LOS CIRCUITOS DE FIBRA ÓPTICA SON FILAMENTOS DE VIDRIO FLEXIBLES, DEL ESPESOR DE UN PELO. LLEVAN MENSAJES EN FORMA DE HACES DE LUZ QUE REALMENTE PASAN A TRAVÉS DE ELLOS DE UN EXTREMO A OTRO, DONDE QUIERA QUE EL FILAMENTO VAYA (INCLUYENDO CURVAS Y ESQUINAS) SIN INTERRUPCIÓN.
LAS FIBRAS ÓPTICAS PUEDEN AHORA USARSE COMO LOS ALAMBRES DE COBRE CONVENCIONALES, TANTO EN PEQUEÑOS AMBIENTES AUTÓNOMOS (TALES COMO SISTEMAS DE PROCESAMIENTO DE DATOS DE AVIONES), COMO EN GRANDES REDES GEOGRÁFICAS (COMO LOS SISTEMAS DE LARGAS LÍNEAS URBANAS MANTENIDOS POR COMPAÑÍAS TELEFÓNICAS).
TIPOS DE FIBRA OPTICA.
Estructura ajustadas:
Está formado por un tubito de plástico o vaina en cuyo interior se encuentra alojado, en forma estable, el conductor de fibra óptica. La vaina debe ser fácil de manejar de forma similar a un cuadrete o un par coaxial. Pueden ser cables tanto monofibra, como multifibra. Sus aplicaciones más frecuentes son: cortas distancias, instalaciones en campus, instalaciones en interiores, instalaciones bajo tubo, montaje de conectores directos y montaje de latiguillos.
PROPAGACIÓN DE LA LUZ POR MEDIO DE UNA FIBRA ÓPTICA
PERFIL DEL ÍNDICE
El perfil del índice de una fibra óptica, es una representación gráfica del valor del índice refractivo, a través de la fibra. El índice refractivo esta indicado en el eje horizontal y la distancia radial del eje del núcleo sé gráfica en el eje vertical.
Hay dos tipos básicos de perfiles de índice: escalón y graduado. Una fibra de índice de escalón tiene un núcleo central, con un índice refractivo uniforme.
FIBRA DE INDICE DE ESCALÓN DE MODO SENCILLO
Una fibra de índice de escalón de modo sencillo tiene un núcleo central, lo suficientemente pequeño, para que exista solo una trayectoria que la luz pueda tomar, conforme se propaga por el cable. En su forma más sencilla, la cubierta exterior es simplemente aire. En consecuencia, la fibra aceptara luz de una apertura ancha. Esto hace que sea relativamente sencillo acoplar luz desde una fuente en el cable. Sin embargo, este tipo de fibra normalmente es muy débil y de uso práctico limitado.
FIBRA DE INDICE DE ESCALÓN MULTIMODO
Una fibra de índice de escalón de multimodo es semejante a la configuración de modo sencillo, excepto que el núcleo central, es mucho más grande. Este tipo de fibra tiene una apertura de luz a fibra grande y, en consecuencia, permite que más luz entre al cable.
FIBRA DE INDICE GRADUADO MULTIMODO
Una fibra de índice graduado multimodo se caracteriza por un núcleo central que tiene un índice refractivo que no es uniforme; está al máximo en el centro y disminuye gradualmente hasta la orilla exterior. La luz se propagará por este tipo de fibra por medio de la refracción.
COMPARACION DE LOS TRES TIPOS DE FIBRAS OPTICAS.
Fibra de Indice de Escalón de Modo Sencillo.
Ventajas.
Hay una dispersión mínima.
La alta exactitud en la reproducción de los pulsos transmitidos en el lado de recepción, los anchos de bandas, más grandes, y las velocidades de transmisión de información, más altas, son posibles con las fibras de índice de escalón de modo sencillo que con los otros tipos de fibras.
Desventajas
Debido a que el núcleo central es muy pequeño, es difícil de acoplar la luz, dentro y fuera de este tipo de fibra.
Las fibras de índice de escalón de modo sencillo son costosas y difíciles de fabricar.
Fibra de Indice de Escalón Multimodo.
Ventajas.
Las fibras de índice de escalón multimodo son baratas y sencillas de fabricar.
Es fácil acoplar la luz, dentro y fuera de las fibras de índice de escalón multimodo; tienen una apertura de fuente a fibra relativamente grande.
Desventajas.
Los rayos de luz utilizan muchas trayectorias diferentes por la fibra, lo cual resulta en grandes diferencias en sus tiempos de propagación. En consecuencia, un pulso de luz que se propaga por una fibra de índice de escalón multimodo se distorsionará más que con otros tipos de fibras.
El ancho de banda y razón de transferencia de información posible, con este tipo de cable, son menores que con los otros tipos.
Fibra de Indice Graduado Multimodo.
Esencialmente, no hay ventajas o desventajas sobresalientes de este tipo de fibra.
ANGULO Y CONO DE ACEPTACIÓN:
Los rayos de luz pueden entrar a la fibra óptica si el rayo se halla
contenido dentro de un cierto ángulo denominado CONO DE
ACEPTACIÓN. Un rayo de luz puede perfectamente no ser transportado por la fibra óptica si no cumple con el requisito del cono de aceptación. El cono de aceptación está directamente asociado a los materiales con los cuales la fibra óptica ha sido construida.
Pérdidas de absorción
La pérdida por absorción en las fibras ópticas es analógica a la disipación de potencia en los cables de cobre; las impurezas, en la fibra absorben, la luz y la convierten en calor. El vidrio ultrapuro usado para fabricar las fibras ópticas es aproximadamente 99.9999% puro. Aun así, las pérdidas por absorción entre 1 y 1000 dB/Km son típicas. Esencialmente, hay tres factores que contribuyen a las pérdidas por absorción en las fibras ópticas: absorción ultravioleta, absorción infrarrojo y absorción de resonancia del ion.
Absorción ultravioleta.
La absorción ultravioleta es provocada por electrones de valencia en el material de silicio del cual se fabrican las fibras. La luz ioniza a los electrones de valencia en conducción. La ionización es equivalente a la pérdida total del campo de luz y, en consecuencia, contribuye a las pérdidas de transmisión de la fibra.
Absorción infrarroja.
La absorción infrarroja es un resultado de fotones de luz que son absorbidos por los átomos de las moléculas, en el núcleo de vidrio. Los fotones absorbidos se convierten a vibraciones mecánicas aleatorias típicas de calentamiento.
Absorción de resonancia de ion.
La absorción de resonancia de ion es causada por los iones OH- en el material. La fuente de los iones OH- son las moléculas de agua que han sido atrapadas en el vidrio, durante el proceso de fabricación. La absorción del ion también será causada por las moléculas de hierro, cobre y cromo.
Pérdidas por dispersión de Rayleigh o materiales
Durante el proceso de fabricación, el vidrio es producido en fibras largas, de un diámetro muy pequeño. Durante este proceso, el vidrio está en un estado plástico (no líquido y no sólido). La tensión aplicada al vidrio durante, este proceso, causa que el vidrio se enfríe y desarrolle irregularidades submicroscópicas que se forman, de manera permanente, en la fibra. Cuando los rayos de luz que se están propagando por una fibra chocan contra una de estas impurezas, se difractan. La difracción causa que la luz se disperse o se reparta en muchas direcciones. Una parte de la luz difractada continua por la fibra y parte de ésta se escapa por la cubierta. Los rayos de luz que se escapan representan una pérdida en la potencia de la luz. Esto se llama pérdida por dispersión de Rayleigh.
Dispersión cromática o de longitud de onda
Como se estableció anteriormente, el índice refractivo del material es dependiente de la longitud de onda. Los diodos emisores de luz (LED) emiten luz que contiene una combinación de longitudes de onda. Cada longitud de onda, dentro de una señal de luz compuesta, viaja a una velocidad diferente. En consecuencia, los rayos de luz que simultáneamente se emiten de un LED y se propagan por una fibra óptica no llegan, al extremo lejano de la fibra, al mismo tiempo. Esto resulta en una señal de recepción distorsionada; la distorsión se llama, distorsión aromática. La distorsión cromática se puede eliminar usando una fuente monocromática tal corno un diodo de inyección láser (ILD).
Pérdidas de radiación
Las pérdidas de radiación son causadas por pequeños dobleces e irregularidades en la fibra. Básicamente, hay dos tipos de dobleces: microdobleces y dobleces de radio constante. El microdoblamiento ocurre como un resultado de las diferencias en las relaciones de la contracción térmica entre el núcleo y el material de la cubierta. Un microdoblez representa una discontinuidad en la fibra, en donde la dispersión de Rayleigh puede, ocurrir. Los dobleces de radio constante ocurren cuando las fibras se doblan durante su manejo o instalación.
Dispersión modal
La dispersión modal o esparcimiento del pulso, es causado por la diferencia en los tiempos de propagación de los rayos de luz que toman diferentes trayectorias por una fibra. Obviamente, la dispersión modal puede ocurrir sólo en las fibras de multimodo. Se puede reducir considerablemente usando fibras de índice graduado y casi se elimina totalmente usando fibras de índice de escalón de modo sencillo.
La dispersión modal puede causar que un pulso de energía de luz se disperse conforme se propaga por una fibra. Si el pulso que está esparciéndose es lo suficientemente severo, un pulso puede caer arriba del próximo pulso (este es un ejemplo de la interferencia de intersímbolo). En una fibra de índice de escalón multimodo, un rayo de luz que se propaga por el eje de la fibra requiere de la menor cantidad de tiempo para viajar a lo largo de la fibra. Un rayo de luz que choca a la interface de núcleo/cubierta en el ángulo crítico sufrirá el número más alto de reflexiones internas y, en consecuencia, tomar la mayor cantidad de tiempo para viajar a lo largo de la fibra.
Debido a que la dimensión radial de la fibra es lo suficientemente pequeña, hay una sola trayectoria para que los rayos sigan conforme se propagan a lo largo de la fibra. En consecuencia, cada rayo de luz viaja la misma distancia, en un periodo específico, y los rayos de luz tienen exactamente la misma relación de tiempo, en el extremo lejano de la fibra, que tenían cuando entraron al cable. El resultado es, la dispersión modal o estiramiento del pulso.
Pérdidas de acoplamiento
En los cables de fibra las pérdidas de acoplamiento pueden ocurrir en cualquiera de los tres tipos de uniones ópticas: conexiones de fuente a fibra, conexiones de fibra a fibra y conexiones de fibra a fotodetector. Las pérdidas de unión son causadas más frecuentemente por uno de los siguientes problemas de alineación: mala alineación lateral, mala alineación de separación, mala alineación angular y acabados de superficie imperfectos.
Mala alineación lateral.
Esto es el desplazamiento axial o lateral entre dos piezas de cables de fibra contiguas. La cantidad de pérdida puede ser desde un par de décimas de un decibel a varios decibeles. Esta pérdida generalmente es insignificante si los ejes de la fibra están alineados dentro del 5% del diámetro más pequeño de la fibra.
Mala alineación de la separación.
Esta a veces se llama, separación de la extremidad. Cuando los empalmes se hacen en la fibra óptica, las fibras deben tocarse. Entre más separadas estén las fibras, mayor es la pérdida de la luz. Si dos fibras están unidas con un conector, las puntas no deben tocarse. Esto se debe a que las puntas frotándose una con otra en el conector, causarían daño a cualquiera o ambas fibras.
Mala alineación angular.
Esto veces se llama desplazamiento angular. Si el desplazamiento angular es menor que 2', la pérdida será menor que 0.5 dB.
Acabado de superficie imperfecta.
Las puntas de las dos fibras unidas deben estar altamente pulidas y encuadrarse juntas adecuadamente. Si las puntas de la fibra están a menos de 3' de la perpendicular, las pérdidas serán menores que 0.5 dB
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