La Fibra Óptica: ¿Cómo funciona?, ¿para qué se usa?, y más - VidaBytes

Las telecomunicaciones o comunicaciones a distancias son posibles gracias a las distintas líneas de transmisión que existen. Entre esas, una de las más confiables es la Fibra Óptica. Aprenda a través de este artículo, CÓMO FUNCIONA LA FIBRA ÓPTICA que le permite utilizar el internet y otros tantos beneficios en su casa y oficina.

Fibra Óptica

La fibra óptica es un filamento flexible echa generalmente de silicio, aunque también existen fibra óptica echas de plástico. Es un material muy delicado, con un diámetro casi como el de una hebra de pelo. Es transparente, para poder transmitir la luz sin que la frecuencia de algún color distorsione a los otros.

La fibra óptica surgió como un potencial sustituir del cable coaxial. Al igual que el cable de cobre, la fibra se usa para la transmisión de datos entre los dos extremos de la misma utilizando la luz como medio de transporte.

Hoy en día, la fibra óptica es uno de los mecanismos de comunicación más utilizados. Esto se debe a que la información puede recorrer grandes distancias sin necesitar de tener muchos, o quizás de ningún, amplificador para que la señal no se pierda. Además tiene un ancho de banda o velocidad de datos superior a los cables de cobre.

Entre otras de las razones por las que se usa la fibra óptica en sustitución del cable de cobre, es que hay menos atenuación de la señal por kilómetro de recorrido. Y otra de sus bondades es que la fibra óptica es inmune a las interferencias electromagnéticas, por lo que es prácticamente imposible la violación de seguridad.

Igualmente, es común encontrar la fibra óptica para iluminación. Esto se debe, a que por el momento es a través de la fibra que se ha logrado otorgar la luz de mayor intensidad de todas las formas de proporcionar luz artificial.

La estructura de una fibra óptica está compuesta por un núcleo, que es la fibra en sí por donde transita la información. El núcleo está cubierto con un revestimiento, el cual se caracteriza por tener un índice de reflexión inferior al núcleo. Esto se hace con la intención de impedir que el haz de luz que viaja en el núcleo salga del mismo y se pierda la información, es decir es una forma de confinar la información en el núcleo utilizando el fenómeno de reflexión.

Posteriormente, el revestimiento está rodeado de un manto, y este manto de Kevlar. Y finalmente, una capucha, generalmente, amarilla o naranja que identifica el tipo de fibra. Ambos sirven para darle protección y rigidez mecánica a la fibra, ya que de lo contrario la fibra sería extremadamente frágil, incluso más de lo que ya es.

Dentro de la fibra óptica se puede enviar más de un haz de luz, porque existen diferentes rutas o modos posibles para hacerlo. A este tipo de fibra óptica se le dice multimodo, y su nombre proviene a qué tiene múltiples modos para enviar los haces de luz simultáneamente. En cambio, la fibra monomodo utiliza una sola ruta lineal para transmitir el haz de luz. Físicamente suelen diferenciarse por el color de su capucha, generalmente, siendo el color naranja para la multimodo y la amarilla para la monomodo.

Cuando se deben hacer empalmes en la fibra óptica es importante tener en cuenta que su alineación entre los núcleos debe ser sumamente precisa, ya que de lo contrario existiría pérdidas por falso acoplamiento. Esto implica que las uniones entre fibras ópticas son más complejas que la que se utilizan en los cables convencionales de cobre.

Historia de la Fibra Óptica

En la fibra óptica hay dos elementos fundamentales que presentaron avances para lograr alcanzar la tecnología que conocemos hoy en cuanto a transmisión de datos por medio de la luz. Esos elementos son la fibra óptica y la luz que viaja en ella. En este segmento, viajaremos por la historia de la fibra óptica y como fue evolucionando en el tiempo.

En la antigua Grecia se utilizaban la luz del sol reflejada en los espejos para enviar mensajes, o para obstruir la visión de sus enemigos. Este mismo sistema lo aplicó Claude Chappe en 1792 para aplicar telegrafía óptica utilizando torres y espejos que se encontraban distribuidos en 200 km. Logró transmitir un mensaje en un tiempo récord para la época de 16 minutos.

En 1910 Demetrius Hondros y Peter Debye fueron los primeros en poner en práctica la captura de la luz dentro de cables fabricados con vidrio. Es curioso que haya tardado tanto tiempo este experimento, pues para el año 1820 ya existían las ecuaciones que establecían este fenómeno.

Este principio se denomina como el confinamiento de luz por refracción. Recordemos que la refracción es un fenómeno que hace que un haz de luz cambie de dirección cuando cambia de una línea de transmisión a otra que tienen distintos índices de refracción porque tienen diferentes densidades.

En la década de 1840, Jean-Daniel Collado y Jacques Babinet lograron comprobar este principio. Igualmente, en 1870 John Tyndall observó que la luz puede viajar en el agua, y que dicha luz se refracta dentro de este medio. Estos primero pasos permitieron que se realizarán los estudios que confirmarían el potencial del cristal como material por excelencia para la transmisión de luz a largas distancias. En un principio se aplicación fue para la iluminación de fuentes de agua.

Posteriormente, John Logie, un ingeniero escosés, patentó un sistema electromecánico para la televisión en color, que utilizaba bastones hechos de vidrio que transmitían la luz. Este sistema no tuvo mayor éxito debido a la atenuación que tenía a causa de los materiales y técnicas que aplicaba, por lo que no era posible que la luz viajara grandes distancias. Además, su sistema no contaba con acopladores ópticos.

En 1952 gracias a los estudios previos realizados por John Tyndall, El físico Narinder Singh Kapany pudo hacer la invención de la fibra óptica. Cabe destacar que fue en la década de 1950 cuando se profundizaron más las investigaciones referentes a la fibra óptica. De hecho, en 1957 Basil Hirschovitz fabricó un endoscopio semiflexible utilizando la fibra óptica. Consiguió enviar imágenes y este endoscopio supone una herramienta más cómoda para las cirugías.

La Universidad de Míchigan propone en su versión de endoscopio semiflexible el uso de un material de menor índice de refracción que el núcleo, en lugar de usar aceites o cera como se usaba anteriormente. Además, también se fabricaron hebras de fibra óptica mucho más delgadas, tanto como el espesor de un pelo. Sin embargo, la luz se atenuaba o perdía a los 9 metros de recorrido con esta fibra óptica. Fue Charles K. Kao, quien presentó que la máxima atenuación teórica que deberían tener las fibras ópticas era de 20 decibelios para que fuera factible su aplicación, en su tesis doctoral

Nuevamente, Charles K. Kao junto a George Hockham declararon que era posible la fabricación de fibras de un mayor porcentaje de transparencia. Igualmente, fueron lo que propusieron el uso de fibra óptica para la transmisión de la mensajería telefónica en lugar de usar los convencido es cables de cobre y electricidad.

Se debía lograr mejorar la fibra óptica, la cual para el momento presentaba una atenuación de 100 dB/km, ancho de banda pequeña y una gran fragilidad mecánica. Para lograr, esto se debieron realizar incesantes y profundos estudios e investigaciones, los cuales permitieron determinar que la causa por la cual existía este nivel de pérdida en la luz eran las impurezas intrínsecas que existían en el silicio o vidrio.

Fue gracias a este descubrimiento, que se comenzaron a fabricar fibras con una reducción de la atenuación de hasta 20 dB/km y con un mayor ancho de banda. Además, los núcleos se contaban con un espesor de 100 µm, los cuales se recubrían con hilo de Naylon para respetar el fundamento de índice de refracción, pero que también pudiera aportarle una mayor rigidez mecánica, haciendo que no fuera posible romper la fibra con las manos.

El trabajo de Kao y Hockman, sirvieron de fundamentos para las investigaciones realizadas por Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz y Frank Zimar que propusieron y fabricaron la primera fibra óptica con impurezas de Titanio. Estas impurezas fueron incorporadas al silicio de manera intencional para incrementar la refracción en la fibra. Esta fibra permitió que la luz viajará en la fibra óptica con tan sólo 17 dB/km de atenuación. En esa misma década de 1970, se logró fabricar fibras ópticas con apenas 0.5 dB/km de pérdidas.

Otro avance importante que se hizo para la tecnología de transmisión de datos por medio de la luz, se dio gracias a los físicos Morton B. Panish e Izuo Hayashi quienes desarrollaron un láser de semiconductores que podía operar continuamente sin incrementar su temperatura. En conjunto John MacChesney y otros colaboradores generaron métodos de preparación de fibras.

La primera transmisión telefónica utilizando como línea de transmisión se hizo el 22 de Abril de 1977 por la empresa norteamericana General Telephone and Electronics, y alcanzo una velocidad de 6 Mbit/s.

Para el año 1980 las fibras contaban con una transparencia tal que podían enviar señales por medio de una fibra óptica en un trayecto de hasta doscientos cuarenta kilómetros antes de que se perdieran completamente. Estas fibras surgieron cuando los investigadores se percataron que el silicio puro sin ningún metal sólo podían fabricarse utilizando herramientas y componentes que usaran vapor. Esto evitaba que surgieran agentes contaminantes inherentes al proceso de fabricación.

AT&T presentó su proyecto de un sistema de fibra óptica de aproximadamente novecientos setenta y ocho kilómetros de distancia a la Comisión Federal de Comunicaciones en 1980. Este sistema recorrería y conectaría a las ciudades de Boston y Washington DC. Fue después de cuatro años de su presentación de este proyecto, en que el sistema comenzó a entrar en operatividad. Este cable contaba con veinticinco centímetros de diámetro y era capaz de otorgar hasta ochenta mil canales de voz para las conversaciones telefónicas que se dieran simultáneamente.

La primera fibra óptica que se instaló de manera transoceánica tuvo operatividad en 1988, la transparencia de su núcleo era tan impecable que sólo era necesario colocar amplificadores ópticos cada sesenta y cuatro kilómetros. Posteriormente, se fueron realizando más conexiones de este tipo y se fueron realizando recorridos más extensos entre ciudades y continentes.

Todos estos avances permitieron que la fibra óptica continuara mejorando su transparencia y pudiera ser aplicada para las comunicaciones en el mercado y ya no sólo a nivel experimental. De hecho, General Telephone and Electronics el 22 de Abril de 1977 logró hacer la primera transmisión telefónica exitosa con una velocidad de 6 Mbits/s, utilizando la fibra óptica como línea de transmisión.

Proceso de fabricación

Fue en los laboratorios Bell dónde se desarrollaron los métodos independientes para la fabricación de fibra óptica. A partir de allí, Existen cuatro procesos para la fabricación de fibra óptica

M.C.V.D (Modified Chemical Vapor Deposition)

Este método fue originalmente desarrollado por la empresa Corning Glass y adaptado por los Laboratorios Bell para su aplicación industrial. Consisten en un tubo de cuarzo puro, al cual se mezcla en su interior dióxido de silicio con otros elementos para dopar la preparación. Luego, este tubo se coloca en un torno giratorio.

Posteriormente, es llevado a temperaturas de hasta 1600 grados centígrados con un quemador de hidrógeno y oxígeno. Esto se hace haciendo girar el torno mientras el tubo de cuarzo es calentado en toda su longitud. En este punto se van añadiendo los aditivos, que son los que contribuirán a un mejor índice de refracción en el núcleo, por uno de los extremos del tubo.

Las capas posteriores se van incorporando igualmente, por el continuo sometimiento del quemador. Esta técnica permite que el núcleo quedé sintetizado. Luego, se lleva el quemador a una temperatura de 1800 grados centígrados, que es la temperatura que permite que el cuarzo se ablande y así obtener la preforma.

La preforma hace referencia al tuvo o vara de vidrio que es utilizado para la creación de fibra óptica. Es decir, es el tubo macizo que se obtiene luego de este método. Por lo general, sus dimensiones son un poco más de 1 metro de largo y 1 centímetro de diámetro.

V.A.D (Vapor Axial Deposition)

Esta técnica está basada en la desarrollada por Nippon Telephone and Telegraph. Se utiliza en gran manera en Japón en aquellas empresas dedicadas a la fabricación de fibra óptica. Utiliza los mismos materiales básicos que en método M.C.V.D. Sin embargo, se diferencian en el hecho de que este último, sólo se colocaba el núcleo. Ahora, también se coloca además el revestimiento

Es por eso que este método sea un poco más delicado al momento del dopaje, ya que se debe incorporar en mayor proporción el dióxido de Germanio en el núcleo que en el revestimiento. Para esta fabricación, se utiliza como asistente esencial un software dónde están establecido los parámetros.

Tomando con una varilla o tubo de vidrio auxiliar, se inicia el proceso de la preforma. Este tubo auxiliar sirve como soporte de la misma. Se comienza incorporando de forma ordenada los distintos materiales desde el extremo del cilindro, obteniendo la preforma porosa, que a medida que crece se va despegando del tubo auxiliar de vidrio.

Posteriormente, se realiza el proceso del colapsado, que consiste en elevar la temperatura hasta a 1700 grados centígrados con la finalidad de lograr el ablandamiento del cuarzo. Esto se hace para pasar de una preforma porosa hueca internamente, a un cilindro macizo y transparente.

Si comparamos este método con el anterior, el método de V.A.D tiene como ventaja que se obtienen preformas de mayor longitud y mayor diámetro, y además disminuyendo el aporte energético. Sin embargo, su desventaja es que requiere de equipos para la fabricación mucho más sofisticados.

O.V.D (Outside Vapor Deposition)

Este método fue desarrollado por Corning Glass Work. En este caso su materia prima inicia con un cilindro de substrato cerámico y el quemador. Se coloca en el fuego del quemador los cloruros vaporosos, y el fuego caldea la varilla. En este punto, se procede a realizar la síntesis de la preforma. Este procedimiento consiste en secar la varilla mediante cloro gaseoso, para posteriormente realizar el proceso de colapsado de forma igual a los que se realizar con el método anterior. Es así como se sintetizan el núcleo y su revestimiento, obteniendo la preforma.

Algunas de las ventajas que tiene este método es que se puede realizar la fabricación de fibras ópticas con muy baja atenuación y buena calidad, gracias a la optimización del proceso de secado. Esta optimización permite obtener perfiles lisos y sin una estructura anular importante.

P.C.V.D (Plasma Chemical Vapor Deposition)

Este método es desarrollado por la empresa Philips en Holanda. Igualmente, tiene por característica sus perfiles lisos y sin estructura anular reconocible. El principio de este fundamento está basado en la oxidación del cloruro de Silicio y del cloruro de Germanio. Al rust estos cloruros, se logra un estado de plasma, seguido del proceso de dopaje del interior.

Etapa de estiramiento de la preforma

Sin importar el tipo de método que se utilice, es común entre todos estos que se realice el proceso de estiramiento de la preforma. Para lograr el estiramiento de la preforma es necesario contar con un horno tubular abierto. En el interior de este horno se coloca la preforma y se somete a temperaturas de hasta 2000 grados centígrados, esto con la finalidad de lograr ablandar la preforma y poder manipularla.

En este proceso, es que se consigue el diámetro de la fibra óptica, y es de suma importancia mantener una constante tensión para que el diámetro en toda la longitud de la fibra óptica no tenga variación. La manera de lograr que el núcleo no tenga dichas variaciones en su diámetro es mantener una tensión constante uniforme. Además se debe garantizar la ausencia de corrientes de convección en el horno.

Igualmente, es de suma importancia que cuando la preforma se ablande nuevamente se evite el ingreso de agentes que puedan contaminar o generar microfisuras, lo que provocarían pérdida su atenuación es e incluso rotura en la fibra óptica.

Durante este proceso también se añade a la figura material sintético, generalmente se trata de un polímero viscoso. La importancia de este polímero es que permite estirar la fibra óptica a mayores velocidades. Esto crea alrededor de la fibra una capa libre de impurezas y uniforme. Por último, se procede a secar y endurecer esta protección, por medio de procesos térmicos o reacciones químicas utilizando radiaciones ultravioletas.

Aplicaciones de la fibra óptica

La fibra tiene una versatilidad impresionante, por lo que permite aplicarla en las comunicaciones digitales, joyas, sensores, iluminación, decoraciones, entre otros. A continuación presentaremos algunas de las aplicaciones más comunes de la fibra óptica y otras adicionales.

Comunicaciones con fibra óptica

El uso de mayor escala o magnitud que tiene la fibra óptica es para las telecomunicaciones. Producto de su flexibilidad, es posible agrupar varios hilos para formar cables de fibra óptica. Usualmente, las fibras utilizadas para esto son fabricadas con plástico o vidrio, e incluso en ocasiones de ambos materiales.

Sensores de fibra óptica

Los sensores de fibra óptica pueden distinguirse entre sensores intrínsecos y sensores extrínsecos. Los sensores intrínsecos se hacen referencia a la figura en sí misma como el sensor. En cambio en los sensores extrínsecos la fibra es el medio para la transmisión de las señales que emite un sensor a un sistema que procese dichas señales.

Debido a que en las fibras ópticas, no hay circulación de corriente eléctrica, cuentan con ventaja en comparación de los sensores eléctricos. Incluso el hilo de fibra es por sí mismo un excelente sensor para medir deformaciones, temperatura, presión atmosférica, humedad, campos eléctricos, campos magnéticos, gases, vibraciones, entre otros.

Otra de las aplicaciones de la fibra óptica en la aplicación de micrófonos acuáticos para la detección de sismos o aplicaciones ondas generadas por un sonar. Para esto se han llegado a utilizar más de mil sensores fabricados con fibra óptica para crear sistemas hidrofónicos. Este tipo de sistemas es utilizado principalmente por la industria petrolera y los organismos de defensa y algunos países. Igualmente la compañía Sennheiser de Alemania creó un micrófono que opera con luz láser y fibra óptica.

En este mismo sentido los sensores de fibra óptica que miden temperatura y presión atmosférica son utilizados en pozos petroleros. Este tipo de sensores son capaces de soportar condiciones más extremas a comparación de los sensores fabricados con semiconductores.

En la aviación existe un giroscopio fabricado de fibra óptica, e igualmente los microsensores del hidrógeno.

Estos sensores fotónicos fabricados con fibra óptica por lo general contienen cuatro partes fundamentales, las cuales son:

El sensor: es el transductor
El interrogador: quien emite y recibe la señal proveniente de la fibra óptica.
El cable óptico: es la fibra óptica
Acopladores, multiplexores, amplificadores o conmutadores ópticos: los elementos que ayudan a que el sistema óptico y eléctrico se acoplen sin perder la señal, y son capaces de manejar distintas señales de diferentes fuentes.

La operación o funcionamiento este sistema inicia con la generación de una señal óptica creada por el interrogador, esto con la finalidad de solicitar información del receptor. Esta información viaja a través de la fibra óptica del sensor. Cuando le procede a medir las condiciones ambientales como por ejemplo los gases, presión atmosférica, temperatura y otros factores, existe una variación en la intensidad de la luz, o su longitud de onda se ve afectada y, por tanto existe un cambio en la misma.

Este cambio variación, bien sea en la longitud de onda o en la intensidad de la luz es regresada nuevamente a través de la fibra óptica hasta el interrogador. Luego, se estima el porcentaje de variación de estos cambios. Aplicando diferentes algoritmos y herramientas tales como los acopladores optoelectrónicos, es posible convertir las señales ópticas en señales electrónicas, de forma que los sistemas eléctricos que se encuentran a los extremos, puedan interpretar la información, como por ejemplo, un sistema de control o de visualización en tiempo real de los datos.

Igualmente, dependiendo de la cantidad de tráfico de datos como por ejemplo los que transitan en una red de Internet pueden existir multiplexores ópticos, conmutadores ópticos, amplificadores ópticos, o diferentes acopladores ópticos de igual manera.

De igual forma, los sistemas de sensores con fibra óptica pueden clasificarse como puntuales o distribuidos.

Sistemas de sensores ópticos puntuales

Este tipo de sistema utiliza sensores distribuidos posiciones definidas dentro de una red de sensores que permiten monitorizar los parámetros de forma individual. Debido a esto, los sistemas puntuales permiten la medición de más parámetros simultáneamente. A diferencia de los sistemas distribuidos, la monitorización de sistemas puntuales puede abarcar hasta 250 km.

Sistemas de sensores ópticos distribuidos

En este caso, las mediciones y detecciones de variación del parámetro óptico que recibe el interrogador, provienen de los datos obtenidos a lo largo de toda la fibra óptica. Esto presenta una ventaja ya que es una zona hebra de fibra óptica el que es utilizado como traductor del sistema. El sistema óptico distribuido puede abarcar hasta un rango de 120 km de longitud.

Iluminación

Las primeras aplicaciones que tuvieron la fibra óptica fueron precisamente la iluminación de espacios. Aún hoy en la actualidad, esta aplicación sigue existiendo para la fibra óptica. Esto se debe a que la fibra óptica permite iluminar áreas sin generar calor y sin riesgo a cortocircuitos, ya que la fibra óptica está diseñada para la transmisión de haces de luz.

Incluso es posible, modificando la frecuencia, cambiar el color de la iluminación. Esto es muy útil por ejemplo si se utiliza estoy iluminación en una lámpara, ya que es posible cambiar de color sin necesidad de tener que cambiar la lámpara.

Igualmente, es posible expandir las áreas de iluminación ya que es posible posicionar diferentes fibras ópticas en múltiples lugares, utilizando una sola fuente de luz.

Más usos de la fibra óptica

Se utiliza cómo guía de onda para los haces de luz emitidas por equipos médicos o industriales que requieren iluminar zonas en la que la línea de visión directa ni de fácil acceso.

Podemos utilizar como ejemplo el endoscopio semiflexible utilizado en medicina, el cual utiliza fibra óptica en conjunto con lentes para poder visualizar el interior de los órganos sin necesidad de hacer cirugías sumamente invasivas. En el caso de las industrias para hacer inspecciones los equipos como por ejemplo las turbinas.

De hecho, la fibra óptica actualmente es empleada como elementos decorativos, como por ejemplo es el caso de los árboles de Navidad que tienen en sus ramas fibras ópticas que iluminan el árbol, y además es posible variar su color.

Otro ejemplo de la aplicación en la fibra óptica, es la que aplican en ciertos edificios, los cuales captan la luz natural desde sus azoteas y gracias a la fibra óptica esta luz puede viajar a hacía los espacios internos del edificio.

Y por último, hoy en día existe una mezcla entre hormigón y fibra óptica que da como resultado un hormigón traslúcido. Este material fue creado por el arquitecto Ron Losonczi, y lo asombroso de este hormigón es que puede seguir teniendo la resistencia del hormigón y, además, la cualidad de la fibra óptica de transmitir luz.

Características de la fibra óptica

La fibra óptica es una línea de transmisión dieléctrica que opera dentro del espectro electromagnético en la banda óptica. En esta banda óptica es donde podemos encontrar los colores, pero también está la banda cerca a los infrarrojos y la banda de los infrarrojos. En la fibra óptica se suele aprovechar parte de estas frecuencias.

Cada hebra de fibra óptica cuenta con un núcleo en el centro fabricado bien sea con plástico o cristal es decir óxido de Silicio y Germanio. Este núcleo tiene un alto índice de refracción y está cubierto por un recubrimiento con un índice de refracción menor. Esto permite que la luz sólo viaje por el núcleo y no escape hacia el exterior. Es común que esta capa de recubrimiento este hecha de un polímero o plástico.

Esta diferencia entre índices de refracción que debe existir entre el núcleo y su revestimiento se debe a los principios de refracción de la luz. Este principio establece que cuando una superficie con un cierto índice de refracción limita con otra superficie con un índice de refracción menor, la luz se refleja y, mientras mayor sea la diferencia entre estos índices, mayor será el ángulo de incidencia, por lo que habrá una reflexión total interna.

En la fibra óptica la luz va rebotando o se va reflejando en dentro del núcleo, y estos ángulos de reflexión son muy amplios, por lo que prácticamente se puede asumir que la luz viaja en línea recta por su centro, permitiendo que esta logré viajar a grandes distancias sin atenuarse.

Funcionamiento de la fibra óptica

Las leyes de la geometría óptica son las que establecen el funcionamiento y principios básicos del funcionamiento de la fibra óptica. La fibra óptica está principalmente reglamentada por la ley de refracción es ir por el principio de la reflexión total interna.

Los haces de luz son transmitidos por el núcleo de la fibra óptica, he dado la diferencia de los índices de refracción este haz no puede traspasar el revestimiento sino que en realidad se refleja en el y se sigue propagando por el núcleo.

A continuación, presentaremos las ventajas y desventajas de la tecnología de la fibra óptica.

Ventajas

Cuenta con un ancho de banda muy grande, lo que permite velocidades de transmisión muy rápidas
Es una tecnología minimalista, es decir que ocupa muy poco espacio.
Es ligera, ya que tan sólo alcanza a pesar unos gramos por kilómetro. A diferencia del cable eléctrico que incluso puede llegar a pesar 9 veces más que la fibra óptica.
Es completamente inmune a las contaminaciones electromagnéticas. Por lo que tiene una calidad de transmisión superior a las líneas convencionales, ya que no se ve perturbada por ejemplo por cortocircuitos externos o tormentas eléctricas.
Precisamente dado a que es inmune a las interferencias, la fibra óptica garantiza un nivel de seguridad de la información elevado. Esto se debe a que la única forma de introducirse dentro del sistema de transmisión de la fibra óptica es debilitándolo e incluso interrumpiéndolo, por lo que es fácilmente detectable.
No genera interferencias a otros sistemas.
No se ve afectada por las señales parásitas, por lo que en sistemas como por ejemplo el metro donde existen sistemas que fácilmente pueden perturbar las comunicaciones, la fibra óptica se convierte en la alternativa por excelencia.
Su atenuación es significativamente pequeña en comparación a los cables convencionales por lo que es posible recorrer grandes distancias sin la necesidad de incluir elementos activos como amplificadores para mantener la señal.
Dependiendo de los materiales con los que se fabrican el manto y la capucha la fibra óptica puede tener una buena resistencia mecánica.
Es resistente a la corrosión.
cuenta con un sistema denominado reflectrometría óptica que permite detectar fácilmente los puntos de debilidad o corte de fibra en el recorrido.

Desventajas

Ya que presentamos todas las ventajas de la fibra óptica procederemos a presentar las desventajas de esta tecnología frente a otras líneas de transmisión.

Alta fragilidad de la fibra.
Requiere de equipos de transmisión y recepción más costosos.
Los empalmes que se realizan con fibra óptica son más complejos de hacer en especial en campo por lo que las reparaciones son más difíciles.
Dado que no puede transmitir electricidad, no es directamente compatible con los sistemas de los extremos que por lo general son electrónicos.
No puede transmitir potencias muy elevadas.
No puede almacenar información ópticamente.
Se ve afectada por altas o bajas temperaturas, por lo que la chaqueta y recubrimiento deben de ser materiales resistentes a temperaturas.
Las vibraciones pueden afectar la transmisión de datos de forma correcta.

Tipos de fibra óptica

Dentro del núcleo de la fibra óptica existen diferentes trayectorias que puede seguir el haz de luz. Cada una de estas trayectorias se denomina modo de propagación. La fibra óptica puede clasificarse como fibra multimodo o monomodo.

Fibra multimodo

La fibra multimodo hace referencia a aquella en que la luz puede viajar por más de una trayectoria o modo. Una sola hebra de fibra multimodo puede llegar a tener hasta 1000 modos de propagación de los haces de luz. Esto implica que los haces de luz no lleguen simultáneamente. Este tipo de fibra se utiliza generalmente en distancias cortas, aproximadamente a distancias menores de 2 kilómetros.

El índice de refracción que tiene el núcleo de una fibra multimodo es un poco superior al índice de refracción del revestimiento. Además el espesor del núcleo de una fibra multimodo es mayor al de una fibra monomodo esto permite que sea de más fácil conexión porque no requiere de una precisión tan exacta.

La fibra multimodo puede a su vez clasificarse dedos formas dependiendo del tipo de índice de refracción de su núcleo, las cuales son:

Índice escalonado: en este caso, el índice de refracción se encuentra constante en toda la longitud del núcleo teniendo entonces una alta dispersión modal

Índice gradual: en este caso el núcleo está compuesto de distintos materiales por lo que el índice de refracción no es constante en toda la longitud de la fibra y, por lo tanto, tiene una menor dispersión modal.

Igualmente, el estándar que se establece en la ISO 11801, indica la clasificación de la fibra óptica multimodo de acuerdo al ancho de banda y a la fuente de luz que ha de usar decir si es multimo sobre laser, o multimodo sobre luz led.

OM1: Fibra 62.5/125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit/s), LED.
OM2: Fibra 50/125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit/s), LED.
OM3: Fibra 50/125 µm, 10 Gigabit (300 m), Láser.

Fibra monomodo

Tal como lo explicamos anteriormente el término modo se aplica para indicar la cantidad de trayectorias que pueden tener los haces de luz. En la fibra monomodo sólo existe un modo por el que puede viajar la luz. Esto se traduce entonces, a que el diámetro del núcleo es menor. Igualmente, luz viaja teóricamente por el centro de la fibra a diferencia la multimodo que rebota en las paredes del núcleo. Este tipo de fibra es utilizada principalmente para recorridos de larga distancias.

Cable de estructura holgada

También es posible clasificar la fibra óptica de acuerdo a su diseño, e igualmente existen dos tipos de fibra óptica según esta clasificación.

Este tipo de fibra puede ser aplicado en exteriores e interiores y consta de varios hilos de fibra que se dividen en grupos que son introducidos en tubos que rodean un refuerzo central, y estos a su vez están cubiertos por una chaqueta protectora.

El término de estructura holgada proviene a que las hebras de fibra óptica se encuentran de forma holgada dentro de los tubos por las que son guiadas. Este tubo puede estar hueco o tener en su interior un material hidrofóbico, de manera que sirva como protección a la fibra óptica contra la humedad.

Además éste tuvo por ser holgado permite que la fibra óptica se encuentra aislada de las fuerzas mecánicas exteriores que es ejerzan en el cable.

El refuerzo central por lo general es flexible y brinda resistencia al cable. Puede estar fabricado con material metálico o dieléctrico.

Cable de estructura ajustada

Este cable tiene principalmente aplicaciones para el interior de edificios ya que es más flexible y permite hacer radios de curvaturas más pequeños que los cables estructura holgada.

Este cable consiste en la unión de varios hilos de fibra óptica que cuentan de forma individual con un manto y chaqueta. Estos hilos rodean una pieza central y todo este conjunto a su vez es protegido por una capa externa. Su nombre proviene a que todos los hilos de fibras encuentran muy ajustados, lo cual provee un buen soporte físico.

Componentes de la fibra óptica

Transmisores ópticos

Estos son los elementos encargados de transformar la información o datos que provienen de una fuente electrónica a datos ópticos o haces de luz. Para lograr esto, el transmisor utiliza a los electrones a una cierta frecuencia al excitarse dentro de los materiales tales como el silicio suelen generar de forma de energía haces de luz, denominados fotones. Los fotones son la partícula elemental cuántica de la luz. El transmisor internamente cuenta con un modulador que cumple la función de transformar la energía electrónica a energía óptica.

Emisores del haz de luz

En los transmisores ópticos existen dos tipos de emisores que emiten las señales ópticas, los cuales son:

LEDs.

Es un diodo que emite luz, o Diodo Emisor de Luz. Este tipo de emisor de luz es principalmente utilizado en la fibra multimodo debido a su fácil uso y tiempo de vida. Aunque es importante destacar que este tipo de luz no es capaz de recorrer largos tramos de distancia, por lo que se utilizada para distancias cortas porque cumplen con la función y disminuye los costos.

Láseres.

Es la Radiación Espontánea Estimulada Amplificada de Luz. Emite una luz altamente coherente, y utiliza semiconductores para la emisión de luz. la luz láser puede ser utilizada en las fibras multimodo y en las fibras monomodo aunque generalmente sólo se usan en las fibras monomodo ya que su circuitería es más compleja por lo tanto de mayor costo. El tiempo de vida del láser, aunque es larga, suele estar por debajo del promedio de los LED.

Conversores luz-corriente eléctricos

En las transmisiones de fibra con fibra óptica es necesario contar con un elemento que detecte la presencia de fotones. Usualmente, se trata de un fotodiodo que se encarga de la conversión de señales ópticas a señales electrónicas. Esto lo logra, traduciendo la presencia o inexistencia de luz en señales con altos y bajos o unos y ceros.

Y también, se aplican para el proceso inverso, es decir para convertir las señales eléctricas en señales ópticas. Aun cuando es posible transformar la luz en señales eléctricas, y estas emiten una cierta potencia, no es suficiente para poder alimentar a los equipos terminales. Estos equipos terminales son usualmente eléctricos, por lo que una fuente de alimentación alternativa es casi siempre requerida.

Como mencionamos antes, usualmente estos conversores ópto-eléctricos constan de un fotodiodo o un semiconductor. Para garantizar el correcto funcionamiento de estos semiconductores deben existir ciertas condiciones, las cuales son:

Cuando existe ausencia de luz, la corriente inversa no debe ser muy alta con el fin de poder detectar señales ópticas muy débiles.
Debe tener un gran ancho de banda, para poder brindar rapidez de respuesta.
Los niveles de ruidos generados por estos semiconductores deben ser mínimos.

A su vez, existen dos tipos de detectores, los fotodiodos PIN y los fotodiodos de avalancha APD.

Detectores PIN

Este tipo de detectores consiste en un semiconductor compuesto de tres capas las dos capas externos son de una de tipo P y una de tipo N y la que se encuentra en el medio se trata de un semiconductor Intrínseco. De allí proviene su nombre PIN. Este material intrínseco en la práctica se suele colocar como una extensión del material P o del material N.

Detectores APD

Estos son semiconductores de avalancha. Estos fotodiodos al aplicársele un voltaje inverso generan una ganancia de corriente. El funcionamiento de estos detectores semiconductores de avalancha consiste en hacer viajar un electrón y que este se encuentre con un átomo para qué pueda liberar otro electrón. La razón por la que se utiliza semiconductores de avalancha, es porque se requiere que este electrón que es enviado maneje una cantidad de energía suficiente.

Los detectores APD pueden clasificarse de tres tipos, de acuerdo al material del que está formado:

Detectores de silicio

Este tipo de detectores tienen un alto rendimiento y generan bajos niveles de ruido. La alimentación de este tipo detectores está dentro del rango de los 200 V hasta 300 V

Detectores de germanio

Generalmente, trabaja con longitudes de onda dentro del rango de 1000 y 1300 nm, aunque un rendimiento un poco inferior.

Detectores otros materiales

Estos detectores están compuestos los materiales o químicos que se ubican en los grupos III y V de la tabla periódica.

Tipos de pulido de la fibra óptica

Los tipos de pulido van a depender de los conectores que se ubican a los extremos de la fibra óptica pueden clasificarse de acuerdo a su tipo de pulido. Este tipo de pulido va a variar de acuerdo a su forma de conexión.

Plano: este pulido deja los extremos de la fibra de manera lisa y perpendicular a su eje es decir completamente planas.

PC (Physical Contact): Las fibras son terminadas de forma convexa, poniendo en contacto los núcleos de ambas fibras.

SPC (Super PC): es similar a PSP son un poco limas los bordes por lo que queda como una figura triangular sin punta en el centro, sino que queda plana.

UPC (Ultra PC): es igual a SPC pero se llaman aún más los bordes para que solo el centro de la fibra sea la parte plana.

Enhanced UPC: es una versión más perfilada que la anterior, por lo que el contacto debe contar con una extrema precisión.

APC (Angled PC): este tipo de Pulido consiste en realizar un perfil con cierto ángulo este ángulo permite garantizar con mayor exactitud el contacto físico entre los núcleos de ambas partes.

Conectores de la fibra óptica

Los conectores son los elementos que permiten conectar la fibra óptica con los equipos terminales. Estos equipos terminales cuentan con Puertos de Comunicación del Computador para la conexión de fibra óptica. Dependiendo del tipo de puerto, se utiliza entonces un determinado tipo de conector para la conexión de la fibra. Es similar a como sucede con los cables convencionales, por ejemplo con el cable coaxial existen diferentes tipos de conectores y cada uno cumple una función.

En definitiva, los tipos de conectores para la fibra óptica son:

FC
FDDI
LC y MT-Array
SC y SC-Dúplex
ST o BFOC

Los conectores que comúnmente se utiliza en la fibra óptica, específicamente para redes de área local son los conectores ST, LC, FC Y SC.

Cables de fibra óptica

Un cable de fibra óptica consta del grupo de varias fibras ópticas por las que se vean diferentes señales. Cada fibra puede estar enviando grandes cantidades de datos provenientes de fuentes distintas, por lo que un cable de fibra óptica puede estar enviando información proveniente de diferentes servicios al mismo tiempo.

Los cables de fibra óptica son la alternativa más factible para la sustitución de los cables coaxiales en la industria de telecomunicaciones y la industria de electrónica. Incluso un cable que cuenta con 8 fibras ópticas sigue teniendo un tamaño considerablemente inferior a los cables convencionales. Un cable de fibra óptica tiene la capacidad de enviar la información equivalente a la que enviarían 60 cables de cobre de 1623 pares, o bien 4 cables coaxiales de 8 tubos. Adicionalmente, la fibra óptica puede enviar información a mayores distancias sin necesidades de colocar tantos repetidores o amplificadores como sucedería en el caso de utilizar cables de cobre.

También, es importante destacar la diferencia del peso que existe entre el cable de fibra óptica y el cable de cobre. Por ejemplo, un cable de fibra óptica de 8 fibras puede llegar a pesar tan solo 30 kg por cada kilómetro, mientras que el cable coaxial puede llegar a pesar hasta 45 kg por kilómetro. E igualmente, la fibra óptica permite realizar un único tendidos de 2 a 4 kilómetros de distancia. En el caso del cable coaxial sólo permite realizar tendidos de 250 hasta 300 metros.

Ahora bien, también es cierto que la fibra óptica requiere de un revestimiento adicional y otros elementos que brinden refuerzo en la instalación de la misma. Esto se hace con el fin de no poner en riesgo el tendido y, que en un futuro, se presenten rupturas debido a su fragilidad.

Funciones del cable

Estos cables de fibra óptica tienen diferentes funciones. En primer lugar, podemos mencionar que actúa como un elemento que protege a las fibras ópticas internas para que no sufran daños o rupturas que puedan darse al momento de la instalación del cable o bien durante su vida útil, que por lo general es de 20 años.

En segundo lugar, los cables de fibra óptica aportan rigidez mecánica a la fibra óptica interna para que pueda soportar condiciones de tracción compresión torsión y los factores ambientales a los que puede estar expuesta. Es por eso que además del cable, también se incorporan otros elementos para reforzar y aislar a la fibra óptica de estos agentes externos y fuerzas a las que se ve sometida.

Estos cables pueden tener una instalación subterránea, submarina o transoceánica o aerea. Uno de los puntos más críticos de un sistema con cables de fibra óptica es al momento de su intalación, y es por ello que se utilizan ciertos elementos para proteger la fibra de daños.

Elementos y diseño del cable de fibra óptica

La función que va a desempeñar un cable de fibra óptica determinará cómo será su estructura. Sin embargo, aun cuando pueden ser aplicados para diferentes funciones, todos los cables de fibra óptica tienen muchos elementos en común, los cuales son el revestimiento secundario, las fibras internas, los elementos que contribuyen al refuerzo y estructura del cable, la chaqueta que agrupa todos los hilos de fibra y los materiales aislantes contra la humedad. Los revestimientos secundarios pueden dividirse en tres tipos:

Revestimiento ceñido

Este revestimiento generalmente es una maciza corona anular que está fabricado con nylon o poliéster que cubre revestimiento primario. Por lo tanto este revestimiento secundario incrementa el diámetro final de la fibra óptica. La función de este revestimiento es brindar protección contra las microcurvaturas que puedan existir en la fibra óptica. Sin embargo, aun cuando este revestimiento protege contra estas curvaturas, es importante estar atentos al momento de la instalación de la fibra óptica, ya que aun así pueden producirse en el instante de la instalación.

Revestimiento holgado hueco

Este revestimiento cuenta con un espacio sobredimensionado, el cual consta de un tubo hueco que está fabricado de un metal y combinado con plástico. Esto hace que este tubo sea un material duro, pero al mismo tiempo flexible. El propósito de hacer un revestimiento sobredimensionado es que protege a la fibra óptica de vibraciones temperaturas y fuerzas mecánicas.

Revestimiento holgado con relleno

Es el mismo revestimiento mencionado anteriormente, pero en su interior se introduce un material capaz de aislar a la humedad. Al introducir un material hidrofóbico en el interior permite que el agua no pueda llegar a la fibra óptica. Además de brindar protecciones contra vibraciones y otros agentes ambientales también es capaz de soportar ciertas temperaturas. Es común que se utilizan materiales derivados del petróleo o silicona.

Elementos estructurales

Estos elementos son las estructuras que sirven como guía central para el trayecto que debe seguir la fibra óptica. La fibra óptica va bien sea distribuida a lo largo de esta estructura o trenzada alrededor de ella. Generalmente estas estructuras cuentan con canaletas o ranuras que sirven como guía extra para la fibra óptica.

Elementos de refuerzo

Tal como lo indica su nombre, tienen por misión brindar un refuerzo adicional al cable de la fibra óptica con el propósito de aislar, en la medida de lo posible, las fuerzas de tracción a las que se puedan ver sometidas las fibras y, además que no exista una elongación importante que pueda generar rupturas en los núcleos. Adicionalmente de la protección para la elongación, también protege a los cables de fibra óptica contra torceduras y vibraciones. los materiales más comunes utilizados para las estructuras de refuerzo son el Kevlar fibra de vidrio y acero ya que son materiales flexibles pero también cuentan con una solidez.

Funda

Todo cable de fibra óptica cuenta con una funda que comúnmente está fabricada de plástico. Esta funda es la cubierta externa del cable de la fibra óptica y su función es brindar protección al núcleo de los agentes, fuerzas y fenómenos del exterior, como por ejemplo la humedad, temperatura, vibraciones, entre otros.

Los materiales que van a componer nuestras fundas variarán de acuerdo a su instalación y aplicación por ejemplo los cables ópticos que son interoceánicos deben brindar una protección contra humedad, presión atmosférica e incluso contra mordeduras de tiburón. Si se trata de un cable de fibra óptica qué será instalado de forma aérea entonces la funda debe proteger al núcleo contra vibraciones y torceduras generadas por el viento, e igualmente contra temperaturas y humedad. O si finalmente, su instalación será vía subterránea, entonces la funda debe ser un poco más pesada para soportar golpes y presiones dadas por ejemplo, el tránsito vehicular.

Técnicas de empalme

Es común que en tendidos muy grandes, de hasta más de 120 kilómetros, sea necesario realizar empalmes entre fibras, ya que difícilmente exista una fibra continua que cuente con esta longitud. E incluso en el caso de presentarse alguna rotura, es necesario realizar este tipo de reparación.

Los diferentes tipos de empalmes que existen son los siguientes:

Empalme mecánico

Este tipo de empalme consiste en una especie de manguito dónde se introducen las dos fibras y se hace una torsión mecánica para unir los dos núcleos. Estos empalmes generalmente se utilizan de forma provisional o cuándo se considera que no es necesario realizar un empalme por fusión. Las pérdidas relacionadas con este tiempo empalme se encuentran en el orden de 0,5 dB.

Empalme con pegamentos

Se aplica en este caso un pegamento especial transparente que permite unir los dos extremos de la fibra y se protege esta Unión con algún tipo de refuerzo externo. Presenta pérdidas de 0.2 dB, pero no suele ser muy confiable pues el pegamento puede tender a despegarse nuevamente.

Empalme por fusión

Se utiliza una herramienta denominada empalmadora de fusión en dónde se realiza un trabajo más delicado y de mayor precisión. En este trabajo el operador debe preparar previamente la fibra antes de introducir los extremos en esta empalmadora. Esta herramienta tiene la capacidad de visualizar si los extremos tienen algún agente contaminante o si se requiere de una pulitura más fina, o bien si debe existir una mejor alineación entre las fibras. si todos estos requisitos se cumplen entonces procede a calentar únicamente esa zona fundiendo la fibra y uniendo así sus núcleos. Las pérdidas de este empalme son de 0.02 dB.

Atenuación en los cables de fibra óptica

El término atenuación significa las pérdidas de potencia que se dan en la línea de transmisión. Su unidad de medición es el decibelio (dB). En la fibra óptica existen diferentes razones por las que se presenta la atenuación en el cable. Existen dos tipos de pérdidas, las cuales son pérdidas o atenuación intrínseca y atenuación extrínseca.

Las atenuaciones intrínsecas son aquellas que se generan por composición química y otros factores de su fabricación. Es decir, aquellas causas que forman parte de la propia composición del Silicio y Germanio y de los procesos de fabricación del hilo. Por mucho que se puedan continuar mejorando los procesos, no será posible llegar a un hilo de fibra sin atenuación.

En cambio, las atenuaciones extrínsecas son aquellas que se generan por factores externos, como impurezas, malas conexiones, incorrectos pulidos de sus perfiles, empalmes, entre otros. Esta atenuación es o pérdidas se pueden clasificar a su vez de la siguiente forma:

Pérdidas por absorción

Este tipo de atenuación ocurre cuando existe presencia de impurezas dentro de la fibra. Estás impurezas absorben o interrumpen el pasó de luz. Esta absorción suele transformar la luz en energía calórica por lo que se generan pérdidas 1 hasta 1000 dB/km.

Pérdida de Rayleigh

Cuando se está fabricando la fibra óptica existe un momento de su enfriamiento que la fibra no se encuentran en estado líquido y sólido, y es posible que exista una aplicación incorrecta de la tensión cuando se estira esto puede generar irregularidades microscópicas. Estas irregularidades ocasionan la difracción de los haces de luz cuándo transitan por medio de ellas.

Dispersiones

La dispersión ocurre cuando hay una variación en el índice de refracción y por tanto la luz se refracta de forma diferente a la que se esperaba esto sucede por microroturas dentro de la fibra agentes contaminantes o razones intrínsecas de la fibra.

Dispersión intermodal

Este tipo de dispersión ocurre cuando existe una diferencia en el tiempo de propagación de las de luz cuando toman diferentes modos rutas dentro del núcleo de la fibra. También se le puede conocer por el nombre de dispersión modal. Este tipo de dispersión sólo sucede en las fibras multimodo.

Dispersión cromática del material: esto es el resultado de las diferentes longitudes de onda de la luz que se propagan a distintas velocidades a través de un medio dado.

Dispersión cromática 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 dispersión anterior y por lo cual se puede despreciar.

Pérdidas por radiación

Estás pérdidas son generadas por torceduras o dobleces en el tendido de la fibra óptica. Esto por lo general, ocurre al momento de la instalación o cuando se presentan curvaturas dentro de la trayectoria que recorre la fibra óptica.

Pérdidas por acoplamiento

Cuando se realizan empalmes o en los puntos terminales donde se requieren conectores, existirán siempre atenuación. Estas atenuaciones suelen ser bajas, pero no despreciables. Al igual que cuando se presenta una incorrecta alineación entre los núcleos, sin embargo esto si debe ser corregido para evitar el retorno de ondas.

Ventanas de trabajo de la fibra óptica

Estas ventanas de trabajo nos permiten aprovechar parte de la banda de luz infrarroja del espectro electromagnético. En este caso son ventanas en que la longitud de onda están en el orden de los nanómetros. Se ha demostrado en diferentes oportunidades que al operar en estas ventanas de trabajo existe una menor atenuación. Concretamente existen tres ventanas:

1era ventana de trabajo: la longitud de onda está en el orden de los novecientos ochenta nanómetros.
2da ventana de trabajo: en este caso la longitud de onda es de mil trescientos nanómetros.
3era ventana de trabajo: la longitud de onda está en el orden de los mil quinientos cincuenta nanómetros. Esta última ventana se divide en la banda S, banda C y banda L.

Conexiones de la fibra óptica

Existen dos formas de conexiones de la fibra óptica en un sistema de redes. Estas topologías son las redes de punto a punto y las redes de punto a multipunto.

Las redes de punto a punto son aquellas en donde se genera un nodo desde la fuente de la información directamente a las empresas, casa o usuarios que requieran del servicio. Es decir, que entre el usuario y el servicio no existe algún intermediario u otro nodo de la red.

Las redes de punto a multipunto son aquellas que requieren de splitter o separadores ópticos, similares a los que se utilizan para la televisión que nos permiten conectar diferentes televisores aun cuando la cablera sólo entregue un cable coaxial. Entonces, desde el emisor surge una fibra óptica que divide la señal por medio de los splitters ópticos entre dos, cuatro, seis y hasta ocho usuarios. En redes muy amplias, se toma una de estas ocho divisiones para incorporar otro splitter óptico en la red que podrán alimentar a otros 8 usuarios. Sin embargo, estas divisiones tienen un límite y requieren de amplificadores en su trayectoria.

Amplificadores ópticos

Siguen constando de fibras ópticas pero en el proceso de fabricación se dopan con diferentes componentes químicos, especialmente de tierras raras. Uno de los amplificadores de fibra óptica más utilizados es el dopado con erbio.

Este amplificador comúnmente se encuentra como EDFA por su abreviatura en el inglés. Este amplificador opera en la tercera ventana de trabajo, específicamente en la banda C y banda L. Sin embargo, también puede operar en la banda S, pero requiere de otros agentes o componentes químicos adicionales.

La ganancia que brinda a la señal óptico puede ser de quince hasta cuarenta decibelios. Suele constar de una fibra óptica guardada en una carcasa rectangular y puede contar con diez hasta sesenta metros de longitud de fibra dopada.

Resumen

La fibra óptica es un medio de transmisión que envía datos mediante haces de luz. Los principios en los que está basada la fibra óptica son en las leyes de geometría óptica especialmente en la ley de refracción.

En sus inicios se realizaron diferentes estudios que se complementan mutuamente hasta lograr desarrollar la fibra óptica que se conoce hoy en día. En estos estudios se observaron que la transparencia del hilo de la fibra o el núcleo era esencial para disminuir las atenuaciones y lograr las mínimas pérdidas que hoy en día de 0.02dB/Km.

Los componentes con los que se fabrican comúnmente la fibra óptica son el óxido de silicio y germanio. Los componentes del revestimiento que cubren el núcleo son generalmente algún tipo de plástico. Luego, viene un manto que brinda rigidez mecánica que puede ser de Naylon o Kevlar, y por último una chaqueta de plástico que protege todo el cable y aísla de agentes externos a la fibra.

Existen diferentes métodos de fabricación las cuales son:

M.C.V.D (Modified Chemical Vapor Deposition)
V.A.D (Vapor Axial Deposition)
O.V.D (Outside Vapor Deposition)
P.C.V.D (Plasma Chemical Vapor Deposition)

Sin importar el tipo de método que se utilice, es común entre todos estos que se realice el proceso de estiramiento de la preforma.

Las aplicaciones que tienen la fibra óptica son diversas. En las comunicaciones se convirtieron en uno de los medios o líneas de transmisión por excelencia, debido a su gran ancho de banda y la velocidad de transmisión que puede alcanzar, y la confiabilidad o seguridad de la información que aporta este sistema. En sensores que permitan detectar condiciones o parámetros como: temperatura, humedad, presión atmosférica, e incluso para sistema sonares.

También, es utilizada para iluminación como es el caso del endoscopio flexible que utiliza la fibra óptica como medio de guía para la luz a fin de iluminar órganos y poder realizar cirugías poco invasivas o de mayor precisión de forma más cómoda. Igualmente, para efectos decorativos como sucede en los árboles de navidad.

Es posible cambiar los colores que muestra o refleja una fibra óptica variando la longitud de onda o frecuencia que viaja por ella.

Algunas de las ventajas más importantes que presenta la fibra óptica y sus usos son su ancho de banda, la velocidad de transmisión que pueden alcanzar los datos, la inmunidad electromagnética, la disminución de espacio ocupado y peso, alta seguridad de la información.

Aunque, por el otro lado, es una tecnología más avanzada, y por lo tanto de mayor costo, la instalación y mantenimiento son más complejos que los sistemas convencionales, son sumamente frágiles y poco tolerantes a temperaturas, humedad, vibraciones y elongación.

Existen dos tipos de óptica de acuerdo a la cantidad de rudas o modos que pueden transmitir.

Las fibras multimodos son aquellas que pueden enviar diferentes longitudes de onda simultáneamente por diferentes modos, de allí proviene su nombre. En comparación a las fibras monomodo, las fibras multimodo tienen un núcleo más grande y el índice de refracción entre el núcleo y el revestimiento se diferencian, pero por poco. De manera que las ondas viajen en el núcleo rebotando en las paredes del núcleo. Se usan para recorridos o redes de corta distancia. Se suele identificar porque la chaqueta externa es usualmente de color naranja.

Las fibras monomodo son las que tienen sólo una ruta de transmisión y su núcleo es más pequeño en comparación a las fibras multimodos. El modo de transmisión suele ser el eje central del núcleo, dado a que efectúa rebotes con ángulos muy grandes. Se suelen diferencias de las multimodo porque utilizan una chaqueta exterior de color amarillo.

Ahora, de acuerdo a su diseño existen igualmente dos tipos. Las fibras ópticas de estructura holgada son aquellas en que las hebras de fibra óptica se encuentran de forma holgada dentro de los tubos por las que son guiadas. Este tubo puede estar hueco o tener en su interior un material hidrofobico, de manera que sirva como protección a la fibra óptica contra la humedad.

En cambio, los cables de estructura ajustada consisten en la unión de varios hilos de fibra óptica que cuentan de forma individual con un manto y chaqueta. Estos hilos rodean una pieza central y todo este conjunto a su vez es protegido por una capa externa.

En un sistema de comunicaciones hechos por fibra óptica existen algunos componentes que son necesarios para que la transmisión sea exitosa. Entre estos componentes se encuentran los transmisores ópticos como los LEDs o Láseres, los conversores opto-eléctricos que son los encargados de transformar las señales eléctricas en ópticas para poder ser enviadas por la fibra y posteriormente para convertir las señales ópticas que se reciben en eléctricas nuevamente.

También, se encuentra los detectores ópticos que son:

PIN
APD
Silicio
Germanio
Otros materiales

Los tipos de pulido van a depender de los conectores que se ubican a los extremos de la fibra óptica pueden clasificarse de acuerdo a su tipo de pulido.

Plano
PC (Physical Contact)
SPC (Super PC)
UPC (Ultra PC)
Enhanced UPC
APC (Angled PC)

Los conectores son los elementos que permiten conectar la fibra óptica con los equipos terminales. Los conectores que comúnmente se utiliza en la fibra óptica, específicamente para redes de área local son los conectores ST, LC, FC Y SC.

Empalme mecánico: este tipo de empalme consiste en una especie de manguito dónde se introducen las dos fibras y se hace una torsión mecánica para unir los dos núcleos. Las pérdidas relacionadas con este tiempo empalme se encuentran en el orden de 0,5 dB.

Empalme con pegamentos: se aplica en este caso un pegamento especial transparente que permite unir los dos extremos de la fibra y se protege esta Unión con algún tipo de refuerzo externo. Presenta pérdidas de 0.2 dB, pero no suele ser muy confiable pues el pegamento puede tender a despegarse nuevamente.

Empalme por fusión: La empalmadora tiene la capacidad de visualizar si los extremos tienen algún agente contaminante o si se requiere de una pulitura más fina, o bien si debe existir una mejor alineación entre las fibras. Luego, procede a calentar únicamente esa zona fundiendo la fibra y uniendo así sus núcleos. Las pérdidas de este empalme son de 0.02 dB.

Existen elemento que brindan apoyo en la estructura y refuerzo al cable de fibra óptica. Los elementos de estructura los que sirven como guía central para el trayecto que debe seguir la fibra óptica. La fibra óptica va bien sea distribuida a lo largo de esta estructura o trenzada alrededor de ella. Generalmente estas estructuras cuentan con canaletas o ranuras que sirven como guía extra para la fibra óptica.

Los elementos de refuerzo brindan un refuerzo adicional al cable de la fibra óptica con el propósito de aislarla de las fuerzas de tracción a las que se puedan ver sometidas y, además que no exista una elongación importante que pueda generar rupturas en los núcleos.

En las atenuaciones extrínsecas se presentan varias causas, las cuales son:

Pérdidas por absorción
Pérdida de Rayleigh
Dispersiones
Pérdidas por radiación
Pérdidas por acoplamiento

Conclusiones

La fibra óptica es una línea de transmisión que ha permitido una mayor rapidez y eficiencia en la transmisión de datos actualmente. Aun cuando se trata de una tecnología que debe recorre un gran camino para poder sustituir a los sistemas convencionales, sigue siendo en ocasiones la mejor opción para las comunicaciones.

Sin embargo, la fibra óptica es un tipo de tecnología costoso a comparación de los sistemas convencionales porque requiere de equipos y herramientas ópticas que suelen ser de mayor presupuesto. Además requiere de una capacitación apropiada para poder trabajar con la fibra óptica. Además su instalación suele ser un proceso bastante delicado, y la presencia de roturas en la fibra pudiera generar pérdidas considerables si no es tratada a tiempo. Adicionalmente, aún falta desarrollar ciertos equipos para que la tecnología y el sistema sea completamente óptico, ya que por ejemplo, aun no existen memorias ópticas.

Es común que en las redes de fibra óptica existan sistemas de respaldo como de anillo o de anillo doble, que permite que en caso de existir estos incidentes la información pueda viajar en otro sentido, a fin de evitar la interrupción del servicio por un largo período de tiempo mientras se solventa la situación.

Los sistemas de fibra óptica son muy confiables porque resulta ser prácticamente imposible violar la red sin ser detectado o sin interrumpir la transmisión de datos. Es por ello que es común ver fibras ópticas de instalación submarinas entre países aliados, por donde trasmiten la información delicada y secreta.

Lo que distingue a la fibra óptica de otros medios de comunicación en la velocidad de datos y su capacidad de transmisión. Además que garantiza mínimas pérdidas de información debido a que tiene muy poca atenuación en su elemento principal, haciendo que no sea necesario la instalación de tantos equipos de restauración y amplificación dentro del sistema. Dado que la información viaja a la velocidad de la luz, se ha podido ver una migración considerable de grandes empresas a este tipo de tecnología.