Fibra Optica
Las
fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente
compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano.
Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de elaboración es
controlado por medio de computadoras, para permitir que el índice de refracción
de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y evite las
desviaciones, entre sus principales características se puede mencionar que son
compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia capacidad de
transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son inmunes a las
interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia.
Las
fibras ópticas no conducen señales eléctricas por lo tanto son ideales para
incorporarse en cables sin ningún componente conductivo y pueden usarse en
condiciones peligrosas de alta tensión. Tienen la capacidad de tolerar altas
diferencias de potencial sin ningún circuito adicional de protección y no hay
problemas debido a los cortos circuitos Tienen un gran ancho de banda, que
puede ser utilizado para incrementar la capacidad de transmisión con el fin de
reducir el costo por canal; De esta forma es considerable el ahorro en volumen
en relación con los cables de cobre.
la fibra óptica fue propuesta como medio de transmisión debido a su enorme
ancho de banda; sin embargo, con el tiempo se ha planteado para un amplio rango
de aplicaciones además de la telefonía, automatización industrial, computación,
sistemas de televisión por cable y transmisión de información de imágenes
astronómicas de alta resolución entre otros.
Fibra Óptica Como Portadora de
Información.
EL MODELO DE RED Y LAS
EXIGENCIAS DE UNA RED ACTUAL
Dentro de una red de telecomunicaciones existe una gran cantidad de equipos y funcionalidades.
El
personal del área de operaciones de las empresas de
telecomunicaciones esta dividida en dos áreas: Conmutación y Transmisión, de
estos dos grupos se derivan cuatro bloques importantes para una red de
telecomunicaciones y son los siguientes:
Transmisión
o Transporte: la forma de conectar los
elementos de conmutación entre si, puede
ser local o de larga distancia.
Conmutación:
los equipos responsables de establecer la comunicación entre dos extremos es
decir los usuarios o los clientes.
Acceso: La forma de conectar las instalaciones del
usuario con la empresa que le prestara el servicio.
Equipo Terminal: Equipo situado en las instalaciones
del cliente para aprovechar un servicio
de telecomunicaciones.
un ejemplo del modelo, la red de telecomunicaciones más antigua y grande del mundo: la red
telefónica pública conmutada o por sus siglas en inglés PSTN (Public Switched
Telefone Network).
En
esta red los elementos que corresponden al modelo de red son el teléfono como equipo terminal, el par de cobre como medio
de acceso de conmutación y los enlaces de microondas y fibra óptica como medio
de transporte.
Los
elementos que componen el modelo de red,
todos son de suma importancia en el proceso de
comunicación, pues si alguno de ellos faltara simplemente no se podría dar la misma.
El
elemento de conmutación es el más importante, pues este es quien define que tipo de servicio se brinda.
Los elementos de comunicacion
Central
telefónica
Mediante
este elemento de conmutación es posible establecer conexiones dinámicas
basadas en circuitos de 64 kps. Cuando
se establece una llamada telefónica de un extremo a otro, se establece una conexión de 64 kps
en ambos sentidos, la cual es reservada para uso exclusivo de los dos extremos en comunicación mientras la llamada dure.
El
servicio que se ofrece es conmutado porque en la contratación del mismo
solo se especifica un extremo de la
comunicación, el otro extremo será definido de manera dinámica mediante un plan
de numeración y algún esquema de
marcación.
Conmutador
de paquetes
La
conmutación de paquetes parte de
principios totalmente diferentes a los
utilizados en la conmutación de circuitos, utilizada para construir una red
telefónica. Y esto no es de extrañar pues, ambos principios fueron diseñados
para redes que transportarían tráficos totalmente diferentes y por lo tanto con
demanda de recursos diferentes. Estamos hablando de tráficos de voz y datos.
El
primer tipo de tráfico demanda un retardo mínimo y en principio ganara una cantidad de información constante. Por otro lado los
datos no son tan sensibles con respecto al retardo y la cantidad de información
que normalmente se genera es variable.
Debido
a esta situación no resultaba eficiente
ni económico establecer una comunicación de larga distancia a través de la red
telefónica, pues se reserva un recurso el cual no es utilizado todo el tiempo
debido a la naturaleza variable del tráfico
de datos.
El
elemento de transporte
Un
enlace de transporte se distingue por dos elementos. El primero que nos define
fisicamente el medio de transmisión que será utilizado para llevar la
información, como lo puede ser la fibra óptica (FO), las microondas (MO), el satélite, el par de cobre
o cable coaxial.
El segundo elemento es el modo de transmisión, este nos define de
qué forma será llevada la información, así como la cantidad de información que
podrá transportarse de manera simultánea. En formato analógico o digital y con técnicas de múltiplexación FDM o TDM (PDH y SDH).
Redes
de acceso inalámbricas móviles
Otra
forma es permitir la movilidad, pues él poder estar comunicados en cualquier
lugar y en cualquier momento resulta cada día más importante. Es por esto que
el concepto de sistemas personales de comunicación o en ingles PCS es cada vez
mas utilizado, pues hay un clara tendencia
a crear dispositivos que permitan comunicaciones de voz y datos.
Redes
de acceso de banda ancha alámbricas e inalámbricas
Otra
forma es el implementar redes que
permiten el acceso de banda ancha para nuevas aplicaciones. Por banda ancha
entendemos velocidades entre 2 Mbps y 155 Mbps, para permitir acceso a Internet
de alta velocidad, distribución de vídeo, vídeo en demanda, educación a
distancia y teletrabajo. En esta clase
de redes encontramos las redes alambricas implementadas mediante fibra óptica y
por redes inalámbricas mediante enlaces de microondas punto a punto y también
punto a multipunto, como es el caso de la tecnología LMDS.
OPCIONES
PARA EL TRANSPORTE
En
la actualidad son diversas las exigencias para las redes de transporte.
También
existen diversas opciones de medios de transporte, pero la fibra es el medio
que mejor satisface dichas exigencias.
Exigencias en la actualidad para las redes de
transporte. Una red de transporte debe de cubrir las siguientes cuatro
condiciones:
Capacidad
Calidad
Confiabilidad
Costo.
Integración
de servicios y tipos de información
En
comunicaciones existen diferentes tipos de tráfico.
Encontramos
los tráficos de velocidad constante como la voz y el video, los cuales son
sensibles a los retardos y requieren una velocidad binaria constante para su
transmisión.
Después
tenemos a los tráficos de velocidad variable como las imágenes y el texto
(datos), los cuales no son altamente sensibles a los retardos pero si a los
errores en la comunicación y requieren una velocidad binaria variable o poco
ráfagas.
Mayor
capacidad de transmisión
En
general la necesidad de mayores anchos de banda o capacidades en el transporte
sé esta viendo acotada por dos aspectos:
Incremento
de tráfico multimedia sobre las redes de telecomunicaciones.
Incremento
del número de usuarios de las redes de telecomunicaciones.
En
todos los ambientes de comunicaciones existe una fuerte migración hacia los
ambientes gráficos y el contenido multimedia. Esto es de esperarse pues lo que
se pretende es lograr una comunicación con todos los medios que pueden ser
utilizados cuando dos personas se comunican de manera presencial, pero ahora a
distancia, por
otro lado, cada vez es mas necesario trasladar la información y no a las
personas desde diferentes puntos de vista, como sociales, económicos. Esto trae
como resultado el crecimiento de
usuarios de redes de telecomunicaciones y cuando estas tienen contenido como el caso de Internet como se ve en la figura.
Comparado
con el sistema convencional de cables de cobre donde la atenuación de sus
señal, (Decremento o reducción de la onda o frecuencia) es de tal magnitud que
requieren de repetidores cada dos kilómetros para regenerar la transmisión, en
el sistema de fibra óptica se pueden instalar tramos de hasta 70 km. Sin que
halla necesidad de recurrir a repetidores lo que también hace más económico y
de fácil mantenimiento este material.
Originalmente,
la fibra óptica fue propuesta como medio de transmisión debido a su enorme
ancho de banda; sin embargo, con el tiempo se ha planteado para un amplio rango
de aplicaciones además de la telefonía, automatización industrial, computación,
sistemas de televisión por cable y transmisión de información de imágenes
astronómicas de alta resolución entre otros
Incremento
de la calidad
Hoy
día las telecomunicaciones se han
convertido en la herramienta estratégica para las empresas y en un facilitador
de toda actividad humana. Se presentan como el medio del futuro para el
intercambio de bienes y servicios, manejando toda la información estratégica y
critica involucrada en las diferentes
actividades.
Por
estas razones contar con redes de telecomunicaciones capaces de garantizar que
la información en sus diversos formatos
será transmitida libre de errores, en otras palabras con calidad.
Las
comunicaciones digitales se basan en la transmisión de bits “1” y “0” por lo que la calidad consiste en
recibir el digito binario originalmente
transmitido. Se considera una comunicación con alta calidad cuando se comete un
error de entre 109 (1x109) y el mínimo esperado es un
error entre un millón de bits (1x10-6).A es te parámetro para medir
la calidad se le conoce como Tasa de
Errores de Bit o en ingles BER (Bit Error Rate)
Los
requerimientos de disponibilidad de los sistemas, así como las redes de telecomunicaciones
se vuelven cada vez más exigente. Esto de debe a la creciente dependencia de
las empresas sobre estos elementos para sus operaciones.
Mayor
cobertura
Facilidad
para su gestión
Cuenta con mecanismos que permiten la fácil configuración, el monitoreo de toda la red
y todas las funciones que generen la
información acerca del estado de los signos vitales de red. De esta manera será
más sencillo el aprovisionamiento, operación, la anticipación a posibles
problemas, así como la pronta respuesta
a fallas para la recuperación de la red.
Opciones
de medios para el transporte
El
objetivo general de las telecomunicaciones es permitir comunicaciones de voz,
datos, video a distancia de alta calidad, sin importar la localización de los extremos. Para
determinar el tipo de medio que se debe utilizar es considerar dos aspectos en general:
el primero la distancia que existe entre los extremos: y el segundo la cantidad
de información que se desea transmitir. Esto de alguna manera va asociado con
el costo para cada opción de comunicación. Otro factor que también puede
influir es el tiempo en el que se desea contar con los medios de comunicación.
|
|
Distancia
entre repetidores
|
Vida
útil
|
Efectos
Climáticos
|
Complejidad
de
Operación
|
Capacidad
|
|
Satélite
|
Solo
uno
|
Limitada
|
Si
|
Alta
|
Media
|
|
Par
de Cobre
Cable
coaxial
|
Corta
2-10
Km
|
Larga
|
No
mucho
Humedad
|
Moderada
|
Media
|
|
Microondas
|
Media
25-75
km
|
Larga
|
Si
Lluvias
|
Moderada
|
Media-alta
|
|
Fibras
ópticas
|
Larga
Hasta
600 km
|
Muy
larga
|
Nulos
|
Moderada
|
Muy
alta
|
ASPECTOS
GENERALES DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
En
la actualidad una distancia promedio es de 200 km. y se hablan ya de distancias
por encima de los 600 km. La inmunidad al ruido e interferencia
electromagnéticas al ser un medio no conductor, al mismo tiempo no genera
radiaciones electromagnéticas. Las dimensiones de las fibras son pequeñas y por
lo tanto los cables fabricados son más ligeros y fáciles de manejar. El tiempo
de vida se entiende por encima de los 25 años y en realidad se asume como
indeterminado pues no ha transcurrido el tiempo desde que se instalaron las
primeras fibras ópticas. Por ultimo la gran capacidad, que como dijimos antes,
permite en la actualidad transportar
mas de un millón de llamadas a través un par de fibras ópticas.
En
telecomunicaciones las fibras ópticas son utilizadas tanto para redes de larga
distancia como para redes de acceso y transporte local. Redes trasatlánticas
mediante cables submarinos. También son utilizadas para establecer enlaces
dedicados y en redes de datos LAN y MAN.
Entre
los elementos que componen un enlace mediante fibras ópticas encontramos las
fuentes de transmisión LED y LASER, los foto detectores, los regeneradores,
amplificadores ópticos, acopladores, multiplexores, equipo de medición y equipo
para WDM.
TEMAS ACTUALES EN LAS FIBRAS ÓPTICAS
A partir de los 80 ´s se habían logrado grandes avances en todo lo
relacionado con fibras ópticas. Por ejemplo la atenuación por kilómetro se ha
logrado reducir de niveles alrededor de 1000 dB/km. a 0.2 dB/km. A pesar de
esto, aún faltan muchos aspectos por desarrollar y otros nuevos derivados de
las necesidades de mayor ancho de banda a menor costo. La Internet y
las aplicaciones multimedia serán
detonadores exponenciales de las necesidades de mayor ancho de banda
Se utiliza la cuarta y la
quinta ventanas ópticas, nuevos estándares ópticos se empiezan a establecer,
redes ópticas en configuración de anillos auto restaurables, la utilización de
técnicas WDM y DWDM para el uso más eficiente y el uso de los cables de fibra
óptica instalados y por instalar. Finalmente hoy se empieza a instalar redes
ópticas con cross conectores y multiplexores ópticos de nivel físico. Todos coinciden
en que el protocolo IP será el protocolo de interfaz para todas las
aplicaciones de los usuarios, el protocolo de convergencia como se le ha
llamado. Algunos proponen IP/ATM/SDH/WDM, otros IP/SDH/WDM/ y finalmente IP/WDM
realizando funciones de conmutación en el nivel óptico.
2 LAS FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN
Las
comunicaciones por ondas de luz guiadas fueron consideradas por primera vez
hace más de 100 años. En 1854 John Tyndall
expuso los conceptos en donde se discutía la reflexión interna de la luz,
principio fundamental para las comunicaciones mediante señales de luz guiadas
por fibras ópticas.
En
1880, Alexander Graham Bell hablo de la posibilidad de transmitir señales
usando un haz de luz y en 1884 invento el fotófono, con el cual logro una
transmisión a una distancia de 200 metros.
En
1934,AT&T obtiene la patente para una guía de onda óptica y al inicio de
los años 60 se inventas el LASER (Light
Amplification by Simulated Emision of Radiation). Hasta antes de 1970 la
implementación de comunicaciones ópticas mediante guías de onda de luz estuvo
restringida a distancias muy cortas, debido a las altas atenuaciones de la guía
de onda óptica.
En
1966 se implementan las primeras fibras ópticas de forma experimental y
operando con atenuaciones de 1000 dB/km.En 1970 la compañía Corning Glass logró
producir una fibra de silicio (SiO2), con atenuaciones de 20 dB/km
aproximadamente. Por otro lado, el desarrollo de las fuentes de luz LED y LASER
comenzaron a madurar por esas fechas, esto permitió la transmisión de señales
sobre unos cuantos kilómetros.
Los
primeros trabajos de WDM (Wavelenght
Division Multiplexing) fueron realizados en 1994,cuando se utilizaron
acopladores bicónicos para combinar dos señales sobre la misma fibra. Otro
pilar dentro de las comunicaciones ópticas son los amplificadores del tipo EDFA
(Erbium Dopped Fiber Amplifier), pues
permiten que la señal sea amplificada sin necesidad de convertirla a una señal
eléctrica para su regeneración. Por otro lado reducen enormemente los costos en
enlaces de largas distancias en contraste a la utilización de regeneradores
eléctricos.
La
utilización de amplificadores ópticos dopados con erbio (EDFA)permite la
implementación de WDM para el incremento de la capacidad de una fibra, pues
este tipo de amplificadores tiene una respuesta plana en el espectro óptico. En
los sistemas actuales se utilizan 40,80 y 128 longitudes de onda sobre la misma
fibra óptica, a esto ya se le conoce como DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing).
VENTAJAS
DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
-
Tenemos diversas ventajas que favorecen la utilización de las fibras óptica sobre redes de telecomunicaciones.Muy altas capacidades, en el orden de los Tbps.Calidad en transmisión, en el orden de BER=10-12Niveles bajos de atenuación, en el orden de 0.2 dB/km.Respuesta a la frecuencia plana dentro de las ventanas ópticas, por lo tanto se prescindeprácticamente de ecualización.Distancia grande entre repetidores, entre 150 y 600 kms.Inmunidad a ruidos e interferencias.Menor costo por circuito que cualquier otro medio.Cables más ligeros, pequeños y flexibles.No generan interferencia y por lo tanto no existe la diafonía.Seguridad en la transmisión.Facilidad de mantenimiento.
La
alta capacidad que se consigue sobre las fibras ópticas se debe al gran ancho
de banda que estas pueden manejar. En la figura anterior se compara la
capacidad de un enlace de radio digital frente a uno con fibra óptica, en
función del ancho de banda de la portadora y la frecuencia de operación.
Los
cables de fibras ópticas son más ligeros pequeños y flexibles. En la figura
siguiente se muestra un cable de 900 pares de cobre con capacidad para un
número igual de llamadas; por otro lado el cable de fibra óptica puede
transportar miles (30,000 sobre redes
con señales SDH STM-16) de llamadas pero con un peso del cable de hasta 60
veces menor, mayor flexibilidad, manejabilidad y por supuesto menor costo. Los
cables de fibras ópticas ofrecen una muy alta baja atenuación, en el rango de
0.2 dB/km. Esto permite manejar grandes distancias entre repetidores, en el
rango de los 150 km y los 600 km dependiendo de la capacidad del enlace.
DESVENTAJAS
DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
ATENUACIÓN
El espectro de la curva de atenuación de una
típica fibra óptica hecha de silicio. La curva tiene tres características
principales. Una gran tendencia de atenuarse conforme se incrementa la longitud
de onda (Dispersión Rayleigh), Atenuación en los picos de absorción
asociados con el ión hidroxyl (OH-), y
Una tendencia por la atenuación para incrementar las longitudes de onda
por arriba de los 1.6 um, debidas a las pérdidas inducidas por la absorción del
silicio
Sistemas
de transmisión usan fibras multimodo, operadas en la primera ventana de
longitud de onda cercana a las .85 um, mostrado en la figura 3, y después en la
segunda ventana cerca de 1.3 um. Una fibra de modo simple primeramente opera en
la segunda ventana, donde la atenuación de la fibra es típicamente menor que
0.35 dB/Km. Sin embargo la región de menos pérdida ( típicamente pérdidas
cercanas a las 0.20 dB/Km) permanece en una longitud de onda amplia y los
laceres y receptores operan en esa ventana cercanos a 1.55 um, estos llegaron a
ser disponibles a finales de los 80´s.
DISPERSIÓN
La
dispersión cromática de una fibra consiste de dos componentes - Material y Guía de Onda- como se
muestra en la figura 3, el
componente material depende de las características de dispersión de los
dopantes y del silicio de construcción. Estos materiales no ofrecen mucha
flexibilidad a ajustes significantes en la dispersión de la fibra, así que ese
esfuerzo se ha enfocado en alterar la dispersión de guías de ondas de las
fibras ópticas.
POLARIZACIÓN
Polarización es la propiedad de la luz la
cual está relacionada con la dirección de sus vibraciones, el viaje de la luz
en una fibra típica puede vibrar en uno o dos modos de polarización
El modo en el eje X es arbitrariamente
etiquetado con un modo lento, mientras que en el eje Y es etiquetado en el modo
rápido. La diferencia en los tiempos de arribo en los modos de dispersión por polarización (PMD), es típicamente medida
en pico segundos. Sino es propiamente controlado, PMD puede producir errores excesivos en los bits para la transmisión en sistemas digitales y que pueden
distorsionar señales de video trasmitidos usando formato de modulación
de amplitud analógico.
NO
LINEALIDAD
Niveles de alta potencia de la fibra óptica disponibles y amplificadores
ópticos provocan señales que interactúan con la fibra en las cuales produce una
variedad de efectos no lineales, sino son controlados propiamente, estas no
linealidades pueden afectar de forma adversa al desarrollo del sistema, las no
linealidades de la fibra caen dentro de dos categorías:-dispersión estimulada e índices de fluctuación refractivos.
Los
niveles de potencia en los cuales los diferentes fenómenos no lineales se
manifiestan ellos mismos, son conocidos como thresholds.
COMPONENTES DE LA FIBRA ÓPTICA
La fibra es tan pequeña y
frágil, que se le ubica dentro de un cable
El núcleo que consiste de vidrio de cuarzo,
tiene un índice de refracción más alto que el revestimiento de vidrio, cuarzo o
plástico que lo rodea. A su vez la superficie del revestimiento esta protegida
por una cubierta primaria de acrilato. La fibra esta protegida contra esfuerzos
mecánicos debidos al cableado, instalación, cambios de temperatura, etc., ya
que usualmente se coloca libre en el tubo que forma la cubierta secundaria.
Los
aspectos principales para la propagación de luz en las fibras ópticas son:
Que
la pureza del material del núcleo sea tan alta, que la atenuación se mantenga
dentro de los límites razonables.
Que
los rayos, que por una razón u otra tiendan a cambiar su dirección de
propagación, se mantengan dentro del núcleo de la fibra.
Una cierta pérdida por dispersión de la fibra no
puede ser evitada por razones teóricas. A mayores longitudes de onda las
perdidas aumentan debido a la absorción de rayos infrarrojos (absorción del
calor). Los rayos son mantenidos en el núcleo debido a que el índice de
refracción disminuye cuando aumenta la distancia desde el centro de una sección
transversal imaginaria del núcleo de la fibra. Por esto el índice de refracción
puede disminuir por pasos, como en la fibra con índice escalonado o hacerlo
gradualmente como en la fibra con índice gradual. Las fibras ópticas son
también unos medios especialmente adecuados para el transporte de impulsos
digitales de alta velocidad
Formados por finos tubos de vidrio plástico o
cuarzo fundido metidos de varias milésimas de milímetro. Su nombre deriva del
hecho de que son excelentes guías de onda para los impulsos lumínicos, y se
emplean para transmitir informaciones de cualquier naturaleza transformadas en
bits, en forma de ondas electromagnéticas de elevadísimas frecuencias, iguales
a la de la luz.
Las
fibras se reúnen en cables, que poseen un número variable de ellas. Los más
difundidos llevan 216 fibras, reagrupadas tres veces de seis en seis. Estos
cables resultan incluso más baratos que los cables de cobre clásicos, y también
son más ligeros manejables y fáciles de instalar. Para empalmar los cables
ópticos hay que fundir con un equipo especial.
LAS
FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN
En
telecomunicaciones, las fibras ópticas se presentan como el medio más adecuado
para las redes de larga distancia y de gran capacidad. Es en ese terreno en
donde ningún otro medio puede competir contra las fibras ópticas. Sin embargo
en otros elementos del modelo de red como el acceso no es siempre posible
justificar la utilización de fibras ópticas, o bien cuando se desea movilidad,
o que diversos usuarios reciban la misma señal en diversas ubicaciones
geográficas.
Las diferencias que existen entre el satélite y
las fibras ópticas son: En materia de enlaces transoceánicos las fibras ópticas
han desplazado al satélite por diversas razones. En la figura se compara un
enlace entre continentes mediante el satélite y fibras ópticas. Un enlace
mediante fibras ópticas es capaz de
transportar más de 30,000 canales de voz por una sola fibra, mientras que el
satélite solo puede transportar 1440 canales de voz por cada traspondedor. Otro
factor de diferencia se refiere al retardo de transmisión, en el satélite es
necesario que la señal viaje 36,000 km de subida aproximadamente, y la misma
cantidad de bajada, lo cual produce un retardo promedio de 0.75 seg por este
simple hecho, mediante fibras ópticas la distancia es mucho menor y el retardo
es imperceptible. Finalmente, en cuanto a calidad se refiere indudablemente las
fibras ópticas ofrecen la mejor relación, ya que el satélite esta expuesto
tanto a factores climáticos como interferencias, las fibras ópticas no se ven
afectados por esos factores.
Las fibras ópticas no tienen competencia en los
enlaces de muy larga distancia, ¿pero que hay en el acceso?, es aquí en donde
los satélites encuentran hoy su mayor aplicación y por lo tanto curva de
crecimiento. Por ejemplo en redes de televisión restringida DTH la única forma
viable para llegar a todos los usuarios es mediante el satélite, la solución
con fibra óptica simplemente no es costearle. Otro ejemplo son las redes de voz
y datos que requieren movilidad, como los sistemas PCS satelitales IRIDIUM,
GLOBALSTAR y TELEDESIC.
APLICACIONES
PRINCIPALES DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
Las
aplicaciones de las fibras ópticas van
más allá del campo de las telecomunicaciones .De hecho, las fibras ópticas y
las tecnologías relacionadas como el LASER están revolucionando diversos
ámbitos de la actividad humana.
Se
mencionan algunas de las principales aplicaciones de las fibras ópticas en las
siguientes áreas: Telecomunicaciones, Redes de Computadoras, Medicina e
Industria.
El costo de implementación de fibra óptica por kilómetro oscila entre los $10,000 y los $20,000 USD, dependiendo del tipo de terreno. Por lo tanto una red de apenas 1000 km se encuentra por arriba de los millones de dólares
En
México, dentro del marco de la apertura y adicionalmente a la red de TELMEX, se
están implementando redes de acceso local basadas en fibra óptica, tanto para
nuevos operadores de redes de acceso o CAPs (Competitive Access Provider)
o bien operadores de telefonía local o CLEC (Competitive Local Exchange Carrier).Como ejemplo de estos nuevos
operadores encontramos a AXTEL, ALESTRA, AVANTEL, MAXCOM, MCM, MetroRed,
Metronet, PEGASO, UNEFON etc. Las cuales comenzaron en 1999.
En
redes submarinas el uso de fibra óptica ha sido un factor importante dentro del
concepto de la globalización, haciendo desaparecer las fronteras, pues con
ellas las comunicaciones entre continentes de gran capacidad, de gran calidad y
de bajo costo han sido posibles.
Redes
de computadoras
En
redes LAN la utilización del par trenzado tiene gran aceptación, pues es mucho
más económico para el cableado horizontal en donde se requieren distancias
menores a los 100 m y con lo que se obtienen velocidades en el orden de
los Mbps. Para el cableado vertical se
prefiere la utilización de fibras ópticas.
Aplicaciones
médicas
Hoy
a través del LASER es posible realizar operaciones que tenían antes demasiado
riesgo o en donde los tiempos de recuperación eran demasiado prolongados con el
uso de Endoscopios que son dispositivos construidos a base de fibras ópticas.
Aplicaciones
Industriales
Las
fibras ópticas encuentran aplicación dentro de la industria debido a su
característica de inmunidad al ruido, porque en ambientes industriales hay
altos niveles de interferencias.
PROPAGACIÓN DE LA LUZ
La
luz es una emisión continua de partículas de energía llamadas fotones. La
emisión de estos fotones se hace en forma analógica, por tanto tiene una
potencia que puede ser medida en decibeles (dB) y una frecuencia que puede
medirse en Hertz (Hz)
tenemos
indicados a la derecha algunos valores claves en el orden de magnitud de
algunas señales, como por ejemplo, para las señales de radiofrecuencia, su
valor más alto es alrededor de 1 Ghz (109 Hz) mientras que las
microondas se ubican hasta el orden de las decenas de GHz.Para la luz que el
ojo humano percibe, los valores de las frecuencias de sus señales van de 1014
a 1016 Hz.Para las ondas de radio, se tendrán valores de longitudes
de onda mayores a 10 cm. Para las M.O se tendrán longitudes de onda de
alrededor de 1 cm y para la luz visible al ojo humano se tendrán longitudes de
onda de entre 770 y 390 nm.
En
esta representación, se ha dibujado una potencia decreciente de la señal, dado
que la representación gráfica en este caso está en función del espacio, es
decir de la distancia que recorre la luz. Conforme recorre más distancia, más
potencia va perdiendo.
Índice de Refracción
La
luz viaja a 300,000 km./s, donde C es la constante universal de celeridad de la
luz en el vacío. Sin embargo, no siempre viaja a esa velocidad. Esa velocidad
corresponde al vacío, cuando la luz alcanza su máxima velocidad.
En
otros medios, como el aire, la luz viajara a otra velocidad que será menor a C.
Aproximadamente la luz viaja en el aire a una velocidad de 290,000 km./s; en el
vidrio viaja a una velocidad de 200,000 km./s. Cada cuerpo tiene una
resistencia natural al paso de la luz, entre más opaco sea un material mayor
resistencia tendrá al paso de la luz y menor será la velocidad de la luz en ese
medio.
LA LEY DE SNELL
Frontera
con un ángulo qi medido a partir de una línea normal o
perpendicular a la frontera, este haz de lu7z se dividirá en dos partes:
Una
parte del haz de luz incidente se quedará en el mismo medio y regresará con un
ángulo qr. Decimos que aquí hay una
reflexión. El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia y el ángulo
de refracción toma otro valor. Las relaciones entre los ángulos participantes
en este fenómeno están perfectamente determinadas y expresadas en la Ley de
Snell que iguala el ángulo de incidencia con el ángulo de reflexión. Para el
ángulo de refracción tendremos:
Cuando el ángulo de refracción rebasa los 900 es decir rebasa la frontera, en este preciso momento decimos que no hay refracción y al valor del ángulo de incidencia correspondiente se le llama ángulo crítico qc. Si se incrementa el ángulo de incidencia es decir si se excediera el ángulo crítico ocurre el fenómeno llamado reflexión Interna Total
ESTRUCTURA DE LA FIBRA ÓPTICA
PROPAGACIÓN DE LA LUZ EN LAS FIBRAS
ÓPTICAS.
Para
poder entender este diagrama iniciaremos con la frontera vertical que se forma
entre el medio 0 y el núcleo que es el medio 1.Dado que hay una frontera,
entonces existe un ángulo critico que depende de n0 y de n1,
para que el haz de luz en el punto A pueda traspasar al núcleo es necesario que
incida en esta frontera con un ángulo menor a ese ángulo crítico determinado
por n0 y n1. Requerimos
de una refracción en el punto A
Una
vez que el haz de luz ha entrado en el núcleo, éste debe incidir en la frontera
horizontal formada por el núcleo y el revestimiento, de tal forma que haya una
reflexión total interna. Para que eso sea posible el ángulo de incidencia en el
punto B debe ser mayor al ángulo crítico determinado por n1 y n2.
Dado
que el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia, el haz de luz
saldrá del punto B con la misma dirección con la que llego y llegará al
siguiente punto de la frontera núcleo-recubrimiento con las mismas condiciones
y se tendrá en ese siguiente punto otra vez una
reflexión interna total.
En
conclusión; la luz entra al núcleo retractándose en la frontera formada por los
medios
0-1; posteriormente se ira rebotando a lo largo de la fibra mediante
reflexiones internas totales en las fronteras formadas por los medios
ATENUACIÓN Y DISPERSIÓN
Al
propagarse la luz a lo largo de la fibra va a sufrir algunos fenómenos o cambios
debidos a características de la fibra óptica los cuales son:
La Atenuación: es la pérdida de potencia
conforme la luz se propaga, entre más camino recorra la luz, mayor será la
atenuación y por lo tanto menor será la potencia de luz a su llegada al otro
extremo del enlace.
La Dispersión: consiste en el retardo que
toma parte de la luz al viajar a lo largo de la fibra óptica. Por ejemplo si un
pulso de segundo de duración y ese pulso lo hacemos entrar a un extremo de la
fibra, del otro extremo obtendremos ese pulso con menor potencia, debido a la
atenuación. La dispersión es el ensanchamiento en el tiempo de la luz.
Coeficientes de Atenuación y
Dispersión
En
cualquier segmento de fibra es posible medir cuánta potencia se pierde en el
trayecto,recordemos que esas pérdidas son debidas a diferentes causas. Para
hacer tal medición bastaría con medir la potencia en la entrada,luego medir la
potencia en la salida y la diferencia entre ambas equivaldría a la atenuación
total de esa fibra. Entre más pequeña sea esa atenuación la fibra tendrá una
mayor calidad,pero esta medición depende de la longitud del segmento de fibra.
Para
manejar este parámetro que no dependa de la longitud de la fibra y que exprese
la calidad de la fibra,tenemos al coeficiente de atenuación a,que
indica cuanta potencia se pierde en cada kilómetro recorrido de fibra.
En
la dispersión es posible medir cuánto tiempo de más tiene un pulso dado al recorrer
un trayecto. Para medir la duración a la salida y la diferencia entre ambas
equivaldría al ensanchamiento sufrido por el pulso. La letra con que se
simboliza este ensanchamiento es la letra t.
Otro
parámetro independiente de la longitud de la fibra y que expresa el
ensanchamiento,se ha definido el coeficiente de dispersión s,que
indica cuanto tiempo se ensancha un pulso por cada kilómetro recorrido y la
formula del valor del coeficiente es t/L.
Factores que propician la atenuación
Existen
tres causas de perdida de potencia en un enlace óptico, que son por absorción, por
empalmes y por curvaturas.
Perdida por absorción: es por el simple hecho de
propagarse la luz por un medio se perderá potencia irremediablemente .Hay
absorción intrínseca y extrínseca.,la primera no se puede evitar y la otra se
debe a que la naturaleza del vidrio sino a la forma en que fueron fabricadas..Las
impurezas o pequeñas burbujas de aire o
de otro material que puedan quedar como remanentes de impureza serán la causa
de que los fotones choquen y se desvíen, perdiéndose así energía.
Perdidas en un enlace óptico: son los elementos de unión
que pueden ser los conectores o los empalmes. Los conectores son empleados para
unir una fibra con un equipo, y los empalmes son usados para unir dos fibras y
hacer una más grande. La causa de porque los conectores o empalmes introducen
perdidas es que para la luz esto significa pasar por una frontera y recordando
la ley de Snell, de reflexiones y refracciones. Por diferentes métodos de fabricación de conectores y métodos de
empalmado, se han mejorado sustancialmente estas pérdidas.
Perdidas por curvaturas: Siempre que haya una
curvatura en un cable de fibra óptica habrán perdidas. Hay dos tipos de curvaturas,
las macro curvaturas y las micro curvaturas. Las primeras son apreciadas a
simple vista y pueden despreciarse si no se excede un radio de curvatura igual
a 20 veces el diámetro del cable. Y las segundas las macro curvaturas, son
apreciables a simple vista, son pequeñas torceduras o presiones que sufre la
fibra y que también introducen perdidas. Este tipo de curvaturas ocurren cuando
se sujeta demasiado fuerte una fibra.
Dispersión modal:es cuando se tiene una onda
electromagnética que se radia para su propagación en una guía de onda, la onda
viajera encontrara varios caminos para propagarse a lo largo de la guía. A
estos caminos se les llama modos de propagación dependiendo de las dimensiones
de la guía de onda y de la frecuencia o longitud de onda se podrán propagarse
uno o más modos.
Dispersión intramodal o cromática:esta dispersión de debe a
que el índice de refracción del material no es independiente de la longitud de
onda de la luz que viaja por dicho material..Al variar el índice de refracción
y de acuerdo a la Ley de Snell se varía
también el ángulo con el que la luz incide a la
frontera núcleo-cubierta y por lo tanto esa componente de luz seguirá
una trayectoria propia.En las fuentes LED que se emplean,se tiene un ancho
espectral del haz de luz de aproximadamente 40 nm,lo que genera una dispersión
cromática fuerte.Para evitar este problema se han desarrollado fuentes como las
Láser tipo DFB (distributed feedback) con anchos menores a 1 nm que reducen
notablemente la dispersión cromática.
TIPOS
DE FIBRAS ÓPTICAS
Existen dos
tipos de fibras ópticas, las cuales son las fibras multimodo y las
fibras monomodo. Por sus características particulares cada tipo se utilizan en
aplicaciones diferentes.
PERFIL DE INDICE DE REFRACCIÓN
El
Perfil de Índice de Refracción muestra
los diferentes valores del Índice de Refracción a lo ancho de una fibra,
mostrando también sus dimensiones de diámetros.
FIBRAS MULTIMODO
Este
tipo de fibras fueron las primeras que se fabricaron para uso comercial en la
época de los 80´s.Este nombre se le atribuyo a su funcionamiento interno. Cuando
un haz de luz entra refractado al núcleo de una fibra, no toda la energía se
propaga por la misma trayectoria, algunos fotones tomarán una trayectoria, otros
tomarán otra y otros otra. Puede haber cientos de trayectorias dentro de
ese tipo de fibras.
El gran inconveniente de tener múltiples
trayectorias o modos es que unos llegaran mas pronto al tener que dar menos
rebotes, por lo tanto recorrer menos distancia que otros. Tiempo después
llegaran los modos que dieron mas rebotes, obviamente llegaran
con un retardo en relación a los primeros modos, esto provocara una
especie de eco de la señal y cono resultado tendremos una señal
prolongada en el tiempo.
Fibras Multimodo de Índice
Escalonado
Características
de las fibras de índice escalonado:
Fuerte
dispersión modal
Producto
Ancho de Banda por Distancia Pequeño.
Uso
de LED´s como fuentes ópticas.
Apertura
Numérica grande.
Requerimientos
mas holgados para conectores.
Aplicaciones
pasadas:LAN´s distancias cortas, velocidades pequeñas, hoy en día en desuso.
Fibras multimodo de Índice Gradual
Características de las fibras
multimodo de índice gradual
Producto
de Ancho de Banda por Distancia mayor que las de índice escalonado.
Dispersión
modal 10 veces menor que las de índice escalonado.
Uso
de LED`s como fuentes ópticas.
Apertura
Numérica grande.
Requerimientos
más holgados para conectores.
Aplicaciones
LAN´s;distancias cortas,velociodades pequeñas.
FIBRAS MONOMODO
Este
nombre reciben laa fibras porque solamente un rayo o haz de luz entra
refractado al núcleo de una fibra y toda la energía se propaga por la misma
trayectoria y solo hay un modo o
trayectoria dentro de este tipo de fibras. Este tipo de fibras fueron
construidas con el fin de evitar el alto índice de dispersión causada por los múltiples modos.
Características de las fibras
monomodo
Produce mejor producto de ancho de banda por
distancia.
Solo
se presenta dispersión cromática.
Se
requieren conectores muy adecuados.
Se
requieren fuentes de luz precisas.
Se
aplican para altas velocidades y redes de larga distancia.
FABRICACIÓN DE UNA FIBRA ÓPTICA
Para
el proceso de fabricación de una fibra óptica tenemos dos etapas:
La
primera es la preforma la cual es un tubo de vidrio de alta pureza,y la segunda
es el estiramiento de la preforma.
La Preforma: La preforma es un tubo de
vidrio de óxido de silicio o silice de gran pureza y con dimensiones de un
metro de longitud y 5 cm de diámetro.
Con
la preforma ya hecha esta lista para empezar el proceso de dopado (OH) el cual
consiste en dejar al tubo libre de impurezas,se pone a una temperatura de1300 oC
con una flama que se pasa alrededor del tubo el cual se mantiene girando sobre
su propio eje.
Despues
de esto se introducen vapores al tubo y al calentarse estos se depositan en el
interior del tubo hueco,adhiriendosele y formando parte de la cara cilíndrica
interior.En este paso de deja el tiempo necesario para alcanzar el índice de
refracción deseado.
Entonces
que ya se ha calculado el índice de refracción deseado de dejan de introducir
los vapores y comienza un calentamiento más intenso a 1900ºC.
La fibra óptica
Una
vez teniendo la preforma cilíndrica se procede a estirarla hasta que quede tan
delgada como el cabello humano. Este proceso consiste en calentar la prefroma
hasta que se derrita. Dos rodillos se encargan de jalar con fuerza necesaria
para obtener el diámetro de 125 mm. Un rayo láser monitorea
todo el proceso de estirado, si el diámetro se pasa de los 125 mm
los rodillos jalaran con mas fuerza y sie el diámetro de la fibra es menor a
los 125 mm los rodillos jalaran con
menos fuerza para compensar en diámetro requerido. Después de esto se pasa la
fibra por una etapa de bañado de pintura que es la protección primaria y
después será enrollada en la bobina la cual es el producto final de los
fabricantes de fibra óptica.
DIAGRAMA A BLOQUES DE UN ENLACE
ÓPTICO
|
|
Describiremos el funcionamiento de este sistema; por el lado izquierdo una señal eléctrica que puede ser analógica o digital entra en el equipo de transmisión óptico. Este equipo adecua la señal para su transmisión a través de la fibra óptica, convirtiendo la señal eléctrica a una señal óptica. La señal
Dentro
de cada segmento hay empalmes que estos se utilizan para unir dos tramos de
fibra a cada cierta distancia.Una
vez que ha llegado al otro extremo el mismo sistema de transmisión recibe la
señal y ahora la convierte de óptica a eléctrica para dar por terminada la
tarea de todo el sistema de comunicaciones.
SISTEMA DE TRANSMISIÓN
Este
es el primer elemento del sistema de comunicaciones basado en fibras ópticas y
a continuación se muestra un proceso de transmisión y recepción que simultáneamente
se lleva a cabo dentro del sistema de transmisión:
Su
operación esta dividida en dos partes. Del lado izquierdo esta la etapa de
transmisión que consta desde la entrada de la señal óptica para su recorrido a
través de la fibra óptica. La parte de la derecha es la etapa de recepción, que
comprende desde la llegada de la fibra de la señal óptica hasta que se entrega
la señal eléctrica.
Etapa de recepción
Consiste
en revertir lo realizado en la etapa de transmisión. Primeramente se tiene la
interfaz de línea en la que al igual que
en la etapa de transmisión se conecta al cable de fibra óptica exterior, con el
foto detector, este tiene una misión de convertir la energía de luz percibida
en impulsos eléctricos cuya amplitud es proporcional a la intensidad de la luz,
el ser excitado con una intensidad alta de luz, el foto detector generará un
nivel alto de señal eléctrica lo que significará un uno.
EQUIPOS DE REGENERACIÓN
Cuando la luz se propaga a lo largo de la fibra va
sufriendo el fenómeno de la atenuación, por lo que va disminuyendo su intensidad.
La combinación entre la potencia de la fuente en un extremo y la sensibilidad
del foto detector en el otro determinan la distancia máxima que se puede
recorrer.
El
primer paso es recibir la señal óptica con los pulsos atenuados y ensanchados y
convertirla en una señal eléctrica, esta señal eléctrica se regenera la
sincronía mediante un circuito conocido como PLL (Phased Locked Loop).Este circuito consta de un oscilador interno
que varía a la velocidad nominal de la señal eléctrica en cuestión y que va
corrigiendo su fase mediante la comparación de la misma con la fase de la señal
entrante. Con esta sincronía regenerada se va leyendo la información y si se
identifica un uno se regenera un uno y así también con los ceros de manera que
se tiene una señal 100% renovada como se ve a la derecha del circuito de
regeneración de pulsos.Por ultimo esta señal es de nuevo convertida en una
señal óptica a fin de que continúe hasta el siguiente regenerador o punto
terminal.
EMPALMES Y CONECTORES DE FIBRAS
ÓPTICAS
Existen dos versiones
de conectores;el conector macho y el conector hembra.La función del conector
hembra es la de proveer el mecanismo que pone en contacto a los conectores
machos.En cuanto a los componentes de un conector la férula cuenta con un
orificio de gran precisión justo en el centro a través del cual se conduce la
fibra óptica.Este orificio tiene un díametro
de 125 m por lo que
pasa la fibra desnuda incluyendo solamente a l núcleo y a la cubierta.Justo en
el centro del conector hembra se pone en contacto,frente a frente,las dos
ferulas con lo que se logra el contacto también entre las dos fibras.Es
evidente que este contacto es de mucha presición,pues cualquier falla en el
alineamiento o cualquier separación de más entre las mismas fibras provoca una
atenuación y una reflexión que afecta al desempeño de todo el sistema.
Conector tipo ST (Straight Tip)
Este conector fue diseñado por la compañía Lucent y es de uso
bastante común en sus sistemas de cableado estructurado.
Conector tipo SC (Subscriber Conector)
Este tipo de conector tiene una fijación del tipo “empujar y
jalar” conocida en inglés como Push Pull debido
a que en esa forma es como se fijan el conector hembra con el macho.Debido a
que no requiere del espacio necesario para el movimiento de los dedos alrededor
del conector,se le utiliza para paneles de alta densidad en donde hay que
acomodar muchos conectores juntos.
Conector tipo FC (Fiber Conector)
Este conector es bastante común en aplicaciones de
telecomunicaciones.Muchos de los primeros sistemas de transmisión para fibras
ópticas que se instalaron en México en
redes publicas empleaban este conector.Su fijación es mediante una rosca entre
el conector hembra y el macho.Cuenta con una muesca que permite que el contacto
se haga siempre en la misma posición.
Conector tipo MT-RJ
de SIECOR
Este nuevo conector permite la conexión de dos fibras de
manera simultánea.Funciona con el mecanismo push-pull.Son
tan buenas las caracteristicas de este conector que incluso existe un grupo de
empresas que conformarón un grupo llamado MT-RJ Alliance para impulsar su
estandarización.El conector ocupa la mitad del espacio requerido por un conector
SC.Este conector se usa tanto para fibras monomodo como multimodo.
INFLUENCIAS
DE AGENTES EXTERNOS A LA FIBRA ÓPTICA
Influencia
de agente externos sobre las propiedades mecánicas. Cuando una fibra esta
sometida a una fuerza en sentido longitudinal, se dice que se ha aplicado un
esfuerzo normal a la fibra. Por la acción de este esfuerzo normal, la fibra
sufre un alargamiento o una dilatación lineal relativa, este comportamiento se
explica por la presencia de pequeñas fisuras en la superficie de la fibra.
Cuando se aplica una elongación relativa a una fibra, esta se concentra al
rededor de la fisura, la que se abre por efecto del esfuerzo. Como resultado de
este fenómeno, la resistencia de una fibra a la ruptura depende mucho más del
estado de la superficie y de las microfisuras que se encuentran, de las fuerzas
de enlace de los átomos de vidrio.
Estas
microfisuras pueden tener varios orígenes; inhomogeneidades del vidrio,
separación de fase del vidrio debido al tratamiento térmico que sufre la fibra
durante su fabricación, interacciones con el medio ambiente externo a la
superficie de la fibra a la salida del horno de formación, daños mecánicos.
Las
perdidas ópticas que se deben al acoplamiento modal son ocasionadas cuando los
modos (rayos) que forman ángulos pequeños con el eje cambian a modos con
ángulos muy grandes, los cuales no pueden mantenerse dentro de la fibra y la
abandonan con el correspondiente aumento en la atenuación.
Curvaturas.
Debido a que el ángulo de incidencia "y", para muchos rayos (modos),
decrece considerablemente en una curvatura, y no alcanzan la condición para la
reflexión total, muchos rayos abandonan el núcleo. Esta perdida será notable si
el radio de curvatura "R" es menor que 5-10 mm.
Micro
curvaturas
Las
micro curvaturas se presentan por ejemplo, con las variaciones de temperatura,
cuando la fibra y el recubrimiento tienen diferentes coeficientes de dilatación
térmica.
Estas
micro curvaturas son especialmente desfavorables cuando sus longitudes de onda
(geométrica) son menores de 1 mm, para evitar esto, se puede recubrir la fibra
con una capa protectora relativamente blanda gracias a la cual los efectos de
la rigurosidad de las superficies en contacto con la fibra no se transmitan
fácilmente a esta. Las micro curvaturas también se presentan como resultado de
esfuerzos mecánicos.
Protección
secundaria holgada.
Una de las protecciones más utilizadas consiste en que la
estructura de la protección secundaria sea un tubo hueco en cuyo interior
descansa el cable de fibra óptica.El espacio de aire dentro del tubo permite
amortiguar los esfuerzos sobre la fibra.Uno de los inconvenientes que en este
caso es que la pared interna de la protección no es completamente lisa por lo
que se pueden generar fricciones y curvaturas indeseables en la fibra.Una
variante para evitar esto consiste en rellenar el vacio con una sustancia
gelatinosa que evita la fricción y repele la humedad.Otra forma es darle un
acabado acanalado a la pared interna del tubo y en forma de hélice porque la
fibra tiene una superficie de contacto con la pared interna mucho menor.
Protección
secundaria ajustada.
En esta segunda capa existe un espacio hueco entre la fibra y
la pared interna de la protección secundaria.Este espacio esta relleno por el
mismo material de la protección secundaria por lo que ahora la fibra se
encuentra firmemente rodeada por dicho material sin posibilidad de
movimiento.El resto de la estructura varia de acuerdo a ala aplicación que
tendrá cada cable de fibra óptica.
Cables para
interconexión en interiores
Estos cables se utilizan en el interior de una sala de
comunicaciones.Sirven para efectuar conexiones entre los puntos de distribución
y de consumo en los paneles de parcheo y también entre el panel de parcheo y
los equipos de comunicaciones.
Estos cables se pueden presentar en un formato
individual,conocido como simplex o en formato duplex
con dos cables unidos.En este tipo de cable es bastante común que cuando
se use el color amarillo para las fibras monomodo y el color anaranjado para
las fibra multimodo.
Cables con
múltiples fibras para interiores
Estos cables son de aplicación amplia en la construcción de
redes dorsales,en redes LAN corporativas.Se usan por ejemplo para hacer la red
que conecta varios pisos dentro de un edificio o en un estadio.
El numero de fibra contenidas en este tipo de cable siempre
son de un número par y algunos de los cables más usados tienen 6,12 ó 18
fibras.
Cables para
exteriores en ducto y de inmersión directa
Estos cables se utizan para comunicar sitios distantes entre
sí.Son los que se emplean para la construcción de redes metropolitanas o de
larga distancia.Estan clasificados en dos grupos.Primero están los cables
diseñados para ser conducidos através de los ductos.Es decir,primero se
entierra el ducto y posteriormente a través del mismo se inserta a los cables
de fibra.El ducto provee un cierto nivel de protección.Por otra parte,cuando no
se usan ductos,el cable se entierra directamente por lo que se requiere de una
mayor protección contra los agentes externos que se pueden presentar.
Cables submarinos
Una de las aplicaciones mas fabulosas de las fibras ópticas
es el tendido de sistemas de comunicación entre continentes por debajo del
mar.En estas aplicaciones se requiere que las fibras ópticas esten bien
protegidas contra la enorme presión que el mar tierne.Estos cable deben llevar
elementos metálicos para la alimentación que energiza a los amplificadores
ópticos que están bajo el agua también.Estos cables llevan un número reducido
de fibras pues el número de amplificadores que se pueden encapsularno es muy
alto.
Cables de tendido
aéreo
En otras ocaciones es
mejor hacer un tendido aéreo del cable en lugar de abrir zanjas en la tierra
para su inmersión.En redes MAN se pueden colocar postes y de ahí colgar los
cables de fibra.Otra aplicación es en las redes WAN o de larga distancia,está
en el tendido del cable apoyándose del hilo de guarda que hay entre las torres
que llevan cables de alta tensión.
La
diferencia entre estos dos tipos de cables esta en que el primero el cable de
fibra óptica va por debajo del hilo de tensión formando un ocho y el segundo
tipo de cable el hilo de tensión va en
el centro del mismo .Una de las ventajas con este tipo de tendido es que ofrece
menor resistencia al aire y no tiene área en la que se pueda acumular algún
tipo de residuo que dañe sus estructura física y es de menor peso total del
cable por unidad de longitud es menor con este tipo de tensión.
Atenuación
óptica
Esta prueba se realiza a un carrete de fibra o cable
para medir el coeficiente de atenuación en una fibra justo después de su
fabricación. Esta medición permitirá evaluar el método de fabricación que se
esta empleando.
El objetivo es medir el coeficiente a de un segmento óptico.
Los métodos empleados son normalmente dos: por
medición de potencias o por gráfica del
presupuesto d e potencia.
Medición
de Potencia: en este tipo de método se inyecta una señal óptica
de potencia conocida, en un extremo de la fibra y después se mide la potencia
en el otro extremo del carrete con un equipo medidor de potencia. En este tipo
de mediciones se debe tener cuidado con las lecturas tomadas de los equipos, ya
que esta medición incluye la perdida que hay en los conectores de los propios
equipos de medición.
Presupuesto
de Potencia: en este método se hace uso de un OTDR. En esta
medición el equipo OTDR tiene como función medir la longitud de la fibra a la
cual se esta conectado, y graficar como se va perdiendo potencia. En el eje
horizontal se mide la distancia en kilómetros y en el eje vertical se mide la
potencia en dB. Conociendo la potencia inicial y la potencia final y la
distancia medida, es posible deducir el valor del coeficiente de atenuacióna.
Nivel
de emisión
Esta prueba se hace sobre el equipo de transmisión
en un enlace. El nivel de emisión o potencia de Tx en un equipo óptico puede
ser variable o fija. El objetivo de esta medición es vigilar la estabilidad de
esta potencia de transmisión y detectar
si hay variaciones. Si hay, se debe investigar a que son debidas para que un equipo mantenga siempre su valor
de potencia de emisión.
Esta es una medición sencilla que se realiza con un
medidor de potencia óptica conectado justo a la salida de la interfase
óptica del Tx del equipo, que para redes
de transporte es el multiplexor SDH. El equipo de Tx introduce cierta perdida
en su conector
Esta medición se realiza en un extremo de un enlace
óptico. El cual es un trayecto donde se han empalmado varios segmentos de fibra
mediante empalmes. Las distancias que se pueden alcanzar son de hasta cientos
de kilómetros. El objetivo de esta medición es saber cuanta potencia sé esta
reflejando del total de la potencia emitida. La forma de hacer esta medición es
con un OTDR o con un equipo medidor universal con la función de back-reflections.
La medición se puede hacer sobre todo el enlace
óptico que resulta de varios segmentos de fibra empalmados, por ejemplo cada 10
o 15 kilómetros. Entre las principales causas de las reflexiones tenemos a los
empalmes y a los conectores.
Rango
Dinámico
Esta medición se realiza sobre el equipo de
recepción o Rx.Los dispositivos foto detectores tienen un máximo
de potencia y un mínimo: sí reciben más potencia de lo especificado se
pueden quemar y si reciben menor potencia no tienen la capacidad de detectar la
señal binaria. El objetivo de esta prueba es verificar que el equipo de Rx
trabaje con la misma calidad BER, en todo el
margen de potencia especificado por el fabricante.
REDES
METROPOLITANAS DE ACCESO
Una característica muy importante en la evolución de
las redes públicas de telecomunicaciones es la digitalización masiva del acceso
para los clientes. Accesos digitales son sinónimos de la capacidad de contar
con servicios multimedia que combinen voz, video y datos en una sola red. Estos
accesos digitales permiten acceso a Internet a altas velocidades. En los
últimos diez años y en la mayoría de los países con cierto avance en
telecomunicaciones las empresas operadoras han comenzado a ofrecer accesos
digitales a sus grandes clientes con lo
que han surgido redes metropolitanas de acceso basadas en fibras ópticas.
Estructura de una red metropolitana de acceso
En la actualidad las redes de acceso se pueden
distinguir los siguientes tipos de servicios que son ofrecidos por las empresas
que instalan redes metropolitanas de acceso:
Enlaces privados locales
Acceso de alta velocidad a Internet
Enlaces de última milla entre cliente y otros
operadores que ofrecen servicios como: telefonía de larga distancia, Frame
Relay, ATM, videoconferencias
Accesos digitales analógicos para telefonía local
Acceso a redes ISDN
A continuacion un pequeño video donde se muestra el empalme optico en un Splitter
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