Fibra óptica

Tecnología. Tipología fibras. Multimodo y monomodo. Aplicaciones. Fotoemisores y fotoreceptores. Comunicaciones

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La fibra óptica.

Se ha demostrado que las ondas electromagnéticas de la luz tienden a viajar mas fácilmente a través de un medio con un índice de refracción alto, por lo que el material óptico debe ser el que más elevado índice de refracción tenga dentro de la fibra óptica.

El tema del índice de refracción de uno mayor que el otro es para que se produzca el fenómeno reflexión interna total, que es la “gran culpable” de las altas velocidades que se pueden alcanzar.

El diámetro de este material puede llegar a tener un diámetro de 125 micras.

TIPOS DE FIBRAS.

La luz dentro de la fibra óptica se guiará de varias formas. Según sea, está será:

  • Multimodo: -- Índice de escalón (o abrupto)

Durante la transmisión la luz choca contra las paredes de la cubierta, siendo reflejada en cada choque hacia el núcleo. Este sistema es mas económico y el mas fácil de construir, pero tiene como inconvenientes que ofrece un ancho de banda mas estrecho (debido a la dispersión modal) y una mayor atenuación.

-- Índice gradual: Tiene como diferencia del anterior caso que el índice de refracción del núcleo va variando desde el eje hacia fuera. Así obtenemos un ancho de banda mayor que el anterior y también conseguimos menor atenuación

Cuando la información nos llega distorsionada es por la superposición de los rayos de luz dentro de la fibra, a este hecho se le llama dispersión modal. Es por este hecho por lo que las fibras ópticas de índice de escalón tienen un ancho de banda mas estrecho.

  • Monomodo: En este tipo de fibra el núcleo es muy fino con un diámetro de pocas micras atravesadas por una única dirección de los rayos de luz. Con este método de única dirección se elimina “la molestia” de la dispersión modal y se consigue un ancho de banda mayor y con menor atenuación. Como inconveniente tenemos la dificultad de la comunicación con las fuentes emisoras, debiendo ser estas de alta calidad, motivo por el que este tipo de fibra resulta más caro.

Este tipo de fibras se utiliza en comunicaciones de media y larga distancia y en enlaces intercontinentales en los que existe una elevada transmisión de datos, lo que conlleva una justificada inversión.

El hecho de que se elimine la dispersión modal tiene que ver con el ángulo de admisión de entrada que es tan estrecho que casi coincide con el eje horizontal de la fibra, entrando los rayos de luz en línea recta.

Existen algunos casos en los que la fibra óptica puede perder facultades. Por ejemplo en el efecto de la polarización, que es la modificación que sufren los rayos

reflejados y reflexionados cuando se calienta la fibra óptica

También se puede perder eficacia por la propia fibra óptica que absorba parte e la energía transportada debido a iones de impurezas.

Por el efecto de esparcimiento Rayleigh también se pierde eficacia., debido a que el material de las fibras no es homogéneo y al estar sus partículas distribuidas aleatoriamente tiene a dispersarse la luz, con su lógico debilitamiento.

APLICACIONES

  • Fibras de Alta calidad: Utilizadas en largos enlaces de telecomunicaciones

Formarían parte de este grupo las del tipo multimodo de índice gradual y las fibras monomodo, aplicables como enlaces interurbanos

Las características de las fibras de alta calidad multimodo y monomodo están recogidas en el CCITT.

Características multimodo para 850 nm.:

      • El valor mas utilizado es el de 50 m.

      • La superficie de la cubierta tiene un valor nominal de 125m

      • El error de concentridad entre el núcleo y el revestimiento no supera el 6%.

      • La apertura numérica de estas fibras debe ser entre 0,18 y 0,23 trabajando en la región de 850 nm. (primera ventana) y entre 0.15 y 0.30 en la región de 1300 nm. (segunda ventana).

Características monomodo para 1300

      • El diámetro del núcleo puede oscilar entre 8 y 10 m

      • El diámetro de la cubierta suele ser igual para fibras multimodo de alta calidad de 125 m

      • El error de concentridad oscila entre 0.5 y 0.2 m.

En las fibras de corto y medio alcance se pueden incluir también las fibras de índice gradual y las de salto de índice, las cuales se pueden dividir en:

  • Fibras de núcleo de sílice y cubierta de plástico(económica.Amplio diámetro)

  • Fibras con núcleo y cubierta de vidrio.

FOTOEMISORES Y FOTORECEPTORES.

Los diodos LED emiten una radiación tal que los rayos emitidos penetran en la fibra con distintos ángulos de incidencia, por lo que utilizaremos fibra multimodo (existe dispersión modal).

Hay dos tipos de LEDs de alta radiación o alta eficiencia, y son:

  • De emisión de superficie: Tienen restringida la emisión a pequeña zona de superficie del diodo logrando así su alta radiación.

Tienen un diámetro de 50  muy compatibles con las fibras de alta calidad.

  • De emisión por esquina (ELED): Emiten su radiación por una ranura y es más direccional que la del anterior caso, teniendo a su vez, menores pérdidas por acoplamiento a la fibra. Tienen limitación de velocidad máxima a la que se les puede modular, por lo que se emplean en enlaces de baja frecuencia.

-- Los diodos láser son diodos que emiten radiación coherente, lo que quiere decir con rayos con trayectorias paralelas, ideales para utilizar en fibras monomodo.

Los fotorreceptores más utilizados con fibras ópticas son:

  • Fotodiodos PIN: Se utilizan en enlaces de corta distancia y baja frecuencia aunque también se pueden utilizar con frecuencias altas

  • Fotodiodos APD: Utilizados para media y larga distancia. Los empleamos cuando la señal es débil y la frecuencia muy elevada, ya que detectan la señal y además la amplifican

VENTAJAS DE LA FIBRA ÓPTICA

  • Como podemos utilizar frecuencias muy altas en los canales de luz podemos -transmitir información sin que se interfieran a gran velocidad y cantidad..

  • Al ser rayos de luz lo que transmitimos, no tendremos interferencias ( tampoco las crearemos) por descargas eléctricas, rayos, campos magnéticos, ...

  • La atenuación (“perdida de facultades”) cada vez es menor , para evitarla se instalan repetidores cada 30 Km.

  • El peso la flexibilidad, el tamaño y se precio hacen que cada día se extienda mas su utilización

  • Debido a que el material de la que esta fabricada, silicio, se encuentra en abundancia en la naturaleza, estamos ante un caso en el que conforme se avance en su fabricación y producción industrial su coste irá aminorando.

EVOLUCIÓN DE LAS COMUNICACIONES.

En la década de los años 70 la comunicación entre centros militares y científicos paso de los 56 Kb/seg sobre el par de cobre ( que se utilizaba sobre el predecesor de Internet , llamado Arpanet )al Gb / seg. en las por entonces novedosas comunicaciones por fibra óptica.

Las comunicaciones se habían multiplicado en mas de 100 veces su potencial en cada década. Y eso teniendo en cuenta que la velocidad ya no esta limitada por el medio físico, ya que sobre fibra óptica podemos conseguir mas de 50.000 Gigabits / segundo

sino por la lentitud de los ordenadores para convertir las señales eléctricas en señales ópticas.

Las telecomunicaciones habrán dado un paso casi definitivo cuando se pueda utilizar apenas una centésima parte de esa asombrosa capacidad.

Hasta ahora la tecnología utilizada comúnmente en las redes de cable española para transmitir los datos a través de la fibra óptica es la JDP. Con esta tecnología es posible conseguir grandes capacidades de transmisión , pero el siguiente paso en aplicar se denomina DWDM y permitirá la transmisión de alrededor de 32 portadoras de información a través de la misma fibra. De este modo las comunicaciones seguirán avanzando.

El uso de la fibra óptica ya no solo se utiliza para la comunicación entre centrales de datos, sino que se está viendo reflejado en las nuevas tecnologías de televisión digital ya que ofrece innumerables posibilidades de trabajo y diversión.

Las empresas encargadas de estas instalaciones ofrecen una capacidad de transmisión que solo la fibra óptica puede ofrecer. Se trata de un canal con un ancho de banda cercano a los 800 MHz., que supera con creces a cualquier otra red utilizada.

La comparación queda un poco “ridícula” pero de los 56 Kb / seg. de la línea convencional telefónica frente a los 30 Mb / seg de estas nuevas tecnologías , la verdad es que no habría que pensarse el cambio si no fuera por el elevado precio que tienen, (aunque con el tiempo será de uso común).

Las operadoras que apostaron por estas técnicas fueron l Asociación de Operadores de Cable (AOC) y la popular ONO. Telefónica por ahora está ultimando su oferta

AEROPISTAS DE LA INFORMACIÓN.

Nada de cables, nada de ondas, nada de hacer señales visuales o sonoras... Ahora un sencillo haz de luz- invisible para el ser humano- transmite la información (datos, voz, imagen,...) de una forma limpia (inocua) y rápida.

Acceder a Internet a alta velocidad ( mas de 2 Mb/seg) es una de las posibilidades de la tecnología óptica inalámbrica que utiliza la empresa española Alúa. y también la interconexión entre redes de área local, (LAN) o el poder disponer de un servicio de TV digital Interactiva.

La base de esta tecnología se desarrolló en EEUU. En España, Alúa la integra con otras para crear un red que está operativa y ofrece servicio “ aunque se han hecho pruebas en otros países se trata de la primera red comercial en el mundo que utiliza esta tecnología”. afirma Francisco Ros presidente de la compañía.

Actualmente está implantada en Madrid (hay una zona de cobertura de unos 9.000 edificios que aumenta en función de la demanda), y a finales de año está previsto instalarla en Barcelona, Sevilla, Valencia y Zaragoza.

Fibra óptica
Unos nodos ópticos distribuidos en las azoteas de los edificios se conectan entre si hasta formar una malla óptica. Un haz de luz surge de un nodo emisor y se enfoca a uno receptor ubicado en otra azotea al que le llega la información. Cada nodo tiene cuatro plataformas (con su emisor y receptor) orientables , de modo que sea posible conectar edificios a distinta altura.

Están preparados entre si entre 200 y 300 metros y puede llegar hasta 450 si la ciudad no sufre nieblas.

A esta tecnología le afecta lo que a cualquier longitud de onda visible, pero si algún obstáculo se interpone durante mas de dos segundos en “su camino”, el nodo se reorienta para no interrumpir la conexión.

En ocasiones si los nodos no se encuentran en visión directa se pueden saturar ya que tienen que enviar mas que pueden.

En las ciudades, el problema de las telecomunicaciones no es cubrir la ultima milla, sino los últimos metros que van desde la vía publica a los edificios.

El alto coste de abrir zanjas en la calle o la lentitud del proceso para cumplir los tramites de administración hacen que no todos los operadores estén en condiciones de llegar a todos los sitios. La instalación de este innovador sistema es cuestión de días.

Ahora que esta el tema de las radiaciones de las antenas telefónicas, hay que decir que este sistema no produce emisiones “peligrosas”

Alúa (la empresa) combina la tecnología óptica inalámbrica con una red de fibra óptica, de la que posee cinco anillos bajo tierra, mas de cien kilómetros operativos. En ella se ubican los llamados puntos de conexión. Allí es donde se maneja la información que será transmitida mediante los nodos ópticos a un equipo distribuidor y por ultimo será este quien por medio de unos “cables” nos la lleve a la puertas de las oficinas o domicilios.

Para interpretar la señal y convertirla en información, está se reconvierte con las características necesarias para que el emisor la pueda enviar. Baja a la red y se transmite por la fibra con una tecnología llamada SDH ( estándar de televisión por fibra).

Cada nodo ofrece 622 megas de ancho, aunque este depende del equipo terminal (hasta 50 megas) y de la cantidad que solicita cada oficina o vivienda. Para bajar archivos de 5 ó 6 megas lo hace de forma instantánea y es posible operar con ellos de forma interactiva.

Resulta útil para empresas, por el volumen de información que manejan pero también para tele-trabajadores de profesiones como la imagen ,video, publicidad, arquitectura,....

Nodo con sus

4 plataformas

Orientables