Fibras op[1].

En la actualidad vivimos en un mundo constituido por
información, la información nos rodea por todas partes. Se
puede decir que cada día la cantidad de información que se
encuentra en la red de redes es mayor por lo que ha sido
necesario desarrollar un nuevo sistema de comunicaciones,
para transferir los datos de una manera más eficaz, la FIBRA
OPTICA.
La fibra óptica ha sido el medio que ha venido a
sustituir a los cables, y en algunos casos a los satélites, tiene
muchas ventajas con respecto a ellos y su uso se ha
incrementado gradualmente.
RESUMEN

En la actualidad vivimos en un mundo lleno de información, la
información nos rodea por todas partes. Desde que surgió el
telégrafo, y luego el teléfono, la radio, etc., cada día vemos como
los medios de comunicación electrónicos se arraigan más dentro de
la cultura y las actividades diarias de la sociedad actual. La
televisión, la telefonía móvil, las comunicaciones satelitales son
medios que permiten tener acceso a la información de manera
rápida y mantenernos comunicados en cualquier momento. Pero
hay un medio que se puede decir que es el centro mundial de la
información, donde prácticamente todo es posible, este medio es el
INTERNET.
INTRODUCCIÓN

El Internet se ha convertido en los últimos tiempos en un banco de
datos e información al que cual cualquier persona con una
computadora personal, un modulador-demodulador (MODEM) y una
línea telefónica, puede tener acceso.
Cada día la cantidad de información que se encuentra en la red de
redes es mayor, al igual que el número de personas que se
conectan, y cada vez los usuarios desean tener servicios que
necesitan mayor velocidad de transferencia de datos; por lo que ha
sido necesario desarrollar un nuevo medio para la transmisión de la
información, capaz de transferir los datos de una manera más eficaz,
rápida y accesible para un gran número de personas. Este medio es
la FIBRA ÓPTICA.
INTRODUCCIÓN

FIBRA ÓPTICA
1. ¿QUÉ ES?
Una fibra óptica es un filamento delgado y largo de un
material dieléctrico transparente, usualmente vidrio o
plástico de un diámetro aproximadamente igual al de
un cabello (entre 50 a 125 micras) al cual se le hace
un revestimiento especial, con ciertas características
para transmitir señales de luz a través de largas
distancias.

FIBRA ÓPTICA
2. COMPONENTES
a. NÚCLEO: Es propiamente la fibra óptica, la
hebra delgada de vidrio por donde viaja la
luz.
b. REVESTIMIENTO: Es una o más capas que
rodean a la fibra óptica y están hechas de un
material con un índice de refracción menor al
de la fibra óptica, de tal forma que los rayos
de luz se reflejen por el principio de reflexión
total interna hacia el núcleo y permite que no
se pierda la luz.
c. FORRO: Es un revestimiento de plástico
que protege a la fibra y la capa media de la
humedad y los maltratos.

FIBRA ÓPTICA
3. TIPOS
FIBRAS MULTI-MODO: Transmiten muchas señales por la fibra (usada en las
redes de ordenadores, las redes de área local).
FIBRAS UNIMODALES: Transmiten una señal por la fibra (usada en teléfonos
y la televisión por cable). Las fibras unimodales tienen núcleos muy delgados
(cerca de 9 micrones de diámetro) y transmiten la luz láser infrarroja (longitud
de onda = 1.300 a 1.550 nanómetros). Las fibras multi-modo tienen núcleos
más grandes (cerca de 62,5 micrones de diámetro) y transmiten la luz
infrarroja (longitud de onda = 850 a 1.300 nm.) de diodos emisores de luz
(LEDs).
Algunas fibras ópticas se pueden hacer de plástico. Estas fibras tienen una
base grande (0,04 pulgadas o diámetro de 1 milímetro) y transmiten la luz roja
visible (longitud de onda = 650 nm.) de los LEDs.

FIBRA ÓPTICA
3. TIPOS
3.1 FIBRA MULTI-MODO
Este tipo de fibra fue el primero en fabricarse y comercializarse. Su nombre
proviene del hecho de que transporta múltiples modos de forma simultánea,
ya que este tipo de fibra se caracteriza por tener un diámetro del núcleo
mucho mayor que las fibras monomodo. El número de modos que se
propagan por una fibra óptica depende de su apertura numérica o cono de
aceptación de rayos de luz a la entrada.
El mayor diámetro del núcleo facilita el acoplamiento de la fibra, pero su
principal inconveniente es que tiene un ancho de banda reducido como
consecuencia de la dispersión modal. Los diámetros de núcleo y cubierta
típicos de estas fibras son 50/125 y 62,5/125 nm.

FIBRA ÓPTICA
3. TIPOS
3.1 FIBRA MULTI-MODO
Existen dos tipos de fibra óptica multimodo: de salto de índice o de índice gradual.
En el primer caso, existe una discontinuidad de índices de refracción entre el
núcleo (n1 = cte.) y la cubierta o revestimiento de la fibra (n2 = cte.).
Por el contrario, en el segundo caso la variación del índice es gradual. Esto
permite que en las fibras multimodo de índice gradual los rayos de luz viajen a
distinta velocidad, de tal modo que aquellos que recorran mayor distancia se
propaguen más rápido, reduciéndose la dispersión temporal a la salida de la fibra.
SALTO DE ÍNDICE ÍNDICE GRADUAL

FIBRA ÓPTICA
3. TIPOS
3.2 FIBRA MONO-MODO
Las fibras ópticas monomodo tienen un diámetro del núcleo mucho menor, lo
que permite que se transmita un único modo y se evite la dispersión multimodal.
Los diámetros de núcleo y cubierta típicos para estas fibras son de 9/125 nm.
Las fibras monomodo también se caracterizan por una menor atenuación que
las fibras multimodo, aunque como desventaja resulta más complicado el
acoplamiento de la luz y las tolerancias de los conectores y empalmes son más
estrictas. A diferencia de las fibras multimodo, las fibras monomodo permiten
alcanzar grandes distancias y transmitir elevadas tasas de bit, las cuales vienen
limitadas principalmente por la dispersión cromática y los efectos no lineales.
FIBRA ÓPTICA MONOMODO

FIBRA ÓPTICA
3. TIPOS
3.2 FIBRA MONO-MODO: APLICACIONES
Fibra óptica Monomodo estándar (Standard Single-Mode Fiber, SSMF):
Esta fibra se caracteriza por una atenuación en torno a los 0,2 dB/km y una dispersión
cromática de unos 16 ps/km-nm en tercera ventana (1550 nm). La longitud de onda de
dispersión nula se sitúa en torno a los 1310 nm (segunda ventana) donde su atenuación
aumenta ligeramente. Está normalizada en la recomendación ITU G.652 y existen millones
de km de este tipo de fibra instalados en redes ópticas de todo el mundo, que se
benefician de sus bajas pérdidas a 1550 nm y de la utilización de los amplificadores
ópticos de fibra dopada con erbio (EDFA).
Algunos ejemplos de este tipo de fibra serían: SMF-28 (Corning) y AllWave (Lucent). En el
segundo caso, además, la fibra se caracteriza por eliminar el pico de absorción de OH, por
lo que dispone de una mayor anchura espectral para la transmisión en sistemas multicanal
CWDM.

FIBRA ÓPTICA
3. TIPOS
Fibra óptica de dispersión desplazada (Dispersion-Shifted Fiber, DSF):
Mediante la modificación geométrica del perfil de índice de refracción, se
puede conseguir desplazar la longitud de onda de dispersión nula a tercera
ventana, surgiendo de este modo las fibras de dispersión desplazada. Sus
pérdidas son ligeramente superiores (0,25 dB/km a 1550 nm), pero su
principal inconveniente proviene de los efectos no lineales, ya que su área
efectiva es bastante más pequeña que en el caso de la fibra monomodo
estándar.
Luego este tipo de fibras no son en principio adecuadas para sistemas
DWDM, ya que el fenómeno no lineal de mezclado de cuatro ondas (FWM)
produce degradaciones significativas. Este tipo de fibras se describe en la
recomendación ITU G.653.

FIBRA ÓPTICA
3. TIPOS
Fibra óptica de dispersión desplazada no nula
(Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber, NZDSF):
Para resolver los problemas de no linealidades de la fibra de dispersión
desplazada surgieron este tipo de fibras, que se caracterizan por valores
de dispersión cromática reducidos pero no nulos. En el mercado se pueden
encontrar fibras con valores de dispersión tanto positivos (NZDSF+) como
negativos (NZDSF-), con el fin de ser utilizadas en sistemas de gestión de
dispersión.
En la recomendación ITU G.655 se puede encontrar información sobre
este tipo de fibras. Algunos ejemplos de este tipo de fibras serían: LEAF
(Corning), True-Wave (Lucent) y Teralight (Alcatel).

FIBRA ÓPTICA
3. TIPOS
Fibra óptica compensadora de dispersión
(Dispersion Compensating Fiber, DCF):
Este tipo de fibra se caracteriza por un valor de dispersión cromática
elevado y de signo contrario al de la fibra estándar. Se utiliza en
sistemas de compensación de dispersión, colocando un pequeño
tramo de DCF para compensar la dispersión cromática acumulada en
el enlace óptico. Como datos negativos, tiene una mayor atenuación
que la fibra estándar (0,5 dB/km aprox.) y una menor área efectiva.

FIBRA ÓPTICA
3. TIPOS
Fibra óptica mantenedora de polarización
(Polarization-Maintaining Fiber, PMF):
Es otro tipo de fibra monomodo que se diseña para permitir la
propagación de una única polarización de la señal óptica de entrada.
Se utiliza en el caso de dispositivos sensibles a la polarización, como
por ejemplo moduladores externos de tipo Mach-Zehnder. Su principio
de funcionamiento se basa en introducir deformaciones geométricas
en el núcleo de la fibra durante el proceso de fabricación para
conseguir un comportamiento birrefringente.

FIBRA ÓPTICA
3. TIPOS
3.3 FIBRA ÓPTICA DE PLÁSTICO
(PLASTIC OPTICAL FIBER, POF)
Las fibras ópticas de plástico constituyen una solución de bajo coste para
realizar conexiones ópticas en distancias cortas, como por ejemplo en el
interior de dispositivos, automóviles, redes en el hogar, etc. Se caracterizan
por unas pérdidas de 0,15-0,2 dB/m a 650 nm (se suele emplear como
transmisor un LED rojo) y por un ancho de banda reducido como
consecuencia de su gran apertura numérica (diámetros del núcleo del orden
de 1 mm), pero por otra parte ofrecen como ventajas un manejo e instalación
sencillos y una mayor robustez.
Como ejemplo, las pérdidas que se producen son muy bajas con radios de
curvatura de hasta 25 mm, lo que facilita su instalación en paredes y lugares
estrechos. Además, avances recientes están propiciando mayores anchos de
banda y distancias

FIBRA ÓPTICA
3. TIPOS
3.4 FIBRA ÓPTICA DE CRISTAL FOTÓNICO
Recientemente han surgido un nuevo tipo de fibras de sílice caracterizadas
por una micro estructura de agujeros de aire que se extiende a lo largo de la
misma. Su inusual mecanismo de guiado, basado en el denominado guiado
intrabanda, hace que presenten toda una serie de propiedades únicas que las
diferencian de las fibras ordinarias. Entre estas propiedades, destaca la
posibilidad de construirlas con núcleos de tamaño muy pequeño para
acrecentar los efectos no lineales, así como con bandas de propagación
monomodo muy extensas. Además, la dispersión cromática de estas fibras
puede ajustarse mediante el diseño adecuado de su geometría, o sea de su
micro estructura, pudiendo obtenerse valores inalcanzables con la tecnología
de fibra óptica convencional.
FIBRA ÓPTICA DE
CRISTAL FOTÓNICO

FIBRA ÓPTICA
4. CARACTERÍSTICAS
4.1 TÉCNICAS
La capacidad de transmisión de información que tiene una fibra óptica
depende de tres características fundamentales:
a) Del diseño geométrico de la fibra.
b) De las propiedades de los materiales empleados en su elaboración.
(diseño óptico)
c) De la anchura espectral de la fuente de luz utilizada. Cuanto mayor sea
esta anchura, menor será la capacidad de transmisión de información de
esa fibra.

FIBRA ÓPTICA
4. CARACTERÍSTICAS
4.1 MECÁNICAS
TENSIÓN: Cuando se estira o contrae el cable se pueden
causar fuerzas que rebasen el porcentaje de elasticidad de la
fibra óptica y se rompa o formen micro curvaturas.
COMPRESIÓN: Es el esfuerzo transversal.
IMPACTO: Se debe principalmente a las protecciones del
cable óptico.
ENROLLAMIENTO: Existe siempre un límite para el ángulo
de curvatura pero, la existencia del forro impide que se
sobrepase.
TORSIÓN: Es el esfuerzo lateral y de tracción.

FIBRA ÓPTICA
5. FUNCIONAMIENTO
Las fibras ópticas funcionan gracias al principio de la reflexión total interna, que
se da debido a que la fibra o núcleo tiene un cierto índice de refracción superado
por el del revestimiento, por lo tanto el rayo de luz, cuando se “desplaza” por la
fibra y choca con la pared de ésta, se produce el mismo efecto que observan los
buzos cuando están debajo del agua; éstos, cuando ven hacia arriba hacia la
superficie del agua, pueden ver lo que está afuera pero sólo hasta cierto ángulo
de la vertical, a partir de este ángulo sólo verán un reflejo de lo que esta alrededor
de ellos; eso mismo pasa en la fibra, como si ésta fuera el agua, y el
revestimiento el aire más arriba de la superficie, que tiene menor índice de
refracción.

FIBRA ÓPTICA
5. FUNCIONAMIENTO
Los rayos de luz pueden entrar a la fibra óptica si el rayo se halla contenido
dentro de un cierto ángulo denominado cono de aceptación. Un rayo de luz
puede perfectamente no ser transportado por la fibra óptica si no cumple con
el requisito del cono de aceptación. El cono de aceptación está directamente
asociado a los materiales con los cuales la fibra óptica ha sido construida.
Una vez que la luz entra en la fibra óptica
dentro del cono de aceptación, es decir,
que sí puede ser propagado dentro de
esta, tiene diferentes opciones en su
camino:
a. Viajar en línea recta → Roja.
b. Viaje con rebote en las paredes → Azul.
c. Rayo fuera de la fibra → Verde.

FIBRA ÓPTICA
6. VENTAJAS
Es interesante la pregunta: ¿por qué la fibra óptica ha revolucionado las
telecomunicaciones?. Comparado al alambre de metal convencional
(alambre de cobre), las fibras ópticas son:
1. Menos costosa: Es más barato por unidad de longitud que el alambre de
cobre, haciendo que las compañías de telecomunicaciones tengan que
invertir menos en el cableado que si fuesen cables normales, de esta forma
también pueden tener un servicio mas económico para el cliente.
2. Diámetro reducido: Las fibras ópticas se pueden hacer de un diámetro
más pequeño que el alambre de cobre.
3. Capacidad de carga más alta: Como las fibras ópticas son más finas que
los alambres de cobre, se puede “meter” un mayor número de fibras en un
cable de cierto diámetro que alambres de cobre. Esto permite que haya
más líneas telefónicas en un mismo cable o que a una casa llegue un
mayor número de canales de televisión que si fuesen cables de cobre.

FIBRA ÓPTICA
6. VENTAJAS
4. Menos degradación de la señal: la pérdida de señal en fibra óptica es
significativamente menor que en el alambre de cobre.
5. Señales de luz: A diferencia de señales eléctricas en los alambres de cobre,
las señales luz en un fibra óptica no interfieren con las de otras fibras en el mismo
cable, pues no existe inducción magnética. Esto significa que las conversaciones
de teléfono no tendrán interferencia entre sí o los canales de televisión.
6. Menor gasto de energía: Como las señales de luz en las fibras ópticas se
degradan menos que las señales eléctricas en los cables de metal, los
transmisores no necesitan ser transmisores de alto voltaje sino transmisores de
luz de poca potencia, lo cual da el mismo resultado o mejor y es más económico.

FIBRA ÓPTICA
6. VENTAJAS
7. Señales digitales: Las fibras ópticas son ideales para transmitir
información digital, ya que dependen solamente de que haya luz o no
la haya, por eso son muy utilizadas en las redes de computadoras.
8. No Inflamable: Al no pasar electricidad a través de fibras ópticas,
no hay riesgo de incendios.
9. Ligero: Un cable óptico pesa menos que un cable de alambre de
cobre de la misma longitud.

FIBRA ÓPTICA
6. VENTAJAS
10. Flexible: Por ser flexible y poder transmitir y recibir luz, se utilizan en
muchas cámaras fotográficas digitales flexibles para varios propósitos:
✓Medicina: En los endoscopios y laparoscopios.
✓Mecánica: En la inspección de tuberías y motores (en aviones, cohetes,
carros, etc.).
Por todas estas ventajas, la fibra óptica se ha popularizado en muchas
industrias, pero sobre todo en las telecomunicaciones y redes de
computadoras. Por ejemplo, en las llamadas por teléfono internacionales que
se realizan a través de satélites se oye a menudo un eco en la línea mientras
que con los cables de fibra óptica transatlánticos, se tiene una conexión
directa sin ecos.

FIBRA ÓPTICA
7. APLICACIONES COMERCIALES
1. Portadores comunes telefónicos y no telefónicos.
2. Televisión por cable.
3. Enlaces y bucles locales de estaciones terrestres.
Automatización industrial.
4. Controles de procesos.
5. Aplicaciones de computadora.
6. Aplicaciones militares.

FIBRA ÓPTICA
7. ¿CÓMO SE PRODUCEN?
La fabricación de fibras ópticas tiene diferentes etapas:
1. Fabricación de un cilindro de cristal.
2. Extracción de las fibras del cilindro.
3. Prueba final de las fibras.

FIBRA ÓPTICA
7.1 FABRICACIÓN DEL CILINDRO DE CRISTAL
El cristal para el objeto semi-trabajado es hecho por un proceso llamado
deposición de vapor químico modificado (MCVD, en inglés).
En MCVD, el oxígeno se burbujea a
través de soluciones del cloruro del
silicio (SiCl4), cloruro del germanio
(GeCl4) y/o otros productos químicos.
La mezcla exacta gobierna las
características físicas y ópticas (índice
de refracción, el coeficiente de la
extensión, el punto de fusión, etc.).

FIBRA ÓPTICA
7.1 FABRICACIÓN DEL CILINDRO DE CRISTAL
Los vapores del gas se conducen al interior de un tubo sintético de silicio o
cuarzo (revestimiento) en un torno especial. Mientras el torno da vueltas, una
antorcha se mueve arriba y abajo del exterior del tubo. El calor extremo de la
antorcha hace dos cosas:
- El silicio y el germanio reaccionan con el oxígeno, formando el dióxido del
silicio (SiO2) y dióxido del germanio (GeO2).
- El dióxido del silicio y del dióxido de germanio se unen en el interior del tubo y
se funden juntos para formar el cristal.
El torno da vueltas constantemente para hacer una capa uniforme. La pureza
del cristal es mantenida usando el plástico resistente a la corrosión en el
sistema de la entrega del gas (bloques de la válvula, tuberías, sellos) y
controlando el flujo y la composición de la mezcla.

FIBRA ÓPTICA
7.2 EXTRACCIÓN DE LAS FIBRAS
Una vez realizado el cilindro se procede a colocarlo
en una máquina que extrae de él las fibras.
El operador enrosca la fibra sobre un carrete. El
mecanismo del carrete tira lentamente la fibra de la
máquina anterior calentando el cilindro y es
controlado usando un micrómetro láser para medir el
diámetro de la fibra y para alimentar la información
de nuevo al mecanismo del tractor.
Las fibras se tiran del cilindro a una velocidad de 10
a 20 m/s y el producto acabado se enrosca sobre el
carrete. Normalmente los carretes pueden llegar a
contener más de 2,2 kilómetros de fibra óptica.

FIBRA ÓPTICA
7.3 PRUEBA FINAL DE LA FIBRA ÓPTICA ACABADA
La fibra óptica acabada se prueba con las siguientes condiciones:
- Fuerza extensible: debe soportar 100.000 lb/in 2 o más
- Perfil del índice de refracción: Determina el índice de refracción y
el grado de impurezas en la fibra.
- Geometría de la fibra: Se ve que el diámetro de base, las
dimensiones del revestimiento y el diámetro de capa son uniformes.
- Atenuación: Determina el grado de degradación que sufren las
señales luminosas de varias longitudes de onda a una cierta distancia.
- Capacidad de carga de información (ancho de banda): Número
de señales que pueden ser llevadas al mismo tiempo (aplica solo a las
fibras multi-modo).

FIBRA ÓPTICA
7.3 PRUEBA FINAL DE LA FIBRA ÓPTICA ACABADA
- Dispersión cromática: Extensión de varias longitudes de onda de la luz
con la base (importante para la anchura de banda).
- Gama de funcionamiento de temperatura y humedad.
- Dependencia de la temperatura de la atenuación.
- Capacidad de conducir la luz debajo del agua: Importante para los
cables submarinos.
Una vez que las fibras pasan el control de calidad, se venden a compañías
de teléfono, a las compañías de televisión por cable y a abastecedores de
red. Muchas compañías están sustituyendo actualmente sus viejos sistemas
de alambre de cobre por los nuevos sistemas de fibra óptica para mejorar
velocidad, capacidad y claridad.

FIBRA ÓPTICA
7. CONCLUSIONES
1. Se puede concentrar una definición de Fibra óptica, de la siguiente forma:
material transparente con un índice de refracción alto que se emplea para
transmitir luz. Cuando la luz entra por uno de los extremos de la fibra, se
transmite con muy pocas pérdidas incluso aunque la fibra esté curvada.
2. Se puede decir que la fibra óptica constituye una etapa en la electrónica
moderna muy importante, tal como lo fueron las piedras en la edad de mismo
nombre, pues constituye la piedra angular del desarrollo tecnológico
contemporáneo. La fibra óptica no solo ha permitido profundizar en las
interconexiones de escala, sino ha permitido llegar a desarrollos inimaginables
hace un par de décadas, tales como la endoscopia utilizada en la cirugía
cardiovascular, que consiste en la exploración en tiempo real de los vasos
sanguíneos con la ayuda de una cámara.

FIBRA ÓPTICA
7. CONCLUSIONES
3. En el futuro las fibras ópticas estarán mucho más cerca de lo que están hoy,
si hoy existen fibras ópticas hasta las centrales telefónicas zonas con muchos
edificios, en unos años ninguna casa o edificio dejará de tener su cable óptico y
posiblemente sólo habrá que conectarla directamente a la computadora y la
televisión para disfrutar de todas sus ventajas.
4. Así pues, las fibras ópticas son y serán por mucho tiempo más el medio mas
rápido y eficiente de las comunicaciones, hasta que se invente un nuevo
sistema que pueda llegar a superar todas las bondades de las fibras.

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