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.