ópticas como pares de cobre. Cable en abanico Es un cable de estructura ajustada con un número pequeño de fibras y diseñado para una conexión directa y fácil (no se requiere un panel de conexiones).
Clasificación de las fibras ópticas Las fibras ópticas utilizadas actualmente en el área de las telecomunicaciones se clasifican fundamentalmente en dos grupos según el modo de propagación: Fibras Multimodo y Fibras Monomodo.
Fibras ópticas Multimodo Son aquellas que pueden guiar y transmitir varios rayos de luz por sucesivas reflexiones, (modos de propagación). Los modos son formas de ondas admisibles, la palabra modo significa trayectoria.
Fibras ópticas Monomodo Son aquellas que por su especial diseño pueden guiar y transmitir un solo rayo de luz (un modo de propagación) y tiene la particularidad de poseer un ancho de banda elevadísimo. En estas fibras monomodo cuando se aplica el emisor de luz, el aprovechamiento es mínimo, también el costo es más elevado, la fabricación difícil y los acoples deben ser perfectos.
Empalmes y conexión de fibras ópticas Para la instalación de sistemas de fibra óptica es necesario utilizar técnicas y dispositivos de interconexión como empalmes y conectores. Los conectores son dispositivos mecánicos utilizados para recoger la mayor cantidad de luz. Realizan la conexión del emisor y receptor óptico.
En caso de que los núcleos no se empalmen perfecta y uniformemente, una parte de la luz que sale de un núcleo no incide en el otro núcleo y se pierde. Por tanto las perdidas que se introducen por esta causa pueden constituir un factor muy importante en el diseño de sistemas de transmisión, particularmente en enlaces de telecomunicaciones de gran distancia.
En las fibras monomodo los problemas de empalme se encuentran principalmente en su pequeño diámetro del núcleo Dn = 10μm, esto exige contar con equipos y mecanismos de alineamiento de las fibras con una mayor precisión.
Las pérdidas de acoplamiento se presentan en las uniones de: Emisor óptico a fibra, conexiones de fibra a fibra y conexiones de fibra a fotodetector. Las pérdidas de unión son causadas frecuentemente por una mala alineación lateral, mala alineación de separación, mala alineación angular, acabados de superficie imperfectos y diferencias ya sea entre núcleos o diferencia de índices.
Técnicas de empalme Empalme por fusión Se realiza fundiendo el núcleo, siguiendo las etapas de: preparación y corte de los extremos alineamiento de las fibras soldadura por fusión protección del empalme
Empalme mecánico Este tipo de empalme se usa en el lugar de la instalación donde el desmontaje es frecuente. Consta de un elemento de auto alineamiento y sujeción de las fibras y de un adhesivo adaptador de índice que fija los extremos de las fibras permanentemente. Después de realizado el empalme de la fibra óptica se debe proteger con: manguitos metálicos manguitos termoretráctiles manguitos plásticos. En todos los casos para el sellado del manguito se utiliza adhesivo o resina de secado rápido.
Propiedades de transmisión de la fibra óptica Atenuación Significa la disminución de potencia de la señal óptica, en proporción inversa a la longitud de fibra. La unidad utilizada para medir la atenuación en una fibra óptica es el decibel (dB). A = 10 log P1 / P2 P1 potencia de la luz a la entrada de la fibra P2 potencia de la luz a la salida de la fibra La atenuación de la fibra se expresa en dB/Km. Este valor significa la perdida de luz en un Km.
2. Ancho de Banda Determina la capacidad de transmisión de información, considerando pulsos luminosos muy estrechos y separados en el tiempo. La capacidad viene limitada por una distorsión de la señal que resulta por ensanchamiento de los pulsos luminosos al transmitirse a lo largo de la fibra. Los factores que contribuyen dicho ensanchamiento son: Dispersión intermodal Dispersión intramodal
Dispersión intermodal Es causada por la diferencia en los tiempos de propagación de los rayos de luz que toman diferentes trayectorias por una fibra. Tiene lugar solo en las fibras multimodo, se puede reducir usando fibras de índice gradual y casi se elimina usando fibras monomodo de índice de escalón. Esta dispersión causa que un pulso de luz se recibe en el receptor ensanchado
Dispersión intramodal La dispersión intramodal del material La dispersión intramodal del material o cromática resulta por que a diferentes longitudes de onda de la luz se propagan a distintas velocidades de grupo a travéz de un medio dado (material de la fibra). Como en la práctica las fuentes de luz no son perfectamente monocromáticas, se ocasiona por esta causa un ensanchamiento de pulso recibido. Este efecto aparece en las fibras multimodo y monomodo.
Dispersión intramodal de la guía de onda Dispersión intramodal de la guía de onda. Es función del ancho de banda de la señal de información y la configuración de la guía generalmente es más pequeña que la anterior y se la puede despreciar. Producto cruzado Es pequeño y se desprecia excepto cuando no se desprecia el de la guía.
3. Diámetro de campo modal Su valor aumenta conforme la longitud de onda de la luz guiada es mayor, es de gran importancia en las características de la fibra monomodo. A partir de él se puede calcular posibles pérdidas en empalmes, pérdidas por microcurvaturas y dispersión cromática de la fibra.
4. Longitud de onda de corte La fibra óptica, llamada monomodo no guía un único rayo para todas las longitudes de onda. Solo a partir de una longitud de onda óptica se comporta como monomodo, para longitudes de onda por debajo de ese valor la fibra óptica guía varios rayas de luz y se comporta como multimodo. La longitud de onda en la que se produce la separación entre monomodo y multimodo para una fibra óptica se llama longitud de onda de corte.
FIN