Fibra Óptica

La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos.

Es un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir.

El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser láser o un LED.

Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de radio o cable.

Son el medio de transmisión por excelencia al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, también se utilizan para redes locales, en donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios 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 ondulatoriaEsta 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 corpuscularLa 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 MonomodoUna 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 MultimodoUna 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 un miembro central de refuerzo, y rodeado de una cubierta protectora. El rasgo distintivo de este tipo de cable son los tubos de fibra. Cada tubo, de dos a tres milímetros de diámetro, lleva varias fibras ópticas que descansan holgadamente en él. Los tubos pueden ser huecos o, más comúnmente estar llenos de un gel resistente al agua que impide que ésta entre en la fibra. El tubo holgado aísla la fibra de las fuerzas mecánicas exteriores que se ejerzan sobre el cable.

CABLE DE ESTRUCTURA AJUSTADA

Contiene varias fibras con protección secundaria que rodean un miembro central de tracción, y todo ello cubierto dc una protección exterior. La protección secundaria de la fibra consiste en una cubierta plástica de 900 μm de diámetro que rodea a! recubrimiento de 250 μm de la fibra óptica.

La protección secundaria proporciona a cada fibra individual una protección adi cional frente al entorno así como un soporte físico. Esto permite a la fibra ser conec tada directamente (conector instalado directamente en el cable de la fibra), sin la protección que ofrece una bandeja de empalmes.

CABLE BLINDADO

Tienen tina coraza protectora o armadura de acero debajo de la cubierta de polietileno. Esto proporciona al cable una resistencia exce lente al aplastamiento y propiedades de protección frente a roedores. Se usa fre cuentemente en aplicaciones de enterramiento directo o para instalaciones en entornos de industrias pesadas. El cable se encuentra disponible generalmente en estructura hol gada aunque también hay cables 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 deSnell 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