REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”

EXTENSIÓN MATURÍN

ELECTIVA V

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA (43)

Fibra Òptica.

DOCENTE: ESTUDIANTE:

ING. CRISTÓBAL ESPINOZA ANTONIO BARCENAS / C.I: 20.575.527

MATURÍN, MAYO DE 2016

Introducción

La fibra óptica es un medio de transmisión, empleado habitualmente en redes de datos y telecomunicaciones, consiste en 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. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede provenir de un láser o un diodo 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 la radio y superiores a las de un cable convencional. Son el medio de transmisión por cable más avanzado, al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, y también se utilizan para redes locales donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión.

Historia de la Fibra Óptica

La Historia de la comunicación por la fibra óptica es relativamente corta. En 1977, se

instaló un sistema de prueba en Inglaterra; dos años después, se producían ya cantidades

importantes de pedidos de este material.

Antes, en 1959, como o derivación de los estudios en física enfocados a la óptica, se

descubrió una nueva utilización de la luz, a la que se denominó rayo láser, que fue aplicado a las

telecomunicaciones con el fin que los mensajes se transmitieran a velocidades inusitadas y con

amplia cobertura.

Sin embargo esta utilización del láser era muy limitada debido a que no existían los

conductos y canales adecuados para hacer viajar las ondas electromagnéticas provocadas por la

lluvia de fotones originados en la fuente denominada láser.

Fue entonces cuando los científicos y técnicos especializados en óptica dirigieron sus

esfuerzos a la producción de un ducto o canal, conocido hoy como la fibra óptica. En 1966 surgió la

propuesta de utilizar una guía óptica para la comunicación.

Esta forma de usar la luz como portadora de información se puede explicar de la siguiente

manera:

Se trata en realidad de una onda electromagnética de la misma naturaleza que las ondas

de radio, con la única diferencia que la longitud de las ondas es del orden de micrómetros en lugar

de metros o centímetros.

COMO PORTADORA DE INFORMACION

En poco más de 10 años la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías más

avanzadas que se utilizan como medio de transmisión de información. Este novedoso material

vino a revolucionar los procesos de las telecomunicaciones en todos los sentidos, desde lograr una

mayor velocidad en la transmisión y disminuir casi en su totalidad los ruidos y las interferencias

hasta multiplicar las formas de envío en comunicaciones y recepción por vía telefónica.

Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos:

El grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano. Fabricadas a alta 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 principales características se puede mencionar que son

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 de alta 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, con la desventaja que este

último medio ocupa un gran espacio en los canales 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

señas, (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.

CONCEPTO DE TRANSMISION

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. 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 transmisión

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.

Conceptos básicos de óptica:

Longitud de onda: Es la distancia entre dos puntos consecutivos de una onda

electromagnética, que en un instante dado tienen la misma fase.

Frecuencia: Es la cantidad de longitudes de onda que pasan por un punto dado en un

segundo.

Índice de refracción de un medio es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la

velocidad de la luz en dicho medio.

Dispersión cromática: Variación del índice de refracción de un mismo medio de

propagación para ondas con diferentes longitudes de onda.

Ángulo de incidencia: Es el ángulo que forman la trayectoria de un rayo de luz y la

perpendicular a la superficie de separación entre dos medios con diferente índice de

refracción.

Refracción: Desviación que sufre un rayo de luz en su trayectoria al atravesar la superficie

separadora de dos medios con índices de refracción diferentes.

Ángulo límite: Es el ángulo de incidencia para el cuál el rayo refractado sale con una

trayectoria paralela a la superficie separadora de los dos medios.

Reflexión total: Cuando el ángulo de incidencia de un rayo es mayor que el ángulo límite,

toda la energía del rayo se refleja en la superficie separadora de los dos medios.

Camino óptico: Es el producto de la longitud recorrida por un rayo en un medio, por el

índice de refracción de dicho medio, o puede definirse de manera equivalente como el

producto de la velocidad de la luz en el vacío, por el tiempo que tarda el rayo en recorrer

la verdadera trayectoria.

Frente de ondas: Superficie virtual perpendicular a las trayectorias de los rayos de luz.

Diferencia de fase: Diferencia entre los estados angulares de dos ondas en un punto o

instante dado.

Interferencia: Cuando en una región del espacio se superponen dos o más ondas de igual

intensidad con sus vectores eléctricos paralelos (trayectorias iguales), la intensidad de la

onda manifestada en dicha región, depende de la diferencia de fase entre las ondas,

pudiendo darse cualquier valor entre cero (si las ondas tienen una diferencia de fase de π

radianes) y la suma de sus amplitudes respectivas (si la diferencia de fase es cero, o sea,

que “están en fase”).

Composición de las fibras ópticas

El conductor de fibra óptica esta compuesto por dos elementos básicos:

El núcleo (core) y el recubrimiento (cladding), cada uno de ellos formando por material

con distinto índice de refracción, para conformar así un guía de ondas propagador de las

ondas luminosas. Así cuando hablamos de fibras de 50/125, 62.5/125 o 10/125 mm, nos

estamos refiriendo a la relación entre el diámetro del núcleo y el del recubrimiento.

Otro parámetro importante en una fibra es su apertura numérica. En los conductores de

fibra óptica se utiliza el efecto de la reflexión total para conducir el rayo luminoso por su

interior. El ángulo necesario para acoplar al núcleo un rayo luminoso desde el exterior

recibe el nombre de ángulo de aceptación. Pues bien, el seno de este ángulo se denomina

apertura numérica.

Un parámetro extrínseco a la fibra óptica es la ventana de trabajo. Cuando hablamos de

ventanas de trabajo nos referimos a la longitud de onda central de la fuente luminosa que

utilizamos para transmitir la información a lo largo de la fibra. La utilización de una

ventana u otra determinará parámetros tan importantes como la atenuación que sufrirá la

señal transmitida por kilómetro. Las ventanas de trabajo más corrientes son: Primera

ventana a 850 nm, segunda ventana a 1300 nm y tercera ventana a 1550 nm. La

atenuación es mayor si trabajamos en primera ventana y menor si lo hacemos en tercera.

El hecho de que se suela utilizar la primera ventana en la transmisión de una señal es

debido al menor coste de las fuentes luminosas utilizadas, al ser tecnológicamente más

simple su fabricación.

Por último hablaremos de la atenuación en las fibras como parámetro importante a

destacar. Es producida por tres causas: Dispersión, debida a defectos microscópicos de la

fibra; absorción, debida a materiales no deseados de la fibra y flexión debida a las

curvaturas

Tipos de fibra óptica

Se pueden realizar diferentes clasificaciones acerca de las fibras ópticas, pero básicamente

existen dos tipos: fibra multimodo y monomodo.

Fibras multimodo. El término multimodo 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).

Estructura de los cables de fibra óptica

Estructura ajustadas: está formado por un tubito de plástico o vaina en cuyo interior se

encuentra alojado, en forma estable, el conductor de fibra óptica. La vaina debe ser fácil de

manejar de forma similar a un cuadrete o un par coaxial. Pueden ser cables tanto monofibra,

como multifibra.

Sus aplicaciones más frecuentes son: cortas distancias, instalaciones en campus,

instalaciones en interiores, instalaciones bajo tubo, montaje de conectores directos y montaje de

latiguillos.

Estructura holgada: en lugar de un solo conductor se introducen de dos a doce

conductores de fibras ópticas en una cubierta algo más grande que la vaina del caso anterior, de

ésta forma los conductores de fibra no se encuentran ajustados a la vaina. Además se suele

recubrir todo el conjunto con un gel para que no penetre el agua en caso de rotura del cable.

Principalmente se dividen en cables multifibras armados (antihumedad y antirroedores con fleje

de acero) y cables multifibra dieléctrico (cable totalmente dieléctrico).

Como aplicaciones más importantes tenemos conexiones a largas distancias e

instalaciones en exteriores.

Conectores para fibra óptica

Los más frecuentes se relacionan en la tabla siguiente:

El recubrimiento holgado

Se desarrolló para solucionar los problemas productivos que suponían el extruir una

gruesa capa de recubrimiento de material termoplástico directamente sobre el recubrimiento

primario. Entonces (principios de los ochenta) no había forma de lograr atenuaciones aceptables,

ya que la capa de recubrimiento al enfriarse y contraerse, después de la extrusión, sometía a la

fibra a grandes esfuerzos.

Hubo que abandonar la técnica de recubrimiento ajustado y desarrollar una nueva, la de

recubrimiento secundario holgado.

Esta consistía en extruir sobre las fibras un tubo holgado como recubrimiento, de forma

que la fibra quedara en su interior libre de contracciones.

Esta fue una solución a los problemas de producción; pero rápidamente se vio que esta

construcción dejaba a la fibra desprotegida frente a la humedad.

Para solucionar el problema se inyectó gel en el tubo. De esta manera se solucionó el

problema principal y se pudieron por fin construir cables de fibra con atenuaciones aceptables.

Durante muchos años los cables de construcción holgada fueron los únicos instalados en

exteriores, en todo tipo de distancias; e interiores si las distancias eran medias o cortas.

Los problemas y sobre todo las incomodidades de manipular semejantes cables existían,

pero la falta de una alternativa obligaba a su empleo.

De hecho, y en el caso que nos ocupa, la resistencia a la humedad daba problemas.

Efectivamente el gel, en este tipo de cables, no rellena el tubo en un 100%.Lo habitual es

alcanzar protecciones del 85%. Ello asegura la existencia de burbujas y la inevitable, con el tiempo,

penetración y presencia de agua: por filtración, o absorción a través de las paredes del tubo , por

fisuras producidas durante la instalación, o por condensación.

Si el cable construido a base de estos tubos está expuesto a temperaturas de congelación,

las partículas de agua en el interior del recubrimiento secundario, al convertirse en hielo,

presionan a las fibras induciendo en ellas micro curvaturas. Estas micro curvaturas producen

desalineamientos puntuales del eje óptico de la fibra que se traducen en grandes aumentos de

atenuación que acaban por inutilizar las fibras.

El recubrimiento ajustado

Es la construcción lógica, es decir, una gruesa capa de material íntimamente ceñido a la

superficie de la fibra sin dejar así lugar al agua o al aire húmedo.

Las fibras así recubiertas son prácticamente inmunes a la humedad que solo puede llegar a

ellas, accidentes a parte, por la absorción de agua del recubrimiento.

Normalmente los fabricantes utilizan el mismo tipo de recubrimiento que el usado en el

sistema de tubo holgado, PBT. Esto se debe al hecho de que este material tiene un coeficiente de

dilatación térmica muy bajo, lo que elimina problemas en el proceso de recubrimiento. No

obstante no es un material excelente en lo que a absorción de agua se refiere.

Cordón CPS:

Cordón de parcheo, formado por una fibra óptica, de estructura ajustada, (SM ó MM

62,5/125 ó MM 50/125) con recubrimiento secundario a 900 um, refuerzo de aramida y cubierta

exterior HLLSFR, modelo CPS

Se utiliza para la confección de cordones y latiguillos así como para la interconexión de

equipos terminales.

Cordón CPD:

Cordón de parcheo doble, formado por dos fibras, de estructura ajustada, (SM ó MM

62,5/125 ó MM 50/125) con recubrimiento secundario a 900 um, refuerzo de aramida y cubiertas

exteriores individuales HLLSFR unidas longitudinalmente, modelo CPD.

Se utiliza para la confección de cordones y latiguillos así como para la interconexión de

equipos terminales.

Cordón CIP:

Cordón de parcheo doble, formado por dos fibras, de estructura ajustada, (SM ó MM

62,5/125 ó MM 50/125) con recubrimiento secundario a 900 um, refuerzo de aramida y cubiertas

individuales unidas longitudinalmente y exterior común HLLSFR, modelo CIP

Se utiliza fundamentalmente para la interconexión de equipos terminales.

Cables de distribución para interiores

Cable CDI:

Cable de Distribución, de interiores, antihumedad, flexible, dieléctrico, formado por "n"

Fibras ópticas de estructura ajustada, (SM ó MM 62,5/125 ó MM 50/125) con

recubrimiento individual a 900 um, libre de gel, refuerzo de aramida y cubierta exterior

común HFLSFR, modelo CDI

Se utiliza para la distribución de datos y señales en interiores y campus

Cable CDIR:

Cable de Distribución, de interiores, dieléctrico, antihumedad y reforzado, tipo "breakout",

formado por "n" cordones individuales de fibra óptica de estructura ajustada,(SM ó MM 62,5/125

ó MM 50/125) con recubrimiento individual a 900 um, libre de gel, refuerzo de aramida y

cubiertas individuales HLLSFR; todos ellos recubiertos con una protección al conjunto material

HFLSFR modelo CDIR

Cables de distribución para exteriores

Cable CDAD:

Cable de Distribución armado dieléctrico, antihumedad, flexible, libre de elementos

rígidos, formado por "n" Fibras ópticas de estructura ajustada, (SM ó MM 62,5/125 ó MM 50/125)

con recubrimiento individual a 900 um, libre de gel, refuerzo común de aramida y cubierta

interior, protección antirroedores mediante una armadura de trenza de fibra de vidrio y cubierta

exterior HFLSFR, Tipo CDAD.

Muy robusto, totalmente dieléctrico y protegido de los roedores. Puede ser instalado en

interiores y exteriores

Cable CLAD:

Cable de Distribución antihumedad, flexible, libre de elementos rígidos, dieléctricos,

formado por "n" fibras ópticas de estructura ajustada, (SM ó MM 62,5/125 ó MM 50/125), con

recubrimiento individual a 900 um, libre de gel, recubiertas globalmente con un film de poliéster,

armadura formada por una trenza mixta de fibra de vidrio y aramida, y una cubierta exterior

HFLSFR, Tipo CLAD.

Cable de Fibra Óptica de estructura ajustada, libre de gel; armado con trenza de fibra de

vidrio y aramida, destinado a aplicaciones de interior/exterior, en canalización.

Cables de alta temperatura:

Cables extremadamente resistente a la temperatura

Diseñados para utilizarlos en las condiciones más adversas

Alta resistencia a los productos químicos (ácido sulfúrico, ácido nítrico, etc.)

Excelente comportamiento ante el fuego

Excelente resistencia a la fracción

Gran resistencia mecánica

Idóneo para instalaciones en el desierto (pozos petrolíferos, gaseoductos, etc.)

Rango de temperatura de -100 ºC a + 150 ºC

Cables híbridos:

Combinación de cables de cobre para transmisión de datos con fibra ópticas en un sólo cable.

Ventajas

Permite la instalación de varios cables a la vez

Ahorro en los costes de instalación

El diseño de la cubierta permite separar fácilmente todos los cables

Aplicaciones

Utilización de un solo cable de redes Lan's de cobre y redes de fibra óptica (FDDI).

Transmisión de múltiples señales (Ethernet, Token Ring, FDDI, vídeo, etc.)

Combinación de fibras ópticas multimodo y monomodo sin interferencias en los

conductores de cobre.

Ventajas de las fibras ópticas

Debido al pequeñísimo grosor de las fibras ópticas (del orden de unas micras), se pueden

introducir unas 100 en un tubo del mismo grosor que los cables coaxiales de más alta

capacidad, lo que las hace unas 1000 veces más capaces que éstos.

Se pueden transmitir por una fibra diferentes longitudes de onda (multiplexación de

longitudes de onda), lo que multiplica por miles la capacidad de los cables coaxiales.

Se produce menor atenuación en la señal, por lo que la distancia entre repetidores es

bastante mayor (10 - 100 km) que en los cables eléctricos, por lo que las conexiones

abonado - central, y entre centrales de la misma ciudad no necesitan repetidor.

No se ven afectadas por perturvaciones eléctricas o magnéticas como los cables

convencionales, ya que la señal propagada es óptica.

Inconvenientes de las fibras ópticas

Debido a que no se pueden reparar, en caso de ser dañadas han de sustituirse.

Dispositivos

Fuentes de luz: Deben ser miniaturizables, y su frecuencia de emisión ha de poder ser

modificada. Cuando la fuente de luz no está directamente acoplada a la fibra a través del circuito

integrado, el haz ha de ser focalizado mediante lentes adecuadas (objetivos de microscopio o

lentes grin). También se emplean prismas, redes de difracción y sobretodo, acopladores

direccionales para pasar luz de una fibra a otra.

Laser de inyección o diodo laser (LD): Se utiliza para alimentar fibras monomodo, debido a

su gran monocromaticidad (anchura espectral reducida), y a que su frecuencia de

modulación puede ser muy elevada.

Potencia de salida: 20 mW.

Frecuencia de modulación: Hasta 10 GHz.

Anchura espectral: 0.7 nm.

Fotodiodo emisor de luz (LED): Se utiliza en fibras multimodo.

Potencia de salida: 1 mW.

Frecuencia de modulación: Hasta 50 MHz.

Anchura espectral: 50 nm.

Fotodetectores: Al final de la transmisión, la señal luminosa tiene que ser detenida y

convertida en corriente eléctrica, siempre dévil, que amplificada actúe sobre los auriculares o

altavoces, o sobre los correspondientes elementos del sistema al que sirva la comunicación. Los

fotodetectores utilizados son los fotodiodos:

Un fotodiodo no es más que una unión p-n, en la que se diferencian tres regiones: La zona

de deplexión, que es la región de la unión, en la que ya no quedan portadores de carga y que por

lo tanto se comporta como una barrera aislante. Y las regiones p, y n, que quedan cargadas

negativa y positivamente, produciéndose entre las dos regiones un campo eléctrico E en el sentido

np. Cuando la zona de unión se ilumina con fotones cuya energía hν es mayor que la del gap

(diferencia de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción de un semiconductor),

en la zona de unión se crea un par electrón-hueco. El electrón pasa a la banda de conducción, y si

se cierra el circuito exterior, se producirá una corriente cuya intensidad será proporcional al

número de pares creado, y por tanto al flujo de luz recibido.

Fotodiodos PIN: El fotodiodo p-i-n, consta de tres regiones: p, n, y una región “i” no

dopada. La situación es la misma que en el caso de un fotodiodo normal, salvo que la zona

de deplexión aquí, se estiende a lo largo de toda la región i, por lo que la superficie de

sensible a la luz es mucho más ancha, y puede producir mayor cantidad de corriente.

Fotodiodos de avalancha (APD): Son detectores p-n que se alimentan en sentido inverso a

altos voltajes (entre 40 y 400 V, frente a los 8 o 10 V con que se alimentan los PIN), y

producen un efecto multiplicador, debido a que los electrones producidos, sufren una

fuerte aceleración devida a la tensión, y producen debido a los choques con el material

nuevos electrones libres, que a su vez multiplican el efecto. Un solo electrón puede dar

lugar a 100 electrones por el efecto de cascada o avalancha. Mientras que en los

fotodiodos ordinarios la respuesta es de unos 0.5 a 0.8 amperios por watio de luz, en los

de avalancha puede ser de unos 25 a 100 amperios por watio de luz recibido.

Fototransistores: Las uniones p-n-p o n-p-n con un montaje adecuado, al ser iluminadas,

producen corrientes que el mismo dispositivo amplifica. Su principal característica es su rapidez de

respuesta, detectando variaciones periódicas de la intensidad con frecuencias del orden de 1010

Hz. Además son sensibles, manejables y se polarizan a bajos voltajes. Pueden fabricarse con

técnicas de circuitos integrados de formatos tan pequeños, que se consiguen mosaicos de

fotodetectores con altísimas densidades propias para la construcción de retinas artificiales en

robótica.

Conmutadores: Permiten o impiden la transferencia de luz de una fibra a otra. El mecanismo

es el siguiente: Si se colocan dos fibras muy próximas durante un trayecto de longitud L, tal que la

luz llega solo por una de ellas, si al final del trayecto toda la luz sale por la segunda fibra, la luz

habrá sido transferida de una fibra a otra. Si sobre cada fibra se coloca una placa conductora en la

región del acoplamiento, y entre las placas se establece una diferencia de potencial, las dos fibras

estarán atravesadas por el campo eléctrico E en sentidos opuestos, por lo que en una fibra crecerá

el índice de refracción, y en la otra disminuirá. Fijando L, y ajustando el voltaje adecuadamente, es

posible variar los parámetros de las fibras, haciendo que la transferencia se realice o no.

Moduladores: La modulación más utilizada es la modulación en amplitud, y se realiza

mediante una guía en gorma de doble Y. La amplitud de la señal de la fibra antes del dispositivo, se

divide en dos partes iguales, que se separan por los dos brazos de la Y (punto A en la figura). Si al

llegar al punto de unión (punto B), ambas señales han recorrido los mismos caminos ópticos, la

señal original se reconstruirá, pero si la diferencia de caminos es λ /2, por la fibra no saldrá luz

alguna. Como en el caso de los conmutadores, se recubre la parte de cada brazo con una placa

metálica, y se establece una diferencia de potencial entre las dos placas, con lo cual en un brazo

aumentará el índice, y en el otro disminuirá. Si se hace que V tome los valores 0 y el valor que

produce una diferencia de caminos de λ /2 alternativamente, a la salida del dispositivo saldrán

alternativamente intensidades 0 e I0, que pueden utilizarse para transmitir en sistema binario.

Multiplexadores: Cada señal que se desea multiplexar, se modula con portadoras de

diferentes longitudes de onda, y se introducen en la fibra mediante acoplamiento direccional. Al

otro extremo de la línea, se separan las diferentes comunicaciones mediante una red de difracción

(normalmente de efecto electroóptico), y se envían cada una por su línea. Si la comunicación es

digitalizada, cada slot de información (cantidad fija de bits) lleva un identificador de a qué

comunicación pertenece, y la demultiplexación se realiza de manera lógica, no física, esto es, que

se analiza cada trama de bits que llega al receptor, y éste separa cada línea por su camino.

Repetidores: Tiene como misión reforzar y purificar la señal debilitada por la distancia

recorrida.

Puede hacerse por vía electrónica haciendo una detección de la señal luminosa,

convirtiéndola en señal eléctrica y amplificándola por vía electrónica. Esta señal, una vez

filtrada, se utiliza para modular un laser que introduce de nuevo la señal luminosa en la

fibra.

Otro método es por medio de fibras activas: La energía necesaria para la amplificación la

suministra un laser, que produce bombeo en la fibra dopada, cuya luz se introduce en la

fibra por acoplamiento direccional. A la salida, se depura la señal por medio de filtros. La

longitud de las fibras activas utilizadas suele ser de entre una y unas decenas de metros, y

las ganancias que se consiguen son del orden de 30 dB.

Propagación de un paquete de ondas en un medio dispersivo

Todos los medios materiales son en mayor o menor medida dispersivos. El único medio no

dispersivo es el vacío. De todas las ondas de diferentes frecuencias que forman un paquete de

ondas, cada una se propaga con diferente velocidad de fase en un medio dispersivo.

Entonces, no hay en el tiempo ni en el espacio, otro punto distinto del de partida, en el

que todas las ondas que forman el paquete se encuentren en fase, lo que provoca que el grupo se

deforme al propagarse. Únicamente si el intervalo de frecuencias de las ondas que forman el

grupo es muy estrecho, se obtiene una velocidad de grupo constante.

Si una fibra es multimodo:

Para valores fijos de los índices de refracción y la longitud de onda de la luz que se

transmite, si se va disminuyendo paulatinamente el diámetro de la fibra, el modo de

mayor orden irá quedando menos confinado en el interior de la fibra hasta desaparecer. Si

se sigue disminuyendo el diámetro, van desapareciendo los modos de órdenes cada vez

menores sucesivamente, hasta que la fibra se convierte en monomodo.

Para valores fijos de los índices de refracción y del diámetro de la fibra, el número de

modos que la fibra es capaz de transmitir, irá disminuyendo a medida que aumenta la

longitud de onda de la luz, hasta un valor límite λc (longitud de onda de corte), por encima

del cual la fibra será monomodo

Además, cuanto más distintos son los índices de refracción de la fibra y del medio que la

rodea, es menor el diámetro que hace que la fibra sea monomodo, por lo que es

aconsejable que tengan valores próximos, para que el espesor de fibra monomodo no sea

excesivamente pequeño. Para ello, se recubre las fibras de un material con un índice de

refracción muy cercano (siempre menor) al de la guía de ondas.

Investigación y desarrollo en sistemas de fibras ópticas

Por las fibras ópticas viajan ondas electromagnéticas, cuyo espectro de frecuencias no está

aprovechado en absoluto. Por ejemplo, si lo que se desea es aumentar la capacidad de

transmisión de una fibra óptica, ¿por qué no aumentar la frecuencia de las ondas para

conseguir mayor densidad de información? Las frecuencias utilizadas hasta ahora están

todas en el espectro del visible (aproximadamente 1014 Hz), si se utilizaran frecuencias de

ondas pertenecientes al espectro del ultravioleta o aún más, podría aumentarse la

capacidad de las fibras.

En la práctica esto no es todavía posible, no porque la fibra no acepte mayores frecuencias

en las ondas transmitidas, sino porque los dispositivos fotodetectores más rápidos, no son

capaces de trabajar a frecuencias mayores. Los mecanismos de respuesta de los

semiconductores con la tecnología actual no son capaces de superar la cota de los 10

Gbps, cota que además queda reducida por el efecto que la dispersión causa en el

ensanchamiento de los pulsos y que reduce el número de ellos que pueden transmitirse

sin que haya solapamiento.

Cálculo de un enlace de fibra óptica

Supongamos que deseamos trasmitir una señal de TV en banda base a un centro de control de

tráfico situado a 2500 metros. Para ello hemos decidido situar a pie de cámara nuestro modelo

TX11-1204, y en el centro de control de tráfico un RX11-1206 (ambos equipos trabajan en 1ª

ventana (850 nm), para la cual se han hecho los cálculos). Además deberemos realizar 4 empalmes

y dos cenectorizaciones, una a cada extremo.

A partir de los datos anteriores calcularemos el margen de diseño que disponemos:

Como podemos ver disponemos de 4.85 dB de margen. Es recomendable que se disponga

de un margen de 3 dB, ya que los valores utilizados para las pérdidas pueden variar debido a

efectos de temperatura, extensiones del enlace, empalmes adicionales debido a restauraciones de

emergencia,... Por tanto, para el caso que acabamos de presentar, los equipos utilizados resultan

totalmente válidos, asegurando un funcionamiento correcto del enlace.

Aplicación de las fibras ópticas a la telecomunicación

La información se transmite mediante pulsos de luz, que se obtienen modulando en

amplitud un emisor, que puede ser un laser de inyección o un LED.

Por ejemplo, para la comunicación telefónica digital, la señal de voltaje que sale del

micrófono, se muestrea a una frecuencia doble de la máxima de la que se tenga que emitir

(teorema de Ninquist). Entonces, se convierte cada muestra a un código binario de 8 bits (256

posibles valores diferentes), y se emiten los bits (ceros y unos) en forma de pulsos de luz. Al otro

extremo de la fibra, se convierten los pulsos de luz de nuevo a pulsos eléctricos mediante

fotodetectores, y se reconstruye la señal analógica de voltaje a partir de los pulsos, llevándola al

auricular del receptor.

Como el tiempo entre dos muestreos de señal en el micrófono del emisor, es mucho

mayor que el que ocupa la emisión de los pulsos de cada muestra, se pueden unir (multiplexar)

varias transmisiones simultáneamente por una misma fibra. Al otro extremo de la fibra, habrá que

separar las señales correspondientes a cada comunicación (demultiplexación).

Entonces, las fibras ópticas se pueden clasificar en función del número de líneas que

permiten transmitir simultáneamente:

Las fibras de órdenes 1 y 2 son utilizadas para conectar a los abonados de la red telefónica

con las centrales telefónicas urbanas.

Las fibras de órdenes 3 y 4 son utilizadas para conectarse entre sí las centrales telefónicas

urbanas dentro de una misma ciudad.

Las fibras de órdenes 4 y 5 son utilizadas para conectar centrales telefónicas de distintas

ciudades.

Posibles aplicaciones

a ). Transmisión de datos de Alta Velocidad

b ). Enlaces E1 (2Mb/s) para conexión de P.A.B.X.

c ). La posibilidad en el futuro de conexión de nuevos servicios como multimedia o sistemas de

televisión por cable.