1.4 FIBRA ÓPTICA

Fibras ópticas

La fibra óptica es un medio excelente para la transmisión de información por sus características: gran ancho de banda, baja atenuación de la señal que permite cubrir grandes distancias sin repetidores, integridad -proporción de errores baja (BER: Bit Error Rate)-, inmunidad a interferencias electromagnéticas, alta seguridad⁴ y larga duración -resistente a la corrosión y altas temperaturas-.

Sus mayores desventajas son su coste de producción -superior al resto de los tipos de cable- y su fragilidad durante el manejo en producción.

La terminación de los cables de fibra óptica requiere un tratamiento especial para convertir la señal óptica en eléctrica que ocasiona un aumento de los costes de instalación (``optoelectrónica'').

El medio de transmisión -la fibra óptica- es un conductor de ondas en forma de filamento recubierto por una funda óptica o cubierta. La fibra interior, llamada núcleo, transporta el haz luminoso a lo largo de su longitud gracias a su propiedad de reflexión total interna⁵ (TIR: Total Internal Reflection) y la fibra exterior -con un índice de refracción menor- actúa como jaula para evitar que ésta escape⁶.

La relación entre los índices de refracción del núcleo y de la cubierta depende también del radio del núcleo y se conoce como apertura numérica. Las fibras con una baja apertura solo permiten un único modo de propagación, o camino del haz luminoso, (fibras ``monomodo''), las fibras con una apertura mayor permiten varios modos (fibras ``multimodo'').

La luz normalmente es emitida por un diodo de inyección láser (ILD: Injection Laser Diode) o un diodo de emisión de luz (LED: Light-Emitting Diode). Los ILDs emiten luz coherente, es decir un único rayo de luz, por tanto cada pulso de luz se propaga a través de la fibra en un solo modo, sin dispersión, y se utilizan con fibras monomodo.

Los LEDs generan luz normal no coherente, es decir cada pulso de luz genera múltiples rayos de luz que se propagan en diferentes modos con dispersión -por lo que no se puede usar en grandes distancias- y se utilizan con fibras multimodo⁷.

El equipamiento basado en fibra monomodo e ILDs proporciona un gran ancho de banda y una baja atenuación con la distancia, por lo que se utiliza para transmitir a grandes velocidades y/o a grandes distancias. En cambio el equipamiento basado en fibra multimodo y LEDs resulta más económico y sencillo de implantar.

El vidrio no absorbe igual todas las longitudes de onda, es decir no es igual de `transparente' a todos los colores. En particular las longitudes de onda de menor atenuación se encuentran situadas alrededor de los 850 (multimodo), 1310 (multimodo y monomodo) y 1550 (monomodo) nm y se conocen como primera, segunda y tercera ventana, respectivamente. Todas las ventanas se encuentran en la zona infrarroja del espectro (la parte visible se encuentra entre 400 y 760 nm). Las ventanas que se encuentran a mayores longitudes de onda tienen menor atenuación; sin embargo la menor atenuación va acompañada de un mayor costo de la optoelectrónica necesaria.

Los cables pueden fabricarse en base a fibras recubiertas individualmente (cables de estructura ajustada) o basándose en tubos de material plástico que contienen cada uno hasta 12 o 24 fibras ópticas mezcladas en gel (cables de estructura holgada) y con recubrimiento de fibra de aramida (Kevlar) para grandes tendidos.

La transmisión por una fibra óptica normalmente es simplex; para conseguir comunicación full-duplex es necesario instalar dos fibras, una para cada sentido.

En redes locales se utilizan principalmente fibras multimodo con emisores LED de primera o segunda ventana. Estos equipos son más baratos que los láser, tienen una vida más larga, son menos sensibles a los cambios de temperatura y más seguros. A muy altas velocidades es necesario utilizar emisores láser ya que los emisores de luz normal no pueden reaccionar con la rapidez suficiente, por eso en algunas redes locales (Gigabit Ethernet, Fibre Channel y ATM) se utilizan emisores láser de primera ventana cuando se quiere gran velocidad pero no se requiere gran alcance.

Dado que los cableados de red local no disponen normalmente de fibra monomodo se ha extendido en los últimos años el uso de emisores láser en fibra multimodo, principalmente para Fibre Channel y Gigabit Ethernet.

En redes de área extensa siempre se utiliza fibra monomodo y emisores láser. Actualmente en segunda ventana se puede llegar a distancias de 40 Km y en tercera hasta 160 Km sin amplificadores intermedios. El mayor costo de los emisores se ve en este caso sobradamente compensado por la reducción en equipos intermedios (amplificadores y regeneradores de la señal).

Las últimas tecnologías permiten enviar hasta 100 haces de luz en diferentes longitudes de onda sobre fibra monomodo para multiplicar la capacidad de transferencia: Multiplexación por división de frecuencias (X-WDM).

1.4.1 Cables de fibra óptica

Como ya hemos dicho, cada fibra de vidrio consta de:

• Un núcleo: En sílice, cuarzo fundido o plástico por el cual se propaga la onda.
• Funda óptica o Cubierta: Generalmente de los mismos materiales que el núcleo pero con aditivos que confinan las ondas ópticas en el núcleo.
• Revestimiento de protección: Generalmente de plástico. Asegura la protección mecánica de la fibra.

Las fibras se especifican indicando el diámetro del núcleo y el de la cubierta; las fibras multimodo típicas son de 50/1252#2m y 62,5/1252#2m⁸; las fibras monomodo suelen ser de 9/1252#2m, es decir el núcleo es mucho más estrecho puesto que el haz no se dispersa⁹.

1.4.2 Interconexión de fibra óptica

Para la interconexión de fibras ópticas se utilizan conectores, acopladores y soldaduras. Los conectores y acopladores ofrecen máxima versatilidad pero introducen una pérdida de la señal de 0,5 a 0,75 dB aproximadamente (un 10%). La soldadura o fusión tiene una pérdida de señal muy pequeña, pero ha de llevarla a cabo un técnico especializado con equipo altamente sofisticado.

Un acoplador es básicamente un puente, es decir una transición mecánica necesaria para dar continuidad al paso de luz del extremo de un cable de fibra óptica a otro. Existen acopladores ``híbridos'', que permiten acoplar dos diseños distintos de conector.

En el pasado el conector ST se ha utilizado habitualmente en redes de datos con fibras multimodo. Actualmente el estándar ISO 11801 impone para las nuevas instalaciones el uso de SC Duplex (SC-D) -usado habitualmente en telefonía- pues mantiene la polaridad. Otro conector que se ha utilizado bastante en telefonía es el FC.

Conectores de fibra óptica

Notas al pie

... seguridad⁴

Para interceptar la señal debe cortarse el cable. Con otros tipos de cable se puede capturar la señal, de hecho ocurre sin querer (``interferencias'').

... interna⁵

Debido a la reflexión cuando una onda pasa de un medio a otro es parcialmente reflejada hacia el primero. Cuando la luz pasa de un medio con mayor índice de refracción a uno con menor índice existe un ángulo de incidencia, conocido como ángulo límite, por encima del cual la luz se refleja totalmente.

... escape⁶

Si la fibra fuera un simple hilo de vidrio la superficie exterior podría actuar como superficie de reflexión, aprovechando que el aire tiene un menor índice de refracción que el vidrio -como en la imagen-, pero esto requeriría mantener una capa de aire en torno a la fibra, lo cual es mucho más complejo que simplemente rodearla de un vidrio de menor densidad (e índice de refracción menor).

... multimodo⁷

La luz de una linterna se abre en forma de cono (son haces de luz propagados por distintos modos -caminos-), mientras que un láser no tiene apertura (es un solo haz de luz propagado por un único modo -camino-).

...m⁸

Un cabello humano tiene un diámetro de 80 a 100 2#2m.

... dispersa⁹

De hecho es del mismo orden de magnitud que la longitud de onda de la luz que transmite.

 
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2009-05 Güimi (http://guimi.net)
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