INTRODUCCIÓN A LA FIBRA ÓPTICA LECCIÓN 1: Comunicaciones con Fibra – Breve historia EDSEL ENRIQUE URUEÑA LEÓN
Comunicaciones con fibra óptica – una breve historia 1. En 1860, Alexander Graham Bell demostró que la luz reflejada de espejos se modulaba por las ondas del sonido, la luz podía transportar señales de voz por el aire. 2. Luego los investigadores Americanos pudieron transmitir una imagen a través de un paquete de fibras de vidrio. 3. Luego los investigadores Americanos pudieron transmitir una imagen a través de un paquete de fibras de vidrio. 4. Los investigadores comenzaron a experimentar con revestimientos que mejoraban muchísimo las características de transmisión reduciendo la dispersión de la luz. 5. Más adelante, como fuente de luz se implementó el láser aprovechando su gran ventaja de suministrar los rayos de luz paralelos en un haz estable y a una única longitud de onda. 6. En 1970 se creó la primera fibra óptica de baja pérdida. 7. En el año 80, se estableció el primer enlace de comunicación con fibra óptica entre Boston, Mass, y Richmond, VA. 8. Un año más tarde se creó la fibra monomodo de bajas pérdidas con un gran ancho de banda y capacidad de aumentar la velocidad de transmisión de datos. 9. A mediados de los años 80 las principales compañías de comunicaciones comenzaron a instalar sistemas de comunicación de fibra óptica para larga distancia, usando fibras monomodo. 10. En 1988 se instaló el primer cable de fibra óptica trasatlántico. 11. Desde entonces, se implementó la tecnología de fibra óptica en las redes de comunicaciones más importantes, aportando una importancia muy significativa.
Ventajas de las fibras ópticas Los sistemas de fibra óptica tienen muchas características atractivas que lo hacen superior a los sistemas eléctricos. Éstas incluyen mejora del rendimiento del sistema, inmunidad al ruido eléctrico, seguridad de la señal, aislamiento eléctrico y mejoras de seguridad. ¿Por qué los sistemas de fibra óptica revolucionaron las telecomunicaciones? Más barato
La extensión de varios kilómetros de cable óptico es mucho más barata que el equivalente del cable de cobre. Esto significa ahorro para su proveedor de cable TV, e Internet, y ahorro en su dinero. Diámetro reducido
Las fibras ópticas permiten obtener diámetros más pequeños que el cable de cobre.
Muy alta capacidad de transporte
Como las fibras ópticas son más finas que los alambres de cobre, en un diámetro dado podemos poner más fibras que los cables de cobre. Esto permite que por el mismo cable pasen más líneas telefónicas o que haya más canales en el cable que llega a su TV. Menor degradación de la señal
La pérdida de señal en fibra óptica es menor que en el cable de cobre. Baja potencia
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. Una vez más esto se traduce en ahorro para el proveedor y para su dinero. Señales digitales
Las fibras ópticas son ideales para transportar información digital, por lo que son especialmente útiles en las redes de computadoras. Inflamable
Al no pasar electricidad a través de fibras ópticas, no hay riesgo de incendios. Liviano
Un cable óptico pesa menos que un cable de cobre equivalente. Los cables de fibra óptica ocupan menos espacio en la tierra.
Distintos tipos de cables El cable es el medio a través del cual en general se desplaza la información de un dispositivo a otro de la red. Hay varios tipos de cable que comúnmente se usan en redes LAN. En algunos casos, una red usa sólo un tipo de cable, otras redes usan varios tipos de cable. El tipo de cable elegido para una red depende de parámetros como la topología, el protocolo, y el tamaño de la red. Para el desarrollo acertado de una red es necesario comprender las características de los diversos tipos de cables y cómo se asocian con otros aspectos de una red.
Conector BNC
Cable coaxial
Conector RJ-45
Redes de Fibra óptica En telecomunicaciones, se usa la fibra monomodo para la conexión de centrales de larga distancia (entre troncales), oficinas centrales y portadoras de bucle de abonado, unidades remotas, centralitas en pedestales en subdivisiones u oficinas puestas en basamentos de grandes edificaciones. Cuando pensamos en el diseño de los cables de la red, la capacidad de distancia de la fibra permite hacer cosas que con el cable de cobre son imposibles.
Por ejemplo, se puede instalar toda la electrónica de una red para un edificio en un bastidor de comunicaciones y comunicarse directamente al puesto de trabajo con fibra. Con cobre, se puede ir solamente cerca de 90 metros, lo que obliga a colocar toda la electrónica cerca del puesto de trabajo. Con la fibra, sólo necesita localmente el panel de conexiones pasivo para permitir movimientos. Es muy fácil realizar actualizaciones, puesto que la fibra es apta para las altas velocidades que manejan las comunicaciones de hoy en día.
Sistema de transmisión de fibra óptica Los sistemas de transmisión de fibra óptica consisten de lo siguiente: produce y codifica las señales de luz. Transmisor: Regenerador óptico: se usan para re potenciar la señal de luz (si son muy largas
distancias y la luz se ha degradado Receptor óptico: recibe y decodifica las señales de luz.
al
extremo).
El transmisor convierte una señal eléctrica analógica o digital en una correspondiente señal
óptica. La fuente de la señal óptica puede ser un diodo emisor de luz, o un diodo láser de estado sólido. Las longitudes de onda más populares de la operación para los transmisores ópticos son 850, 1310 o 1550 nanómetros. La mayoría de los equipos de transmisión con enlaces de fibra se fabrica para operar en las longitudes de onda de 850 o 1310nm. El cable consiste en una o más fibras de vidrio, que actúan como guías de onda para la señal
óptica. El cable de fibra óptica en su construcción es similar al cable eléctrico, pero incluye una protección especial para la fibra óptica interna. Es de uso general un separador óptico en sistemas que requieren transmisión en distancias de muchos kilómetros, o donde se deben ensamblar dos o más cables de fibra óptica. El receptor convierte la señal óptica en una réplica de la señal eléctrica original. El detector de
la señal óptica puede ser un fotodiodo de tipo PIN, o de tipo avalancha.
¿Por qué se usa fibra óptica? Si la fibra es más costosa, ¿Por qué todas las redes de teléfono han emigrado a la tecnología de la fibra? ¿Y por qué todos los sistemas de CATV también se convierten a fibra óptica? ¿Son sus redes tan diferentes? ¿Hay algo que ellos saben y nosotros no? En las telecomunicaciones se usa la fibra óptica para interconectar todas sus oficinas centrales, y conmutadores interurbanos pues la fibra tiene un ancho de banda miles de veces mayor que del cobre. Las compañías de televisión por cable (CATV) usan fibra pues les da mayor confiabilidad y capacidad de ofrecer nuevos servicios, tales como servicio telefónico y conexiones de Internet.
Cómo trabaja la fibra óptica Mostraremos cómo estos minúsculos hilos de vidrio transmiten la luz y la forma fascinante de cómo están hechos. Las líneas de fibra óptica son hilos de vidrio ópticamente puros tan delgados como un pelo humano que transportan información digital en grandes distancias. También se usan en diagnostico por imágenes, e inspección en la ingeniería mecánica. Seguro que oyó hablar de los cables de fibra óptica en varias oportunidades cuando la gente habla acerca de sistemas telefónicos, sistemas de televisión por cable o de Internet.
¿Qué son las fibras ópticas? 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. Están organizados en paquetes llamados cables ópticos y sirven para transmitir señales de luz a través de largas distancias.
Fibras ópticas: Dos tipos Fibras monomodo: tienen núcleos pequeños (cerca de 9 micrones de
diámetro) y transmiten con luz láser infrarroja (longitud de onda = 1,300 a 1,550 nanómetros).
Fibras multimodo: tienen núcleos más grandes (cerca de 62.5 micrones de
diámetro) y transmiten con luz infrarroja (longitud de onda = 850 a 1,300 nm) desde diodos emisores de luz (LEDs).
Algunas fibras ópticas están hechas de plásticos. Estas fibras tienen núcleos grandes (1 mm de diámetro) y transmiten con luz roja visible (longitud de onda = 650 nm) con LEDs.
¿Cómo transmite luz una fibra óptica? Suponga que desea iluminar con un haz de una linterna un corredor largo, y recto. Simplemente apunte con el haz derecho por corredor, la luz viaja en línea rectas, así que no hay ningún problema. ¿Qué sucede si el corredor tiene una curva? Coloque un espejo en la curva para reflejar el haz de luz de la esquina. ¿Qué pasa si el corredor es muy sinuoso con múltiples curvas? Alinee las paredes con espejos y el ángulo del haz de modo que rebote de lado a lado a lo largo del corredor. Esto es exactamente lo que sucede dentro de la fibra óptica. La luz en un cable de fibra óptica viaja dentro del núcleo (corredor) rebotando constantemente entre las paredes del revestimiento (las paredes de espejos alineados), basado en el principio de reflexión total interna.
Como el revestimiento no absorbe nada de luz del núcleo, la onda de luz puede recorrer grandes distancias. Sin embargo, una parte de la señal de luz se degrada dentro de la fibra, sobre todo debido a las impurezas en el vidrio. La magnitud con que la señal se degrada depende de la pureza del vidrio y de la longitud de onda de la luz transmitida.
Fuente:
Material Fibra óptica, desarrollado por Degem. Lección 1.
