Bases de la Fibra Óptica

Perfiles de diversas fibras ópticas.

Cuando se propuso la utilización de las fibras ópticas para la transmisión óptica, los mejores vidrios ópticos tenían atenuaciones de varios miles de decibelios por kilómetro. En el año de 1970 se fabricaron fibras ópticas con solamente 20 dB/km. La mínima atenuación alcanzada actualmente es de 0.2 dB/km habiéndose medido a una longitud de onda de 1.55 um. Las fibras ópticas se componen de revestimiento de baja refracción y de un núcleo de elevado índice de refracción, por el que se guía la luz mediante reflexión total en el límite revestimiento-núcleo. Esto es aplicable para fibras ópticas con perfil de salto de índice. En el caso de fibras ópticas con perfil de índice gradual la luz se desvía continuamente hacia el eje de la fibra en las regiones externas con índice de refracción menor. Ambas son fibras ópticas multimodo.

Influencia de la dispersión sobre la forma de la señal.

Existen dos fenómenos que conforman un corto impulso de luz que se propaga por una fibra óptica. La luz puede encontrarse por una parte en diferentes modos y por ello se propaga con velocidades diferentes por la fibra, en este caso se habla de dispersión multimodal; por otra parte el impulso de luz está constituido de componentes con diferentes longitudes de onda. Pero como la velocidad de propagación de la luz en un medio es función de la longitud de onda, entonces las componentes ópticas con diversas longitudes de onda llegan al extremo de la fibra en tiempos diferentes, aunque todas ellas hayan sido inyectadas simultáneamente en la fibra; en este caso se habla de dispersión del material.

En fibras con perfil de índice gradual no se diferencian tan acusadamente los retardos entre los modos individuales, puesto que los modos se propagan en sus zonas limítrofes y debido a los índices de refracción, que son menores allí, con mayores velocidades.

Con una optimización apropiada del perfil del índice de refracción se puede reducir todavía más las diferencias de retardo en tiempo. Teóricamente son posibles ensanchamientos de impulsos debidos a las diferencias de retardo de solamente 10 ps/km; para conseguirlo se hace necesario ciertamente un mantenimiento extremadamente preciso del perfil del índice óptimo de refracción. Las mínimas desviaciones que en la práctica apenas son evitables conducen ya a ensanchamientos sensibles del impulso. Técnicamente hoy en día se dominan valores alrededor de 1 ns/km.

En el caso de fibras monomodo la dispersión multimodal no juega ningún papel, presentándose solamente la dispersión del material como causa del ensanchamiento del impulso, y esto hay que añadirlo en el caso de las fibras multimodo con perfil de salto de índice o índice gradual.

La fibra óptica monomodo no tiene ninguna ventaja si se la compara con las fibras de índice gradual, en el margen de longitud de onda de 850 nm, pues en ambas la dispersión del material conduce a las mismas grandes diferencias de retardo; más bien se podría decir que la fibra monomodo tiene desventajas: su fabricación es más difícil y el acoplamiento óptico está asociado a problemas debido a su mínimo diámetro del núcleo. De todo lo cual se deduce que la fibra óptica con perfil gradual actualmente es, para la transmisión óptica, la más clara favorita entre todas las fibras ópticas posibles.

La ventaja de la fibra monomodo consiste en su mayor ancho de banda, ya que en ella solo hay un único modo y por lo tanto desaparece la dispersión modal. Esta ventaja se aprecia especialmente cuando también se puede mantener pequeña las dispersión del material. En la realidad la dispersión del material decrece con longitudes de onda mayores y alcanza su mínimo con una longitud de onda alrededor de los 1300 nm, siendo entonces solamente un resultado de segundo orden y obteniéndose ensanchamientos del impulso de solamente 0.025 ps/nmkm. En este momento cobra importancia un fenómeno que en las observaciones anteriores no se había considerado: la distribución de campo y constante de propagación de los modos en guíaondas dependen de la relación entre la longitud de onda y la dimensión de la "guíaonda".

Puesto que esta última permanece constante se obtiene una división de cada uno de los modos de la "guíaonda", que es función de la longitud de onda denominada dispersión de la "guíaonda", y que así mismo conduce a una propagación con diferentes velociadades de las fracciones monocromáticas contiguas de un paquete de ondas y, con ello, a un ensanchamiento del impulso.

Los retardos relativos ocasionan ensanchamientos del impulso que, a una velocidad dada, conducen a confluencias de los impulsos que se hacen mayores con rutas de transmisión más largas. De ello resulta una limitación general de la longitud de las fibras ópticas para la transmisión óptica.

Comparación de la atenuación entre diversas guíaondas.

Se realizará una comparación del comportamiento en la transmisión con cables de cobre de banda ancha y con fibras ópticas. La atenuación de los cables de cobre aumenta con la raiz cuadrada de la frecuencia, mientras que en las fibras ópticas existe una dilatada región de

atenuación constante. Precisamente a muy altas frecuencias aumenta acusadamente la atenuación de las fibras ópticas por causa del desmoronamiento de los impulsos por fenómenos de dispersión .

El aumento de la atenuación que se presenta en los cables de cobre hace necesario costosas medidas de ecualización; éstas no son necesarias con las fibras ópticas simplificándose la técnica de transmisión sensiblemente, en tanto que con el ancho de banda exigido se permanezca en el margen de atenuación constante y en correspondencia se elija una fibra óptica apropiada. A lo que se añade que, debido a la mínima atenuación con fibras ópticas, pueden puentearse trayectos de mayores longitudes.

Esto es de gran importancia especialmente en regiones de gran densidad de población puesto que, se hace posible el enlace directo también entre centrales públicas alejadas, la cantidad de los repetidores necesarios desciende.

Medio de Perdidas en dB/km, a media rata de bit de frecuencia (ratas de transmision digital)

Transmision T1 (1.544 Mbs/s) T2 (6.312 Mbs/s) T3 (44.736 Mbs/s)

Par de alambre entorchado. 26 gauge 24 48 128

Par de alambre entorchado. 19 gauge 10.8 21 56

Cable coaxial 0.375"-diam. 2.1 4.5 11

Fibra Optica l=0.82lmm 3.5 3.5 3.5

Cables para las telecomunicaciones ópticas.

Las fibras ópticas son totalmente inadecuadas en su estado bruto, después del proceso de fabricación, para su tendido por las canalizaciones de la compañía telefónica; más bien tienen que fabricarse fibras ópticas de forma similar a como se fabrican las líneas de cobre y las guíaondas, que en sus propiedades mecánicas son comparables a los cables metálicos. Para alcanzar este objetivo tendrían que aumentarse por una parte la resistencia a la tracción de las fibras ópticas y por otra parte impulsarse su facilidad de cableado. La resistencia a la tracción de una fibra óptica que se ha estirado recientemente decrece rápidamente debido a microfisuras y a la influencia de la humedad. Se originan diminutos daños microscópicos sobre el revestimiento que penetran lentamente en el interior y disminuyen continuamente la tenacidad; para evitarlo y en conexión con el proceso de estirado se deposita directamente sobre la cubierta de la fibra una capa protectora de una resina orgánica, por ejemplo un hidrocarburo sustituido de flúor como el teflón .