LA siguiente publicacion trata sobre algunos aspectos de la fibra óptica, su historia estructura etc

1. Asignatura: Electiva V
Profesor: Ing.
Autor: Adrián Astudillo
CI:25576775

3. La fibra óptica y las comu-
nicaciones a través de la misma
es una invención que no se
puede atribuir a una persona en
particular, por el contrario ha
sido el resultado de muchos
físicos e inventores entre los
cuales cabe destacar al físico
Jean-Daniel Colladon, quien en
compañía de Jacques Babinet
en 1840 descubrieron en la ciu-
dad de París, que la luz podía
confinarse por refracción en un
medio cristalino. A partir de este
principio se llevaron a cabo una
serie de estudios, en los que se
demostró el potencial del cristal
como medio eficaz de transmi-
sión de la luz a larga distancia.
Además, se desarrollaron una
serie de aplicaciones basadas
en dicho principio para iluminar
corrientes de agua en fuentes
públicas. Más tarde, el ingeniero
e s c o c é s J o h n L o g i e
Baird registró patentes que des-
cribían la utilización de bastones
sólidos de vidrio en la transmi-
sión de luz, para su empleo en
su sistema electromecánico de
televisión en color. Sin embargo,
las técnicas y los materiales
usados no permitían la transmi-
sión de la luz con buen rendi-
miento. Las pérdidas de señal
óptica eran grandes y no había
dispositivos de acoplamiento
óptico.
Uno de los primeros usos de
la fibra óptica fue el uso de un
haz de fibras para la transmisión
de imágenes, que se usó en
el endoscopio. Usando la fibra
óptica, se consiguió un endosco-
pio semiflexible, el cual fue pa-
tentado por la Universidad de
Míchigan en 1956. En este in-
vento se usaron unas nuevas
fibras forradas con un material
de bajo índice de refracción, ya
que antes se impregnaban con
aceites o ceras.
Solamente en 1950 las fibras
ópticas comenzaron a interesar
a los investigadores, con mu-
chas aplicaciones prácticas que
estaban siendo desarrolladas.
En 1952, el físico Narinder Singh
Kapany, apoyándose en los
estudios de John Tyndall, realizó
experimentos que condujeron a
la invención de la fibra óptica.
Desde entonces la fibra óptica
ha mejorado enormemente en
cuanto a sus capacidades y la
poca atenuación por longitud
superando por mucho el rendi-
miento de los cables coaxiales.
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Experimento de
Jean-Daniel Colladon
garle resistencia a la tracción.
Básicamente la fibra óptica
utilizada para transmitir informa-
ción se caracteriza en cuatro
partes que son prácticamente
comunes en todos los tipos de
cables.
De adentro hacia afuera te-
nemos:
El núcleo que esta conformado
por las fibras de vidrio translúci-
Existe varios tipos de cables de
fibra óptica su fabricación y com-
posición va a depender de la
distancia del tramo, la cantidad
de información que se quiere
transmitir el medio en donde se
va a instalar (terrestre o acuáti-
co) entre otros factores. Sin
embargo la estructura básica
consiste en una cubierta poste-
rior que por lo general es de
PVC y en algunos casos reforza-
da con kevlar o nylon para agre-

4. namiento los cuales se justifican
aplicando las leyes de la óptica
geométrica, principalmente, la
ley de la refracción (principio de
reflexión interna total) y la ley de
Snell. Su funcionamiento se
basa en transmitir por el núcleo
de la fibra un haz de luz, tal que
este no atraviese el revestimien-
to, sino que se refleje y se siga
propagando. Esto se consigue si
el índice de refracción del núcleo
es mayor al índice de refracción
del revestimiento, y también si el
ángulo de incidencia es superior
al ángulo límite. También llama-
do ángulo crítico.
En la figura inferior izquierda
tenemos que:
n1 y n2 son los índices de re-
fracción de los materiales. La
línea entrecortada delimita la
línea normal, además delimita
cuándo la luz cambia de un
medio a otro. Snell también hace
referencia a la refracción, la cual
es la línea imaginaria perpendi-
cular a la superficie. Los ángu-
los son los ángulos que se Se
forman con la línea norma, sien-
do θ1 el ángulo de la onda inci-
dente y θ2 el ángulo de la onda
refractada.
¡Dato curioso!
Investigadores lograron alcanzar
una velocidad de transmisión de
datos de 26 terabits por segundo
a través de fibra óptica, usando
un sólo láser. Aunque se han
alcanzado velocidades mayores
de transmisión antes, esos mé-
todos usan varios láser, y no
sólo uno.
Actualmente lo que se hace es
usar muchos láser con diferen-
tes colores para enviar informa-
ción mediante el mismo cable. Al
otro lado, una serie de sensores
detectan los colores e interpre-
La transmisión de datos a
alta velocidades representa una
de las ventajas mas notables
del empleo de la fibra óptica
aunado a esto esta tecnología
permite enviar información a
distancias mucho mayores que
los conductores eléctricos con-
vencionales además de esto
también y un mayor volumen de
datos esto se logra gracias a los
principios básicos de su funcio-
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“El cristal de cuarzo
es a menudo utilizado
para el revestimiento
del cable de fibra
óptica”
Chaqueta aislante es una capa
de polímero protectora externa
(normalmente de poliuretano o
PVC ) que brinda al cable aisla-
miento y cierta flexibilidad.
El material utilizado para las
fibras (para el núcleo y el reves-
timiento) puede ser vidrio puro
(SiO 2 ), de plástico, o una com-
binación de ambos. El uso de
uno u otro material será determi-
nado por factores tales como la
calidad y la economía. Las Fi-
bras ópticas de plástico (POF)
tienen la ventaja de estar hecho
de materiales más baratos que
el vidrio y para funcionar en la
gama visible del espectro. Sin
embargo, muestran una alta
pérdida, y por eso sus aplicacio-
nes se limitan a la transmisión
de corta distancia.
Algunos cables como los
transoceánicos tienen muchas
capas adicionales y en algunos
casos llevan acero para soportar
grandes presiones, tensiones y
profundidades, así como para
soportar su propio peso.
das o algún polímero que cum-
pla con dicha función con un
alto índice de refracción.
Revestimiento es la capa más
próxima al núcleo y a demás de
brindar protección y fuerza sirve
para reflejar la luz se caracteriza
por tener un bajo índice de refle-
xión.
Protector esta es una que cubre
al revestimiento en ocasiones
esta capa es de gel oscuro que
evita que la luz se disperse fue-
ra del cable.
Fenómeno de refracción
Fenómeno de reflexión

5. agregó. En lugar de eso, Freude y
sus colegas han trabajado en crear
altas velocidades, pero usando un
sólo láser que emite pulsos muy
cortos. Dentro de cada pulso hay
un número discreto de colores de
luz. Al ser enviados a través del
cable óptico, los colores pueden
sumarse o sustraerse, mezclándo-
se y creando hasta 325 colores en
total. Cada uno de ellos puede ser
codificado con su propio tráfico de
datos. En este experimento, se
enviaron datos a través de 50 kiló-
metros de cable de fibra óptica, y
en el lado de la recepción se utili-
zó la llamada “transformada rápida
de Fourier” para separar las distin-
tas corrientes de datos.
La transformada de Fourier es
un algoritmo matemático que per-
mite extraer los diferentes colores
desde un solo rayo de luz, basán-
dose en el tiempo en que llegan
las diferentes partes del rayo.
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tan la información. Usando este
método se llegó a experimentos
que permiten una velocidad de
100 terabits por segundo.
“El problema es que no tienen
un sólo láser, tienen como 370
lásers, lo que es algo increíble-
mente caro”, explicó el co-autor
del estudio actual, Wolfgang
Freude, del Karlsruhe Institute
of Technology en Alemania. “Si
puedes imaginarte 370 lásers,
llenan una repisa y consumen
varios kilowatts de energía”,
ción. La forma más común de
dispersión, llamada ‘Dispersión de
Rayleigh’, está causada por las no
uniformidades microscópicas de la
fibra óptica. Estas no -
uniformidades provocan que los
rayos de luz se dispersen parcial-
mente cuando viajan a lo largo del
núcleo de fibra y, por lo tanto, se
pierde algo de potencia de luz. La
dispersión de Rayleigh es respon-
sable de aproximadamente el 90
% de la pérdida intrínseca en las
fibras ópticas modernas. Tiene
una mayor influencia cuando el
tamaño de las impurezas en el
vidrio es comparable a la longitud
de onda de la luz. Las longitudes
de onda más largas, por lo tanto,
son menos afectadas que las lon-
gitudes de onda más cortas y es-
tán sujetas a menor pérdida. Las
causas extrínsecas de atenuación
incluyen tensiones durante la fabri-
cación del cableado y curvaturas
de la fibra. Se pueden distinguir
dos categorías de curvatura: mi-
crocurvatura y macrocurvatura. La
microcurvatura es causada 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 mecá-
nico, la tensión, la presión o la
torsión de la fibra también pueden
causar microcurvaturas. La figura
de la parte inferior de la pági-
na describe la microcurvatura en
una fibra y su efecto en el camino
de la luz..
La causa principal de macrocur-
vatura es una curvatura de peque-
ño radio. Las normas describen los
límites de radio de curvatura como
sigue: “Los cables con cuatro o
menos fibras destinados al Subsis-
tema de Cableado 1 (cableado
horizontal o centralizado) admitirán
un radio de curvatura de 25 mm (1
pulgada) cuando no estén sujetos
a carga de tensión. Los cables con
La pérdida o atenuación ha
sido un parámetro de rendimiento
bien establecido en los estánda-
res de cableado y de aplicación
de red. La señal debe llegar al
final del enlace de fibra óptica – la
entrada al detector en el dispositi-
vo receptor – con suficiente po-
tencia para ser correctamente
detectada y descodificada. Si el
detector no “ve” claramente la
señal, la transmisión, sin duda, ha
fracasado.
La atenuación o pérdida de señal
en fibra óptica es producida por
varios factores intrínsecos y ex-
trínsecos. Dos factores intrínse-
cos son la dispersión y la absor-
Un cable de fibra óptica
de TOSLINK
Una microcurvatura en una fibra óptica hace que algo de luz se escape del núcleo

6. cuatro o menos fibras destina-
dos a ser tendidos a través de
canalizaciones durante la insta-
lación admitirán un radio de
curvatura de 50 mm (2 pulga-
das) bajo una carga de tracción
de 220 N (50 lbf). Todos los
demás cables de fibra óptica
admitirán un radio de curvatura
de 10 veces el diámetro exterior
del cable cuando no estén suje-
tos a carga de tensión y 20 ve-
ces el diámetro exterior cuando
estén sujetos a carga de tensión
hasta el límite nominal del ca-
ble”. La longitud de la fibra y la
longitud de onda de la luz que
viaja a través de la fibra determi-
nan ante todo el valor de la ate-
nuación. La pérdida en un enla-
ce de fibra óptica instalado está
compuesta por la pérdida en la
fibra más la pérdida en conexio-
nes y empalmes. Las pérdidas
en conexiones y empalmes re-
presentan la mayoría de las
pérdidas en enlaces de fibra
más cortos, típicos de las aplica-
ciones de red de edificios. Una
herramienta para la solución de
problemas como un Reflectóme-
tro Óptico en el Dominio del
Tiempo (OTDR) permite medir y
comprobar la pérdida de cada
conexión o empalme.
calidad de los enlaces de fibra
óptica es tan buena que los
estándares recientes para Giga-
bit y 10 Gigabit Ethernet estable-
cen distancias de transmisión
que superan de lejos el tradicio-
nal alcance de 2 kilómetros de la
Ethernet original. La transmisión
por fibra óptica permite que se
utilice el protocolo de Ethernet
en las Redes de Área Metropoli-
tana (MANs) y en las Redes de
Área Amplia (WAN).
Aunque la fibra es el mejor de
todos los medios de transmisión
a la hora de transportar grandes
cantidades de datos a grandes
distancias, la fibra también pre-
senta dificultades. Cuando la luz
El cable de fibra óptica no se ve
afectado por las fuentes de ruido
externo que causan problemas
en los medios de cobre porque
la luz externa no puede ingresar
a la fibra salvo en el extremo del
transmisor. El manto está cu-
bierto por un material amortigua-
dor y una chaqueta exterior que
impide que la luz entre o aban-
done el cable.
Además, la transmisión de la luz
en la fibra de un cable no genera
interferencia que afecte la trans-
m i s i ó n e n
cualquier otra fibra. Esto signifi-
ca que la fibra no tiene el proble-
ma de diafonía que sí tienen los
medios de cobre. De hecho, la
viaja a través de la fibra, se
pierde parte de la energía de la
luz. Cuanto mayor es la distan-
cia a la que se envía una señal a
través de una fibra, más fuerza
pierde la señal. Esta atenuación
de la señal se debe a diversos
factores implícitos en la natura-
leza de la fibra en sí. El factor
más importante es la dispersión.
La dispersión de la luz dentro de
una fibra es producida por de-
fectos microscópicos en la uni-
formidad (distorsiones) de la
fibra que reflejan y dispersan
parte de la energía de la luz. La
absorción es otra causa de pér-
dida de la energía de la luz.
Cuando un rayo de luz choca
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Esta figura muestra el efecto de una dobladura con un radio
menor en el camino de la luz en la fibra. Parte de la luz en los
grupos de modos de orden superior ya no es reflejada y guia-
da dentro del núcleo
algunos tipos de impurezas
químicas dentro de una fibra,
estas impurezas absorben parte
de la energía. Esta energía de la
luz se convierte en una pequeña
cantidad de energía calórica. La
absorción hace que la señal
luminosa sea un poco más débil.
Otro factor que causa atenua-
ción en la señal luminosa son
las irregularidades o asperezas
de fabricación en el límite entre
el núcleo y el revestimiento. Se
pierde potencia en la señal lumi-
nosa debido a que la reflexión
interna total no es perfecta en el
área áspera de la fibra.

7. La fibra óptica reúne toda la
luz que entra dentro del ángulo
determinado por la Apertura
Numérica. La luz se refleja en el
límite entre el núcleo y el reves-
timiento y viaja por caminos
diferentes. Un camino también
se denomina un modo. La fibra
óptica multimodo guía la luz a lo
largo de varios caminos o mo-
dos. La luz que entra con un
ángulo más amplio rebota más
veces y recorre una ruta más
larga, representando los modos
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se mestra cómo se aplica el
principio de reflexión interna
total a la fibra óptica multimodo
de índice de salto. El término
‘índice de salto’ se refiere al
hecho de que el índice de refrac-
ción del núcleo está un escalón
por encima del índice del reves-
timiento. Cuando la luz entra en
la fibra, se separa en distintos
caminos, conocidos como
‘modos’. El principio de reflexión
interna total descrito cada ca-
mino o modo a través del núcleo
de fibra. Un modo viaja directa-
La dispersión describe cómo se
esparcen los pulsos de luz cuan-
do viajan a lo largo de la fibra
óptica. La dispersión limita el
ancho de banda de la fibra, re-
duciendo así la cantidad de
datos que puede transmitir la
fibra. Limitaremos el debate de
la dispersión a la dispersión
modal en fibras multimodo.
El término ‘multimodo’ se refiere
al hecho de que se propagan
simultáneamente numerosos
modos de rayos de luz a través
del núcleo. En la siguiente figura
mente por el centro de la fibra,
otros modos viajan con ángulos
diferentes y rebotan arriba y
abajo debido a la reflexión inter-
na. Los modos que más rebotan
se denominan los “modos de
orden superior”. Los modos que
rebotan muy poco son los
“modos de orden inferior”. El
camino más corto es la línea
recta. Todas las otras rutas
adoptadas por la luz (modos)
son más largas que la línea
recta – cuanto más pronunciado
es el ángulo, más rebotes se
producen y más largo es el ca-
mino recorrido. Según varía la
longitud de la ruta, así varía el
tiempo de viaje para alcanzar el
final del enlace. La disparidad
entre los tiempos de llegada de
los diferentes rayos de luz tam-
bién conocida como retardo de
modo diferencial (Differential
Mode Delay, DMD), es el motivo
de la dispersión o esparcimiento
de un pulso según se transmite
a lo largo del enlace de fibra.
de orden superior .
El efecto de dispersión aumenta
con la longitud del enlace de fibra
óptica. Según viajan más lejos los
pulsos, aumenta la diferencia en la
longitud del camino y, por lo tanto,
aumenta la diferencia en tiempos
de llegada y la dispersión de los
pulsos sigue creciendo. El efecto
es que los pulsos de luz que lle-
gan al final del enlace de fibra más
largo se solapan mutuamente y
que el receptor ya no puede distin-
guirlos, y no es capaz de descodi-
ficar su estado (valor). Mayo-
res velocidades de datos su-
ponen el envío de pulsos más
cortos en una rápida sucesión.
La dispersión limita la veloci-
dad a la que se pueden trans-
mitir pulsos. En otras palabras,
la dispersión limita el ancho de
banda del cableado. El efecto
neto de la dispersión hace que
los pulsos transmitidos viajen
juntos y se solapen al final del
enlace (entrada del detector).
El detector ya no puede reco-
nocer y descodificar el estado de
los pulsos individuales. Como
se observa a continuación.

8. Página 8
Los Amplificadores en fibra son
amplificadores ópticos que usan
fibra dopada, normalmente
con tierras raras. Estos amplifica-
dores necesitan de un bombeo
externo con un láser de onda
continua a una frecuencia óptica
ligeramente superior a la que
amplifican. Típicamente, las longi-
tudes de onda de bombeo son
980 nm o 1480 nm y para obtener
los mejores resultados en cuanto
a ruido se refiere, debe realizarse
en la misma dirección que la
señal. Un amplificador óptico es
capaz de amplificar un conjunto
de longitudes de onda
(WDM, wavelength division multi-
plexing). El amplificador de fibra
dopada más común es el EDFA
(del inglés, Erbium Doped Fiber
Amplifier) que se basa en el do-
paje con erbio de una fibra óptica.
Los amplificadores ópticos de
semiconductor tienen una estruc-
tura similar a un láser Fabry-
Perot salvo por la presencia de un
antireflectante en los extremos. El
antireflectante incluye un recubri-
miento antirreflejos y una guía de
onda cortada en ángulo para
evitar que la estructura se com-
“Diagrama esquemático de un amplificador de fibra dopada. “
porte como un láser. El amplificador
óptico de semiconductor suele ser
de pequeño tamaño y el bombeo se
implementa de forma eléctrica.
Podría ser menos caro que un
EDFA y puede ser integrado con
otros dispositivos (láseres, modula-
dores...). Sin embargo, en la actua-
lidad, las prestaciones no son tan
buenas como las que presentan los
EDFAs. Los SOAs presentan ma-
yor factor de ruido, menos ganan-
cia, sensibilidad a la polarización,
son muy alineales cuando se ope-
ran a elevadas velocidades.
Su elevada no linealidad hacen
atractivos los SOAs para apli-
caciones de procesado como la
conmutación todo óptica. Hoy
día se necesita un mayor an-
cho de banda En teoría, el
ancho de banda de la fibra
óptica puede exceder 1 [THz].
Pero en la práctica, el ancho de
banda se limita a 10 [GHz].
Esto se debe a: Dispersión No
linealidades Limitaciones de
la velocidad de componentes
electrónicas.
Hoy día se necesita un mayor
ancho de banda En teoría, el
ancho de banda de la fibra óptica
puede exceder 1 [THz]. Pero en
la práctica, el ancho de banda se
limita a 10 [GHz]. Esto se debe a:
Dispersión No linealidades Limita-
ciones de la velocidad de compo-
n e n t e s e l e c t r ó n i -
cas. SistemasÓpticos Multicanal .
Para solucionar lo anterior apare-
cen los Sistemas Ópticos Multica-
nal Diferentes técnicas de Multi-
plexación (WDM, TDM, FDM,
CDM) La capacidad ofrecida por
la fibra es aprovechada más efi-
cientemente.

9. Página 9
Actualmente las limitantes
de las comunicaciones ópticas
están dadas por la necesidad
de convertir las señales lumino-
sas a eléctricas y viceversa sin
embargo los avances alcanza-
dos hasta la fechas parecían
absurdos hace un par de déca-
das atrás, es probable que en
un futuro no muy lejano se in-
venten dispositivos que no exis-
ten ahora como por ejemplo
almacenamiento basado en
señales lumínicas, etc. El avan-
ce de esta área de la tecnología
esta relacionada con otras
áreas del saber de hecho algu-
nas herramientas matemáticas
datan de hace un siglo atrás ,
de modo que quizás lo que
parece absurdo hoy mañana
será posible ya que el ingenio
del ser humano parece no tocar
limites.
Por el momento la fibra
óptica no ha desplazado total-
mente al cable coaxial este
último sigue siendo más econó-
mico que la fibra óptica a medi-
da que la distribución del cable
óptico siga expandiéndose los
costos irán disminuyendo al
igual que la TV digital lo cual
supone el crecimiento de la era
digital que empezó hace mas de
una década. Es claro que estos
futuros avance cambiaran por
completo las telecomunicacio-
nes como la conocemos en la
actualidad.