FIBRA ÓPTICA


Indice:

1.-Fibra óptica, ¿qué es?

2.- Vídeo Prácticas:

  • Fundamentos de la fibra óptica.
  • Medida de pérdida de potencia, pelado y limpieza de la fibra óptica.
  • Colocación de un conector ST de fibra óptica.

3.- Fibra óptica, lo que también debes saber.

  • Principio de propagación del rayo luminoso.
  • Tipos de fibra óptica.
  • Pérdidas de señal en fibra óptica.
  • Fuentes de luz para fibra óptica.

4.- Conclusión.

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1.- Fibra óptica, ¿qué es?

Un cable de fibra óptica, básicamente consta de hilos muy finos de silicio ultra-puro colocados de forma concéntrica, al central se le llama núcleo y  al otro revestimiento.

El silicio del núcleo posee un índice de refracción ¹ superior al del revestimiento, lo que permite que la luz quede confinada en el núcleo y pueda transmitirse por el mismo sin apenas pérdidas  por refracción, debido a que se refleja en la unión núcleo-revestimiento.

Para proteger la fibra óptica se añaden otras capas como el Buffer y la cubierta.

constitución de fibra óptica
Figura 1. Constitución de una fibra óptica.

2.- Vídeo Prácticas.

2.1.- Fundamentos de la fibra óptica.

Vídeo donde muestro los conceptos de reflexión, refracción y ángulo crítico de una fibra óptica mediante un experimento con un vaso de agua y un puntero láser.

Además, se puede ver la propagación de los modos de luz, la dispersión y las pérdidas de retorno en una fibra óptica simulada con unas barras de metacrilato y un puntero láser.

2.2.- Medida de pérdida de potencia, pelado y limpieza de la fibra óptica.

VideoPráctica en la que muestro como medir las pérdidas de un latiguillo de fibra óptica con un medidor Fluke DSP 2000 y su accesorio para fibra DSP-FOM/DSP-FTK.

Además, se visualiza en un microscopio óptico, conectado a una webcam, el núcleo y revestimiento de la fibra para comprobar su estado en el extremo de un conector ST.

Finalmente se explica el procedimiento de pelado y limpieza de una fibra óptica.

2.3.- Colocación de un conector ST de fibra óptica.

En este vídeo realizo el proceso de conectorización de un conector ST a una fibra óptica monomodo 9/125.
Finalmente se visualiza en un microscopio como ha quedado el pulido del núcleo y revestimiento.

3.-  Fibra óptica, lo que también debes saber.

3.1.- Principio de propagación del rayo luminoso.

El núcleo de una fibra óptica tiene un índice de refracción ligeramente mayor que el revestimiento. La luz que llega al límite entre el núcleo y el revestimiento con un ángulo de incidencia mayor que el ángulo crítico se refleja y continúa su recorrido dentro del núcleo.

Este principio de reflexión total es la base para el funcionamiento de la fibra óptica. El ángulo crítico depende del índice de refracción del núcleo y del revestimiento

Podemos describir un cono imaginario (cono de aceptación) con un ángulo (ángulo de aceptación) relacionado con el ángulo crítico (Figura 2). Si la luz se introduce en el extremo de fibra desde el interior de este cono, está sujeta a la reflexión total y viaja por el núcleo.

Al seno del ángulo de aceptación se le denomina apertura numérica,  que da la capacidad de recoger la luz de la fibra. La luz que llegue al extremo de fibra fuera de este cono se refractará en el revestimiento cuando se encuentre con el límite núcleo-revestimiento, siendo expulsada hacia el exterior.

apertura numérica y ángulo crítico
Figura 2. Angulo de aceptación y crítico. La apertura numérica = sen (angulo de aceptación).

 

3.2.- Tipos de fibra óptica.

El tipo de fibra queda determinado por los diámetro de su núcleo, en las de tipo multimodo, que no sean plásticas, el diámetro del núcleo es de 50 o 62,5 micras y en las monomodo usualmente es de 9 micras. En ambas el revestimiento es de 125 micras.

Tipos de fibra óptica
Figura 3. Tipo de fibra óptica recomendada según diferentes estándares ethernet. Las de tipo monomodo pueden alcanzar distancias superiores a 2 km.

La longitud máxima de un enlace de fibra depende del estándar de transmisión que se utilice, en la Fig. 3 se aprecia algunos de las variantes del estándar ethernet para fibra, por ejemplo con el standard 10GBASE-LX4 sobre fibra monomodo se puede alcanzar hasta 10 km con una velocidad de 10Gbps y con 1000BASE-ZX, 1 Gbps hasta 50 km, también con fibra monomodo.

Fibras multimodo 50/125 de índice gradual.

Estas fibras están diseñadas para ser utilizadas en 1ª y 2ª ventana ¹ ( 850 y 1300 nm). Adecuadas para su uso en aplicaciones de cableado como las Redes de Área Local (LAN) con vídeo, datos y voz, utilizando fuentes de luz LED, VCSEL o Laser Fabry Perot (ver apartado 3.4).

fibra óptica multimodo 50/125
Figura 4. Fibra óptica multimodo 50-125.

Las fibras multimodo también se identifican por un sistema de clasificación determinado por en estándar ISO 11801:  OM1, OM2, OM3 y OM4  el cual está basado en el ancho de banda modal de la fibra multimodo.

Fibras multimodo 62,5/125 de índice gradual

Estas fibras están diseñadas para ser utilizadas a 850 nm y 1300 nm. Adecuadas para su uso en aplicaciones de cableado como las Redes de Área Local (LAN) con vídeo, datos y voz, utilizando fuentes de luz LED, VCSEL o Laser Fabry Perot.

fibra óptica multimodo 62,5 / 125
Figura 5. Fibra óptica multimodo 62,5 / 125
Fibra multimodo plástica

Fibra óptica plástica de salto de índice, diseñada para ser utilizada en 650 nm. Adecuada para distancias cortas, entornos industriales y transmisión de señales de datos a baja velocidad. Su  ventaja es la gran apertura numérica que posee (0.50), que hace que sea fácil de acoplar.

fibra óptica multimodo plástica
Figura 6. Fibra óptica multimodo plástica.
Fibra óptica multimodo PCF 200/230

Fibra óptica multimodo de salto de índice PCF 200/230 micras. Esta fibra está diseñada para ser utilizada en las longitudes de onda de 650 nm y 850 nm. Adecuada para enlaces de vídeo y datos en cortas distancias, sistemas sensores (médicos e industriales) y en iluminación.

Fibra óptica multimodo PCF 200/230
Figura 7. Fibra óptica multimodo PCF 200/230
Fibra óptica monomodo 9/125 – G657

Posee una gran resistencia a las pérdidas adicionales debidas a macrocurvaturas. Ideal para el montaje de cable en el interior de edificios (ICT), cables patchcords y/o cables de interconexión. Adecuada para aplicaciones en redes de acceso “Fibre-To-the-Home” (FTH).

 

fibra óptica monomodo

Figura 8: Fibra óptica monomodo

 

 3.3.- Pérdidas de señal en fibra óptica

pérdidas en fibra óptica

Figura 9. Pérdidas en fibra óptica
Pérdida intrínseca por Dispersión.

Es debida  a las irregularidades submicroscópicas ocasionadas durante el proceso de fabricación. Cuando un rayo de luz se esta propagando, choca contra estas impurezas, se dispersa y refleja.

Dentro de estas pérdidas tenemos

  • Pérdidas por difusión de Rayleigh (por fluctuaciones térmicas del índice de refracción).
  • Imperfecciones de la fibra, particularmente en la unión núcleo-revestimiento, variaciones geométricas del diámetro del núcleo.
  • Impurezas y burbujas en el núcleo.

La dispersión de Rayleigh es responsable de aproximadamente el 90 % de la pérdida intrínseca en las fibras ópticas modernas. Las longitudes de onda más largas (3ª ventana), son menos afectadas que las longitudes de onda más cortas (1ª y 2ª ventana).

Además de producir pérdidas, la dispersión produce retraso entre los distintos modos de luz, lo que hace que se degenere la señal transmitida y se limite la velocidad de transmisión de datos, a esto se le llama dispersión modal ¹.

Pérdida intrínseca por absorción.

Es debida a impurezas tales como iónes metálicos , etc., que absorben la luz y la convierten en calor. Como el  vidrio usado para fabricar las fibras ópticas es ultrapuro, estas pérdidas son muy pequeñas.

Pérdidas extrínsecas por microcurvatura.

Son causadas por imperfecciones microscópicas en la geometría de la fibra resultantes del proceso de fabricación, como la asimetría de rotación, cambios menores en el diámetro del núcleo, o límites desiguales entre el núcleo y el revestimiento. El estrés mecánico, la tensión, la presión o la torsión de la fibra también pueden causar microcurvaturas.

Pérdidas extrínsecas por macrocurvatura.

Se producen cuando se curva la fibra con un radio menor que el radio de curvatura mínimo establecido por el fabricante. Parte de la luz en los grupos de modos de orden superior ya no es reflejada y se pierde.

3.4.- Fuentes de luz para fibra óptica

LED (Light Emitting Diode)

Usado en fibra multimodo para velocidades de hasta 622 Mbps, produce una luz uniforme de salida que llena por completo el núcleo y utiliza todos sus modos de funcionamiento.

VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)

Es una fuente de luz común para soportar las velocidades de transmisión Gigabit en aplicaciones de redes ópticas en edificios a una longitud de onda de 850 nm.

A diferencia de un LED, la salida de luz de un VCSEL no es uniforme.  Como resultado, los láseres no utilizan todos los modos en fibra multimodo sino más bien un conjunto restringido de modos y además, cada láser rellena un conjunto diferente de modos en la fibra y con diferentes valores de potencia en cada modo.

Laser Fabry-Perot

Láser anterior al VCSEL y más caro de fabricar, trabaja en longitudes de onda mayores ( 1300, 1310 y 1550 nm) por lo que se usa fundamentalmente en fibras monomodo.

Fuentes de luz para fibra óptica

Figura 10. Fuentes de luz para fibra óptica

 

Aclaraciones

Índice de refracción (n): es la proporción entre la velocidad de luz en el vacío (c) y su velocidad en un medio específico (v).

F =  c / v

Para el vacío (espacio exterior) es 1, para el aire es 1,003 y para el agua es 1,333. Un valor más alto del índice de refracción  de un material indica que la luz viaja más lenta en ese material.

El índice de refracción para el núcleo es normalmente alrededor de 1,47 mientras que el índice de refracción para el revestimiento es aproximadamente 1,45.

Ventanas de transmisión de la fibra óptica: son las longitudes  de onda (λ), de los emisores de luz utilizados en fibra óptica, se miden en nanometros (nm), y las pérdidas son menores  en  ellas.

longitud de onda (λ)   = velocidad de la luz (c)  / Frecuencia (λ)   –>  λ = c  /  F

Ventanas de la fibra óptica
Figura 11. Ventanas de transmisión de la fibra óptica.

 

Dispersión modal: es una característica de la fibras multimodo que limita su ancho de banda debido al retraso que se produce en los diferentes modos de luz al ser conducidos por la fibra óptica.

dispersión modal
Figura 12. Dispersión modal

La solución a este problema es utilizar un núcleo que tenga un índice de refracción variable, a este tipo de fibra óptica se le llama de índice gradual o gradiente de índice.

Fibra óptica de indice gradual
Figura 13. Fibra óptica de índice gradual o gradiente de índice

 

4.- Conclusión

Trabajar con fibra óptica es el presente del técnico en telecomunicaciones, por tanto debemos manejar los conceptos y procedimientos de trabajo con fibra como manejamos los de trabajo con cable de cobre.

En España la Ley ICT de 2013 introduce la normativa de instalación de fibra en los edificios de nueva construcción, lo que llevará a que en pocos años todos los hogares estén conectados con fibra, esto abrirá el campo a muchas aplicaciones que hasta ahora están vetadas por la limitación de ancho de banda del cable de cobre.

Un Saludo.

leandrogg68

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3 pensamientos en “FIBRA ÓPTICA

  1. Buenos días! .Me gustaría dar un enorme aprobado por interesante información que tenemos aquí en este blog . Voy a volver muy pronto a divertime con esta web.

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  2. Muy claro el articulo, si pueden contestarme me gustaria saber como se dice en espanol core-dip. Se que es una imperfeccion comun en el extremo de las fibras multimode pero no encontre su traduccion,desde ya gracias

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    1. Hola Luisa, no conozco la traducción para esta imperfección, hay características que se nombran con el término anglosajón aunque se haga referencias a ellas en otro idioma, creo es este es uno de esos casos. Gracias por comentar y un saludo.

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