Revista Sobre la Fibra Óptica

1. Ingeniería Eléctrica, Electiva V /2019
La Fibra Óptica como
Tecnología Novedosa
Energy Today
Edición Gratuita-Trimestral-Año 1- # 01- Febrero 2019
Fibra óptica Aplicada a
Redes Industriales
¿Se Puede Combinar
las Tecnologías de
Fibras ?
Una Publicación de Edgar Colmenares CI 16174544

2. La fibra óptica
Historia de la Fibra Óptica.
Los componentes básicos de un cable de
FO.
Estructura de las Redes de Fibra ópticas
Actuales, Aplicaciones, Componentes de red
de fibra óptica.
Ventajas y Desventajas de la fibra óptica,
Tipos de fibra óptica.
Transmisión de información a través de
fibra óptica.
Factores que afectan la transmisión,
Sistema de comunicaciones multicanal
Transmisores ópticos y características.
En esta Edición

3. Ingeniería Eléctrica, Electiva V /2019
La fibra óptica es un medio de transmisión,
empleado habitualmente en redes de datos,
consistente en un hilo muy fino de material
transparente, vidrio o materiales plásticos, por
el que se envían pulsos de luz que representan
los datos a transmitir. El haz de luz queda
completamente confinado y se propaga por el
interior de la fibra con un ángulo de reflexión
por encima del ángulo límite de reflexión total,
en función de la ley de Snell. La fuente de luz
puede ser láser o un led. Las fibras se utilizan
ampliamente en telecomunicaciones, ya que
permiten enviar gran cantidad de datos a una
gran distancia, con velocidades similares a las
de radio y superiores a las de cable
convencional. Son el medio de transmisión por
excelencia, al ser inmune a las interferencias
electromagnéticas, y también se utilizan para
redes locales donde se necesite aprovechar las
ventajas de la fibra óptica por sobre otros
medios de transmisión.
La Fibra Óptica y su Evolución Histórica
Los componentes básicos de un cable de FO
son:
 Núcleo o fibra: transporta el haz de luz y,
por ende, la señal de información.
 Revestimiento de la fibra: material que
permite la reflexión interna del haz dentro de
la fibra.
 Elementos de apoyo: le dan protección
contra exigencias mecánicas y humedad, con
materiales como fibras de Kevlar.
 Revestimiento externo: protege contra
exigencias ambientales como luz solar o
agentes químicos.

4. La Fibra Óptica y su Evolución Histórica
Ingeniería Eléctrica, Electiva V /2019
El empleo de fibras de vidrio como medio guía no
tardó en resultar atractivo: tamaño, peso, facilidad de
manejo, flexibilidad y coste. En concreto, las fibras de
vidrio permitían guiar la luz mediante múltiples
reflexiones internas de los rayos luminosos, sin
embargo, en un principio presentaban elevadas
atenuaciones.
En 1966 se produce un gran hito para los que serán
las futuras comunicaciones por fibra óptica, y es la
publicación por Kao y Hockman de un artículo en el
cual se señalaba que la atenuación observada hasta
entonces en las fibras de vidrio, no se debía a
mecanismos intrínsecos sino a impurezas originadas
en el proceso de fabricación. A partir de esta fecha
empiezan a producirse eventos que darán como
resultado final la implantación y utilización cada vez
mayor de la Fibra Óptica como alternativa a los
cables de cobre:
 1958: invención del Laser.
1970: Primera fibra óptica de bajas perdidas.
1975: Primer cable óptico comercial (Corning INC).
1980: Primera Generacion de los Sistemas Opticos
:Multimodo 850nm.2 dB/km. Laser y led de GaAs.
Diodos PIN y APD de Si y Ge. 140 Mb/s. 12 Kms.
1984: Segunda generación:Multimodo 1300nm. 0.5
dB/km. Laser y Led de InGaAsP. PIN y APD de Ge,
InGaAs y InGaAsP. 140Mb/s. 30 Kms.
Tercera Generacion: Monomodo 1300nm. 0.2
dB/km. Laser y Led de InGaAsP. Diodos PIN y APD.
1987: Cuarta Generacion: Monomodo
1550nm. 0.1 dB/km. Laser de InGaAsP. Diodo
APD DE InGaAs. 565Mb/s. 120Kms.
1988: Quinta Generacion : Sistema
Coherentes de Modulacion Digital (FSK, ASK,
PSK, DPSK). 300Kms.
1990: Sexta Generacion : Uso de Halogenos
en la Fabricacion de Fibras . 0.01dB/Km.
Generacion:Monomodo 1300nm. 0.2 dB/km.
Laser y Led de InGaAsP. Diodos PIN y APD de
Ge y InGaAs. 565 Mb/s. 60 Kms.

5. Ingeniería Eléctrica, Electiva V /2019
Aplicaciones
Su uso es muy variado: desde comunicaciones digitales y
joyas, pasando por sensores y llegando a usos decorativos,
como árboles de Navidad, veladores y otros elementos
similares.
Aplicaciones de la fibra monomodo: Cables submarinos,
cables interurbanos, etc.
1998 joya en Fibra óptica oro blanco y diamantes ganadora
de competencia de design en Tokio.
Comunicaciones con fibra óptica
La fibra óptica se emplea como medio de transmisión en
redes de telecomunicaciones ya que por su flexibilidad los
conductores ópticos pueden agruparse formando cables. Las
fibras usadas en este campo son de plástico o de vidrio y
algunas veces de los dos tipos. Por la baja atenuación que
tienen, las fibras de vidrio son utilizadas en medios
interurbanos.
Sensores de fibra óptica
Las fibras ópticas se pueden utilizar como sensores para
medir: tensión, temperatura, presión y otros parámetros. Su
tamaño pequeño y el hecho de que por ellas no circula
corriente eléctrica les dan ciertas ventajas respecto a los
sensores eléctricos.
Iluminación
Otro uso que le podemos dar a la fibra óptica es la
iluminación de cualquier espacio. En los últimos años las
fibras ópticas han empezado a ser muy utilizadas debido a las
ventajas que este tipo de Iluminación representa.
Componentes de red de fibra óptica.
Para armar una red de FO se dispone de varios dispositivos: el método standard utiliza Optical Link
Modules (OLMs) para acoplar redes en cobre con FO. Un OLM admite redes en línea, estrella y anillo. El
OLM admite todas las velocidades de transmisión de una red desde 9.6kbaud hasta 12Mbaud y permite
regenerar la señal para alcanzar grandes distancias de transmisión.
Para cada tipo de FO existe un OLM apropiado, siendo los que
utilizan FO de vidrio los que permiten alcanzar mayores longitudes
(en Profibus, 15 km).
Existen otros dispositivos como los OBT que permiten llegar con
la FO hasta el dispositivo terminal cuando éste no posee una
interface óptica.
Estructura de las redes
de Fibra óptica Actuales.

6. Tipos de fibras
Según las redes Profibus, es suficiente con
diferenciar entre tres tipos de fibras:
Fibras de vidrio (Multimode y Single
Mode): las fibras Multimode deben su
denominación al hecho de que su diámetro
está por encima de los 50µm. Esto permite
que varios haces de luz entren y se
propaguen al mismo tiempo. Por supuesto
que estas diferentes "rutas" implican distintos
trayectos y tiempos de recorrido, lo que
resulta en una dispersión y decrecimiento del
ancho de banda para la información a
transmitir.
Las fibras Single Mode poseen un diámetro
entre 8 a 10µm y permiten una mayor
densidad de transmisión de haces de luz.
Las redes industriales como Profibus operan
en longitudes de onda entre 860nm para
fibras Multimode y 1,310nm para fibras Single
Mode (ambas invisbles al ojo humano).
Fibras con cobertura de políme-ros: el
núcleo es de vidrio y la cubierta de polímero
plástico.
Fibra plástica: tienen mayor diámetro, por
ende resulta más fácil colocarles el conector,
pero pueden cubrir distancias más cortas
debido a su alta atenuación.
Por normas mundiales se especifican fibras
plásticas con un núcleo de diámetro de
980µm y una cubierta de 1.000µm. Para PCF,
se especifica 200/230µm. El funcionamiento
óptimo se obtiene en longitudes de onda de
660nm (luz roja).
Fibra Óptica Aplicada a las Redes
Industriales.
La extensión y complejidad de los sistemas
industriales hacen que el entorno presente
condiciones sumamente desfavorables para
la transmisión de señales eléctricas de
información a las velocidades que los
procesos actuales demandan. Sumado a eso,
las redes de cobre de gran longitud presentan
impedancia que, en determinado nivel,
atenúan la señal hasta corromperla
completamente. En este sentido, la gran
ventaja de la fibra óptica es que todos esos
efectos no tienen influencia, por lo que
pueden alcanzarse distancias muy extensas
a la mayor potencia de transmisión de la red.
De hecho, un balance técnico-económico
prueba que para determinadas distancias y
velocidades es más conveniente utilizar la
costosa FO que cables de cobre
apantallados, ya que éstos a pesar de ser
más económicos no garantizan una
transmisión segura.
¿Se pueden combinar las tecnologías de fibras?
Se puede entrar a un OLM con fibra plástica y salir con PCF.
La utilización de dos tipos de fibra de vidrio Multimode en una misma aplicación
puede funcionar, pero debe ser evitada.
No se puede entrar al OLM con fibra de vidrio y salir con plástico o viceversa.

7. Ingeniería Eléctrica, Electiva V /2019
Ventajas de la fibra óptica
Inmunidad al ruido: a diferencia del
cobre, no es afectada por otras ondas
electromagnéticas o radio
interferencias.
Distancias a alcanzar: con FO las
redes se pueden extender a muy
largas longitudes.
Muchas posibilidades de
topologías: la FO en combinación con
los OLM permiten una gran flexibilidad
en el diseño de redes.
Sin cortocircuitos: Al no haber
circulación de corriente eléctrica, todos
sus problemas desaparecen
(inducciones, temperatura, necesidad
de protecciones especiales, etc).
Bajo peso: la FO es mucho más
liviana que los cables de cobre.
Múltiples usos: como se ejem-plificó,
un solo tipo de cable se puede usar en
comunicaciones o redes industriales
(Profibus, Ethernet , etc.).
Desventajas
A pesar de las ventajas antes enumeradas, la
fibra óptica presenta una serie de desventajas
frente a otros medios de transmisión, siendo
las más relevantes las siguientes:
La alta fragilidad de las fibras.
Necesidad de usar transmisores y receptores
más costosos.
Los empalmes entre fibras son difíciles de
realizar, especialmente en el campo, lo que
dificulta las reparaciones en caso de ruptura
del cable.
No puede transmitir electricidad para
alimentar repetidores intermedios.
La necesidad de efectuar, en muchos casos,
procesos de conversión eléctrica-óptica.
La fibra óptica convencional no puede
transmitir potencias elevadas.2
No existen memorias ópticas.
La fibra óptica no transmite energía eléctrica,
esto limita su aplicación donde el terminal de
recepción debe ser energizado desde una
línea eléctrica. La energía debe proveerse por
conductores separados.

8. Transmisión de información a través de la fibra óptica.
Se encarga de transmitir, mover o enviar información de un punto a otro mediante señales de luz ya que de esta
manera trabaja la fibra óptica.
Factores que Afectan la Transmisión
Atenuación
Ruido
Dispersión
Atenuación: Representa las Pérdidas de Potencia luminosa por unidad de longitud y están expresadas en dB/km, a
partir de la relación:
a = (10/L) log (Po/ PL)
Donde:
a es el coeficiente de atenuación.
L la longitud de la fibra en kilómetros.
Po la potencia luminosa de entrada a la fibra.
PL la potencia luminosa de salida de la fibra.
LA ATENUACIÓN AFECTA LA LONGITUD DEL ENLACE SIN REGENERADORES.
Dispersión: representa el ensanchamiento y la distorsión de los pulsos transmitidos. Haciéndose indistinguibles para
el fotoreceptor.
La dispersión es función de la longitud de fibra; cuando mayor sea su longitud mayor será su efecto. Afecta el ancho
de banda del sistema y por ende a la velocidad (bits/seg) y a la capacidad de transmisión (Número de canales a
transmitir).

9. El Ruido: Degrada la calidad de los sistemas de comunicaciones ópticas, tanto analógicos como
digitales. Los dos mecanismos fundamentales de ruido son la emisión espontánea y la recombinación
electrón-hueco (ruido shot), si bien el primero de ellos es dominante.
EL SISTEMA DE COMUNICACIONES MULTICANAL:
Ofrecen ancho de banda mayor a 1[T/bs] Para multiplicar canales se puede hacer multiplicación por
tiempo (OTDM) o por frecuencia (WDM), aprovechando de mejor forma las capacidades de la fibra. Es
importante mencionar que según la frecuencia (WDM) se puede Transmitir por una fibra varios
canales con la misma tasa. Receptor demultiplica la señal en distintos canales. Intenta ocupar al
máximo las capacidades de la fibra óptica.
misma tasa.misma tasa.
Sistemas WDM Transmitir por una fibra varios canales con la
misma tasa.

10. Transmisores y receptores ópticos.
En las comunicaciones a través de fibras
ópticas los transmisores y receptores ópticos
son los dispositivos encargados de tomar la
señal eléctrica en forma de voltaje o corriente y
convertirla en una señal luminosa con el
objetivo de transportar información a través de
la fibra. La complejidad del transmisor y
receptor depende del tipo de señal o
información que se quiere enviar, si es análoga
o digital, el tipo de codificación, y de la clase de
fuente luminosa que se va a modular.
Básicamente, el detector es un dispositivo que
convierte fotones en electrones, un receptor se
compone de un detector y de los circuitos
necesarios asociados que lo capaciten para
funcionar en un sistema de comunicaciones
ópticas, transformando señales de frecuencias
ópticas a frecuencias inferiores, con la mínima
adición de ruido indeseable y con un ancho de
banda suficiente para no distorsionar la
información contenida en la señal (analógica o
digital).
Emisores ópticos
Entre los emisores ópticos tenemos a los
diodos LED y los diodos LASER.
Diodos LED
Son fuentes de luz con emisión espontánea o
natural (no coherente), son diodos
semiconductores de unión p-n que para emitir
luz se polarizan directamente.
La energía luminosa emitida por el LED es
proporcional al nivel de corriente de la
polarización del diodo.
En la figura anterior vemos la representación
característica de potencia óptica- corriente
de polarización.
Diodos LASER (LD)
Son fuentes de luz coherente de emisión
estimulada con espejos semireflejantes
formando una cavidad resonante, la cual
sirve para realizar la retroalimentación
óptica, así como el elemento de selectividad
(igual fase y frecuencia).
La emisión del LD es siempre de perfil, estos
tienen una corriente de umbral y a niveles de
corriente arriba del umbral la luz emitida es
coherente, y a niveles menores al umbral el
LD emite luz incoherente como un LED.

11. LED
LASER
Características Típicas de los Leds y los Laser
Características LED Laser
Ancho espectral 20-60 nm 0.5-6 nm
Corriente 50 mA 150 mA
Potencia de salida 5 mW 100 mW
Apertura númerica 0.4 0.25
Velocidad 100 MHz 2 GHz
Tiempo de vida 10,000 hrs. 50,000 hrs.
Costo $1.00- $1500 USD $100 - $10000 USD

12. Ingeniería Eléctrica, Electiva V /2019
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