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La fibra optica es una fibra flexible, transparente , hecha al embutir o extrudir vidrio ( silice ) en un diametro ligeramente mas grueso que el de un cabello humano promedio. ^{[ 1 ]} ​ Son utilizadas comunmente como un medio para transmitir luz entre dos puntas de una fibra y tienen un amplio uso en las comunicaciones por fibra optica , donde permiten la transmision en distancias y en un ancho de banda (velocidad de datos) mas grandes que los cables electricos. Se utilizan fibras en vez de alambres de metal porque las senales viajan a traves de ellas con menos perdida ; ademas, las fibras son inmunes a la interferencia electromagnetica , un problema del cual los cables de metal sufren ampliamente. ^{[ 2 ]} ​ Las fibras tambien se usan para la iluminacion e imagineria , y normalmente se envuelven en paquetes para introducir o sacar luz de espacios reducidos, como en el caso de un fibroscopio . ^{[ 3 ]} ​ Algunas fibras disenadas de manera especial se usan tambien para una amplia variedad de aplicaciones diversas, algunas de ellas son los sensores de fibra optica y los laseres de fibra. ^{[ 4 ]} ​

Tipicamente, las fibras opticas tienen un nucleo rodeado de un material de revestimiento transparente con un indice de refraccion mas bajo. La luz se mantiene en el nucleo debido al fenomeno de reflexion interna total que causa que la fibra actue como una guia de ondas . ^{[ 5 ]} ​ Las fibras que permiten muchos caminos de propagacion o modos transversales se llaman fibras multimodo (MM), mientras que aquellas que permiten solo un modo se llaman fibras monomodo (SM). Las fibras multimodo tienen generalmente un diametro de nucleo mas grande ^{[ 6 ]} ​ y se usan para enlaces de comunicacion de distancia corta y para aplicaciones donde se requiere transmitir alta potencia. Las fibras monomodo se utilizan para enlaces de comunicacion mas grandes que 1000 metros. ^{[ 7 ]} ​

Ser capaces de unir fibras opticas con perdida baja es importante en la comunicacion por fibra optica. ^{[ 8 ]} ​ Esto es mas complejo que unir cable electrico e involucra una adhesion cuidadosa de las fibras, la alineacion precisa de los nucleos de las fibras y el acoplamiento de estos nucleos alineados. Para las aplicaciones que necesitan una conexion permanente se hacen empalmes de fusion. En esta tecnica, se usa un arco electrico para fundir los extremos y asi unirlos. Otra tecnica comun es el empalme mecanico, donde el extremo de las fibras se mantiene en contacto por medio de una fuerza mecanica. Las conexiones temporales o semi-permanentes se hacen por medio de un conector de fibra optica especializado. ^{[ 9 ]} ​

El campo de la ciencia aplicada y la ingenieria encargado del diseno y la aplicacion de las fibras opticas se llama optica de fibras . El termino fue acunado por el fisico hindu Narinder Singh Kapany , quien es ampliamente reconocido como el padre de la optica de fibras. ^{[ 10 ]} ​

Tipos de fibra optica [ editar ]

Las fibras monomodo estan compuestas de un hilo de nucleo de muy pequeno diametro (8,3 um) que soporta un solo modo de transmision luminosa. La fibra multimodo precisa una electronica y conectores mas baratos, si bien el costo de la fibra suele ser superior a la monomodo. Las fibras multimodo se utilizan en redes a distancias menores a 500 metros.

Historia [ editar ]

Los antiguos griegos usaban espejos para transmitir informacion, de modo rudimentario, usando luz solar. En 1792, FABIO diseno un sistema de telegrafia optica, que, mediante el uso de un codigo, torres y espejos distribuidos a lo largo de los 200 km que separan a Lille de Paris , conseguia transmitir un mensaje en tan solo 16 minutos.

Aunque en 1820 eran conocidas las ecuaciones por las que se rige la captura de la luz dentro de una placa de cristal lisa, no seria sino 90 anos mas tarde (1910) cuando estas ecuaciones se aplicaron hacia los llamados cables de vidrio gracias a los trabajos de los fisicos Demetrius Hondros y Peter Debye en 1910. ^{[ 11 ]} ​

El confinamiento de la luz por refraccion , el principio que posibilita la fibra optica, fue demostrado por Jean-Daniel Colladon y Jacques Babinet en Paris en los comienzos de la decada de 1840. El fisico ingles John Tyndall descubrio que la luz podia viajar dentro del agua , curvandose por reflexion interna, y en 1870 presento sus estudios ante los miembros de la Real Sociedad de Londres . ^{[ 12 ]} ​ A partir de este principio se llevaron a cabo una serie de estudios, en los que se demostro el potencial del cristal como medio eficaz de transmision a larga distancia. Ademas, se desarrollaron una serie de aplicaciones basadas en dicho principio para iluminar corrientes de agua en fuentes publicas. Mas tarde, el ingeniero britanico John Logie Baird registro patentes que describian la utilizacion de bastones solidos de vidrio en la transmision de luz, para su empleo en su sistema electromecanico de television en color. Sin embargo, las tecnicas y los materiales usados no permitian la transmision de la luz con buen rendimiento. Las perdidas de senal optica eran grandes y no habia dispositivos de acoplamiento optico.

Solamente en 1950 las fibras opticas comenzaron a interesar a los investigadores, con muchas aplicaciones practicas que estaban siendo desarrolladas. En 1952, el fisico Narinder Singh Kapany , apoyandose en los estudios de John Tyndall , realizo experimentos que condujeron a la invencion de la fibra optica.

Uno de los primeros usos de la fibra optica fue emplear un haz de fibras para la transmision de imagenes, que se uso en el endoscopio . Usando la fibra optica, se consiguio un endoscopio semiflexible, el cual fue patentado por la Universidad de Michigan en 1956. En este invento se usaron unas nuevas fibras forradas con un material de bajo indice de refraccion, ya que antes se impregnaban con aceites o ceras. En esta misma epoca, se empezaron a utilizar filamentos delgados como el cabello que transportaban luz a distancias cortas, tanto en la industria como en la medicina, de forma que la luz podia llegar a lugares que de otra forma serian inaccesibles. El unico problema era que esta luz perdia hasta el 99 % de su intensidad al atravesar distancias de hasta 9 metros de fibra.

Charles K. Kao , en su tesis doctoral de 1956, estimo que las maximas perdidas que deberia tener la fibra optica, para que resultara practica en enlaces de comunicaciones, eran de 20 decibelios por kilometro.

En 1966, en un comunicado dirigido a la Asociacion Britanica para el Avance de la Ciencia , los investigadores Charles K. Kao y George Hockham , de los laboratorios de Standard Telephones and Cables , en Inglaterra, afirmaron que se podia disponer de fibras de una transparencia mayor y propusieron el uso de fibras de vidrio y de luz, en lugar de electricidad y conductores metalicos, en la transmision de mensajes telefonicos. La obtencion de tales fibras exigio grandes esfuerzos de los investigadores, ya que las fibras hasta entonces presentaban perdidas del orden de 100  dB /km, ademas de una banda pasante estrecha y una enorme fragilidad mecanica. Este estudio constituyo la base para reducir las perdidas de las senales opticas que hasta el momento eran muy significativas y no permitian el aprovechamiento de esta tecnologia. En un articulo teorico, demostraron que las grandes perdidas caracteristicas de las fibras existentes se debian a impurezas diminutas intrinsecas del cristal. Como resultado de este estudio fueron fabricadas nuevas fibras con atenuacion de 20 dB/km y una banda pasante de 1  GHz para un largo de 1 km, con la perspectiva de sustituir los cables coaxiales. La utilizacion de fibras de 100 μm de diametro, envueltas en fibras de nailon resistente, permitirian la construccion de hilos tan fuertes que no podian romperse con las manos.

En 1970, los investigadores Robert Maurer, Donald Keck , Peter Schultz, ademas de Frank Zimar que trabajaban para Corning Glass , fabricaron la primera fibra optica aplicando impurezas de titanio en silice , con cientos de metros de largo con la claridad cristalina que Kao y Hockman habian propuesto, aunque las perdidas eran de 17 dB/km. ^{[ 13 ]} ​ ^{[ 14 ]} ​ Durante esta decada, las tecnicas de fabricacion se mejoraron, consiguiendo perdidas de tan solo 0,5 dB/km.

Poco despues, los fisicos Morton B. Panish e Izuo Hayashi , de los Laboratorios Bell , mostraron un laser de semiconductores que podia funcionar continuamente a temperatura ambiente. Ademas, John MacChesney y sus colaboradores, tambien de los laboratorios Bell, desarrollaron independientemente metodos de preparacion de fibras. Todas estas actividades marcaron un punto decisivo ya que ahora, existian los medios para llevar las comunicaciones de fibra optica fuera de los laboratorios, al campo de la ingenieria habitual. Durante la siguiente decada, a medida que continuaban las investigaciones, las fibras opticas mejoraron constantemente su transparencia.

El 22 de abril de 1977, General Telephone and Electronics envio la primera transmision telefonica a traves de fibra optica, en 6 Mbit/s, en Long Beach, California.

Un dispositivo que permitio el uso de la fibra optica en conexiones interurbanas, reduciendo su coste, fue el amplificador optico inventado por David N. Payne, de la Universidad de Southampton , y por Emmanuel Desurvire en los Laboratorios Bell. A ambos se les concedio la Medalla Benjamin Franklin en 1988.

En 1980, las mejores fibras eran tan transparentes que una senal podia atravesar 240 kilometros de fibra antes de debilitarse hasta ser indetectable. Pero las fibras opticas con este grado de transparencia no se podian fabricar usando metodos tradicionales. Otro avance se produjo cuando los investigadores se dieron cuenta de que el cristal de silice puro, sin ninguna impureza de metal que absorbiese luz, solamente se podia fabricar directamente a partir de componentes de vapor, evitando de esta forma la contaminacion que inevitablemente resultaba del uso convencional de los crisoles de fundicion. La tecnologia en desarrollo se basaba principalmente en el conocimiento de la termodinamica quimica, una ciencia perfeccionada por tres generaciones de quimicos desde su adopcion original por parte de Willard Gibbs , en el siglo  XIX .

Tambien en 1980, AT&T presento a la Comision Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos un proyecto de un sistema de 978 kilometros que conectaria las principales ciudades del trayecto de Boston a Washington D. C . Cuatro anos despues, cuando el sistema comenzo a funcionar, su cable, de menos de 25 centimetros de diametro, proporcionaba 80 000 canales de voz para conversaciones telefonicas simultaneas. Para entonces, la longitud total de los cables de fibra unicamente en los Estados Unidos alcanzaba 400 000 kilometros.

El primer enlace transoceanico con fibra optica fue el TAT-8 que comenzo a operar en 1988, usando un cristal tan transparente que los amplificadores para regenerar las senales debiles se podian colocar a distancias de mas de 64 kilometros. Tres anos despues, otro cable transatlantico duplico la capacidad del primero. Desde entonces, se ha empleado fibra optica en multitud de enlaces transoceanicos o entre ciudades, y paulatinamente se va extendiendo su uso desde las redes troncales de las operadoras hacia los usuarios finales.

Hoy en dia, debido a sus minimas perdidas de senal y a sus optimas propiedades de ancho de banda, ademas de peso y tamano reducidos la fibra optica puede ser usada a distancias mas largas que el cable de cobre.

Proceso de fabricacion [ editar ]

Para la creacion de la preforma existen cuatro procesos que son principalmente utilizados.

La etapa de fabricacion de la preforma puede ser a traves de alguno de los siguientes metodos:

• M.C.V.D (Modified Chemical Vapor Deposition)

Fue desarrollado originalmente por Corning Glass y modificado por los Laboratorios Bell para su uso industrial. Utiliza un tubo de cuarzo puro de donde se parte y es depositada en su interior la mezcla de dioxido de silicio y aditivos de dopado en forma de capas concentricas. A continuacion en el proceso industrial se instala el tubo en un torno giratorio. El tubo es calentado hasta alcanzar una temperatura comprendida entre 1400 °C y 1600 °C mediante un quemador de hidrogeno y oxigeno. Al girar el torno, el quemador comienza a desplazarse a lo largo del tubo. Por un extremo del tubo se introducen los aditivos de dopado, parte fundamental del proceso, ya que de la proporcion de estos aditivos dependera el perfil final del indice de refraccion del nucleo. La deposicion de las sucesivas capas se obtienen de las sucesivas pasadas del quemador, mientras el torno gira; quedando de esta forma sintetizado el nucleo de la fibra optica. La operacion que resta es el colapso, se logra igualmente con el continuo desplazamiento del quemador, solo que ahora a una temperatura comprendida entre 1700 °C y 1800 °C. Precisamente es esta temperatura la que garantiza el ablandamiento del cuarzo, convirtiendose asi el tubo en el cilindro macizo que constituye la preforma. Las dimensiones de la preforma suelen ser de un metro de longitud util y de un centimetro de diametro exterior.

• V.A.D (Vapor Axial Deposition)

Su funcionamiento se basa en la tecnica desarrollada por la Nippon Telephone and Telegraph (N.T.T), muy utilizado en Japon por companias dedicadas a la fabricacion de fibras opticas. La materia prima que utiliza es la misma que el metodo M.C.V.D, su diferencia con este radica, que en este ultimo solamente se depositaba el nucleo, mientras que en este ademas del nucleo de la FO se deposita el revestimiento. Por esta razon debe cuidarse que en la zona de deposicion axial o nucleo, se deposite mas dioxido de germanio que en la periferia, lo que se logran a traves de la introduccion de los parametros de diseno en el software que sirve de apoyo en el proceso de fabricacion. A partir de un cilindro de vidrio auxiliar que sirve de soporte para la preforma, se inicia el proceso de creacion de esta, depositandose ordenadamente los materiales, a partir del extremo del cilindro quedando asi conformada la llamada "preforma porosa". Conforme su tasa de crecimiento se va desprendiendo del cilindro auxiliar de vidrio. El siguiente paso consiste en el colapsado, donde se somete la preforma porosa a una temperatura comprendida entre los 1.500 °C y 1.700 °C, lograndose asi el reblandecimiento del cuarzo. Quedando convertida la preforma porosa hueca en su interior en el cilindro macizo y transparente, mediante el cual se suele describir la preforma.

Comparado con el metodo anterior (M.C.V.D) tiene la ventaja de que permite obtener preformas con mayor diametro y mayor longitud, a la vez que precisa un menor aporte energetico. El inconveniente mas destacado es la sofisticacion del equipamiento necesario para su realizacion.

• O.V.D (Outside Vapor Deposition)

Desarrollado por Corning Glass Work . Parte de una varilla de substrato ceramica y un quemador. En la llama del quemador son introducidos los cloruros vaporosos y esta caldea la varilla. A continuacion se realiza el proceso denominado sintesis de la preforma, que consiste en el secado de la misma mediante cloro gaseoso y el correspondiente colapsado de forma analoga a los realizados con el metodo V.A.D, quedando asi sintetizados el nucleo y revestimiento de la preforma.

Entre las Ventajas, es de citar que las tasas de deposicion que se alcanzan son del orden de ${\displaystyle 4.3g/min}$, lo que representa una tasa de fabricacion de FO de ${\displaystyle 5km/h}$, habiendo sido eliminadas las perdidas iniciales en el paso de estirado de la preforma. Tambien es posible la fabricacion de fibras de muy baja atenuacion y de gran calidad mediante la optimizacion en el proceso de secado, porque los perfiles asi obtenidos son lisos y sin estructura anular reconocible.

• P.C.V.D (Plasma Chemical Vapor Deposition)

Es desarrollado por la empresa neerlandesa Philips y se caracteriza por la obtencion de perfiles lisos sin estructura anular reconocible. Su principio se basa en la oxidacion de los cloruros de silicio y germanio, creando en estos un estado de plasma, seguido del proceso de deposicion interior.

Etapa de estiramiento de la preforma [ editar ]

Cualquier tecnica que se utilice que permita la construccion de la preforma es comun en todos los procesos de estiramiento de esta. La tecnica consiste basicamente en la existencia de un horno tubular abierto en cuyo interior se somete la preforma a una temperatura de 2000 °C para lograr el reblandecimiento del cuarzo y que quede fijo el diametro exterior de la FO. Este diametro se ha de mantener constante mientras se aplica una tension sobre la preforma. Para lograr esto, los factores que lo permiten son precisamente la constancia y uniformidad de la tension de traccion y la ausencia de corrientes de conveccion en el interior del horno. En este proceso se debe cuidar que la atmosfera interior del horno este aislada de particulas provenientes del exterior para evitar que la superficie reblandecida de la FO pueda ser contaminada, o que se puedan crear microfisuras con la consecuente inevitable rotura de la fibra. Aqui es donde tambien se aplica a la fibra un material sintetico que generalmente es un polimero viscoso, el cual posibilita las elevadas velocidades de estirado comprendidas entre ${\displaystyle 1m/sg}$ y ${\displaystyle 3m/sg}$, formandose asi una capa uniforme sobre la fibra totalmente libre de burbujas e impurezas. Posteriormente se pasa al endurecimiento de la proteccion antes descrita, quedando asi la capa definitiva de polimero elastico. Esto se realiza habitualmente mediante procesos termicos o a traves de procesos de reacciones quimicas mediante el empleo de radiaciones ultravioletas .

Aplicaciones [ editar ]

Su uso es muy variado: desde comunicaciones digitales y joyas, pasando por sensores y llegando a usos decorativos, como arboles de Navidad, veladores y otros elementos similares. Aplicaciones de la fibra monomodo: Cables submarinos, cables interurbanos, etc.

Comunicaciones con fibra optica [ editar ]

La fibra optica se emplea como medio de transmision en redes de telecomunicaciones ya que por su flexibilidad los conductores opticos pueden agruparse formando cables. Las fibras usadas en este campo son de plastico o de vidrio y algunas veces de los dos tipos. Por la baja atenuacion que tienen, las fibras de vidrio son utilizadas en medios interurbanos.

Sensores de fibra optica [ editar ]

Generalmente, se hace una distincion basica entre sensores intrinsecos y sensores extrinsecos. En el sensor intrinseco, la fibra en si misma es el elemento sensorio. En el caso del sensor extrinseco, la fibra se utiliza para transferir las senales de un sensor remoto a un sistema electronico que procesa las senales.

Las fibras opticas se pueden utilizar como sensores para medir: deformacion, temperatura, presion, humedad, campos electricos o magneticos, gases, vibraciones y otros parametros. Su tamano pequeno y el hecho de que por ellas no circula corriente electrica les dan ciertas ventajas respecto a los sensores electricos.

Las fibras opticas se utilizan como hidrofono para los sismos o aplicaciones de sonar . Se han desarrollado sistemas hidrofonicos con mas de 1000 sensores usando la fibra optica. Los hidrofonos son usados por la industria de petroleo asi como las marinas de guerra de algunos paises. La compania alemana Sennheiser desarrollo un microfono que trabaja con laser y fibras opticas.

Se han desarrollado sensores de fibra optica para la temperatura y presion de pozos petroliferos . Estos sensores pueden trabajar a mayores temperaturas que los sensores de semiconductores.

Otro uso de la fibra optica como sensor es el giroscopo de fibra optica que usan numerosas aeronaves y el uso en microsensores del hidrogeno.

Los sistemas sensores fotonicos por fibra optica tienen o pueden tener cuatro partes fundamentales:

• El sensor o transductor.
• El interrogador, que emite y recibe la senal optica.
• El cable optico.
• Acopladores, multiplexores, amplificadores o conmutadores opticos (opcional).

El interrogador genera una senal optica, que se guia por el cable optico del sensor. Cuando una magnitud, como la presion, temperatura, flujo, etc. se aplica al sensor, los parametros fundamentales de la luz, tales como la intensidad o longitud de onda, se cambian. La luz retorna modificada a traves del cable hasta el interrogador, donde se mide cuidadosamente para determinar la cantidad de cambio en la onda de luz. Se utilizan algoritmos para convertir la senal optica en una senal electronica calibrada que puede estar conectada a un sistema de control de procesos, a un sistema de adquisicion de datos, o para una visualizacion en tiempo real. Si es necesaria una etapa de multiplexado son indispensables nuevos componentes, como pueden ser uno o varios acopladores, o multiplexores en longitud de onda, amplificadores opticos o un conmutador de fibra optica.

Los sistemas sensores por fibra optica pueden ser puntuales o distribuidos. Si el interrogador es capaz de detectar variaciones de algun parametro optico (tipicamente temperatura o deformacion) a lo largo de todo el cable optico, el sistema se llama distribuido. Estos sistemas presentan la gran ventaja de utilizar como transductor el propio cable optico. Los sistemas puntuales monitorizan sensores dispuestos en posiciones concretas dentro de una red de sensores. Estos ultimos sistemas permiten monitorizar muchos mas parametros que los sistemas distribuidos (gases, indice de refraccion, etc.) El alcance de los sistemas distribuidos puede extenderse hasta los 120 km desde la unidad de interrogacion. Para sistemas puntuales, la distancia de monitorizacion remota puede llegar hasta 250 km.

Iluminacion [ editar ]

Otro uso que se le da a la fibra optica es la iluminacion de cualquier espacio. En los ultimos anos las fibras opticas han empezado a ser muy utilizadas debido a las ventajas que este tipo de iluminacion representa:

• Ausencia de electricidad y calor: Esto se debe a que la fibra solo tiene la capacidad de transmitir los haces de luz, ademas de que la lampara que ilumina la fibra no esta en contacto directo con la misma.
• Se puede cambiar el color de la iluminacion sin necesidad de cambiar la lampara: Esto se debe a que la fibra puede transportar el haz de luz de cualquier color sin importar el color de la fibra.
• Por medio de fibras, con una sola lampara se puede hacer una iluminacion mas amplia: Esto se debe a que con una lampara se puede iluminar varias fibras y colocarlas en diferentes lugares.

Mas usos de la fibra optica [ editar ]

• Se puede usar como una guia de onda en aplicaciones medicas o industriales en las que es necesario guiar un haz de luz hasta un blanco que no se encuentra en la linea de vision.
• La fibra optica se puede emplear como sensor para medir tensiones, temperatura , presion asi como otros parametros.
• Es posible usar latiguillos de fibra junto con lentes para fabricar instrumentos de visualizacion largos y delgados llamados endoscopios. Los endoscopios se usan en medicina para visualizar objetos a traves de un agujero pequeno. Los endoscopios industriales se usan para propositos similares, como por ejemplo, para inspeccionar el interior de turbinas.
• Las fibras opticas se han empleado tambien para usos decorativos incluyendo iluminacion, arboles de Navidad.
• Lineas de abonado
• Las fibras opticas son muy usadas en el campo de la iluminacion. Para edificios donde la luz puede ser recogida en la azotea y ser llevada mediante fibra optica a cualquier parte del edificio.
• Se emplea como componente en la confeccion del hormigon translucido , invencion creada por el arquitecto hungaro Ron Losonczi, que consiste en una mezcla de hormigon y fibra optica formando un nuevo material que ofrece la resistencia del hormigon pero adicionalmente, presenta la particularidad de dejar traspasar la luz de par en par.

Caracteristicas [ editar ]

La fibra optica es una guia de ondas dielectrica que opera a frecuencias opticas.

Cada filamento consta de un nucleo central de plastico o cristal (oxido de silicio y zinc ) con un alto indice de refraccion , rodeado de una capa de un material similar con un indice de refraccion ligeramente menor (plastico). Cuando la luz llega a una superficie que limita con un indice de refraccion menor, se refleja en gran parte, cuanto mayor sea la diferencia de indices y mayor el angulo de incidencia, se habla entonces de reflexion interna total.

En el interior de una fibra optica, la luz se va reflejando contra las paredes en angulos muy abiertos, de tal forma que practicamente avanza por su centro. De este modo, se pueden guiar las senales luminosas sin perdidas por largas distancias.

Funcionamiento [ editar ]

Los principios basicos de su funcionamiento se justifican aplicando las leyes de la optica geometrica, principalmente, la ley de la refraccion (principio de reflexion interna total) y la ley de Snell .

Su funcionamiento se basa en transmitir por el nucleo de la fibra un haz de luz, tal que este no atraviese el revestimiento, sino que se refleje y se siga propagando. Esto se consigue si el indice de refraccion del nucleo es mayor al indice de refraccion del revestimiento, y tambien si el angulo de incidencia es superior al angulo limite.

Ventajas [ editar ]

• Una banda de paso muy ancha, lo que permite flujos muy elevados (del orden de decenas de Gigabits/segundos).
• Pequeno tamano, por lo tanto ocupa poco espacio.
• Gran ligereza, el peso es del orden de algunos gramos por kilometro, lo que resulta unas nueve veces menos que el de un cable convencional.
• Inmunidad total a las perturbaciones de origen electromagnetico, lo que implica una calidad de transmision muy buena, ya que la senal es inmune a las tormentas, chisporroteo, entre otros.
• Gran seguridad: la intrusion en una fibra optica es facilmente detectable por el debilitamiento de la energia luminica en recepcion, ademas, no irradia nada, lo que es particularmente interesante para aplicaciones que requieren alto nivel de confidencialidad.
• No produce interferencias.
• Insensibilidad a las senales parasitas, lo que es una propiedad principalmente utilizada en los medios industriales fuertemente perturbados (por ejemplo, en los tuneles del metro). Esta propiedad tambien permite la coexistencia por los mismos conductos de cables opticos no metalicos con los cables de energia electrica.
• Atenuacion muy pequena independiente de la frecuencia, lo que permite salvar distancias importantes sin elementos activos intermedios. Puede proporcionar comunicaciones hasta los 70 km antes de que sea necesario regenerar la senal, ademas, puede extenderse a 150 km utilizando amplificadores laser.
• Gran resistencia mecanica, lo que facilita la instalacion.
• Resistencia al calor, frio y corrosion.
• Facilidad para localizar los cortes gracias a un proceso basado en la reflectometria, lo que permite detectar rapidamente el lugar donde se hara la reparacion de la averia, simplificando la labor de mantenimiento.
• Factores ambientales.

Desventajas [ editar ]

A pesar de las ventajas antes enumeradas, la fibra optica presenta una serie de desventajas frente a otros medios de transmision , siendo las mas relevantes las siguientes:

• La alta fragilidad de las fibras.
• Necesidad de usar transmisores y receptores mas costosos.
• Los empalmes entre fibras son dificiles de realizar, especialmente en el campo, lo que dificulta las reparaciones en caso de ruptura del cable.
• No puede transmitir electricidad para alimentar repetidores intermedios.
• La necesidad de efectuar, en muchos casos, procesos de conversion electrica-optica.
• La fibra optica convencional no puede transmitir potencias elevadas. ^{[ 15 ]} ​
• No existen memorias opticas.
• La fibra optica no transmite energia electrica, esto limita su aplicacion donde el terminal de recepcion debe ser energizado desde una linea electrica. La energia debe proveerse por conductores separados.
• Las moleculas de hidrogeno pueden difundirse en las fibras de silicio y producir cambios en la atenuacion. El agua corroe la superficie del vidrio y resulta ser el mecanismo mas importante para el envejecimiento de la fibra optica.
• Incipiente normativa internacional sobre algunos aspectos referentes a los parametros de los componentes, calidad de la transmision y pruebas.

Tipos [ editar ]

Las diferentes trayectorias que puede seguir un haz de luz en el interior de una fibra se denominan modos de propagacion. Y segun el modo de propagacion tendremos dos tipos de fibra optica: multimodo y monomodo.

Fibra multimodo [ editar ]

Una fibra multimodo es aquella en la que los haces de luz pueden circular por mas de un modo o camino. Esto supone que no llegan todos a la vez. Una fibra multimodo puede tener mas de mil modos de propagacion de luz. Las fibras multimodo se usan comunmente en aplicaciones de corta distancia, menores a 2 km, es simple de disenar y economico.

El nucleo de una fibra multimodo tiene un indice de refraccion superior, pero del mismo orden de magnitud, que el revestimiento. Debido al gran tamano del nucleo de una fibra multimodo, es mas facil de conectar y tiene una mayor tolerancia a componentes de menor precision.

Dependiendo del tipo de indice de refraccion del nucleo, tenemos dos tipos de fibra multimodo:

• Indice escalonado: en este tipo de fibra, el nucleo tiene un indice de refraccion constante en toda la seccion cilindrica, tiene alta dispersion modal.
• Indice gradual: mientras en este tipo, el indice de refraccion no es constante, tiene menor dispersion modal y el nucleo se constituye de distintos materiales.

Ademas, segun el sistema ISO 11801 para la clasificacion de fibras multimodo segun su ancho de banda, se incluye el +pichar (multimodo sobre laser) a los ya existentes OM1 y OM2 (multimodo sobre LED).

• OM1: Fibra 62.5/125 μm, soporta hasta Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), usa led como emisores.
• OM2: Fibra 50/125 μm, soporta hasta Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), usa led como emisores.
• OM3: Fibra 50/125 μm, soporta hasta 10 Gigabit Ethernet (300 m), usa laser (VCSEL) como emisores.
• OM4: ^{[ 16 ]} ​ Fibra 50/125 μm, soporta hasta 40 Gigabit Ethernet (150 m), hasta 100 Gigabit Ethernet (100 m) usa laser (VCSEL) como emisores.
• OM5: Fibra 50/125 μm, soporta hasta 40 Gigabit Ethernet (440 m), hasta 100 Gigabit Ethernet (150 m) usa laser (VCSEL) como emisores.

Bajo OM3 se han conseguido hasta 2000 MHz km (10 Gbit/s), es decir, una velocidad 10 veces mayor que con OM1.

Fibra monomodo [ editar ]

Una fibra monomodo es una fibra optica en la que solo se propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el diametro del nucleo de la fibra hasta un tamano (8,3 a 10 micrones) que solo permite un modo de propagacion. Su transmision es paralela al eje de la fibra. A diferencia de las fibras multimodo, las fibras monomodo permiten alcanzar grandes distancias (hasta 400 km maximo, mediante un laser de alta intensidad) y transmitir elevadas tasas de informacion (10 Gbit/s). ^{[ cita requerida ]}

Tipos segun su diseno [ editar ]

De acuerdo a su diseno, existen dos tipos de cable de fibra optica

Cable de estructura holgada [ editar ]

Es un cable empleado tanto para exteriores como para interiores que consta de varios tubos de fibra rodeando un miembro central de refuerzo y provisto de una cubierta protectora. Cada tubo de fibra, de dos a tres milimetros de diametro lleva varias fibras opticas que descansan holgadamente en el. Los tubos pueden ser huecos o estar llenos de un gel hidrofugo que actua como protector antihumedad impidiendo que el agua entre en la fibra. El tubo holgado aisla la fibra de las fuerzas mecanicas exteriores que se ejerzan sobre el cable.

Su nucleo se complementa con un elemento que le brinda resistencia a la traccion que bien puede ser de varilla flexible metalica o dielectrica como elemento central o de hilaturas de Aramida o fibra de vidrio situadas perifericamente.

Cable de estructura ajustada [ editar ]

Es un cable disenado para instalaciones en el interior de los edificios, es mas flexible y con un radio de curvatura mas pequeno que el que tienen los cables de estructura holgada.

Contiene varias fibras con proteccion secundaria que rodean un miembro central de traccion, todo ello cubierto de una proteccion exterior. Cada fibra tiene una proteccion plastica extrusionada directamente sobre ella, hasta alcanzar un diametro de 900 μm rodeando al recubrimiento de 250 μm de la fibra optica. Esta proteccion plastica ademas de servir como proteccion adicional frente al entorno, tambien provee un soporte fisico que serviria para reducir su coste de instalacion al permitir reducir las bandejas de empalmes.

Componentes de la fibra optica [ editar ]

Dentro de los componentes que se usan en la fibra optica caben destacar los siguientes: los conectores, el tipo de emisor del haz de luz, los conversores de luz, etc.

Transmisor de energia optica. Lleva un modulador para transformar la senal electronica entrante a la frecuencia aceptada por la fuente luminosa, la cual convierte la senal electronica (electrones) en una senal optica (fotones) que se emite a traves de la fibra optica.

Detector de energia optica. Normalmente es un fotodiodo que convierte la senal optica recibida en electrones (es necesario tambien un amplificador para generar la senal)

Su componente es el silicio y se conecta a la fuente luminosa y al detector de energia optica. Dichas conexiones requieren una tecnologia compleja.

Tipos de pulido [ editar ]

Los extremos de la fibra necesitan un acabado especifico en funcion de su forma de conexion. Los acabados mas habituales son:

• Plano: Las fibras se terminan de forma plana perpendicular a su eje.
• PC (Physical Contact): Las fibras son terminadas de forma convexa, poniendo en contacto los nucleos de ambas fibras.
• SPC (Super PC): Similar al PC pero con un acabado mas fino. Tiene menos perdidas de retorno.
• UPC (Ultra PC): Similar al anterior pero aun mejor.
• Enhanced UPC: Mejora del anterior para reducir las perdidas de retorno.
• APC (Angled PC): Similar al UPC pero con el plano de corte ligeramente inclinado. Proporciona unas perdidas similares al Enhanced UPC.

Tipos de conectores [ editar ]

Estos elementos se encargan de conectar las lineas de fibra a un elemento, ya puede ser un transmisor o un receptor. Los tipos de conectores disponibles son muy variados, entre los que podemos encontrar se hallan los siguientes:

• FC, que se usa en la transmision de datos y en las telecomunicaciones.
• FDDI, se usa para redes de fibra optica.
• LC y MT-Array que se utilizan en transmisiones de alta densidad de datos.
• SC y SC-Duplex se utilizan para la transmision de datos.

H2R---400Km/h

• ST o BFOC se usa en redes de edificios y en sistemas de seguridad.

Emisores del haz de luz [ editar ]

Estos dispositivos se encargan de convertir la senal electrica en senal luminosa, emitiendo el haz de luz que permite la transmision de datos, estos emisores pueden ser de dos tipos:

• LEDs. Utilizan una corriente de 50 a 100 mA, su velocidad de modulacion es lenta, solo se suelen usar con fibras multimodo, pero su uso es facil y su tiempo de vida es muy grande, ademas de ser economicos.
• Laseres. Este tipo de emisor usa una corriente de 5 a 40 mA, son muy rapidos, se puede usar con los dos tipos de fibra, monomodo y multimodo, pero por el contrario su circuiteria es mas compleja, su tiempo de vida es largo pero menor que el de los leds y tambien son habitualmente mas costosos, aunque en la actualidad hay productos de precio reducido y altas prestaciones. En la actualidad existen tambien laseres fabricados con fibra optica amplificadora.

Conversores luz-corriente electrica [ editar ]

Este tipo de dispositivos convierten las senales luminosas que proceden de la fibra optica en senales electricas . Se limitan a obtener una corriente a partir de la luz modulada incidente, esta corriente es proporcional a la potencia recibida, y por tanto, a la forma de onda de la senal moduladora.

Se fundamenta en el fenomeno opuesto a la recombinacion, es decir, en la generacion de pares electron-hueco a partir de los fotones. El tipo mas sencillo de detector corresponde a una union semiconductora P-N.

Las condiciones que debe cumplir un fotodetector para su utilizacion en el campo de las comunicaciones, son las siguientes:

• La corriente inversa (en ausencia de luz) debe ser muy pequena, para asi poder detectar senales opticas muy debiles (alta sensibilidad).
• Rapidez de respuesta (gran ancho de banda).
• El nivel de ruido generado por el propio dispositivo ha de ser minimo.

Hay dos tipos de detectores: los fotodiodos PIN y los de avalancha APD.

• Detectores PIN : su nombre viene de que se componen de una union P-N y entre esa union se intercala una nueva zona de material intrinseco (I), la cual mejora la eficacia del detector.

Se utiliza principalmente en sistemas que permiten una facil discriminacion entre posibles niveles de luz y en distancias cortas.

• Detectores APD : los fotodiodos de avalancha son fotodetectores que muestran, aplicando un alto voltaje en inversa, un efecto interno de ganancia de corriente (aproximadamente 100), debido a la ionizacion de impacto (efecto avalancha). El mecanismo de estos detectores consiste en lanzar un electron a gran velocidad (con la energia suficiente), contra un atomo para que sea capaz de arrancarle otro electron.

Estos detectores se pueden clasificar en tres tipos:

• de silicio : presentan un bajo nivel de ruido y un rendimiento de hasta el 90 % trabajando en primera ventana. Requieren alta tension de alimentacion (200-300V).
• de germanio : aptos para trabajar con longitudes de onda comprendidas entre 1000 y 1300 nm y con un rendimiento del 70 %.
• de compuestos de los grupos III y V de la tabla periodica.

Cables de fibra optica [ editar ]

Un cable de fibra optica esta compuesto por un grupo de fibras opticas por el cual se transmiten senales luminosas. Las fibras opticas comparten su espacio con hiladuras de aramida que le confieren la necesaria resistencia a la traccion.

Los cables de fibra optica proporcionan una alternativa sobre los coaxiales en la industria de la electronica y las telecomunicaciones . Asi, un cable con 8 fibras opticas tiene un tamano mucho mas pequeno 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.

Por otro lado, el peso del cable de fibra optica es muchisimo menor que el de los coaxiales, ya que una bobina del cable de ocho fibras antes citado puede pesar del orden de 30  kg / km , lo que permite efectuar tendidos de 2 a 4 km de una sola vez, mientras que en el caso de los cables de cobre no son practicas distancias superiores a 250-300 m.

Funciones del cable [ editar ]

Las funciones del cable de fibra optica son varias. Actua como elemento de proteccion de la(s) fibra(s) optica(s) que hay en su interior frente a danos y fracturas que puedan producirse tanto en el momento de su instalacion como a lo largo de la vida util de esta. Ademas, proporciona suficiente consistencia mecanica para que pueda manejarse en las mismas condiciones de traccion, compresion, torsion y medioambientales que los cables de conductores. Para ello incorporan elementos de refuerzo y aislamiento frente al exterior.

Instalacion y explotacion [ editar ]

Referente a la instalacion y explotacion del cable, nos encontramos frente a la cuestion esencial de que tension es la maxima que debe admitirse durante el tendido para que el cable no se rompa y se garantice una vida media de unos 20 anos.

Tecnicas de empalme: Los tipos de empalmes pueden ser:

• Empalme mecanico con el cual se pueden provocar perdidas del orden de 0,5  dB . El empalme mecanico KeyQuick® consigue una atenuacion igual a la de la fusion por arco voltaico, 0,02 dB.
• Empalme con pegamentos con el cual se pueden provocar perdidas del orden de 0,2 dB.
• Empalme por fusion de arco electrico con el cual se logran perdidas del orden de 0,02 dB.

Elementos y diseno del cable de fibra optica [ editar ]

La estructura de un cable de fibra optica dependera en gran medida de la funcion que deba desempenar esa fibra. A pesar de esto, todos los cables tienen unos elementos comunes que deben ser considerados y que comprenden: el revestimiento secundario de la fibra o fibras que contiene; los elementos estructurales y de refuerzo; la funda exterior del cable, y las protecciones contra el agua. Existen tres tipos de “revestimiento secundario”:

• “Revestimiento cenido”: Consiste en un material (generalmente plastico duro como el nailon o el poliester) que forma una corona anular maciza situada en contacto directo con el revestimiento primario. Esto genera un diametro externo final que oscila entre 0’5 y 1 mm. Esto proporciona a la fibra una proteccion contra microcurvaturas, con la salvedad del momento de su montaje, que hay que vigilar que no las produzca ella misma.

• “Revestimiento holgado hueco”: Proporciona una cavidad sobredimensionada. Se emplea un tubo hueco extruido (construido pasando un metal candente por el plastico) de material duro, pero flexible, con un diametro variable de 1 a 2 mm. El tubo aisla a la fibra de vibraciones y variaciones mecanicas y de temperatura externas.

• “Revestimiento holgado con relleno”: El revestimiento holgado anterior se puede rellenar de un compuesto resistente a la humedad, con el objetivo de impedir el paso del agua a la fibra. Ademas ha de ser suave, dermatologicamente inocuo, facil de extraer, autorregenerativo y estable para un rango de temperaturas que oscila entre los ?55 y los 85 °C Es frecuente el empleo de derivados del petroleo y compuestos de silicona para este cometido.

Elementos estructurales [ editar ]

Los elementos estructurales no son cable y tienen como mision proporcionar el nucleo alrededor del cual se sustentan las fibras, ya sean trenzadas alrededor de el o dispersandose de forma paralela a el en ranuras practicadas sobre el elemento a tal efecto.

Elementos de refuerzo [ editar ]

Tienen por mision soportar la traccion a la que este se ve sometido para que ninguna de sus fibras sufra una elongacion superior a la permitida. Tambien debe evitar posibles torsiones. Han de ser materiales flexibles y, ya que se emplearan kilometros de ellos han de tener un coste asequible. Se suelen utilizar materiales como el acero, Kevlar y la fibra de vidrio.

Funda [ editar ]

Por ultimo, todo cable posee una funda, generalmente de plastico cuyo objetivo es proteger el nucleo que contiene el medio de transmision frente a fenomenos externos a este como son la temperatura, la humedad, el fuego, los golpes externos, etc. Dependiendo de para que sea destinada la fibra, la composicion de la funda variara. Por ejemplo, si va a ser instalada en canalizaciones de planta exterior, debido al peso y a la traccion bastara con un revestimiento de polietilenos extruidos. Si el cable va a ser aereo, donde solo importa la traccion en el momento de la instalacion nos preocupara mas que la funda ofrezca resistencia a las heladas y al viento. Si va a ser enterrado, querremos una funda que, aunque sea mas pesada, soporte golpes y aplastamientos externos. En el caso de las fibras submarinas la funda sera una compleja superposicion de varias capas con diversas funciones aislantes.

Perdida en los cables de fibra optica [ editar ]

A la perdida de potencia a traves del medio se conoce como Atenuacion, es expresada en decibelios, con un valor positivo en dB, es causada por distintos motivos, como la disminucion en el ancho de banda del sistema, velocidad, eficiencia. La fibra de tipo multimodal, tiene mayor perdida debido a que la onda luminosa se dispersa originada por las impurezas. Las principales causas de perdida en el medio son:

• Perdidas por absorcion
• Perdida de Rayleigh
• Dispersion cromatica
• Perdidas por radiacion
• Dispersion modal
• Perdidas por acoplamiento

Perdidas por absorcion . Ocurre cuando las impurezas en la fibra absorben la luz, y esta se convierte en energia calorifica; las perdidas normales van de 1 a 1000 dB/km.

Perdida de Rayleigh . En el momento de la manufactura de la fibra, existe un momento donde no es liquida ni solida y la tension aplicada durante el enfriamiento puede provocar microscopicas irregularidades que se quedan permanentemente; cuando los rayos de luz pasan por la fibra, estos se difractan haciendo que la luz vaya en diferentes direcciones.

Dispersion cromatica . Esta dispersion solo se observa en las fibras tipo unimodal, ocurre cuando los rayos de luz emitidos por la fuente y se propagan sobre el medio, no llegan al extremo opuesto en el mismo tiempo; esto se puede solucionar cambiando el emisor fuente.

Perdidas por radiacion . Estas perdidas se presentan cuando la fibra sufre de dobleces, esto puede ocurrir en la instalacion y variacion en la trayectoria, cuando se presenta discontinuidad en el medio.

Dispersion modal . Es la diferencia en los tiempos de propagacion de los rayos de luz.

Perdidas por acoplamiento . Las perdidas por acoplamiento se dan cuando existen uniones de fibra, se deben a problemas de alineamiento.

Conectores [ editar ]

Los conectores mas comunes usados en la fibra optica para redes de area local son los conectores ST, LC, FC Y SC.

El conector SC (Set and Connect) es un conector de insercion directa que suele utilizarse en conmutadores Ethernet de tipo Gigabit . El conector ST (Set and Twist) es un conector similar al SC, pero requiere un giro del conector para su insercion, de modo similar a los conectores coaxiales .

Tipos de dispersion [ editar ]

La dispersion es la propiedad fisica inherente de las fibras opticas, que define el ancho de banda y la interferencia inter simbolica (ISI).

• Dispersion intermodal: tambien conocida como dispersion modal, es causada por la diferencia en los tiempos de propagacion de los rayos de luz que toman diferentes trayectorias por una fibra. Este tipo de dispersion solo afecta a las fibras multimodo.

• Dispersion cromatica del material: esto es el resultado de las diferentes longitudes de onda de la luz que se propagan a distintas velocidades a traves de un medio dado.

• Dispersion cromatica de la guia de onda: Es funcion del ancho de banda de la senal de informacion y la configuracion de la guia generalmente es mas pequena que la dispersion anterior y por lo cual se puede despreciar.

Vease tambien [ editar ]

• Amplificador optico
• Terminal de red optico
• DWDM
• H2R---400Km/h
• Medicion de temperatura por fibra optica
• Red optica sincrona
• Red Optica Sincrona SONET
• Canal de fibra
• Fibra optica plastica
• Fibra optica multimodo
• Single-mode optical fiber (Ingles)
• Comunicacion por fibra optica
• Red optica pasiva

Referencias [ editar ]

Notas [ editar ]

• ≪¿Cual es el limite de la fibra optica? ¿300 Mbps, 1 Gbps, 1 Tbps…?≫ . adslzone.net . Consultado el 19 de mayo de 2017 .  
• ≪How Fiber Optics Was Invented≫ . thoughtco.com .  

Enlaces externos [ editar ]

• Las ventajas, desventajas de la fibra optica y tipos de fibra optica
• Fibra optica vs 5G, comparacion de velocidades y costos de instalacion