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Subido porCristián Andrés Sepúlveda Muñoz
Ch05 e
Este documento proporciona una introducción a la fibra óptica. Explica cómo se construye la fibra óptica, incluidos los diferentes tipos de fibra y cables. Detalla cómo funciona la transmisión de datos a través de la fibra óptica utilizando pulsos de luz. También describe las ventajas de la fibra óptica sobre el cable de cobre, como su inmunidad electromagnética, mayor ancho de banda y distancia de transmisión. Finalmente, cubre temas como conectores, pruebas y aplicaciones de la fibra
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- 2. Capítulo 5 Mediode Fibra Optica
- 3. • Aprender acercade la fibra óptica • Identificar las ventajas y desventajas de la fibra óptica • Aprender como la fibra óptica esta construída • Conocer acerca de los conectores de fibra óptica • Comprender los conceptos básicos de la transmisión por medio de fibra óptica Objetivos de aprendizaje
- 4. Fibra Optica • Elcable de fibra óptica es un medio de comunicación que utiliza luz modulada para transmitir datos a través de fibras de vidrio delgadas. • Las señales que representan bits de datos se convierten en haces de luz. • Aunque los costos de los medios de fibra óptica no son mucho más altos que los de los cables de cobre, los conectores, las herramientas y la mano de obra necesarios para conectar este cable son bastante más caros.
- 5. Construcción del cablede Fibra óptica Típicamente son cinco los elementos de los cuales esta construido un cable de fibra óptica:
- 6. Cómo funciona lafibra óptica • La entrada de luz se refleja o refracta fuera del revestimiento dependiendo del ángulo que golpea el revestimiento. • Después, rebota dentro del núcleo y del revestimiento a lo largo de grandes distancias.
- 7. Cables de Fibraóptica • Cada circuito de fibra óptica está formado, en realidad, por dos cables de fibra. • Hay uno para transmitir datos en cada dirección. • Observe que cada cable tiene tanto un conector de transmisión como uno de recepción. • Un par (Tx/Rx) en un router, switch, panel de conexión, servidor o, incluso, en una estación de trabajo.
- 8. Transmisión de Datos •El transmisor convierte los datos en pulsos luminosos codificados e inyecta los pulsos luminosos en la fibra óptica. • El transmisor puede ser un láser, un Diodo emisor de luz (LED) o un dispositivo especial llamado Láser emisor de superficie de cavidad vertical (VCSEL). • Cada uno de estos elementos convierte la señal de datos entrante en pulsos luminosos. • La secuencia de pulsos representa los datos enviados. • Cuando los pulsos luminosos llegan al destino, se los canaliza dentro del receptor óptico.
- 9. Tipos de transmisiónen Fibra Optica • El monomodo utiliza un modo único de luz para transmitir la señal. El multimodo utiliza modos múltiples de luz para transmitir la señal, de ahí el término multimodo. • En la transmisión óptica, un modo es un rayo de luz que entra al núcleo en un ángulo determinado. • los modos se pueden representar como haces de rayos luminosos de la misma longitud de onda que entran a la fibra a un ángulo especifico.
- 10. Fibra Monomodo • Apropiadopara aplicaciones de larga distancia hasta 3.000 metros. • Fuente de luz LASER. • Núcleo pequeño • Menor dispersión • Mayor ancho de banda • La fibra multimodo se usa con más frecuencia en backbones LAN dentro de edificios.
- 11. Fibra Multimodo • Apropiadopara aplicaciones de larga distancia hasta 2.000 metros. • Fuente de luz LED. • Núcleo mayor que el monomodo • Permite mayor dispersión • Menos ancho de banda
- 12. Sistemas de cerramientoy paneles de conexión • Los sistemas de cerramiento de fibra óptica, que constan de conectores y canales de protección, están diseñados para proteger el cable de fibra óptica. Gabinete de montaje de pared Canaleta de Fibra Optica
- 13. Ventajas de laFibra Optica • Inmunidad electromagnética, incluida la no conductividad • Consideraciones de seguridad • Atenuación disminuida y aumento en la distancia de transmisión • Potencial de ancho de banda aumentado • Diámetro pequeño y poco peso • Economía a largo plazo
- 14. Propiedades de TransmisiónFibra Optica • La fibra óptica utiliza luz para transmitir una señal, no está sujeta a EMI, RFI o sobrevoltaje. • No produce impulsos eléctricos. • la naturaleza no conductiva de la fibra óptica hace que sea una opción valiosa para áreas con gran incidencia de tormentas de rayos.
- 15. Consideraciones de Seguridadcon Fibra Optica • La fibra óptica dificulta la detección de la señal que se transmite dentro del cable . • La única forma de intervenir un circuito de fibra óptica es al acceder a la fibra directamente; ello requiere una intervención que sea fácil de detectar para el equipo de vigilancia.
- 16. Atenuación disminuida ydistancia de transmisión aumentada • Para que la señal no desaparezca, hay que estimularla con mucha frecuencia a lo largo de su ruta. • Para estimular el pulso electrónico en un cable de cobre, se utiliza un regenerador de señal (repetidor). • Para estimular el pulso luminoso en un cable de fibra óptica, se utiliza un repetidor óptico. • La ventaja de la fibra óptica es que funciona mejor con respecto a la atenuación. (los repetidores ópticos no causan mucha atenuación)
- 17. Potencial de anchode banda aumentado • los circuitos de fibra que se utilizan en conexiones de enlace troncal entre ciudades y países, transportan información de hasta 2,5 gigabits por segundo (Gbps). • Esto es suficiente para transportar 40.000 circuitos telefónicos o 250 canales de televisión. • Los expertos en la industria pronostican mayores anchos de banda a medida que la tecnología avance.
- 18. Consideraciones de tamañoy peso • En comparación con el cobre, la fibra óptica es relativamente pequeña en diámetro y mucho más liviana en peso.
- 19. Economía a largoplazo • A largo plazo, puede ser más ventajoso invertir en fibra óptica, aun para conversiones de cobre. Al reemplazar cobre por fibra de vidrio, se puede evitar la inversión permanente en un sistema de cobre que pronto estará desactualizado. • Esta inversión es ventajosa a largo plazo debido a la facilidad relativa de mejorar la fibra óptica a mayores velocidades y rendimientos, ya que se pueden mejorar muchos dispositivos electrónicos sin modificar los circuitos de fibra.
- 20. Desventajas de lafibra óptica • Un costo inicial mayor que el cobre • La fibra óptica resiste menos el abuso que el cable de cobre • Los conectores de fibra son más delicados que los conectores de cobre • La conexión de la fibra óptica requiere un mayor nivel de capacitación y conocimiento • Los medidores y las herramientas de instalación son más caras
- 21. Cómo se creala fibra óptica • Generalmente, la fibra óptica se crea por medio de un proceso llamado deposición externa de vapor (OVD). • El proceso OVD produce una fibra con dimensiones muy consistentes.
- 22. El Proceso OVD Lostres pasos de la fabricación de la fibra óptica con OVD Básico consta de depósito, consolidación y tendido • Depósito – Se depositan partículas de sílice y germanio en una vara por medio de una reacción química. Este paso crea materiales muy puros • Consolidación – En este paso se quita la vara de la masa de minerales recolectados sobre ella en el paso anterior. La masa se ubica, entonces, en un horno donde se crea el vidrio • Tendido – Después, el vidrio preformado terminado se coloca en una torre de tendido y se tiende para formar un filamento continuo de fibra de vidrio
- 23. Clases de fibraóptica • Sílice con revestimiento rígido – Un núcleo de sílice (SiO2) rodeado de un revestimiento de plástico rígido. • Sílice con revestimiento de plástico – Un núcleo de sílice (SiO2) rodeado de un revestimiento de plástico de goma de silicona. Aunque era popular a principios de la década de 1980, se utiliza muy poco en la actualidad. • Fibras ópticas de plástico – Un núcleo de plástico rodeado por revestimiento de plástico.
- 24. Cables de tubosuelto • El cable de tubo suelto se utiliza principalmente para instalaciones en el exterior de los edificios . • Un cable de tubo suelto consta de seis componentes:
- 25. Cables de AmortiguaciónEstrecha • Los cables de amortiguación estrecha suelen utilizarse para instalaciones de backbone interior, conductos verticales, horizontales y plenum. • Un cable de amortiguación estrecha consta de cuatro componentes:
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- 33. Conectores • Los conectoresse utilizan para conectar la fibra óptica a paneles o a dispositivos activos. • ANSI/TIA/EIA 568-B.3 es el estándar especificado que el SC (straight cube) duplex es el conector recomendado para todas las terminaciones, a pesar que el antiguo ST (straight tube) es aún aceptado Conector ST Conector SC
- 34. Prueba de lafibra óptica • Probablemente, la parte más importante de la instalación de la fibra óptica es probar los cables y las conexiones. Si la fibra no pasa la prueba, se debe reparar la instalación, incluso si se deben tender nuevas fibras. • Un simple control con una linterna puede servir para verificar si el cable funciona correctamente. • La dos pruebas de fibra óptica: Fuente de luz y un medidor de potencia y Un reflectómetro en dominio de tiempo (OTDR)
- 35. Fuente de luzy un medidor de potencia • Las instalaciones de fibra óptica se prueban a menudo con una fuente de luz y un medidor de potencia. • La fuente de potencia entrega aproximadamente un milivatio (1 mW) en una o más longitudes de onda de la fibra óptica más usada. • El medidor detecta la potencia y la exhibe en dB.
- 36. Un reflectómetro endominio de tiempo (OTDR) • Un reflectómetro en dominio de tiempo (OTDR) funciona como un radar que emite pulsos de luz a través de la fibra que se está probando. • Cada empalme desalineado y cada discontinuidad hace que una pequeña parte de la luz mande el reflejo de la fibra donde el OTDR monitorea en busca de ecos. • Al graficar la fuerza de los ecos respecto del tiempo, se puede aprender mucho acerca de la condición del cable.
- 37. Ondas luminosas • Lalongitud de onda de la luz se mide en nanómetros (nm) o en micrones (µm). • La longitud de onda es la distancia que recorre una onda electromagnética en el tiempo que le lleva oscilar a través de un ciclo completo.
- 38. Reflexión • La reflexiónes el cambio abrupto en la dirección de un haz de luz en una interfaz entre dos medios diferentes (aire, vidrio, plástico o agua, por ejemplo) de modo que el haz de luz regresa al medio que lo originó
- 39. Angulo Critico • Elángulo en el que el rayo golpea la superficie del vidrio se llama ángulo de incidencia. Cuando este ángulo alcanza un cierto punto, llamado ángulo crítico, toda la luz se refleja nuevamente en el medio original.
- 40. Refracción • La refracciónes la curvatura de un haz de luz a través de una interfaz entre dos medios diferentes, como el vidrio y el aire.
- 41. Índice de refracción. •El índice de refracción es la proporción entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en otro medio. • Cuanto más bajo es el índice de refracción, más rápido viaja la luz por un material. • El índice de refracción de un material, como los utilizados en cables de fibra óptica, es una propiedad importante que determina cómo se comportará la luz en ese material.
- 42. Transmisor • El transmisores el codificador del sistema de comunicación con fibra óptica. Codificar significa convertir las señales electrónicas en pulsos de luz equivalentes y enviarlos al cable de fibra óptica para su transmisión.
- 43. Receptor óptico • Elreceptor o decodificador se encuentra en el extremo opuesto del sistema de fibra óptica. • La función del receptor es detectar el pulso luminoso que llega desde el otro extremo para convertirlo nuevamente en la señal eléctrica original que contiene la información que estaba impresa en la luz en el extremo transmisor. • Se puede utilizar también un dispositivo llamado transceptor, que realiza las dos funciones de transmisión y recepción de un transmisor y de un receptor
- 44. Multiplexión • La multiplexión(MUX) es un proceso en el cual los canales de datos múltiples se combinan en datos simples o en un canal físico en la fuente. • La demultiplexión (DEMUX) es el proceso de separación de canales de datos multiplexados en el destino. Datos
Notas del editor
- #5 Since skilled technicians are needed to terminate the fiber-optic connectors and the process is time consuming, labor is generally the most expensive element of fiber-optic installation. Despite its expense, fiber is not susceptible to EMI or RFI, has higher data transmission rates, significantly greater transmission distances, no grounding concerns, and better resistance to environmental factors. This may make fiber a more attractive choice over copper in some implementations. Since there are no crosstalk issues with fiber, it is very common to see multiple fiber pairs encased in the same cable when working with backbone cabling This allows a single cable to be run between floors or data closets and yet supports 2, 4, 8, 12, 24 or more circuits.
- #6 Surrounding the cladding is a buffer material used to help shield the core and cladding from damage. A strength material surrounds the buffer, preventing the fiber cable from being stretched when it is being pulled. The material used is often the same material used to produce bulletproof vests. The final element, the outer jacket, is added to protect the fiber against abrasion, solvents, and other contaminants. This outer jacket composition can vary depending on the cable usage. Fire codes may dictate plenum or riser grade materials
- #9 In many ways fiber-optic systems are similar to copper wire systems. The biggest difference is that fiber-optics use light pulses to transmit information through fiber circuits instead of using electronic pulses through copper circuits. The type of device the cable connects to will determine the actual processing, but in general terms the receiver will convert the light pulses into electrical signals that can then be used by the device or transmitted via copper circuits to other devices.
- #10 Multimode fiber uses LEDs as the light source, while single-mode fiber generally uses laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) light sources. A laser is a device that produces a very intense beam of light. This type of light is much stronger than that which is emitted by an LED. This allows single mode fiber using lasers to transmit data for greater distances.
- #11 The core in single-mode fiber is approximately 10 times larger than the wavelength of the light it is carrying. This leaves very little room for the light to bounce around. As a result the data carrying light pulses in single-mode fiber are essentially transmitted in a straight line through the core. Single-mode is often used in exterior segments and to connect buildings in larger campus environments.
- #12 Multimode uses a type of glass, called graded index glass, which has a lower index of refraction towards the outer edge of the core. This causes the light to slow down when passing through the center of the core and accelerate when passing through the outer areas of the core, ensuring that all modes of light reach the end at approximately the same time. Because the diameter of the cladding is considerably larger than the wavelength of the light being transmitted, the light bounces around (reflects) inside the core as it is propagated along the transmission line.
- #13 Fiber-optics require special handling due to the delicate nature of the thin glass fibers that transmit the light signals. The enclosure systems prevent the cables from being twisted or cut which leads to signal loss. The connectors used in fiber-optic enclosures should provide for a 5 cm bend radius minimum. This will ensure an effective signal transmission while utilizing minimum space.
- #14 Compared to copper, optical fiber is relatively small in diameter and much lighter in weight. These characteristics have made it desirable as intra-floor conduits and wiring duct space has become increasing plugged with expanded copper cable installation.
- #15 Since fiber-optics use light to transmit a signal, it is not subject to EMI, RFI, or voltage surges Since fiber does not use electrical impulses and therefore cannot produce or transmit electric sparks, it becomes the logical solution for passing through flammable environments . The non-conductive nature of fiber-optic makes it a great choice for areas of high lightning-strike incidence and even running through liquids, such as running under the oceans . A fiber-optic connection avoids the problem of differing ground potentials and eliminates the danger ground loops pose to personnel and equipment. Signals sent on copper wires can be intercepted by devices placed in close proximity to the cable. The only way to tap a fiber circuit is to actually access the optical fiber itself, which requires intervention that is easily detectable by security surveillance.
- #17 Fiber-optic cable needs fewer boosting devices than copper cable. Long, continuous segment lengths of fiber-optic cable also provide advantages for manufacturers, installers, and end-users.
- #18 Copper standards such as 100 Mbps and Gigabit have evolved and added much needed copper capacity within LANs. The much shorter maximum lengths of copper necessitate fiber for longer runs for LAN backbones and campus inter-building connectivity.
- #19 A 1 cm, 24-strand fiber cable operating at 140 Mbps carries the same number of voice channels as a 7.5 cm 900-pair copper cable. One kilometer (.6 miles) of this 24-strand fiber cable weighs approx. 60 kg (132 lbs.) while the same length of 900-pair copper cable weighs approx. 7250 kg (16000 lbs.). One single strand of single-mode fiber can now carry up to 5 million phone calls simultaneously.
- #20 The Telecommunications Act of 1996 furthered this effort by allowing television and telephone companies to compete in each other's markets. Fiber-optics will become critical in supplying the bandwidth needed to provide the all-in-one service with television, telephone, interactive multimedia, and Internet access in every home.
- #21 The biggest disadvantage of fiber-optic systems alluded to in the economics section is its incompatibility with the current electronic hardware systems that make up today's telecommunications world. Organizations often solve situations by retrofitting current hardware systems to the fiber-optic networks. Much of the speed that is gained through fiber transmission can be lost at the fiber/copper conversion points
- #23 Fiber produced using the OVD process is purely synthetic, exhibits enhanced reliability, and allows for precise geometrical and optical consistency. The OVD process produces a fiber with very consistent dimensions.
- #24 Although the majority (60%) of fibers are all-glass single-mode used for long distance telephone networks, the low cost of multimode electronics makes multimode fiber popular in local area networking. The total cost of an installation is the combined cost of the cables and the electronics used to communicate over the media.
- #25 Due to the potential exposure to damage by the environment, color-coded plastic buffer tubes house and protect optical fibers. The fibers are floating in a color-coded gel-filled tube to impede water penetration and cushion the fiber. The gel also helps to protect the fibers in low temperature areas. Because the fibers are floating within the tube, there is some slack in the fibers themselves. This extra length helps buffer the fibers during installation. The buffer tubes are often stranded around a dielectric or metal strand to prevent buckling. It is also possible to have armoring around the jacketed cables for additional protection. If the finished cable has metallic components, it may be necessary and beneficial to provide bonding to secure ground.
- #26 Unlike loose tube designs, tight-buffered cables have the buffering material in direct contact with the fiber. Single-fiber, tight-buffered cables are used as patch cords and jumpers to terminate loose-tube cables directly into devices. The fiber is given an acrylate coating prior to the application of the PVC buffer material, giving each fiber a 900 micron overall diameter. The final bundle provides a rugged cable able to protect individual fibers during handling, routing, and termination. The Aramid jacket helps keep the fiber from being stretched when installers are pulling on the cable.
- #37 There are many different types of connectors in use today. The fiber technician must be sure to match correctly the equipment with the proper connections. Many devices allow for different types of connections. The ST uses a bayonet type connection similar in concept but much smaller than the one used by coaxial cable. Although the ST is still the most widely used because it is relatively easy to terminate, the ST is losing ground to the SC because it requires substantially more room to secure and disconnect. Device manufacturers are typically looking for high port density (closeness) to keep their manufacturing costs and rack space requirements down. SC connectors can be used individually or as part of a duplex connector. Both parts of the SC connector have a key mechanism to help in seating the connection. Some students remember the difference between ST and SC by thinking that "C" stands for "cube", which is the shape of the connector.
- #39 The first step in testing is to affix a jumper to the light source. Using the power meter, obtain a reading of the power level. Record this value as Reference Power Level. Disconnect the power meter from the jumper. Insert a short test lead into the power meter, and using an adapter, connect it to the free end of the jumper extending from the power source. Make a reading, and subtract this value from the Reference Power Level just obtained. The result should be 0.75dB or less. If not, clean all connections, try a new test lead if necessary, and repeat.
- #40 It is important to have a precise knowledge of the speed with which light travels down the particular type of cable. The manufacturer usually provides this figure based on statistical testing. It is called the Nominal Velocity of Propagation (NVP). Usually the operator must key into the OTDR either the NVP or else the manufacturer’s name and type of cable. In some systems, it is impossible to make measurements in the first several meters of fiber. This span, called the “dead zone” occurs because the pulses that come from the OTDR take a certain amount of time to launch. During the time that the transmitter is active, the receiver cannot function well because the transmitter output is so strong. Usually certification includes documentation, and a copy of the OTDR trace is usually included as well.
- #41 Wavelength is the distance that an electromagnetic wave travels in the time it takes to oscillate through a complete cycle. Two other wave phenomena are actually seen. These wave phenomena are the amplitude and attenuation. Amplitude is the height of the wave from the bottom of a valley to the top of the next peak. Attenuation is the diminishing of the wave over time and distance. The wave is at its greatest amplitude near the source and over distance flattens out to the point it is no longer recognizable.
- #43 This reflection of all light back into the source is a phenomenon called total internal reflection. Total internal reflection is a simple property of glass, which causes light hitting the surface at a certain angle to be totally reflected back into the fiber core with little or no loss. When the angle is greater than the critical angle, then all of the light is reflected and the signal is sent down the fiber. When the angle is less than the critical angle, at least some of the light escapes or is absorbed into the surface of the second medium, in the case of fiber, the cladding. This can lead to problems such as the signal being distorted or not reaching its destination.
- #44 As the angle of incidence at which the light ray hits the glass surface increases, the emerging light will bend more towards the glass, in fact it will eventually begin to reflect back into the glass. Only when light strikes the surface between the two media at a perpendicular angle will it pass straight through both.
- #45 The speed of light in a vacuum, free of any impurities, is considered perfect, so every index of refraction will be a value greater than 1.0 The refractive index is usually represented by the symbol "η"
- #46 Encoding also means the manipulation of light signals so that they travel in a predetermined pattern reflecting the information it carries. Data is encoded so that 'on' is a binary '1', and 'off' is a binary '0'. Think of coding like old-style Morse code, with 'on' instead of a dot and 'off' instead of dash.
- #47 When this happens, the information once more is in the form of 1s and 0s, ready to be put back into any receiving electronic device such as a computer, video monitor and so on. Depending on the type of service being used on the communications network, transmitters and receivers may be separate units. A device known as a transceiver, which performs both the transmission and reception functions of a transmitter and receiver, can also be used.
- #48 One example of multiplexing is when data from multiple applications is multiplexed into a single data packet. Another example of multiplexing is when data from multiple devices is multiplexed into a single physical channel (using a device called a multiplexer)