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FIBRA ÓPTICA
| Date post: | 07-Jul-2015 |
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FIBRA ÓPTICA
La fibra óptica es un medio de transmisiónempleado habitualmente en redes de datos.
Es un hilo muy fino de material transparente,vidrio o materiales plásticos, por el que seenvían pulsos de luz que representan los datosa transmitir.
El haz de luz queda completamente confinado yse propaga por el interior de la fibra con unángulo de reflexión por encima del ángulo límitede reflexión total, en función de la ley de Snell.La fuente de luz puede ser láser o un LED.
Las fibras se utilizan ampliamente entelecomunicaciones, ya que permitenenviar gran cantidad de datos a una grandistancia, con velocidades similares a lasde radio o cable.
Son el medio de transmisión porexcelencia al ser inmune a lasinterferencias electromagnéticas,también se utilizan para redes locales,en donde se necesite aprovechar lasventajas de la fibra óptica sobre otrosmedios de transmisión.
NATURALEZA DE LA LUZ
La luz presenta una naturaleza compleja:
depende de cómo la observemos se
manifestará como una onda o como una
partícula.
Sin embargo, para obtener un estudio
claro y conciso de su naturaleza,
podemos clasificar los distintos
fenómenos en los que participa según su
interpretación teórica:
TEORÍA ONDULATORIA
Esta teoría, desarrollada por Christiaan
Huygens, considera que la luz es una onda
electromagnética, consistente en un campo
eléctrico que varía en el tiempo generando a
su vez un campo magnético y viceversa
TEORÍA CORPUSCULAR
La teoría corpuscular estudia la
luz como si se tratase de un
torrente de partículas sin carga
y sin masa llamadas fotones,
capaces de portar todas las
formas de radiación
electromagnética.
LEYES DE LA ÓPTICA Y
DEFINICIONES
Óptica geométrica: estudia los fenómenos que se
producen cuando un haz de radiación luminosa incide sobre
cuerpos transparentes u opacos, o interfiere con otras
radiaciones luminosas. Su teoría, que es de origen
geométrico, presupone que la luz se propaga en línea recta
en un medio homogéneo.
Óptica ondulatoria: se ocupa de los fenómenos de
difracción, interferencia y polarización, que pueden
explicarse admitiendo la naturaleza ondulatoria de la luz.
Supone que la luz se propaga según ondas transversales.
Los rayos luminosos son las trayectorias perpendiculares a
la superficie de la onda.
TIPOS DE FIBRAS
FIBRA MONOMODO
Una fibra monomodo es una fibra óptica en la que
sólo se propaga un modo de luz.
Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la
fibra hasta un tamaño (8.3 a 10 micrones) que sólo
permite un modo de propagación. Su transmisión
es paralela al eje de la fibra. Este tipo de fibra
monomodo permiten alcanzar grandes distancias
(hasta 400 km máximo, mediante un láser de alta
intensidad) y transmitir elevadas tasas de
información (decenas de Gb/s).
FIBRA MULTIMODO
Una fibra multimodo es aquella en la que los haces de luz
pueden circular por más de un modo o camino. Esto
supone que no llegan todos a la vez. Una fibra multimodo
puede tener más de mil modos de propagación de luz. Las
fibras multimodo se usan comúnmente en aplicaciones de
corta distancia, menores a 1 km; es simple de diseñar y
económico.
El núcleo de una fibra multimodo tiene un índice de
refracción superior, pero del mismo orden de magnitud, que
el revestimiento. Debido al gran tamaño del núcleo de una
fibra multimodo, es más fácil de conectar y tiene una mayor
tolerancia a componentes de menor precisión.
Índice escalonado
En este tipo de fibra, el núcleo tiene un índice de refracción
constante en toda la sección cilíndrica, tiene alta dispersión
modal.
Índice gradual
Mientras en este tipo, el índice de refracción no es
constante, tiene menor dispersión modal y el núcleo se
constituye de distintos materiales.
Además, según el sistema ISO 11801 para clasificación de
fibras multimodo según su ancho de banda se incluye el
formato OM3 (multimodo sobre láser) a los ya existentes
OM1 y OM2 (multimodo sobre LED).
OM1: Fibra 62.5/125 µm, soporta hasta 1 Gigabit Ethernet
(1 Gbit/s), usan LED como emisores
OM2: Fibra 50/125 µm, soporta hasta 1 Gigabit Ethernet (1
Gbit/s), usan LED como emisores
OM3: Fibra 50/125 µm, soporta hasta 10 Gigabit Ethernet
(300 m), usan láser (VCSEL) como emisores.
ESTRUCTURAS DE LA FIBRA OPTICA
CABLE DE ESTRUCTURA HOLGADA
Consta de varios tubos de fibra rodeando unmiembro central de refuerzo, y rodeado de unacubierta protectora. El rasgo distintivo de estetipo de cable son los tubos de fibra. Cada tubo,de dos a tres milímetros de diámetro, llevavarias fibras ópticas que descansanholgadamente en él. Los tubos pueden serhuecos o, más comúnmente estar llenos de ungel resistente al agua que impide que ésta entreen la fibra. El tubo holgado aísla la fibra de lasfuerzas mecánicas exteriores que se ejerzansobre el cable.
CABLE DE ESTRUCTURA AJUSTADA
Contiene varias fibras con protección secundaria querodean un miembro central de tracción, y todo ellocubierto dc una protección exterior. La protecciónsecundaria de la fibra consiste en una cubiertaplástica de 900 μm de diámetro que rodea a!recubrimiento de 250 μm de la fibra óptica.
La protección secundaria proporciona a cada fibraindividual una protección adicional frente al entornoasí como un soporte físico. Esto permite a la fibra serconectada directamente (conector instaladodirectamente en el cable de la fibra), sin la protecciónque ofrece una bandeja de empalmes.
CABLE BLINDADO
Tienen tina coraza protectora o armadura deacero debajo de la cubierta de polietileno.Esto proporciona al cable una resistenciaexcelente al aplastamiento y propiedadesde protección frente a roedores. Se usafrecuentemente en aplicaciones deenterramiento directo o para instalaciones enentornos de industrias pesadas. El cable seencuentra disponible generalmente enestructura holgada aunque también haycables de estructura ajustada.
REPRESENTACION DEL RAYO OPTICO
Relación que puede escribirse:
donde: c, es la velocidad de la luz (3.000.000.000
m/s) en el aire. v, es la velocidad de la luz en un
material especifico. n es el índice de refracción.
Cuando un rayo incide en la frontera entre dos
medios con diferentes índices de refracción, el
rayo incidente será refractado con distinto
ángulo, según la ley de refracción de Snell:
LA REPRESENTACION DE LA LEY DE
SNELL SE MUESTRA EN LA FIGURA QUE SE ENCUENTRA A
CONTINUACION:
REPRESENTACION GRAFICA DEL RAYO
INCIDENTE
REPRESENTACION GRAFICA
MODOS DE PROPAGACION EN GUIA DE ONDA
CIRCULARES
MODO DE PROPAGACION CIRCULAR TEM
En este modo se observa que los patrones de
distribución de los campos dominantes en la
guía rectangular y la circular son muy
similares ,particularmente en el centro de
ambas guías .
Esta estructura que transforma el modo
dominante TE de la circular y viceversa , se
emplea en la fabricación de dispositivos de
microondas .
DIAGRAMA
MODO TM
DIGRAMAS DE FIBRA OPTICA
INTENSIDAD DE LUZ PROPAGADA
ECUACIONES
A las fibras ópticas también se les llama guías
dieléctricas de onda, a diferencia de las guías
metálicas o huecas pueden guiar ondas a diferentes
frecuencias.
En general. El tipo de luz que viaja por una fibra es
invisible, ya que las frecuencias empleadas
corresponden al infrarrojo cercano o al infrarrojo lejano
en el espectro electromagnético. Estas frecuencias
usadas para transmitir luz por fibra óptica son unas
dos veces mas bajas que las frecuencias visibles.
Los tres tipos fundamentales de fibras ópticas
a) Monomodo de índice escalonado
b) Multimodo de índice escalonado
c) Multimodo de índice gradual
Con el fin de optimizar la entrega de
potencia a una fibra optica y la
transmision de la señal a lo largo de ella,
es deseable que la fuente de luz cumpla,
en primer lugar, con los dos siguientes
requerimientos basicos:
Anchura Espectral Angosta
Alta Coherencia Espacial
ANCHURA ESPECTRAL
La anchura espectral esta relacionada
directamente con la dispersion cromatica, ya
que la potencia entregada por la fuente
luminosa no es emitida en una sola longitud
de onda, sino que sta distribuida en distintas
longitudes alrededor de la longitud de onda
central.
La anchura espectral se define como la
diferencia relativa en nanometros entre los
puntos donde la potencia emitida se
reduce al 50% con relacion a la maxima.
Hay dos tipos de fuentes y ambas
funcionan con diodos semiconductores.
La primera es el “LED” o diodo emisor de
luz(tambien llamado diodo de efecto
luminiscente). La segunda es el “LD” o
diodo laser(tambien llamada laser de
inyeccion o laser semiconductor).
El LD tiene una anchura espectral muchamas angosta que el LED; por tal razon, sedice que el primero es una fuente concoherencia temporal o causi-monocromatica y que el segundo es unafuente no coherente. Los materialessemiconductores que se utilizan parafabricar estas fuentes opticas son:
Los LEDs se utilizan comunmente en la
primera y segunda ventanas de
operacion,, y los LDs en la segunda y
tercera entradas.
El diodo laser amplifica la intensidad de la
luz por emisones estimuladas, en forma
parecida a otros tipos de laseres que se
usan en amplificaciones muy diferentes.
Para que dicho efecto laser pueda
producirse ne el material semiconductor
es necesario que haya una cavidad
resonante, de manera similar a los que se
estudio de las guias huecas.
La cavidad resonante consisten en dos
espejos planos paralelos y resive el
nombre de cavidad Fabry-Perot. Los
fotones de luz viajan muchas veces de ida
y regreso, reflejandose sobre los espejos;
ademas, en el medio hay “inversion de
poblacion”, o sea que los fotones generan
otros fotones en fase en cada trayecto de
su rebote sucesivo. El resultado final es la
amplificacion de la luz.
De todo lo anterior se concluye que el LD es muy superior operativamente al LED. Sin embargo hay que notar que su precioes mayor, su vida util es mas corta y esmas sencible a las variaciones de temperatura con relacion al diodo emisorde luz. Para distancias cortas y redeslocales, el LED es suficiente. En cambio, para enlaces de larga distancia, el laser semiconductor es obligado, por su altacoherencia espacial y temporal, ademasde contar con un alta eficiencia electro-optica y una gran capacidad de modulacion.
