tipos de fibra optica

Fibra multimodo

Una 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.

Dependiendo el tipo de índice de refracción del núcleo, tenemos dos tipos de fibra multimodo:

• 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).

Fibra monomodo

Una 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. A diferencia de las fibras multimodo, las fibras 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).



PÉRDIDAS EN LOS CABLES PARA LA FIBRA ÓPTICA

Las pérdidas de transmisión en los cables de fibra óptica son una de las características más importantes de la fibra. Las pérdidas en la fibra resultan en una reducción de la potencia de la luz, por lo tanto, reducen el ancho de banda del sistema, la velocidad de transmisión de información, eficiencia, y capacidad total del sistema. Las pérdidas de fibra predominantes son las siguientes:

1. Pérdidas por absorción
2. Pérdidas por dispersión de Rayleigh o materiales
3. Dispersión cromática o de longitud de onda
4. Pérdidas de radiación
5. Dispersión modas
6. Pérdidas por acoplamiento

Pérdidas de absorción

La pérdida por absorción en las fibras ópticas es analógica a la disipación de potencia en los cables de cobre; las impurezas, en la fibra absorben, la luz y la convierten en calor. El vidrio ultrapuro usado para fabricar las fibras ópticas es aproximadamente 99.9999% puro. Aun así, las pérdidas por absorción entre 1 y 1000 dB/Km son típicas. Esencialmente, hay tres factores que contribuyen a las pérdidas por absorción en las fibras ópticas: absorción ultravioleta, absorción infrarrojo y absorción de resonancia del ion.

Absorción ultravioleta. La absorción ultravioleta es provocada por electrones de valencia en el material de silicio del cual se fabrican las fibras. La luz ioniza a los electrones de valencia en conducción. La ionización es equivalente a la pérdida total del campo de luz y, en consecuencia, contribuye a las pérdidas de transmisión de la fibra.

Absorción infrarroja. La absorción infrarroja es un resultado de fotones de luz que son absorbidos por los átomos de las moléculas, en el núcleo de vidrio. Los fotones absorbidos se convierten a vibraciones mecánicas aleatorias típicas de calentamiento.

Absorción de resonancia de ion. La absorción de resonancia de ion es causada por los iones OH- en el material. La fuente de los iones OH- son las moléculas de agua que han sido atrapadas en el vidrio, durante el proceso de fabricación. La absorción del ion también será causada por las moléculas de hierro, cobre y cromo.

Pérdidas por dispersión de Rayleigh o materiales

Durante el proceso de fabricación, el vidrio es producido en fibras largas, de un diámetro muy pequeño. Durante este proceso, el vidrio está en un estado plástico (no líquido y no sólido). La tensión aplicada al vidrio durante, este proceso, causa que el vidrio se enfríe y desarrolle irregularidades submicroscópicas que se forman, de manera permanente, en la fibra. Cuando los rayos de luz que se están propagando por una fibra chocan contra una de estas impurezas, se difractan. La difracción causa que la luz se disperse o se reparta en muchas direcciones. Una parte de la luz difractada continua por la fibra y parte de ésta se escapa por la cubierta. Los rayos de luz que se escapan representan una pérdida en la potencia de la luz. Esto se llama pérdida por dispersión de Rayleigh.

Dispersión cromática o de longitud de onda

Como se estableció anteriormente, el índice refractivo del material es dependiente de la longitud de onda. Los diodos emisores de luz (LED) emiten luz que contiene una combinación de longitudes de onda. Cada longitud de onda, dentro de una señal de luz compuesta, viaja a una velocidad diferente. En consecuencia, los rayos de luz que simultáneamente se emiten de un LED y se propagan por una fibra óptica no llegan, al extremo lejano de la fibra, al mismo tiempo. Esto resulta en una señal de recepción distorsionada; la distorsión se llama, distorsión aromática. La distorsión cromática se puede eliminar usando una fuente monocromática tal corno un diodo de inyección láser (ILD).

Pérdidas de radiación

Las pérdidas de radiación son causadas por pequeños dobleces e irregularidades en la fibra. Básicamente, hay dos tipos de dobleces: microdobleces y dobleces de radio constante. El microdoblamiento ocurre como un resultado de las diferencias en las relaciones de la contracción térmica entre el núcleo y el material de la cubierta. Un microdoblez representa una discontinuidad en la fibra, en donde la dispersión de Rayleigh puede, ocurrir. Los dobleces de radio constante ocurren cuando las fibras se doblan durante su manejo o instalación.

Dispersión modal

La dispersión modal o esparcimiento del pulso, es causado por la diferencia en los tiempos de propagación de los rayos de luz que toman diferentes trayectorias por una fibra. Obviamente, la dispersión modal puede ocurrir sólo en las fibras de multimodo. Se puede reducir considerablemente usando fibras de índice graduado y casi se elimina totalmente usando fibras de índice de escalón de modo sencillo.

La dispersión modal puede causar que un pulso de energía de luz se disperse conforme se propaga por una fibra. Si el pulso que está esparciéndose es lo suficientemente severo, un pulso puede caer arriba del próximo pulso (este es un ejemplo de la interferencia de intersímbolo). En una fibra de índice de escalón multimodo, un rayo de luz que se propaga por el eje de la fibra requiere de la menor cantidad de tiempo para viajar a lo largo de la fibra. Un rayo de luz que choca a la interface de núcleo/cubierta en el ángulo crítico sufrirá el número más alto de reflexiones internas y, en consecuencia, tomar la mayor cantidad de tiempo para viajar a lo largo de la fibra.

Pérdidas de acoplamiento

En los cables de fibra las pérdidas de acoplamiento pueden ocurrir en cualquiera de los tres tipos de uniones ópticas: conexiones de fuente a fibra, conexiones de fibra a fibra y conexiones de fibra a fotodetector. Las pérdidas de unión son causadas más frecuentemente por uno de los siguientes problemas de alineación: mala alineación lateral, mala alineación de separación, mala alineación angular y acabados de superficie imperfectos.

Mala alineación lateral. Esto es el desplazamiento axial o lateral entre dos piezas de cables de fibra contiguas. La cantidad de pérdida puede ser desde un par de décimas de un decibel a varios decibeles. Esta pérdida generalmente es insignificante si los ejes de la fibra están alineados dentro del 5% del diámetro más pequeño de la fibra.

Mala alineación de la separación. Esta a veces se llama, separación de la extremidad. Cuando los empalmes se hacen en la fibra óptica, las fibras deben tocarse. Entre más separadas estén las fibras, mayor es la pérdida de la luz. Si dos fibras están unidas con un conector, las puntas no deben tocarse. Esto se debe a que las puntas frotándose una con otra en el conector, causarían daño a cualquiera o ambas fibras.

Mala alineación angular. Esto veces se llama desplazamiento angular. Si el desplazamiento angular es menor que 2', la pérdida será menor que 0.5 dB.

Acabado de superficie imperfecta. Las puntas de las dos fibras unidas deben estar altamente pulidas y encuadrarse juntas adecuadamente. Si las puntas de la fibra están a menos de 3' de la perpendicular, las pérdidas serán menores que 0.5 dB

fibra optica

Fibra óptica...

Descripción Física:

Es un medio fino (entre 2 y125µm), transporta rayos de luz. El material con el que esta construido puede ser de plástico, vidrio o silicio. Existen dos tipos: monomodo y multimodo.

Tecnología: 

El espectro de la frecuencia electromagnética total se extiende de las frecuencias subsónicas a los rayos cósmicos;

El espectro de frecuencia de luz se puede dividir en tres zonas generales: 

1.      Infrarroja

2.      Visible 

3.      Ultravioleta

Fabricación de la Fibra Óptica

 Las imágenes aquí muestran como se fabrica la fibra monomodo. Cada etapa de fabricación esta ilustrada por una corta secuencia filmada.

La primera etapa consiste en el ensamblado de un tubo y de una barra de vidrio cilíndrico montados concéntricamente. Se calienta el todo para asegurar la homogeneidad de la barra de vidrio.

Una barra de vidrio de una longitud de 1 m y de un diámetro de 10 cm permite obtener por estiramiento una fibra monomodo de una longitud de alrededor de 150 km.

De qué están hechas las Fibras Ópticas

La mayoría de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima abundante en comparación con el cobre. con unos kilogramos de vidrio pueden fabricarse aproximadamente 43 kilómetros de fibra óptica. Los dos constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo y el revestimiento. el núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que guía la luz.

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Consiste en una o varias hebras delgadas de vidrio o de plástico con diámetro de 50 a 125 micras. el revestimiento es la parte que rodea y protege al núcleo. 

El conjunto de núcleo y revestimiento está a su vez rodeado por un forro o funda de plástico u otros materiales que lo resguardan contra la humedad, el aplastamiento, los roedores, y otros riesgos del entorno.

COMPONENTES Y TIPOS DE FIBRA ÓPTICA

Componentes de la Fibra Óptica

El Núcleo: En sílice, cuarzo fundido o plástico - en el cual se propagan las ondas ópticas. Diámetro: 50 o 62,5 um para la fibra multimodo y 9um para la fibra monomodo.

La Funda Óptica: Generalmente de los mismos materiales que el núcleo pero con aditivos que confinan las ondas ópticas en el núcleo.

El revestimiento de protección: por lo general esta fabricado en plástico y asegura la protección mecánica de la fibra.

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APLICACIONES DE LA FIBRA OPTICA

Internet

El servicio de conexión a Internet por fibra óptica, derriba la mayor limitación del ciberespacio: su exasperante lentitud. El propósito del siguiente artículo es describir el mecanismo de acción, las ventajas y sus desventajas.

Para navegar por la red mundial de redes, Internet, no sólo se necesitan un computador, un módem y algunos programas, sino también una gran dosis de paciencia. El ciberespacio es un mundo lento hasta el desespero. Un usuario puede pasar varios minutos esperando a que se cargue una página o varias horas tratando de bajar un programa de la Red a su PC.

redes

Hoy funcionan muchas redes de fibra para comunicación a larga distancia, que proporcionan conexiones transcontinentales y transoceánicas. Una ventaja de los sistemas de fibra óptica es la gran distancia que puede recorrer una señal antes de necesitar un repetidor para recuperar su intensidad. En la actualidad, los repetidores de fibra óptica están separados entre sí unos 100 km, frente a aproximadamente 1,5 km en los sistemas eléctricos. Los amplificadores de fibra óptica recientemente desarrollados pueden aumentar todavía más esta distancia.

Otra aplicación cada vez más extendida de la fibra óptica son las redes de área local.

Telefonía

Con motivo de la normalización de interfaces existentes, se dispone de los sistemas de transmisión por fibra óptica para los niveles de la red de telecomunicaciones públicas en una amplia aplicación, contrariamente para sistemas de la red de abonado (línea de abonado), hay ante todo una serie de consideraciones.

Para la conexión de un teléfono es completamente suficiente con los conductores de cobre existentes. Precisamente con la implantación de los servicios en banda ancha como la videoconferencia, la videotelefonía, etc, la fibra óptica se hará imprescindible para el abonado. Con el BIGFON (red urbana integrada de telecomunicaciones en banda ancha por fibra óptica) se han recopilado amplias experiencias en este aspecto. Según la estrategia elaborada, los servicios de banda ancha posteriormente se ampliarán con los servicios de distribución de radio y de televisión en una red de telecomunicaciones integrada en banda ancha (IBFN).

como funciona un led

Cómo funciona

Albert Einstein explicó hace muchos años el efecto fotoeléctrico de algunos materiales. Estos materiales al ser sometidos a una corriente eléctrica generan luz. Los LEDs funcionan bajo este principio fotoeléctrico y como el mismo solo pueden crear una frecuencia determinada de luz, o sea un solo color, sin embargo cambiando los materiales usados se puede cambiar el color.

El principio fotoeléctrico funciona de manera opuesta a los paneles fotovoltaicos donde al recibir luz estos crean electricidad, los LEDS funcionarían básicamente con la ecuación inversa.

La base de la tecnología LED está basada en el diodo, este es un componente electrónico de dos puntas que permite la circulación de energía a través de él en un solo sentido.

Básicamente el funcionamiento de un LED consiste en el envío de energía a través de los materiales conductores. Siendo más específicos se envía un electrón a través de la banda de conducción a la de valencia y en este proceso se pierde energía.

Esta energía perdida puede manifestarse en forma de un fotón con amplitud, dirección y fase aleatoria. De esta manera la circulación de energía hace que se genere luz. Sin embargo no todo es luz sino que al igual que las lamparas convencionales las LEDs también desprenden calor, pero en una cantidad mucho menor.

 

CARACTERÍSTICAS DE LOS LEDs.
 
- El ancho de banda del LED depende del material del componente.
- La amplitud del LED depende de la densidad de la corriente.
- El funcionamiento del LED está ligado a la temperatura.
- Los LEDs son componentes de relativa lentitud (<1 Gb/s).
- Los LEDs poseen un rango espectral ancho.
- Los LEDs son baratos.
- Los LEDs transmiten luz en un cono relativamente amplio.
- Los LEDs son fuentes convenientes para comunicaciones por fibras ópticas
multimodo.

Funcionamiento del diodo láser.

El proceso de generación de luz en un diodo láser es similar al del LED, pero
con un volumen de generación menor y una alta concentración de portadores
inyectados. Se consigue así una elevada ganancia óptica y un espectro de
emisión muy estrecho que da lugar a luz coherente.
La luz de este tipo de láser puede acoplarse fácilmente a una fibra multimodo
juntando simplemente a tope un extremo de la raya del láser contra el extremo
del núcleo de la fibra, que tiene un diámetro mucho mayor. También puede
acoplarse a una fibra monomodo.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS DIODOS LÁSER.

Algunas de las ventajas más notables de estos componentes son:
- Debido a su patrón de radiación de luz, el cual es más directo que el patrón
que presentan los LED ́s, es más sencillo acoplar la luz dentro de la fibra
óptica. Esto reduce las pérdidas por acoplamiento y permite utilizar fibras más
de diámetro menor.
- La potencia radiada que entrega el láser es típicamente de 5mW, mientras
que el LED entrega una potencia de 0.5mW en promedio. Esto hace que el
láser sea preferido en sistemas de comunicación de larga distancia.
- El láser permite una mayor tasa de transmisión de bits.
El láser genera luz monocromática, lo que reduce la dispersión por longitud
de onda en la fibra óptica.
Las desventajas más notables que encontramos en el láser son:
- El láser es 10 veces más caro que el LED.
- Por su cualidad de operar a alta potencia, su duración de vida es mucha más
corta que la del LED.
- La operación del láser es más dependiente de la temperatura que la del LED.

fotodetector

un fotodetector radica en su funcionamiento como transductor de luz que proporciona una señal eléctrica como respuesta a la radiación óptica que incide sobre la superficie sensora.

Existen dos tipos fundamentales de detectores de luz, los térmicos y los fotónicos que operan con mecanismos de transducción diferentes.

Los detectores térmicos absorben (detectan) la energía de los fotones incidentes en forma de calor con lo que se produce un incremento en la temperatura del elemento sensor que implica también un cambio en sus propiedades eléctricas como por ejemplo la resistencia. El cambio en esta propiedad eléctrica en función del flujo radiante recibido es lo que permite su medida a través de un circuito exterior. La mayoría de esta clase de fotodetectores son bastante ineficientes y relativamente lentos como resultado del tiempo requerido para cambiar su temperatura, lo que les hace inadecuados para la mayor parte de las aplicaciones fotónicas.

Fig. 4.1 Esquema básico de un dispositivo fotodetector

Los detectores fotónicos no utilizan la energía del fotón en forma de calor, sino que la invierten en incrementar la energía de sus portadores de carga, con lo que se modifican las propiedades de conducción eléctrica de los sistemas detectores en función del flujo de fotones recibido. Este proceso de conversión implica la transformación de los fotones incidentes en electrones, pero esta respuesta simple no tendría ninguna relevancia si esos electrones no se ponen en movimiento para generar una corriente, que es la magnitud que realmente podemos medir, para ello en ocasiones hay que aplicar un campo eléctrico, dando lugar a un esquema como el de la figura 4.1. Dado su origen, la corriente así generada recibe el nombre de fotocorriente. Es a esta clase de detectores a la que nos vamos a dedicar en este tema.

trabajo 2

Modulador y Demodulador ASK

Para la transmisión de datos digitales, existen principalmente tres métodos de modulación que permiten alterar el ancho de banda sobre el cual será enviada la información. Estos tres métodos son muy empleados debido a su relativa sencillez y a que son ideales para la transmisión de datos digitales, ellos son, el ASK (Amplitude Shift Keying), FSK (Frequency Shift Keying) y PSK (Phase Shift Keying).

El ASK que es el método que nos atañe en especial, es una forma de modulación mediante la cual la amplitud de la señal está dada por la ecuación

Ecuación 1: Corrimiento en Amplitud

ASK entonces, puede ser descrito como la multiplicación de la señal de entrada f(t)=A (valido en sistemas digitales) por la señal de la portadora. Además, esta técnica es muy similar a la modulación en amplitud AM, con la única diferencia que para este caso m=0.

Figura 1: Modulación por corrimiento en la amplitud (Amplitude shift keying)

En el dominio de la frecuencia, tal y como ya lo habíamos mencionado, el efecto de la modulación por ASK permite que cualquier señal digital sea adecuada para ser transmitida en un canal de ancho de banda restringida sin ningún problema, además al estar en función de una sola frecuencia, es posible controlar e incluso evitar los efectos del ruido sobre la señal con tan sólo utilizar un filtro pasabandas, o bien, transmitir más de una señal independientes entre sí sobre un mismo canal, con tan sólo modularlas en frecuencias diferentes. Esto queda demostrado gráficamente si observamos la representación de la figura 2.

 
Modulación por impulsos codificados
La modulación por impulsos codificados (MIC o PCM por sus siglas inglesas de Pulse Code Modulation) es un procedimiento de modulación utilizado para transformar una señal analógica en una secuencia de bits (señal digital), este método fue inventado por Alec Reeves en 1937. Una trama o stream PCM es una representación digital de una señal analógica en donde la magnitud de la onda analógica es tomada en intervalos uniformes (muestras), cada muestra puede tomar un conjunto finito de valores, los cuales se encuentran codificados.

Muestreo y cuantificación de una onda senoidal (roja) en código PCM de 4-bits

En la Figura 1 se muestra la disposición de los elementos que componen un sistema que utiliza la modulación por impulsos codificados. Por razones de simplificación, sólo se representan los elementos para la transmisión de tres canales.


 

 modulacion FSK

El FSK (Frequency-shift keying) es un tipo de modulación de frecuencia cuya señal modulante es un flujo de pulsos binarios que varía entre valores predeterminados.

En los sistemas de modulación por salto de frecuencia, FSK, la señal moduladora hace variar la frecuencia de la portadora, de modo que la señal modulada resultante codifica la información asociándola a valores de frecuencia diferentes.

FSK de banda reducida

Recibe también el nombre de banda angosta.
Se tiene cuando la variación de frecuencia de la señal modulada da como resultado una diferencia de fase menor que PI/2. Se dice que el índice de modulación es pequeño.
Su espectro de frecuencias es similar al de ASK. Se diferencian en que la amplitud de las armónicas se ve afectada por la frecuencia, superponiéndose a la FSK.
Existe una coincidencia entre el ancho de banda necesario para ASK y para FSK de banda reducida.

Modulación de fase PSK

La modulación PSK se caracteriza porque la fase de la señal portadora representa cada símbolo de información de la señal moduladora, con un valor angular que el modulador elige entre un conjunto discreto de "n" valores posibles.
La modulación PSK también se denomina “por desplazamiento” debido a los saltos bruscos que la moduladora digital provoca en los correspondientes parámetros de la portadora.
Un modulador PSK representa directamente la información mediante el valor absoluto de la fase de la señal modulada, valor que el demodulador obtiene al comparar la fase de esta con la fase de la portadora sin modular.

Imagen modulación PSK

 


La señal modulada resultante, responde a la expresión:

Donde:

• A_p=longitud
• f=frecuencia
• t=tiempo
• 0=representa cada uno de los n valores posibles de la fase, tantos como estados tenga la señal codificada en banda base multinivel.