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Fibra Óptica
Medios de Transmsión | William Galíndez Arias
Contenido Definición de fibra óptica 1
Datos Históricos de la fibra óptica 1
Aplicaciones más comunes 2
Características 3
Tipos de fibra óptica 7
Funcionamiento 8
Conversión Electro-óptica 10
Tipos de conectores 11
Cable para fibra óptica 12
¿Qué es la fibra óptica?
La fibra óptica es un medio de transmisión
que consiste en un filamento de vidrio muy
fino y flexible, cuyo espesor es como el de
un pelo. La fibra óptica posee un índice de
refracción alto gracias a que está
constituida por un material dieléctrico. La
fibra es capaz de concentrar guiar y llevar
mensajes en forma de haces luminosos o
pulsos de luz que viajan a través del
filamento de un extremo a otro sin sufrir
ningún tipo de interrupción y con pocas
perdidas.
Está formada por una pareja de cilindros
concéntricos, el interior llamado núcleo que
se construye con una alta pureza con el
propósito de obtener una mínima
atenuación y el exterior llamado
revestimiento que cubre el contorno.
La fibra óptica es ampliamente utilizada en
el área de telecomunicaciones debido a que
permiten el envió de diferentes cantidades
de datos a grandes distancias. Este tipo de
medio de transmisión es muy favorable
gracias a su inmunidad a las interferencias
electromagnéticas.
Historia
Los intentos de utilizar la luz como soporte
de transmisión se remontan desde año
1880 en la época de Graham Bell, este
último utilizó un haz de luz para llevar
información obteniendo resultados
desfavorables debido a factores de
atenuación provocados por perturbaciones
externas.
También se tienen antecedentes históricos
respecto a experimentos que buscaban
descifrar la naturaleza de la luz. El físico
John Tyndal descubrió que la luz podía
viajar dentro de un material (agua),
curvándose por reflexión interna
Casi un siglo después, gracias a estudios
físicos sobre óptica, se descubrió una nueva
utilización de la luz, a la que se denominó
rayo láser, que fue aplicado a las
telecomunicaciones con el fin que los
mensajes se transmitieran a altas
velocidades. Sin embargo para la época no
existían los canales adecuados para hacer
viajar las ondas electromagnéticas
provocadas por la lluvia fotonica generada
en la fuente láser. Fue entonces cuando se
focalizaron los estudios a la producción de
un ducto o canal, conocido hoy como la
fibra óptica.
Dada el aporte de haber logrado construir
un cable por el cual se propague la luz sin
que se expanda en todas las direcciones dio
paso a todo el desarrollo de esta nueva
tecnología de fibra óptica
Uno de los primeros usos de la fibra óptica
fue emplear un haz de fibras para la
transmisión de imágenes, en un
endoscopio médico
En 1966, los investigadores Charles K.
Kao y G. A. Hockham, de los laboratorios
de Standard Telecommunications, en
Inglaterra, afirmaron que se podía disponer
de fibras de una transparencia mayor y
propusieron el uso de fibras de vidrio y luz,
en lugar de electricidad y conductores
metálicos, en la transmisión de mensajes
telefónicos, pero las perdidas seguían
siendo un problema.
El 22 de abril de 1977, General Telephone
and Electronics realizó la primera
transmisión telefónica a través de fibra
óptica, en 6 Mbit/s, en Long Beach,
California.
El gran avance se dio cuando se utilizó el
cristal de silicio puro, este tipo de cables
atravesaron los océanos del mundo. El
primer enlace transoceánico con fibra
óptica fue el TAT-8 que comenzó a operar
en 1988, usando un cristal transparente de
modo que los amplificadores para
regenerar las señales débiles se podían
ubicar a distancias de más de 64 kilómetros.
En la actualidad, debido a sus mínimas
pérdidas de señal, la fibra óptica puede ser
usada a distancias más largas que el cobre.
Aplicaciones
Existe un amplio rango de aplicaciones para
la fibra óptica que puede ir desde el área de
comunicaciones hasta usos decorativos:
Medicina: Ha marcado la evolución de las
técnicas de endoscopia tradicionales a
sistemas de fibroscopia. Los fibroscopios
construidos basados en técnicas
optoelectrónicas cuentan con una fibra que
se encarga de transportar la luz al interior
del organismo y la otra lleva una imagen a
un monitor.
Sensores: Debido a que sistemas eléctricos
típicos no funcionan bien en entornos
donde se presenten altas tensiones y
campos que provocan interferencia, la fibra
óptica se perfila como una solución a este
problema debido a su inmunidad a este tipo
de perturbaciones externas. Existen muchos
tipos de sensores con tecnología de fibra
óptica tales como: sensores de presión,
temperatura, aceleración, acústica,
eléctricos entre otros. Una de tantas
ventajas que poseen este tipo de
dispositivos es su flexibilidad geométrica, la
inmunidad ante campos magnéticos, pulsos
Electromagnéticos, ancho de banda grande
y sensibilidad para detectar niveles muy
bajos de determinado tipo de señal.
Otro uso de la fibra óptica es en
aplicaciones de sonar, se han desarrollado
Sistemas hidrofónicos que se utilizan en la
industria de petróleo.
Comunicaciones: La fibra óptica es un
medio de transmisión utilizado en redes de
telecomunicaciones, debido a que por su
flexibilidad este tipo de conductores se
pueden agrupar formando cables, las fibras
usadas para este fin son de plástico o vidrio.
La información viaja en forma de luz.
Redes: La conexión de internet por medio
de la fibra óptica trae consigo grandes
ventajas como la velocidad de intercambio
de información mucho más rápida.
La conexión de una red mediante fibra
óptica aumenta el rendimiento de los
equipos y permite fácilmente la
incorporación de usuarios nuevos a la red.
Se pueden realizar conexiones tipo LAN,
WAN.
Telefonía: Es un campo de crecimiento
vertiginoso y la fibra óptica no ha sido ajeno
a este hecho, pues, actualmente se está
introduciendo el sistema de fibra para el
teléfono, el uso de esta herramienta
permite comunicaciones libre de
interferencias. La fibra dio lugar al uso del
teléfono e internet de manera simultánea
sin perder la conectividad en alguno de los
dos gracias a su ancho de banda superior.
Características
Dimensiones y peso: Una de las
características más importante de la fibra
óptica es su tamaño, en los que por lo
general el revestimiento posee 125 micras
de diámetro, el núcleo es aun más delgado.
La fibra óptica opera como guía de ondas
dieléctrica que funciona frecuencias
ópticas.
Cada filamento está formado por un núcleo
central de plástico o cristal con un
alto índice de refracción, rodeado de una
capa de un material similar con un índice de
refracción l menor. Cuando la luz llega a una
superficie que limita con un índice de
refracción menor, se refleja en gran parte,
cuanto mayor es la diferencia de índices y
más grande el ángulo de incidencia, ocurre
la reflexión interna total.
En el interior de una fibra óptica, la luz se
refleja contra las paredes en ángulos muy
abiertos, de modo que avanza por su
centro. Consecuencia de lo anterior, se
pueden guiar las señales de luz sin grandes
pérdidas por recorrer largas distancias.
Posee resistencia al agua y emisiones
ultravioleta, brinda mayor protección a la
humedad gracias a sus múltiples capas
alrededor, también posee un empaquetado
de alta densidad el cual hace posible utilizar
un número mayor de fibras dentro de un
diámetro menor al de un cable
convencional.
Tipos de fibra óptica
Existen 3 tipos básicos de fibra óptica:
1. Multimodal
2. Multimodal con índice graduado,
escalonado.
3. Monomodal
Multimodal: En este tipo de fibra óptica los
rayos ópticos viajan reflejándose a
diferentes ángulos:
Los haces de luminosos que circulan a
través de una fibra multimodal lo pueden
hacer en un muchas direcciones y modos de
propagación, de lo anterior se desprende
que no todos llegan al mismo tiempo, dada
la naturaleza de esta propagación este tipo
de fibra es útil en aplicaciones cuyas
distancias son cortas.
La fibra multimodal se caracteriza por
poseer en su núcleo un índice de refracción
superior, pero de igual magnitud al
revestimiento
Dependiendo del índice de refracción del
núcleo, se desprende otro tipo multimodal:
Multimodal con índice graduado: En este
tipo el índice de refracción no es constante
en la sección cilíndrica, posee menor
dispersión modal y el núcleo está
compuesto de materiales distintos.
Índice escalonado: La característica
principal en este variación del tipo de fibra
multimodal consiste en que el núcleo tiene
un índice de refracción constante en toda la
sección cilíndrica y contrario al graduado
tiene alta dispersión modal.
Monomodal: Una fibra monomodo solo
permite un solo modo de propagación de la
luz. Lo anterior se logra reduciendo el
diámetro del núcleo de la fibra hasta un
Pueden guiar y transmitir varios rayos de luz por
sucesivas reflexiones.
tamaño de tal manera que sólo se permite
un modo de propagación. Su transmisión es
paralela al eje de la fibra. Su construcción
es más costosa pero tiene la ventaja que
puede ser utilizada para aplicaciones que
requieren grandes distancias de
transmisión. Poseen un ancho de banda
muy elevado.
Funcionamiento
La forma en que funciona la fibra óptica se
explica a la luz de las leyes de Snell, la cual
es una relación matemática que se utiliza
para calcular el ángulo de refracción de
la luz al atravesar la superficie de
separación entre dos medios en los cuales
se propaga la luz o cualquier onda
electromagnética con índice de refracción
distinto.
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,
n2sen θ2 = n1sen θ1
n1= índice de refracción del material 1
n2= índice de refracción del material 2
θ1= es el ángulo de incidencia (grados)
θ2 = es el ángulo de refracción (grados)
En la frontera, el haz incidente se refracta
hacia la normal o se aleja de ella,
dependiendo si n1 es menor o mayor que
n2.
Se tiene entonces que si un rayo ingresa de
un medio menos denso es decir índice
refractivo más bajo a otro más denso
,índice refractivo más alto (n1< n2), el rayo
se refracta con un ángulo menor con
respecto a la perpendicular de la frontera.
Sucede lo contrario cuando un rayo incide
de un medio más denso hacia otro de
menor densidad, el rayo se refracta con un
ángulo mayor con respecto a la
perpendicular de la frontera.
Extrapolando la teoría de de la Ley de Snell
a la fibra óptica, se tiene entonces que Su
funcionamiento se basa en transmitir por el
núcleo de la fibra un haz de luz, de modo
que este no atraviese el revestimiento, sino
que se refleje y siga su propagación. Esto se
consigue teniendo en cuenta los postulados
de Snell: si el índice de refracción del núcleo
es mayor al índice de refracción del
revestimiento, y también si el ángulo de
incidencia es superior al ángulo límite.
Conversión eléctrica-óptica
Para hacer posible la transmisión de
información mediante señales luminosas a
través de la fibra óptica se requiere que en
el punto emisor y receptor existan
elementos para convertir las señales
eléctricas en ópticas y viceversa.
En el extremo emisor la intensidad de una
fuente luminosa se modula mediante una
señal eléctrica y en el extremo receptor, la
señal óptica se convierte en una señal
eléctrica.
Para este proceso de conversión se utilizan
las propiedades de los materiales
semiconductores los cuales poseen dos
bandas de energía, banda de valencia,
banda de conducción, separadas por una
distancia de energía.
Un fotón tiene una energía
h = constante de Plank
γ = Frecuencia del fotón
λ = longitud de onda
V= velocidad de la luz en el medio
En el semiconductor para pasar un electrón
de la banda de valencia a la banda de
conducción, existe energía absorbida por
incidencia de un fotón. Proceso inverso se
realiza para liberar fotones.
E=EC - EV
Donde:
EC energía de un electrón, cuando se
encuentra en la banda de conducción
EV energía de un electrón, cuando se
encuentra en la banda de valencia [2]
Sin pérdida de generalidad los conversores
de electricidad a corriente se limitan a
obtener una corriente a partir de la luz
modulada incidente, la corriente es
proporcional a la potencia recibida, y por
tanto, a la forma de onda de la señal
moduladora.
Se basa en la generación de pares electrón-
hueco a partir de los fotones. El tipo más
sencillo de detector corresponde a una
unión semiconductora P-N.
Tipos de conectores
Los conectores son elementos necesarios
en la instalación de una red o cualquier tipo
de aplicación donde se use fibra óptica. Los
conectores se encargan de acoplar las
líneas de fibra a otro elemento que bien,
puede ser un transmisor o un receptor. Hay
una gran variedad de conectores
disponibles tales como:
Conector SC: Straight Connection. Conector
de inserción directa. Se utiliza en
conmutadores Ethernet. Esta conexión
requiere el pulido de la fibra y la alineación
con el conector.
Conector ST: Straight Tip. Conector
semejante al SC pero requiere un giro del
conector para su inserción.
Conector FC: Conector utilizado en la
transmisión de datos y en las
telecomunicaciones.
Conector LC y MT: Se utilizan en
transmisiones donde la densidad de datos
es muy alta.
Cables de fibra óptica
Se componen por un grupo de fibras ópticas
por el cual se realiza la transmisión de
señales luminosas.
Los cables de fibra óptica proporcionan una
opción alterna a los cables coaxiales. Un
cable con 8 fibras ópticas tiene un tamaño
menor que los utilizados habitualmente,
puede soportar las mismas comunicaciones
que 60 cables de 1623 pares de cobre o
4 cables coaxiales de 8 tubos, todo ello con
una distancia entre repetidores mucho
mayor.
Otra ventaja es que el peso del cable de
fibra óptica es menor que el del cable
coaxial, pues una bobina del cable de 8
fibras pesa aproximadamente 30 kg por
cada km, lo que hace posible instalar
tendidos de 2 a 4 km, por otro lado los
cables de cobre no pueden ser utilizados
distancias superiores a 300 m.
Antenas