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Fundamentos de la Fibra Óptica
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FUNDAMENTOS DE LA FIBRA ÓPTICA
En la última década, la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías más avanzadas que se utilizan como medio de transmisión. Esta revolución se centra en la sustitución de los cables de cobre por finas hebras de vidrio que transportan impulsos de luz, con lo que se consiguen importantes ventajas. OBJETIVOS Adquirir las competencias necesarias para identificar aspectos importantes de la fibra óptica y sus aplicaciones, así como de la transmisión y propagación de la luz. CONOCIMIENTOS
Historia de la Fibra Óptica.
Transmisión Básica.
Propiedades de la Luz.
Características de la Fibra Óptica.
Aplicaciones de la Fibra Óptica.
Fundamentos de la Fibra Óptica
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HISTORIA DE LA FIBRA ÓPTICA La revolución que ha sufrido la fibra óptica en los últimos años, ha hecho aumentar la capacidad de transmitir gran cantidad de información a través de largas distancias con extrema claridad y fidelidad.
Desde la antigüedad se ha usado la luz para comunicar a distancia, aunque las técnicas empleadas han sido a menudo lentas y engorrosas. Ya en la antigua Grecia se utilizaban espejos para reflejar la luz del sol y hacer señales. Históricamente, la comunicación mediante luz ha estado limitada por las condiciones atmosféricas; niebla, lluvia fuerte, etc. que obstaculizaban la visión.
Fechas y Acontecimientos Importantes
En el siglo XIX, Alexander Graham Bell intentó enviar voz mediante un haz de luz, la luz del sol se reflejaba en un espejo que vibraba con las ondas sonoras de la voz. La idea era buena, pero la tecnología no estaba suficientemente desarrollada.
Con la invención del láser en 1958, se estudió la comunicación luminosa por el aire, pero no fue práctica ya que se requería visibilidad directa y la lluvia o la niebla obstaculizaban dicha comunicación. Se continuaron los experimentos en un medio vítreo.
En 1970 se consigue la primera fibra óptica de bajas pérdidas, hecha de sílice y con un diámetro de 250 µm (similar a un cabello humano). Se utilizó para propagación de luz en laboratorio.
A mediados de los años setenta, tras el perfeccionamiento del proceso de fabricación, Corning Inc. desarrolla el primer cable comercial. Este hecho impulsó la revolución de las fibras ópticas.
En 1980 se utilizaron por primera vez fibras para transmitir señales de televisión, en las Olimpiadas de Lake Placid.
En los años siguientes, las fibras ópticas ganaron popularidad gradualmente, y hoy en día es una tecnología ampliamente aceptada, que tiene un crecimiento continuo.
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TRANSMISIÓN BÁSICA El principio básico de encendido y apagado es similar al que se utilizaba en el pasado:
Una fuente de luz que puede ser un diodo emisor de luz (LED) o un láser, se enciende, apaga o varía su intensidad, en función de la señal eléctrica de entrada que contiene la información.
La luz se acopla a una fibra óptica que la guía a lo largo de la comunicación.
En el extremo del receptor, un detector decodifica la luz y reproduce la información de la señal.
El detector convierte la señal recibida en una señal eléctrica similar a la introducida en el sistema inicialmente.
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PROPIEDADES DE LA LUZ La luz se comporta como una onda electromagnética y como una partícula, es lo que se conoce como dualidad onda-corpúsculo. El número de oscilaciones por segundo que completa una onda electromagnética se denomina frecuencia, que para la luz visible es de aproximadamente 2,3 x 1014 Hz (1 hercio = 1 ciclo por segundo). La longitud de onda electromagnética es la longitud en metros correspondiente a un ciclo de una onda.
La longitud de onda de la luz visible está en el rango que va desde los 770 nanómetros (10-
9metros) que corresponde al color rojo, a los 330 nanómetros que corresponde al color azul. Si se disponen las ondas electromagnéticas en función de sus longitudes de onda, se obtiene el espectro electromagnético. Generalmente, hay seis subdivisiones:
Radio.
Infrarroja.
Visible.
Ultravioleta.
Rayos X.
Rayos gamma.
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La luz que se usa en las comunicaciones por fibra óptica se sitúa en la región infrarroja, justo debajo de la luz visible. Las franjas del espectro que se utilizan se denominan ventanas, y están en:
1.550 nm.
1.310 nm.
850 nm.
Los láser empleados en medicina para aplicaciones quirúrgicas utilizan longitudes de onda cercanas a los 810 nm. Debido a su elevada potencia es imprescindible usar una gafa de protección para la longitud de onda correspondiente durante su manejo. Aunque generalmente la luz usada no es visible para el ojo humano, a veces se usan LEDs de amplio espectro para transmisiones a 850 nm que pueden emitir una luz roja.
Se debe tener mucho cuidado con la luz proveniente de una fibra óptica, sea visible o no, ya que puede causar daños irreparables al ojo.
Cuando la luz se comporta como una partícula se denomina fotón y tiene una determinada energía. El comportamiento de la luz como partícula explica cómo las fuentes generan luz y como los detectores son capaces de reconvertir la luz en energía eléctrica.
Propagación de la luz En un medio sin obstáculos, la luz se propaga en línea recta. La dirección a lo largo de la cual se propagan las ondas de luz se denomina rayo de luz.
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CARACTERÍSTICAS DE LA FIBRA ÓPTICA La fibra óptica se ha convertido en una tecnología muy utilizada ya que presenta muchas ventajas sobre otros métodos de transmisión eléctricos convencionales.
Gran capacidad
Un cable de 2 centímetros de diámetro puede contener hasta 200 fibras ópticas y transmitir hasta 6.000.000 de conversaciones de teléfono. Los cables convencionales pueden llegar como mucho a las 10.000 conversaciones. Se han hecho experimentos con transmisiones de 176 longitudes de onda cada una de ellas con un canal de 10 Gbps sobre una misma fibra.
Tamaño y peso Un cable de fibra óptica tiene un diámetro mucho más pequeño, y por tanto, más ligero que uno de cobre de capacidad similar.
Interferencia eléctrica No se ve afectada por las interferencias electromagnéticas (EMI) ni las de radiofrecuencia (RFI), y además tampoco las genera.
Aislamiento Es un dieléctrico y puede proporcionar aislamiento eléctrico frente a descargas de rayos por ejemplo.
Seguridad No se puede intervenir fácilmente para su decodificación como las señales de comunicación vía satélite o radio.
Fiabilidad Es un medio constante y no se degenera en medios agresivos. No hay oxidación, por lo que se puede utilizar en aplicaciones submarinas. La vida estimada de un cable de fibra óptica es de aproximadamente 30 años.
Versatilidad Los sistemas de comunicaciones por fibra óptica son adecuados para la mayoría de los formatos de comunicaciones de datos, voz y vídeo.
Expansión Con la misma fibra y cambiando los equipos terminales, se puede conseguir mayor velocidad.
Regeneración de la señal
Se puede suministrar información a mayor distancia sin falta de regenerar la señal.
Coste de conversión La conversión de la señal eléctrica en óptica y otra vez en eléctrica, es cara.
Conectorizaciones Las conexiones entre fibras son bastante complejas.
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APLICACIONES DE LA FIBRA ÓPTICA La fibra óptica no tiene en cuenta el tipo de señal que se está propagando, lo que la convierte en un medio de transmisión apto para infinidad de aplicaciones:
Telefonía.
Vídeo.
Televisión.
Redes de área local (LAN).
Redes de área extensa (WAN).
Etc.
Usos Primordiales
Sistemas de gran capacidad: compañías telefónicas, cables submarinos, etc.
Interconexión en redes de área local (LAN) para cumplir con normativas sobre distancias de conexión entre equipos dentro de la misma red.
Conectorizaciones industriales en las que se prevén interferencias.
Cuando un material pasa de un medio a otro diferente, puede sufrir el efecto de tres fenómenos:
Reflexión.
Refracción.
Absorción.
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Reflexión
Cuando los rayos de luz llegan a un medio en el que no se pueden seguir propagando, salen desviados en otra dirección, se reflejan. La reflexión depende de:
Tipo de superficie sobre la que inciden los rayos.
Ángulo que forman los rayos sobre la superficie en la que inciden.
Refracción
Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro se produce un cambio en su dirección debido a la distinta velocidad de propagación que tiene la luz en los diferentes medios materiales. A este fenómeno se le llama refracción.
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Absorción
Existen superficies y objetos que absorben la mayor parte de las radiaciones luminosas que les llegan y se ven de color negro. En cambio otras, absorben sólo una determinada gama de longitudes de onda reflejando el resto.
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Fundamentos de la Fibra Óptica ECA Instituto de Tecnología y Formación, S.A.
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