La Fibra Òptica: Com funciona ?, per a què es fa servir ?, i més

Les telecomunicacions o comunicacions a distàncies són possibles gràcies a les diferents línies de transmissió que existeixen. Entre aquestes, una de les més fiables és la Fibra Òptica. Aprendre a través d'aquest article, COM FUNCIONA LA FIBRA ÒPTICA que li permet utilitzar l'internet i altres tants beneficis a casa i oficina.

fibra Òptica

La fibra òptica és un filament flexible tira generalment de silici, encara que també hi ha fibra òptica trobes a plàstic. És un material molt delicat, amb un diàmetre gairebé com el d'un bri de pèl. És transparent, per poder transmetre la llum sense que la freqüència d'algun color distorsioni als altres.

La fibra òptica va sorgir com un potencial substituir del cable coaxial. A l'igual que el cable de coure, la fibra s'usa per a la transmissió de dades entre els dos extrems de la mateixa utilitzant la llum com a mitjà de transport.

Avui dia, la fibra òptica és un dels mecanismes de comunicació més utilitzats. Això es deu al fet que la informació pot recórrer grans distàncies sense necessitar de tenir molts, o potser de cap, amplificador perquè el senyal no es perdi. A més té un ample de banda o velocitat de dades superior als cables de coure.

Entre altres de les raons per les quals es fa servir la fibra òptica en substitució del cable de coure, és que hi ha menys atenuació del senyal per quilòmetre de recorregut. I una altra de les seves bondats és que la fibra òptica és immune a les interferències electromagnètiques, per la qual cosa és pràcticament impossible la violació de seguretat.

Igualment, és comú trobar la fibra òptica per a il·luminació. Això es deu, a que de moment és a través de la fibra que s'ha aconseguit atorgar la llum de major intensitat de totes les formes de proporcionar llum artificial.

L'estructura d'una fibra òptica està composta per un nucli, que és la fibra en si per on transita la informació. El nucli està cobert amb un revestiment, el qual es caracteritza per tenir un índex de reflexió inferior a l'nucli. Això es fa amb la intenció d'impedir que el feix de llum que viatja en el nucli surti d'ell mateix i es perdi la informació, és a dir és una forma de confinar la informació en el nucli utilitzant el fenomen de reflexió.

Posteriorment, el revestiment està envoltat d'un mantell, i aquest mantell de Kevlar. I finalment, una caputxa, generalment, groga o taronja que identifica el tipus de fibra. Tots dos serveixen per donar-li protecció i rigidesa mecànica a la fibra, ja que en cas contrari la fibra seria extremadament fràgil, fins i tot més del que ja és.

Dins de la fibra òptica es pot enviar més d'un feix de llum, perquè hi ha diferents rutes o maneres possibles per fer-ho. A aquest tipus de fibra òptica se li diu multimode, i el seu nom prové a què té múltiples maneres per enviar els feixos de llum simultàniament. En canvi, la fibra monomode utilitza una sola ruta lineal per transmetre el feix de llum. Físicament solen diferenciar pel color de la seva caputxa, generalment, sent el color taronja per a la multimode i la groga per a la monomode.

Quan s'han de fer empalmaments en la fibra òptica és important tenir en compte que la seva alineació entre els nuclis ha de ser summament precisa, ja que en cas contrari existiria pèrdues per fals acoblament. Això implica que les unions entre fibres òptiques són més complexes que la que s'utilitzen en els cables convencionals de coure.

Història de la Fibra Òptica

A la fibra òptica hi ha dos elements fonamentals que van presentar avenços per aconseguir arribar a la tecnologia que coneixem avui pel que fa a transmissió de dades per mitjà de la llum. Aquests elements són la fibra òptica i la llum que viatja en ella. En aquest segment, viatjarem per la història de la fibra òptica i com va anar evolucionant en el temps.

A l'antiga Grècia s'utilitzaven la llum de el sol reflectida en els miralls per enviar missatges o per obstruir la visió dels seus enemics. Aquest mateix sistema ho va aplicar Claude Chappe en 1792 per aplicar telegrafia òptica utilitzant torres i miralls que es trobaven distribuïts en 200 km. Va aconseguir transmetre un missatge en un temps rècord per l'època de 16 minuts.

En 1910 Demetrius Hondros i Peter Debye van ser els primers a posar en pràctica la captura de la llum dins de cables fabricats amb vidre. És curiós que hagi trigat tant de temps aquest experiment, ja que per a l'any 1820 ja existien les equacions que establien aquest fenomen.

Aquest principi es denomina com el confinament de llum per refracció. Recordem que la refracció és un fenomen que fa que un feix de llum canviï de direcció quan canvia d'una línia de transmissió a una altra que tenen diferents índexs de refracció perquè tenen diferents densitats.

En la dècada de 1840, Jean-Daniel Collado i Jacques Babinet van aconseguir comprovar aquest principi. Igualment, en 1870 John Tyndall va observar que la llum pot viatjar a l'aigua, i que aquesta llum es refracta dins d'aquest mitjà. Aquests primer passos van permetre que es realitzaran els estudis que confirmarien el potencial de l'vidre com a material per excel·lència per a la transmissió de llum a llargues distàncies. Al principi es aplicació va ser per a la il·luminació de fonts d'aigua.

Posteriorment, John Logie, un enginyer Escoses, va patentar un sistema electromecànic per a la televisió en color, que utilitzava bastons fets de vidre que transmetien la llum. Aquest sistema no va tenir més èxit a causa de l'atenuació que tenia a causa dels materials i tècniques que aplicava, per la qual cosa no era possible que la llum viatgés grans distàncies. A més, el seu sistema no comptava amb acobladors òptics.

El 1952 gràcies als estudis previs realitzats per John Tyndall, El físic Narinder Singh Kapany va poder fer la invenció de la fibra òptica. Cal destacar que va ser en la dècada de 1950 quan es van aprofundir més les investigacions referents a la fibra òptica. De fet, el 1957 Basil Hirschovitz va fabricar un endoscopi semiflexible utilitzant la fibra òptica. Va aconseguir enviar imatges i aquest endoscopi suposa una eina més còmoda per a les cirurgies.

La Universitat de Michigan proposa en la seva versió de endoscopi semiflexible l'ús d'un material de menor índex de refracció que el nucli, en lloc d'usar olis o cera com s'usava anteriorment. A més, també es van fabricar fils de fibra òptica molt més primes, tant com el gruix d'un pèl. No obstant això, la llum s'atenuava o perdia als 9 metres de recorregut amb aquesta fibra òptica. Va ser Charles K. Kao, que va presentar que la màxima atenuació teòrica que haurien de tenir les fibres òptiques era de 20 decibels perquè fos factible la seva aplicació, en la seva tesi doctoral

Novament, Charles K. Kao al costat de George Hockham van declarar que era possible la fabricació de fibres d'un major percentatge de transparència. Igualment, van ser el que van proposar l'ús de fibra òptica per a la transmissió de la missatgeria telefònica en comptes de amb els convençut és cables de coure i electricitat.

S'havia de aconseguir millorar la fibra òptica, la qual per al moment presentava una atenuació de 100 dB / km, ample de banda petita i una gran fragilitat mecànica. Per aconseguir, això es van haver de realitzar incessants i profunds estudis i investigacions, els quals van permetre determinar que la causa per la qual existia aquest nivell de pèrdua en la llum eren les impureses intrínseques que existien en el silici o vidre.

Va ser gràcies a aquest descobriment, que es van començar a fabricar fibres amb una reducció de l'atenuació de fins a 20 dB / km i amb un major ample de banda. A més, els nuclis es comptaven amb un gruix de 100 micres, els quals es recobrien amb fil de niló per respectar el fonament d'índex de refracció, però que també pogués aportar-li una major rigidesa mecànica, fent que no fos possible trencar la fibra amb les mans.

El treball de Kao i Hockman, van servir de fonaments per a les investigacions realitzades per Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz i Frank Zimar que van proposar i van fabricar la primera fibra òptica amb impureses de Titani. Aquestes impureses van ser incorporades a l'silici de manera intencional per incrementar la refracció en la fibra. Aquesta fibra va permetre que la llum viatjarà a la fibra òptica amb tan sols 17 dB / km d'atenuació. En aquesta mateixa dècada de 1970, es va aconseguir fabricar fibres òptiques amb prou feines 0.5 dB / km de pèrdues.

Un altre avenç important que es va fer per a la tecnologia de transmissió de dades per mitjà de la llum, es va donar gràcies als físics Morton B. Panish i Izuo Hayashi qui van desenvolupar un làser de semiconductors que podia operar contínuament sense incrementar la seva temperatura. En conjunt John MacChesney i altres col·laboradors van generar mètodes de preparació de fibres.

La primera transmissió telefònica utilitzant com a línia de transmissió es va fer el 22 d'Abril de 1977 per l'empresa nord-americana General Telephone and Electronics, i aconsegueixo una velocitat de 6 Mbit / s.

Per a l'any 1980 les fibres comptaven amb una transparència tal que podien enviar senyals per mitjà d'una fibra òptica en un trajecte de fins a dos-cents quaranta quilòmetres abans que es perdessin completament. Aquestes fibres van sorgir quan els investigadors es van adonar que el silici pur sense cap metall només podien fabricar-se utilitzant eines i components que usessin vapor. Això evitava que sorgissin agents contaminants inherents a el procés de fabricació.

AT & T va presentar el seu projecte d'un sistema de fibra òptica d'aproximadament cents setanta-vuit quilòmetres de distància a la Comissió Federal de Comunicacions en 1980. Aquest sistema recorreria i connectaria a les ciutats de Boston i Washington DC. Va ser després de quatre anys de la seva presentació d'aquest projecte, en què el sistema va començar a entrar en operativitat. Aquest cable comptava amb vint centímetres de diàmetre i era capaç d'atorgar fins a vuitanta mil canals de veu per a les converses telefòniques que es donessin simultàniament.

La primera fibra òptica que es va instal·lar de manera transoceànica va tenir operativitat en 1988, la transparència del seu nucli era tan impecable que només calia col·locar amplificadors òptics cada seixanta-quatre quilòmetres. Posteriorment, es van anar realitzant més connexions d'aquest tipus i es van anar realitzant recorreguts més extensos entre ciutats i continents.

Tots aquests avenços van permetre que la fibra òptica continués millorant la seva transparència i pogués ser aplicada per a les comunicacions en el mercat i ja no només a nivell experimental. De fet, General Telephone and Electronics el 22 d'Abril de 1977 va aconseguir fer la primera transmissió telefònica reeixida amb una velocitat de 6 Mbits / s, utilitzant la fibra òptica com a línia de transmissió.

Procés de fabricació

Va ser en els laboratoris Bell on es van desenvolupar els mètodes independents per a la fabricació de fibra òptica. A partir d'allí, ha quatre processos per a la fabricació de fibra òptica

MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition)

Aquest mètode va ser originalment desenvolupat per l'empresa Corning Glass i adaptat pels Laboratoris Bell per a la seva aplicació industrial. Consisteixen en un tub de quars pur, a el qual es barreja en el seu interior diòxid de silici amb altres elements per dopar la preparació. Després, aquest tub es col·loca en un torn giratori.

Posteriorment, és portat a temperatures de fins a 1600 graus centígrads amb un cremador d'hidrogen i oxigen. Això es fa fent girar el torn mentre el tub de quars és escalfat en tota la seva longitud. En aquest punt es van afegint els additius, que són els que contribuiran a un millor índex de refracció en el nucli, per un dels extrems de l'tub.

Les capes posteriors es van incorporant igualment, pel continu submissió de l'cremador. Aquesta tècnica permet que el nucli vaig quedar sintetitzat. Després, es porta el cremador a una temperatura de 1800 graus centígrads, que és la temperatura que permet que el quars s'estovi i així obtenir la preforma.

La preforma fa referència a l'tenir o vara de vidre que és utilitzat per a la creació de fibra òptica. És a dir, és el tub massís que s'obté després d'aquest mètode. En general, les seves dimensions són una mica més d'1 metre de llarg i 1 centímetre de diàmetre.

VAD (Vapor Axial Deposition)

Aquesta tècnica està basada en la desenvolupada per Nippon Telephone and Telegraph. S'utilitza en gran manera al Japó en aquelles empreses dedicades a la fabricació de fibra òptica. Utilitza els mateixos materials bàsics que en mètode MCVD No obstant això, es diferencien en el fet que aquest últim, només es col·locava el nucli. Ara, també es col·loca a més el revestiment

És per això que aquest mètode sigui una mica més delicat a l'hora de el dopatge, ja que s'ha d'incorporar en major proporció el diòxid de Germani en el nucli que en el revestiment. Per a aquesta fabricació, s'utilitza com a assistent essencial un programari on són establert els paràmetres.

Prenent amb una vareta o tub de vidre auxiliar, s'inicia el procés de la preforma. Aquest tub auxiliar serveix com a suport de la mateixa. Es comença incorporant de forma ordenada els diferents materials des de l'extrem de l'cilindre, obtenint la preforma porosa, que a mesura que creix es va desenganxant de el tub auxiliar de vidre.

Posteriorment, es realitza el procés de l'col·lapsat, que consisteix a elevar la temperatura fins a 1700 graus centígrads amb la finalitat d'aconseguir l'estovament de l'quars. Això es fa per passar d'una preforma porosa buida internament, a un cilindre massís i transparent.

Si comparem aquest mètode amb l'anterior, el mètode de VAD té com a avantatge que s'obtenen preformes de major longitud i major diàmetre, ia més disminuint l'aportació energètica. No obstant això, el seu desavantatge és que requereix d'equips per a la fabricació molt més sofisticats.

OVD (Outside Vapor Deposition)

Aquest mètode va ser desenvolupat per Corning Glass Work. En aquest cas la seva matèria primera s'inicia amb un cilindre de substrat ceràmic i el cremador. Es col·loca al foc de l'cremador els clorurs vaporosos, i el foc caldea la vareta. En aquest punt, es procedeix a realitzar la síntesi de la preforma. Aquest procediment consisteix a assecar la vareta mitjançant clor gasós, per a posteriorment realitzar el procés de col·lapsat de manera igual als que es realitzar amb el mètode anterior. És així com es sintetitzen el nucli i el seu revestiment, obtenint la preforma.

Alguns dels avantatges que té aquest mètode és que es pot realitzar la fabricació de fibres òptiques amb molt baixa atenuació i bona qualitat, gràcies a l'optimització del procés d'assecat. Aquesta optimització permet obtenir perfils llisos i sense una estructura anul·lar important.

PCVD (Plasma Chemical Vapor Deposition)

Aquest mètode és desenvolupat per l'empresa Philips a Holanda. Igualment, té per característica seus perfils llisos i sense estructura anul·lar recognoscible. El principi d'aquest fonament està basat en l'oxidació de l'clorur de Silici i de el clorur de Germani. A l'rust aquests clorurs, s'aconsegueix un estat de plasma, seguit del procés de dopatge de l'interior.

Etapa d'estirament de la preforma

Sense importar el tipus de mètode que s'utilitzi, és comú entre tots aquests que es realitzi el procés d'estirament de la preforma. Per aconseguir l'estirament de la preforma és necessari comptar amb un forn tubular obert. A l'interior d'aquest forn es col·loca la preforma i es sotmet a temperatures de fins a 2000 graus centígrads, això amb la finalitat d'aconseguir estovar la preforma i poder manipular-la.

En aquest procés, és que s'aconsegueix el diàmetre de la fibra òptica, i és molt important mantenir una constant tensió perquè el diàmetre en tota la longitud de la fibra òptica no tingui variació. La manera d'aconseguir que el nucli no tingui aquestes variacions en el seu diàmetre és mantenir una tensió constant uniforme. A més s'ha de garantir l'absència de corrents de convecció al forn.

Igualment, és molt important que quan la preforma s'estovi novament s'eviti l'ingrés d'agents que puguin contaminar o generar microfissures, el que provocarien pèrdua seu atenuació és i fins i tot trencament a la fibra òptica.

Durant aquest procés també s'afegeix a la figura material sintètic, generalment es tracta d'un polímer viscós. La importància d'aquest polímer és que permet estirar la fibra òptica a majors velocitats. Això crea al voltant de la fibra una capa lliure d'impureses i uniforme. Finalment, es procedeix a assecar i endurir aquesta protecció, per mitjà de processos tèrmics o reaccions químiques utilitzant radiacions ultraviolades.

Aplicacions de la fibra òptica

La fibra té una versatilitat impressionant, de manera que permet aplicar-la en les comunicacions digitals, joies, sensors, il·luminació, decoracions, entre d'altres. A continuació presentarem algunes de les aplicacions més comuns de la fibra òptica i altres addicionals.

Comunicacions amb fibra òptica

L'ús de major escala o magnitud que té la fibra òptica és per a les telecomunicacions. Producte de la seva flexibilitat, és possible agrupar diversos fils per formar cables de fibra òptica. Usualment, les fibres utilitzades per això són fabricades amb plàstic o vidre, i fins i tot en ocasions de tots dos materials.

Sensors de fibra òptica

Els sensors de fibra òptica poden distingir entre sensors intrínsecs i sensors extrínsecs. Els sensors intrínsecs es fan referència a la figura en si mateixa com el sensor. En canvi en els sensors extrínsecs la fibra és el mitjà per a la transmissió dels senyals que emet un sensor a un sistema que processi aquestes senyals.

A causa de que en les fibres òptiques, no hi ha circulació de corrent elèctric, compten amb avantatge en comparació dels sensors elèctrics. Fins i tot el fil de fibra és per si mateix un excel·lent sensor per mesurar deformacions, temperatura, pressió atmosfèrica, humitat, camps elèctrics, camps magnètics, gasos, vibracions, entre d'altres.

Una altra de les aplicacions de la fibra òptica en l'aplicació de micròfons aquàtics per a la detecció de sismes o aplicacions ones generades per un sonar. Per això s'han arribat a utilitzar més de mil sensors fabricats amb fibra òptica per a equips hidrofónicos. Aquest tipus de sistemes és utilitzat principalment per la indústria petroliera i els organismes de defensa i alguns països. Igualment la companyia Sennheiser d'Alemanya va crear un micròfon que opera amb llum làser i fibra òptica.

En aquest mateix sentit els sensors de fibra òptica que mesuren temperatura i pressió atmosfèrica són utilitzats en pous petroliers. Aquest tipus de sensors són capaços de suportar condicions més extremes a comparació dels sensors fabricats amb semiconductors.

En l'aviació ha un giroscopi fabricat de fibra òptica, i igualment els microsensors de l'hidrogen.

Aquests sensors fotònics fabricats amb fibra òptica en general contenen quatre parts fonamentals, les quals són:

El sensor: és el transductor
L'interrogador: qui emet i rep el senyal provinent de la fibra òptica.
El cable òptic: és la fibra òptica
Acobladors, multiplexors, amplificadors o commutadors òptics: els elements que ajuden a que el sistema òptic i elèctric s'acoblin sense perdre el senyal, i són capaços de manejar diferents senyals de diferents fonts.

L'operació o funcionament aquest sistema s'inicia amb la generació d'un senyal òptica creada per l'interrogador, això amb la finalitat de sol·licitar informació de l'receptor. Aquesta informació viatja a través de la fibra òptica de l'sensor. Quan li procedeix a mesurar les condicions ambientals com ara els gasos, pressió atmosfèrica, temperatura i altres factors, hi ha una variació en la intensitat de la llum, o la seva longitud d'ona es veu afectada i, per tant hi ha un canvi en la mateixa .

Aquest canvi variació, bé sigui en la longitud d'ona o en la intensitat de la llum és retornada novament a través de la fibra òptica fins a la interrogador. Després, s'estima el percentatge de variació d'aquests canvis. Aplicant diferents algoritmes i eines com ara els acobladors optoelectrònics, és possible convertir les senyals òptics en senyals electròniques, de manera que els sistemes elèctrics que es troben als extrems, puguin interpretar la informació, com per exemple, un sistema de control o de visualització en temps real de les dades.

Igualment, depenent de la quantitat de trànsit de dades com per exemple els que transiten en una xarxa d'Internet poden existir multiplexors òptics, commutadors òptics, amplificadors òptics, o diferents acobladors òptics d'igual manera.

De la mateixa manera, els sistemes de sensors amb fibra òptica poden classificar-se com puntuals o distribuïts.

Sistemes de sensors òptics puntuals

Aquest tipus de sistema utilitza sensors distribuïts posicions definides dins d'una xarxa de sensors que permeten monitoritzar els paràmetres de forma individual. A causa d'això, els sistemes puntuals permeten el mesurament de més paràmetres simultàniament. A diferència dels sistemes distribuïts, el monitoratge de sistemes puntuals pot abastar fins a 250 km.

Sistemes de sensors òptics distribuïts

En aquest cas, els mesuraments i deteccions de variació de l'paràmetre òptic que rep l'interrogador, provenen de les dades obtingudes al llarg de tota la fibra òptica. Això presenta un avantatge ja que és una zona bri de fibra òptica el que és utilitzat com a traductor de el sistema. El sistema òptic distribuït pot abastar fins a un rang de 120 km de longitud.

Il · luminació

Les primeres aplicacions que van tenir la fibra òptica van ser precisament la il·luminació d'espais. Encara avui en l'actualitat, aquesta aplicació segueix existint per a la fibra òptica. Això es deu al fet que la fibra òptica permet il·luminar àrees sense generar calor i sense risc a curtcircuits, ja que la fibra òptica està dissenyada per a la transmissió de feixos de llum.

Fins i tot és possible, modificant la freqüència, canviar el color de la il·luminació. Això és molt útil per exemple si s'utilitza estic il·luminació en un llum, ja que és possible canviar de color sense necessitat d'haver de canviar el llum.

Igualment, és possible expandir les àrees d'il·luminació ja que és possible posicionar diferents fibres òptiques en múltiples llocs, utilitzant una sola font de llum.

Més usos de la fibra òptica

S'utilitza com guia d'ona per als feixos de llum emeses per equips mèdics o industrials que requereixen il·luminar zones en què la línia de visió directa ni de fàcil accés.

Podem utilitzar com a exemple l'endoscopi semiflexible utilitzat en medicina, el qual utilitza fibra òptica en conjunt amb lents per poder visualitzar l'interior dels òrgans sense necessitat de fer cirurgies summament invasives. En el cas de les indústries per fer inspeccions els equips com ara les turbines.

De fet, la fibra òptica actualment és emprada com a elements decoratius, com ara és el cas dels arbres de Nadal que teniu a les branques fibres òptiques que il·luminen l'arbre, ia més és possible variar el seu color.

Un altre exemple de l'aplicació en la fibra òptica, és la que s'apliquen en certs edificis, els quals capten la llum natural des dels seus terrats i gràcies a la fibra òptica aquesta llum pot viatjar a feia els espais interns de l'edifici.

I finalment, avui dia hi ha una barreja entre formigó i fibra òptica que dóna com a resultat un formigó translúcid. Aquest material va ser creat per l'arquitecte Ron Losonczi, i el sorprenent d'aquest formigó és que pot seguir tenint la resistència de l'formigó i, a més, la qualitat de la fibra òptica de transmetre llum.

Característiques de la fibra òptica

La fibra òptica és una línia de transmissió dielèctrica que opera dins de l'espectre electromagnètic en la banda òptica. En aquesta banda òptica és on podem trobar els colors, però també hi ha la banda prop als infrarojos i la banda dels infrarojos. En la fibra òptica se sol aprofitar part d'aquestes freqüències.

Cada bri de fibra òptica compta amb un nucli en el centre fabricat bé sigui amb plàstic o vidre és a dir òxid de silici i Germani. Aquest nucli té un alt índex de refracció i està cobert per un recobriment amb un índex de refracció menor. Això permet que la llum només viatge pel nucli i no escapi cap a l'exterior. És comú que aquesta capa de recobriment aquest feta d'un polímer o plàstic.

Aquesta diferència entre índexs de refracció que ha d'existir entre el nucli i el seu revestiment es deu als principis de refracció de la llum. Aquest principi estableix que quan una superfície amb un cert índex de refracció limita amb una altra superfície amb un índex de refracció menor, la llum es reflecteix i, quant més gran sigui la diferència entre aquests índexs, més gran serà l'angle d'incidència, de manera que hi haurà una reflexió total interna.

En la fibra òptica la llum va rebotant o es va reflectint en dins de el nucli, i aquests angles de reflexió són molt amplis, de manera que pràcticament es pot assumir que la llum viatja en línia recta pel seu centre, permetent que aquesta vaig aconseguir viatjar a grans distàncies sense atenuar-se.

Funcionament de la fibra òptica

Les lleis de la geometria òptica són les que estableixen el funcionament i principis bàsics de l'funcionament de la fibra òptica. La fibra òptica està principalment reglamentada per la llei de refracció és anar pel principi de la reflexió total interna.

Els feixos de llum són transmesos pel nucli de la fibra òptica, he donat la diferència dels índexs de refracció aquest feix no pot traspassar el revestiment sinó que en realitat es reflecteix en l'i se segueix propagant pel nucli.

A continuació, presentarem els avantatges i desavantatges de la tecnologia de la fibra òptica.

Avantatges

Compta amb un ample de banda molt gran, el que permet velocitats de transmissió molt ràpides
És una tecnologia minimalista, és a dir que ocupa molt poc espai.
És lleugera, ja que tan sols arriba a pesar uns grams per quilòmetre. A diferència del cable elèctric que fins i tot pot arribar a pesar 9 vegades més que la fibra òptica.
És completament immune a les contaminacions electromagnètiques. Pel que té una qualitat de transmissió superior a les línies convencionals, ja que no es veu pertorbada per exemple per curtcircuits externs o tempestes elèctriques.
Precisament donat a que és immune a les interferències, la fibra òptica garanteix un nivell de seguretat de la informació elevat. Això es deu al fet que l'única forma d'introduir-se dins el sistema de transmissió de la fibra òptica és afeblint i fins i tot interrompent, per la qual cosa és fàcilment detectable.
No genera interferències a altres sistemes.
No es veu afectada pels senyals paràsites, per la qual cosa en sistemes com ara el metro on hi ha sistemes que fàcilment poden pertorbar les comunicacions, la fibra òptica es converteix en l'alternativa per excel·lència.
La seva atenuació és significativament petita en comparació als cables convencionals pel que és possible recórrer grans distàncies sense la necessitat d'incloure elements actius com amplificadors per mantenir el senyal.
Depenent dels materials amb què es fabriquen el mantell i la caputxa la fibra òptica pot tenir una bona resistència mecànica.
És resistent a la corrosió.
compta amb un sistema anomenat reflectrometría òptica que permet detectar fàcilment els punts de debilitat o tall de fibra al recorregut.

Desavantatges

Ja que vam presentar tots els avantatges de la fibra òptica procedirem a presentar els desavantatges d'aquesta tecnologia enfront d'altres línies de transmissió.

Alta fragilitat de la fibra.
Requereix d'equips de transmissió i recepció més costosos.
Els empalmaments que es realitzen amb fibra òptica són més complexos de fer especialment en camp de manera que les reparacions són més difícils.
Atès que no pot transmetre electricitat, no és directament compatible amb els sistemes dels extrems que en general són electrònics.
No pot transmetre potències molt elevades.
No pot emmagatzemar informació òpticament.
Es veu afectada per altes o baixes temperatures, de manera que la jaqueta i recobriment han de ser materials resistents a temperatures.
Les vibracions poden afectar la transmissió de dades de forma correcta.

Tipus de fibra òptica

Dins el nucli de la fibra òptica ha diferents trajectòries que pot seguir el feix de llum. Cadascuna d'aquestes trajectòries es denomina manera de propagació. La fibra òptica pot classificar-se com fibra multimode o monomode.

fibra multimode

La fibra multimode fa referència a aquella en què la llum pot viatjar per més d'una trajectòria o manera. Una sola bri de fibra multimode pot arribar a tenir fins a 1000 maneres de propagació dels feixos de llum. Això implica que els feixos de llum no arribin simultàniament. Aquest tipus de fibra s'utilitza generalment en distàncies curtes, aproximadament a distàncies menors de 2 quilòmetres.

L'índex de refracció que té el nucli d'una fibra multimode és una mica superior a l'índex de refracció de l'revestiment. A més el gruix de l'nucli d'una fibra multimode és major a el d'una fibra monomode això permet que sigui de més fàcil connexió perquè no requereix d'una precisió tan exacta.

La fibra multimode pot al seu torn classificar dits formes depenent de el tipus d'índex de refracció del seu nucli, les quals són:

índex escalonat: En aquest cas, l'índex de refracció es troba constant en tota la longitud de l'nucli tenint llavors una alta dispersió modal

índex gradual: En aquest cas el nucli està compost de diferents materials de manera que l'índex de refracció no és constant en tota la longitud de la fibra i, per tant, té una menor dispersió modal.

Igualment, l'estàndard que s'estableix en la ISO 11801, indica la classificació de la fibra òptica multimode d'acord a l'ample de banda ia la font de llum que ha d'usar dir si és multimo sobre làser, o multimode sobre llum led.

OM1: Fibra 62.5 / 125 micres, 1 Gigabit (1 Gbit / s), LED.
OM2: Fibra 50 / 125 micres, 1 Gigabit (1 Gbit / s), LED.
OM3: Fibra 50/125 micres, 10 Gigabit (300 m), Làser.

fibra monomode

Tal com ho vam explicar anteriorment el terme mode s'aplica per indicar la quantitat de trajectòries que poden tenir els feixos de llum. A la fibra monomode només existeix una manera pel qual pot viatjar la llum. Això es tradueix llavors, al fet que el diàmetre de l'nucli és menor. Igualment, llum viatja teòricament pel centre de la fibra a diferència la multimode que rebota a les parets de l'nucli. Aquest tipus de fibra és utilitzada principalment per a recorreguts de llarga distàncies.

Cable d'estructura folgada

També és possible classificar la fibra òptica d'acord al seu disseny, i igualment hi ha dos tipus de fibra òptica segons aquesta classificació.

Aquest tipus de fibra pot ser aplicat en exteriors i interiors i consta de diversos fils de fibra que es divideixen en grups que són introduïts en tubs que envolten un reforç central, i aquests al seu torn estan coberts per una jaqueta protectora.

El terme d'estructura folgada prové a que els fils de fibra òptica es troben de forma folgada dins dels tubs per les que són guiades. Aquest tub pot estar buit o tenir al seu interior un material hidrofòbic, de manera que serveixi com a protecció a la fibra òptica contra la humitat.

A més aquest va tenir per ser folgat permet que la fibra òptica es troba aïllada de les forces mecàniques exteriors que és exerceixin en el cable.

El reforç central en general és flexible i brinda resistència a el cable. Pot estar fabricat amb material metàl·lic o dielèctric.

Cable d'estructura ajustada

Aquest cable té principalment aplicacions per a l'interior d'edificis ja que és més flexible i permet fer radis de curvatures més petits que els cables estructura folgada.

Aquest cable consisteix en la unió de diversos fils de fibra òptica que compten de forma individual amb un mantell i jaqueta. Aquests fils envolten una peça central i tot aquest conjunt al seu torn és protegit per una capa externa. El seu nom prové de que tots els fils de fibres troben molt ajustats, la qual cosa proveeix un bon suport físic.

Components de la fibra òptica

transmissors òptics

Aquests són els elements encarregats de transformar la informació o dades que provenen d'una font electrònica a dades òptics o feixos de llum. Per aconseguir això, el transmissor utilitza als electrons a una certa freqüència a l'excitar dins dels materials com ara el silici solen generar de forma d'energia feixos de llum, anomenats fotons. Els fotons són la partícula elemental quàntica de la llum. El transmissor internament compta amb un modulador que compleix la funció de transformar l'energia electrònica a energia òptica.

Emissors de el feix de llum

En els transmissors òptics hi ha dos tipus d'emissors que emeten els senyals òptics, els quals són:

LEDs.

És un díode que emet llum, o Díode Emissor de Llum. Aquest tipus d'emissor de llum és principalment utilitzat en la fibra multimode causa del seu fàcil ús i temps de vida. Encara que és important destacar que aquest tipus de llum no és capaç de recórrer llargs trams de distància, de manera que es utilitzada per a distàncies curtes perquè compleixen amb la funció i disminueix els costos.

Làsers.

És la Radiació espontània Estimulada Amplificada de Llum. Emet una llum altament coherent, i utilitza semiconductors per a l'emissió de llum. la llum làser pot ser utilitzada en les fibres multimode i en les fibres monomode encara que generalment només es fan servir en les fibres monomode ja que la seva circuiteria és més complexa per tant de major cost. El temps de vida de l'làser, tot i que és llarga, sol estar per sota de la mitjana dels LED.

Conversors llum-corrent elèctrics

En les transmissions de fibra amb fibra òptica és necessari comptar amb un element que detecti la presència de fotons. Usualment, es tracta d'un fotodíode que s'encarrega de la conversió de senyals òptics a senyals electrònics. Això ho aconsegueix, traduint la presència o inexistència de llum en senyals amb alts i baixos o uns i zeros.

I també, s'apliquen per al procés invers, és a dir per convertir els senyals elèctrics en senyals òptiques. Tot i que és possible transformar la llum en senyals elèctrics, i aquestes emeten una certa potència, no és suficient per poder alimentar els equips terminals. Aquests equips terminals són usualment elèctrics, de manera que una font d'alimentació alternativa és gairebé sempre requerida.

Com hem esmentat abans, usualment aquests convertidors opto-elèctrics consten d'un fotodíode o un semiconductor. Per garantir el correcte funcionament d'aquests semiconductors ha d'haver certes condicions, les quals són:

Quan hi ha absència de llum, el corrent invers no ha de ser molt alta per tal de poder detectar senyals òptics molt febles.
Ha de tenir un gran ample de banda, per poder brindar rapidesa de resposta.
Els nivells de sorolls generats per aquests semiconductors han de ser mínims.

Al seu torn, hi ha dos tipus de detectors, els fotodíodes PIN i els fotodíodes d'allau APD.

detectors PIN

Aquest tipus de detectors consisteix en un semiconductor compost de tres capes les dues capes externs són d'una de tipus P i una de tipus N i la que es troba al mig es tracta d'un semiconductor intrínsec. D'allí prové el seu nom PIN. Aquest material intrínsec en la pràctica se sol col·locar com una extensió de l'material P o de l'material N.

detectors APD

Aquests són semiconductors d'allau. Aquests fotodíodes a l'aplicat un voltatge invers generen un guany de corrent. El funcionament d'aquests detectors semiconductors d'allau consisteix a fer viatjar un electró i que aquest es trobi amb un àtom per a què pugui alliberar un altre electró. La raó per la qual s'utilitza semiconductors d'allau, és perquè es requereix que aquest electró que és enviat manegi una quantitat d'energia suficient.

Els detectors APD poden classificar-se de tres tipus, d'acord a l'material de què està format:

Detectors de silici

Aquest tipus de detectors tenen un alt rendiment i generen baixos nivells de soroll. L'alimentació d'aquest tipus detectors està dins de la franja dels 200 V fins a 300 V

Detectors de germani

Generalment, treballa amb longituds d'ona dins de la franja de 1000 i 1300 nm, encara que un rendiment una mica inferior.

Detectors altres materials

Aquests detectors estan compostos els materials o químics que s'ubiquen en els grups III i V de la taula periòdica.

Tipus de polit de la fibra òptica

Els tipus de polit dependran dels connectors que s'ubiquen als extrems de la fibra òptica poden classificar d'acord al seu tipus de polit. Aquest tipus de polit va variar d'acord a la seva forma de connexió.

Plànol: Aquest polit deixa els extrems de la fibra de manera llisa i perpendicular al seu eix és a dir completament planes.

PC (Physical Contact): Les fibres són acabades de forma convexa, posant en contacte els nuclis de les dues fibres.

SPC (Super PC): És similar a PSP són una mica llimes les vores de manera que queda com una figura triangular sense punta al centre, sinó que queda plana.

UPC (Ultra PC): és igual a SPC però es diuen encara més les vores perquè només el centre de la fibra sigui la part plana.

Enhanced UPC: és una versió més perfilada que l'anterior, de manera que el contacte ha de comptar amb una extrema precisió.

APC (Angled PC): aquest tipus de Pulido consisteix en realitzar un perfil amb cert angle aquest angle permet garantir amb major exactitud el contacte físic entre els nuclis de les dues parts.

Connectors de la fibra òptica

Els connectors són els elements que permeten connectar la fibra òptica amb els equips terminals. Aquests equips terminals compten amb Ports de Comunicació de l'Computador per a la connexió de fibra òptica. Depenent de l'tipus de port, s'utilitza llavors un determinat tipus de connector per a la connexió de la fibra. És similar a com succeeix amb els cables convencionals, per exemple amb el cable coaxial ha diferents tipus de connectors i cadascun compleix una funció.

En definitiva, els tipus de connectors per a la fibra òptica són:

FC
FDDI
LC i MT-Array
SC i SC-Dúplex
ST o BFOC

Els connectors que comunament s'utilitza en la fibra òptica, específicament per a xarxes d'àrea local són els connectors ST, LC, FC I SC.

Cables de fibra òptica

Un cable de fibra òptica consta de el grup de diverses fibres òptiques per les quals es vegin diferents senyals. Cada fibra pot estar enviant grans quantitats de dades provinents de fonts diferents, de manera que un cable de fibra òptica pot estar enviant informació provinent de diferents serveis a el mateix temps.

Els cables de fibra òptica són l'alternativa més factible per a la substitució dels cables coaxials en la indústria de telecomunicacions i la indústria d'electrònica. Fins i tot un cable que compta amb 8 fibres òptiques segueix tenint una mida considerablement inferior als cables convencionals. Un cable de fibra òptica té la capacitat d'enviar la informació equivalent a la que enviarien 60 cables de coure de 1623 parells, o bé a 4 cables coaxials de 8 tubs. Addicionalment, la fibra òptica pot enviar informació a majors distàncies sense necessitats de col·locar tants repetidors o amplificadors com succeiria en el cas d'utilitzar cables de coure.

També, és important destacar la diferència de el pes que hi ha entre el cable de fibra òptica i el cable de coure. Per exemple, un cable de fibra òptica de 8 fibres pot arribar a pesar només 30 kg per cada quilòmetre, mentre que el cable coaxial pot arribar a pesar fins a 45 kg per quilòmetre. I igualment, la fibra òptica permet realitzar un únic esteses de 2 a 4 quilòmetres de distància. En el cas del cable coaxial només permet realitzar esteses de 250 fins a 300 metres.

Ara bé, també és cert que la fibra òptica requereix d'un revestiment addicional i altres elements que ofereixin reforç en la instal·lació de la mateixa. Això es fa per tal de no posar en risc l'estesa i, que en un futur, es presentin ruptures a causa de la seva fragilitat.

Funcions del cable

Aquests cables de fibra òptica tenen diferents funcions. En primer lloc, podem esmentar que actua com un element que protegeix les fibres òptiques internes perquè no pateixin danys o ruptures que puguin donar-se a el moment de la instal·lació del cable o bé durant la seva vida útil, que en general és de 20 anys .

En segon lloc, els cables de fibra òptica aporten rigidesa mecànica a la fibra òptica interna perquè pugui suportar condicions de tracció compressió torsió i els factors ambientals als quals pot estar exposada. És per això que a més del cable, també s'incorporen altres elements per reforçar i aïllar la fibra òptica d'aquests agents externs i forces a què es veu sotmesa.

Aquests cables poden tenir una instal·lació subterrània, submarina o transoceànica o aèria. Un dels punts més crítics d'un sistema amb cables de fibra òptica és a el moment de la seva instal·lació, i és per això que s'utilitzen certs elements per protegir la fibra de danys.

Elements i disseny del cable de fibra òptica

La funció que va exercir un cable de fibra òptica de determinar com serà la seva estructura. No obstant això, tot i que poden ser aplicats per a diferents funcions, tots els cables de fibra òptica tenen molts elements en comú, els quals són el revestiment secundari, les fibres internes, els elements que contribueixen a el reforç i estructura del cable, la jaqueta que agrupa tots els fils de fibra i els materials aïllants contra la humitat. Els revestiments secundaris poden dividir-se en tres tipus:

revestiment cenyit

Aquest revestiment generalment és una massissa corona anul·lar que està fabricat amb niló o polièster que cobreix revestiment primari. Per tant aquest revestiment secundari incrementa el diàmetre final de la fibra òptica. La funció d'aquest revestiment és brindar protecció contra les microcurvaturas que puguin existir en la fibra òptica. No obstant això, tot i que aquest revestiment protegeix contra aquestes curvatures, és important estar atents a l'hora de la instal·lació de la fibra òptica, ja que tot i així es poden produir en l'instant de la instal·lació.

Revestiment folgat buit

Aquest revestiment compta amb un espai sobredimensionat, el qual consta d'un tub buit que està fabricat d'un metall i combinat amb plàstic. Això fa que aquest tub sigui un material dur, però a el mateix temps flexible. El propòsit de fer un revestiment sobredimensionat és que protegeix la fibra òptica de vibracions temperatures i forces mecàniques.

Revestiment folgat amb farciment

És el mateix revestiment esmentat anteriorment, però en el seu interior s'introdueix un material capaç d'aïllar la humitat. A l'introduir un material hidrofòbic a l'interior permet que l'aigua no pugui arribar a la fibra òptica. A més de brindar proteccions contra vibracions i altres agents ambientals també és capaç de suportar certes temperatures. És comú que s'utilitzen materials derivats de l'petroli o silicona.

elements estructurals

Aquests elements són les estructures que serveixen com a guia central per al trajecte que ha de seguir la fibra òptica. La fibra òptica va bé sigui distribuïda al llarg d'aquesta estructura o trenada al voltant d'ella. Generalment aquestes estructures compten amb canaletes o ranures que serveixen com a guia extra per la fibra òptica.

Elements de reforç

Tal com ho indica el seu nom, tenen per missió oferir un reforç addicional a el cable de la fibra òptica amb el propòsit d'aïllar, en la mesura del possible, les forces de tracció a les que es puguin veure sotmeses les fibres i, a més que no hi hagi una elongació important que pugui generar ruptures en els nuclis. Addicionalment de la protecció per a la elongació, també protegeix els cables de fibra òptica contra torçades i vibracions. els materials més comuns utilitzats per a les estructures de reforç són el Kevlar fibra de vidre i acer ja que són materials flexibles però també compten amb una solidesa.

Funda

Tot cable de fibra òptica compta amb una funda que comunament està fabricada de plàstic. Aquesta funda és la coberta externa del cable de la fibra òptica i la seva funció és brindar protecció a el nucli dels agents, forces i fenòmens de l'exterior, com ara la humitat, temperatura, vibracions, entre d'altres.

Els materials que compondran les nostres fundes variaran d'acord a la seva instal·lació i aplicació ara els cables òptics que són interoceànics han de brindar una protecció contra humitat, pressió atmosfèrica i fins i tot contra mossegades de tauró. Si es tracta d'un cable de fibra òptica què serà instal·lat de forma aèria llavors la funda ha de protegir el nucli contra vibracions i torçades generades pel vent, i igualment contra temperatures i humitat. O si finalment, la seva instal·lació serà via subterrània, llavors la funda ha de ser una mica més pesada per suportar cops i pressions donades per exemple, el trànsit vehicular.

Tècniques d'entroncament

És comú que en esteses molt grans, de fins a més de 120 quilòmetres, sigui necessari realitzar empalmaments entre fibres, ja que difícilment hi hagi una fibra contínua que compti amb aquesta longitud. I fins i tot en el cas de presentar algun trencament, cal realitzar aquest tipus de reparació.

Els diferents tipus de connexions que existeixen són els següents:

Enllaç mecànic

Aquest tipus d'entroncament consisteix en una espècie de maniguet on s'introdueixen les dues fibres i es fa una torsió per unir els dos nuclis. Aquests empalmaments generalment s'utilitzen de manera provisional o quan es considera que no és necessari realitzar un entroncament per fusió. Les pèrdues relacionades amb aquest temps entroncament es troben en l'ordre de 0,5 dB.

Enllaç amb coles

S'aplica en aquest cas una cola especial transparent que permet unir els dos extrems de la fibra i es protegeix aquesta Unió amb algun tipus de reforç extern. Presenta pèrdues de 0.2 dB, però no sol ser molt fiable ja que la cola pot tendir a desenganxar de nou.

Enllaç per fusió

S'utilitza una eina anomenada empalmat de fusió en on es realitza un treball més delicat i de major precisió. En aquest treball l'operador ha de preparar prèviament la fibra abans d'introduir els extrems en aquesta empalmat. Aquesta eina té la capacitat de visualitzar si els extrems tenen algun agent contaminant o si es requereix d'una pulitura més fina, o bé si ha d'haver una millor alineació entre les fibres. si tots aquests requisits es compleixen procedeix a escalfar únicament aquesta zona fonent la fibra i unint així els seus nuclis. Les pèrdues d'aquest entroncament són de 0.02 dB.

Atenuació en els cables de fibra òptica

El terme atenuació significa les pèrdues de potència que es donen en la línia de transmissió. La seva unitat de mesura és el decibel (dB). En la fibra òptica ha diferents raons per les quals es presenta l'atenuació en el cable. Hi ha dos tipus de pèrdues, les quals són pèrdues o atenuació intrínseca i atenuació extrínseca.

Les atenuacions intrínseques són aquelles que es generen per composició química i altres factors de la seva fabricació. És a dir, aquelles causes que formen part de la pròpia composició de l'Silici i Germani i dels processos de fabricació de el fil. Per molt que es puguin continuar millorant els processos, no serà possible arribar a un fil de fibra sense atenuació.

En canvi, les atenuacions extrínseques són aquelles que es generen per factors externs, com impureses, males connexions, incorrectes polits dels seus perfils, entroncaments, entre d'altres. Aquesta atenuació és o pèrdues es poden classificar al seu torn de la següent manera:

Pèrdues per absorció

Aquest tipus d'atenuació passa quan hi ha presència d'impureses dins de la fibra. Ets impureses absorbeixen o interrompen el va passar de llum. Aquesta absorció sol transformar la llum en energia calòrica de manera que es generen pèrdues 1-1000 dB / km.

Pèrdua de Rayleigh

Quan s'està fabricant la fibra òptica ha un moment de la seva refredament que la fibra no es troben en estat líquid i sòlid, i és possible que hi hagi una aplicació incorrecta de la tensió quan s'estira això pot generar irregularitats microscòpiques. Aquestes irregularitats ocasionen la difracció dels feixos de llum quan transiten per mitjà d'elles.

dispersions

La dispersió ocorre quan hi ha una variació en l'índex de refracció i per tant la llum es refracta de manera diferent a la que s'esperava això succeeix per microroturas dins de la fibra agents contaminants o raons intrínseques de la fibra.

dispersió intermodal

Aquest tipus de dispersió passa quan hi ha una diferència en el temps de propagació de les de llum quan prenen diferents maneres rutes dins el nucli de la fibra. També se li pot conèixer pel nom de dispersió modal. Aquest tipus de dispersió només succeeix en les fibres multimode.

Dispersió cromàtica de l'material: això és el resultat de les diferents longituds d'ona de la llum que es propaguen a diferents velocitats a través d'un mitjà donat.

Dispersió cromàtica de la guia d'ona: És funció de l'ample de banda del senyal d'informació i la configuració de la guia generalment és més petita que la dispersió anterior i per la qual cosa es pot menysprear.

Pèrdues per radiació

Ets pèrdues són generades per torçades o es dobleguen en l'estesa de la fibra òptica. Això en general, ocorre a l'hora de la instal·lació o quan es presenten curvatures dins de la trajectòria que recorre la fibra òptica.

Pèrdues per acoblament

Quan es realitzen empalmaments o en els punts terminals on es requereixen connectors, existiran sempre atenuació. Aquestes atenuacions solen ser baixes, però no menyspreables. A l'igual que quan es presenta una incorrecta alineació entre els nuclis, però això si ha de ser corregit per evitar el retorn d'ones.

Finestres de treball de la fibra òptica

Aquestes finestres de treball ens permeten aprofitar part de la banda de llum infraroja de l'espectre electromagnètic. En aquest cas són finestres en que la longitud d'ona estan en l'ordre dels nanòmetres. S'ha demostrat en diferents oportunitats que a l'operar en aquestes finestres de treball hi ha una menor atenuació. Concretament hi ha tres finestres:

1era finestra de treball: la longitud d'ona està en l'ordre dels nou-cents vuitanta nanòmetres.
2a finestra de treball: en aquest cas la longitud d'ona és de mil tres cents nanòmetres.
3era finestra de treball: la longitud d'ona està en l'ordre dels XNUMX nanòmetres. Aquesta última finestra es divideix en la banda S, banda C i banda L.

Connexions de la fibra òptica

Hi ha dues maneres de connexions de la fibra òptica en un sistema de xarxes. Aquestes topologies són les xarxes de punt a punt i les xarxes de punt a multipunt.

Les xarxes de punt a punt són aquelles on es genera un node des de la font de la informació directament a les empreses, casa o usuaris que requereixin d'el servei. És a dir, que entre l'usuari i el servei no existeix algun intermediari o un altre node de la xarxa.

Les xarxes de punt a multipunt són aquelles que requereixen d'splitter o separadors òptics, similars als que s'utilitzen per a la televisió que ens permeten connectar diferents televisors tot i que la cablera només lliuri un cable coaxial. Llavors, des de l'emissor sorgeix una fibra òptica que divideix el senyal per mitjà dels splitters òptics entre dos, quatre, sis i fins a vuit usuaris. En xarxes molt àmplies, es pren una d'aquestes vuit divisions per incorporar un altre splitter òptic a la xarxa que poden alimentar altres 8 usuaris. No obstant això, aquestes divisions tenen un límit i requereixen d'amplificadors en la seva trajectòria.

amplificadors òptics

Segueixen constant de fibres òptiques però en el procés de fabricació es dopen amb diferents components químics, especialment de terres rares. Un dels amplificadors de fibra òptica més utilitzats és el dopat amb erbi.

Aquest amplificador comunament es troba com EDFA per la seva abreviatura en l'anglès. Aquest amplificador opera a la tercera finestra de treball, específicament a la banda C i banda L. No obstant això, també pot operar a la banda S, però requereix d'altres agents o components químics addicionals.

El guany que brinda al senyal òptic pot ser de XNUMX-XNUMX decibels. Sol constar d'una fibra òptica guardada en una carcassa rectangular i pot comptar amb deu fins a seixanta metres de longitud de fibra dopada.

Resum

La fibra òptica és un mitjà de transmissió que envia dades mitjançant feixos de llum. Els principis en què es basa la fibra òptica són en les lleis de geometria òptica especialment en la llei de refracció.

En els seus inicis es van realitzar diferents estudis que es complementen mútuament fins a aconseguir desenvolupar la fibra òptica que es coneix avui dia. En aquests estudis es van observar que la transparència de el fil de la fibra o el nucli era essencial per a disminuir les atenuacions i aconseguir les mínimes pèrdues que avui en dia de 0.02dB / km.

Els components amb els quals es fabriquen comunament la fibra òptica són l'òxid de silici i germani. Els components de l'revestiment que cobreixen el nucli són generalment algun tipus de plàstic. Després, ve un mantell que brinda rigidesa mecànica que pot ser de niló o Kevlar, i finalment una jaqueta de plàstic que protegeix tot el cable i aïlla d'agents externs a la fibra.

Hi ha diferents mètodes de fabricació les quals són:

MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition)
VAD (Vapor Axial Deposition)
OVD (Outside Vapor Deposition)
PCVD (Plasma Chemical Vapor Deposition)

Sense importar el tipus de mètode que s'utilitzi, és comú entre tots aquests que es realitzi el procés d'estirament de la preforma.

Les aplicacions que tenen la fibra òptica són diverses. A les comunicacions es van convertir en un dels mitjans o línies de transmissió per excel·lència, per la seva gran ample de banda i la velocitat de transmissió que pot assolir, i la fiabilitat o seguretat de la informació que aporta aquest sistema. En sensors que permetin detectar condicions o paràmetres com: temperatura, humitat, pressió atmosfèrica, i fins i tot per a sistema sonars.

També, és utilitzada per a il·luminació com és el cas de l'endoscopi flexible que utilitza la fibra òptica com a mitjà de guia per a la llum per il·luminar òrgans i poder realitzar cirurgies poc invasives o de major precisió de forma més còmoda. Igualment, per a efectes decoratius com succeeix en els arbres de Nadal.

És possible canviar els colors que mostra o reflecteix una fibra òptica variant la longitud d'ona o freqüència que viatja per ella.

Alguns dels avantatges més importants que presenta la fibra òptica i els seus usos són el seu ample de banda, la velocitat de transmissió que poden arribar les dades, la immunitat electromagnètica, la disminució d'espai ocupat i pes, alta seguretat de la informació.

Encara que, per l'altre costat, és una tecnologia més avançada, i per tant de major cost, la instal·lació i manteniment són més complexos que els sistemes convencionals, són summament fràgils i poc tolerants a temperatures, humitat, vibracions i elongació.

Hi ha dos tipus d'òptica d'acord a la quantitat de rudes o maneres que poden transmetre.

Les fibres multimodos són aquelles que poden enviar diferents longituds d'ona simultàniament per diferents maneres, d'allí prové el seu nom. En comparació a les fibres monomode, les fibres multimode tenen un nucli més gran i l'índex de refracció entre el nucli i el revestiment es diferencien, però per poc. De manera que les ones viatgen en el nucli rebotant en les parets de l'nucli. S'usen per a recorreguts o xarxes de curta distància. Se sol identificar perquè la jaqueta externa és usualment de color taronja.

Les fibres monomode són les que tenen només una ruta de transmissió i el seu nucli és més petit en comparació a les fibres multimodos. La manera de transmissió sol ser l'eix central de l'nucli, donat al fet que efectua rebots amb angles molt grans. Se solen diferències de les multimode perquè utilitzen una jaqueta exterior de color groc.

Ara, d'acord al seu disseny ha igualment dos tipus. Les fibres òptiques d'estructura folgada són aquelles en què els fils de fibra òptica es troben de forma folgada dins dels tubs per les que són guiades. Aquest tub pot estar buit o tenir al seu interior un material hidrofòbic, de manera que serveixi com a protecció a la fibra òptica contra la humitat.

En canvi, els cables d'estructura ajustada consisteixen en la unió de diversos fils de fibra òptica que compten de forma individual amb un mantell i jaqueta. Aquests fils envolten una peça central i tot aquest conjunt al seu torn és protegit per una capa externa.

En un sistema de comunicacions fets per fibra òptica ha alguns components que són necessaris perquè la transmissió sigui reeixida. Entre aquests components es troben els transmissors òptics com els LEDs o Làsers, els convertidors opto-elèctrics que són els encarregats de transformar els senyals elèctrics en òptiques per poder ser enviades per la fibra i posteriorment per convertir els senyals òptiques que es reben en elèctriques novament .

També, es troba els detectors òptics que són:

PIN
APD
silici
Germani
altres materials

Els tipus de polit dependran dels connectors que s'ubiquen als extrems de la fibra òptica poden classificar d'acord al seu tipus de polit.

Plànol
PC (Physical Contact)
SPC (Super PC)
UPC (Ultra PC)
Enhanced UPC
APC (Angled PC)

Els connectors són els elements que permeten connectar la fibra òptica amb els equips terminals. Els connectors que comunament s'utilitza en la fibra òptica, específicament per a xarxes d'àrea local són els connectors ST, LC, FC I SC.

Enllaç mecànic: aquest tipus d'entroncament consisteix en una espècie de maniguet on s'introdueixen les dues fibres i es fa una torsió per unir els dos nuclis. Les pèrdues relacionades amb aquest temps entroncament es troben en l'ordre de 0,5 dB.

Enllaç amb coles: s'aplica en aquest cas una cola especial transparent que permet unir els dos extrems de la fibra i es protegeix aquesta Unió amb algun tipus de reforç extern. Presenta pèrdues de 0.2 dB, però no sol ser molt fiable ja que la cola pot tendir a desenganxar de nou.

Enllaç per fusió: La empalmat té la capacitat de visualitzar si els extrems tenen algun agent contaminant o si es requereix d'una pulitura més fina, o bé si ha d'haver una millor alineació entre les fibres. Després, procedeix a escalfar únicament aquesta zona fonent la fibra i unint així els seus nuclis. Les pèrdues d'aquest entroncament són de 0.02 dB.

Hi element que brinden suport en l'estructura i reforç a el cable de fibra òptica. Els elements d'estructura dels que serveixen com a guia central per al trajecte que ha de seguir la fibra òptica. La fibra òptica va bé sigui distribuïda al llarg d'aquesta estructura o trenada al voltant d'ella. Generalment aquestes estructures compten amb canaletes o ranures que serveixen com a guia extra per la fibra òptica.

Els elements de reforç brinden un reforç addicional a el cable de la fibra òptica amb el propòsit d'aïllar de les forces de tracció a les que es puguin veure sotmeses i, a més que no hi hagi una elongació important que pugui generar ruptures en els nuclis.

A les atenuacions extrínseques es presenten diverses causes, les quals són:

Pèrdues per absorció
Pèrdua de Rayleigh
dispersions
Pèrdues per radiació
Pèrdues per acoblament

Conclusions

La fibra òptica és una línia de transmissió que ha permès una major rapidesa i eficiència en la transmissió de dades actualment. Tot i que es tracta d'una tecnologia que ha de recorre un gran camí per poder substituir els sistemes convencionals, segueix sent en ocasions la millor opció per a les comunicacions.

No obstant això, la fibra òptica és un tipus de tecnologia costós a comparació dels sistemes convencionals perquè requereix d'equips i eines òptiques que solen ser de major pressupost. A més requereix d'una capacitació apropiada per poder treballar amb la fibra òptica. A més la seva instal·lació sol ser un procés bastant delicat, i la presència de trencaments en la fibra pogués generar pèrdues considerables si no és tractada a temps. Addicionalment, encara falta desenvolupar certs equips perquè la tecnologia i el sistema sigui completament òptic, ja que per exemple, encara no hi ha memòries òptiques.

És comú que en les xarxes de fibra òptica hi hagi sistemes de seguretat com d'anell o d'anell doble, que permet que en cas d'existir aquests incidents la informació pugui viatjar en un altre sentit, a fi d'evitar la interrupció de l'servei per un llarg període de temps mentre se soluciona la situació.

Els sistemes de fibra òptica són molt fiables perquè resulta ser pràcticament impossible violar la xarxa sense ser detectat o sense interrompre la transmissió de dades. És per això que és comú veure fibres òptiques d'instal·lació submarines entre països aliats, per on transmeten la informació delicada i secreta.

El que distingeix a la fibra òptica d'altres mitjans de comunicació en la velocitat de dades i la seva capacitat de transmissió. A més que garanteix mínimes pèrdues d'informació a causa de que té molt poca atenuació en el seu element principal, fent que no sigui necessari la instal·lació de tants equips de restauració i amplificació dins el sistema. Atès que la informació viatja a la velocitat de la llum, s'ha pogut veure una migració considerable de grans empreses a aquest tipus de tecnologia.