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:
- Pérdidas por absorción
- Pérdidas por dispersión de Rayleigh o materiales
- Dispersión cromática o de longitud de onda
- Pérdidas de radiación
- Dispersión modas
- 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
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