FIBRA OPTICA

FIBRA OPTICA
1. Definir que es fibra Óptica.
Es un medio de transmisión por el que se envían pulsos de luz láser o LED en donde van los
datos, físicamente es un hilo transparente de vidrio o material plástico cuyo grosor del filamento
es comparado con el grosor de un cabello 0.1 mm.
La mayoría de las fibras ópticas se hacen de sílice.
Está compuesta por: Núcleo, recubrimiento, tensores y chaqueta.
2. Características de las Fibras Ópticas.
Tiene un núcleo central de plástico o cristal con alto índice de refracción (medida que
determina la velocidad de reducción de la luz) lo cual hace que la luz prácticamente viaje por el
centro y no haya perdida por largas distancias
La cubierta tiene un material 25% más resistente que las convencionales
Es más resistente al agua
Rápida y fácil instalación por su diámetro inferior.
Ventajas:
Banda de paso muy ancha, permite flujos muy elevados
Pequeño tamaño, por tanto ocupa poco espacio.
Gran flexibilidad, el radio de curvatura puede ser inferior a 1 cm, lo que facilita la instalación.
Gran ligereza, nueve veces menos que el de un cable convencional.
Inmunidad total a las perturbaciones.
Atenuación muy pequeña independiente de la frecuencia, puede proporcionar comunicaciones
hasta los 70 km. antes de que sea necesario regenerar la señal, además, puede extenderse a
150 km. utilizando amplificadores láser.
3. Como se propaga la Luz en una Fibra Óptica.
El principio de operación de la fibra óptica consiste en hacer incidir un haz de luz en el núcleo
en cierto ángulo, para que la luz “rebote” entre el revestimiento y el núcleo, efecto conocido
como Reflexión Interna Total. Dado que el recubrimiento no absorbe la luz existente en el
núcleo, el haz puede transportarse a grandes distancias. La cantidad de luz que se puede
inducir en el núcleo, es directamente proporcional a la eficiencia de la fibra óptica, es decir: a
mayor cantidad de luz, menor índice de pérdida de información, ya que llega más luz al
destinatario. Con base en lo anterior, los principales factores que pueden afectar la eficiencia
de la fibra óptica son el tamaño, la composición y el modo de propagación de la luz.
Atenuación y longitudes de onda
La atenuación, o pérdida de la señal, deriva de dos causas: el índice de absorción de luz que
tenga el material que compone la fibra óptica y su pureza. La absorción reduce la energía en la
señal, por lo que puede no llegar completa al destino; mientras que un material impuro desviará
la luz de su camino entre el núcleo y el recubrimiento. Sin embargo, otro factor que impacta el
rendimiento de la fibra es la longitud de onda del haz de luz, que se mide en nanómetros
Ley de Snell: Se utilizada para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la
superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz (o cualquier onda
electromagnética) con índice de refracción distinto, el producto del índice de refracción por el
seno del ángulo de incidencia es constante para cualquier rayo de luz incidiendo sobre la
superficie separatriz de dos medios.
4. Defina cuales son los modos de Propagación en la fibra óptica.
a. Fibra multimodo: Los haces de luz van por más de un camino teniendo más de mil modos
de propagación de la luz, según su ancho de banda hay multimodo sobre láser y multimodo
sobre LED. Se usa para corta distancia menos de 1 KM.
Variaciones en la fibra óptica Multimodo
Tipo y diámetro
de núcleo (µm)
Modos
posibles
Longitud
de onda
(nm)
Ancho de
Distancia
banda
máxima (metros) máximo
MMF 50
300
850
1000
1 Gbps
MMF 50
300
850
300
10 Gbps
MMF 62.5
1100
850
275
1 Gbps
MMF 62.5
1100
850
33
10 Gbps
b. Fibra monomodo: Al reducir el diámetro del núcleo solo se propaga un modo de luz
permitiendo alcanzar hasta una distancia de 400 KM mediante láser, trasmite gran tasa de
información.
5. Enumere y explique los tipos de fibra óptica y los tipos de distorsión que podemos
encontrar.
Fibra Multimodo de Índice Gradiante Gradual: Las fibras multimodo de índice de gradiente
gradual tienen una banda de paso que llega hasta los 500MHz por kilómetro. Su principio se
basa en que el índice de refracción en el interior del núcleo no es único y decrece cuando se
desplaza del núcleo hacia la cubierta, permiten reducir la dispersión entre los diferentes modos
de propagación a través del núcleo de la fibra.
Fibra Multimodo de índice escalonado: Las fibras multimodo de índice escalonado están
fabricadas a base de vidrio, con una atenuación de 30 dB/km, o plástico, con una atenuación
de 100 dB/km. Tienen una banda de paso que llega hasta los 40 MHz por kilómetro. El núcleo
está constituido por un material uniforme cuyo índice de refracción es claramente superior al
de la cubierta que lo rodea. El paso desde el núcleo hasta la cubierta conlleva por tanto una
variación brutal del índice, de ahí su nombre de índice escalonado.
La dispersión es la propiedad física inherente de las fibras ópticas, que define el ancho de
banda y la interferencia ínter simbólica (ISI).

Dispersión intermodal: O dispersión modal, es causada por la diferencia en los
tiempos de propagación de los rayos de luz que toman diferentes trayectorias por una
fibra. Este tipo de dispersión solo afecta a las fibras multimodo.

Dispersión intramodal del material: esto es el resultado de las diferentes longitudes
de onda de la luz que se propagan a distintas velocidades a través de un medio dado.

Dispersión intramodal de la guía de onda: Es función del ancho de banda de la
señal de información y la configuración de la guía generalmente es más pequeña que
la dispersión anterior y por lo cual se puede despreciar.
6. Enumere y explique las causas que provocan la atenuación en las fibras ópticas.
a. Pérdidas por absorción. Cuando las impurezas en la fibra absorben la luz, y esta se
convierte en energía calorífica; las pérdidas normales van de 1 a 1000 dB/Km.
b. Pérdida de Rayleigh. En el momento de la manufactura de la fibra, existe un momento
donde no es líquida ni sólida y la tensión aplicada durante el enfriamiento puede provocar
microscópicas irregularidades que se quedan permanentemente; cuando los rayos de luz
pasan por la fibra, estos se difractan haciendo que la luz vaya en diferentes direcciones.
c. Dispersión cromática. Se observa en las fibras tipo unimodal, ocurre cuando los rayos de
luz emitidos no llegan al extremo opuesto en el mismo tiempo; esto se puede solucionar
cambiando el emisor fuente.
d. Pérdidas por radiación. Se presentan cuando la fibra sufre de dobleces, esto puede ocurrir
en la instalación y variación en la trayectoria, cuando se presenta discontinuidad en el medio.
e. Dispersión modal. Es la diferencia en los tiempos de propagación de los rayos de luz.
Pérdidas por acoplamiento. Las pérdidas por acoplamiento se dan cuando existen uniones
de fibra, se deben a problemas de alineamiento.
7. Relacione las ventanas de operación de la Fibra óptica.
En las comunicaciones por fibra óptica se trabaja con radiaciones electromagnéticas con
longitudes de onda comprendidas entre 750nm y 1650 nm y se usan 3 puntos de trabajo
Primera Ventana 850 nm
Segunda Ventana 1310 nm
Tercera Ventana 1559 nm
El empleo de las diferentes ventanas depende de cómo se pueden obtener las mejores
prestaciones de transmisión
8. Relacione los diferentes tipos de cables de fibra óptica.
Cable de estructura holgada: Cable empleado para exterior e interior en la cual varios tubos
de fibras rodean un elemento central de refuerzo y una cubierta protectora, de esta forma se
aísla a la fibra de las fuerzas mecánicas externas
Cable de estructura ajustada: Cable interno mas flexible, varios tubos de fibras rodean un
elemento central de tracción y una cubierta protectora
9. Enumere los principales conectores de fibra óptica, explique cada una de sus partes.
Relacione una hoja de Datos de algún fabricante donde se evidencie las características
técnicas del conector.
Los conectores más comunes usados en la fibra óptica para redes de área local son los
conectores ST, LC, FC Y SC.
El conector SC (Set and Connect) es un conector de inserción directa que suele utilizarse en
conmutadores Ethernet de tipo Gigabit. El conector ST (Set and Twist) es un conector similar al
SC, pero requiere un giro del conector para su inserción, de modo similar a los conectores
coaxiales.
Normas
Material
Cuerpo
Manga
Pérdida de inserción
Variabilidad
Durabilidad
Temperatura
Humedad
Especificaciones generales
Telecordia, ANSI/TIA/EIA
Cuerpo
Plástico
Manga
Bronce/Cerámica
Plástico resistente con guía de acero para la correcta
alineación
Multimodo
Beige
Monomodo
Azul
APC
Verde
Multimodo
Bronce
Monomodo
Cerámica de zirconia
Multimodo
PC
≤0.2dB
UPC ≤0.2dB
Monomodo
APC ≤0.2dB
≤0.2dB típico
1000 inserciones
-40°C a 75°C
5% a 90%
10. Describa los dos tipos de empalme utilizados en redes ópticas.
Los empalmes por fusión: Consiste en unir las dos fibras fundiendo el material de sus puntas
mediante la aplicación de una fuente calorífica, que suele estar compuesta por dos electrodos
entre los cuales se produce un arco eléctrico cuando se les aplica una fuente de alta tensión de
4000 a 5000 voltios con corriente controlada. Se usa empalmadora o fusionadora.
El empalme mecánico: Consiste en la unión de los dos extremos de las fibras en un soporte
mecánico para permitir la alineación de los recubrimientos y mediante pegamentos o sistemas
de presión evitar la separación de las fibras. Su interior está impregnado de gel igualador de
índice con el fin de reducir las pérdidas de inserción y las pérdidas de retorno producidas por
las reflexiones de luz que se generan debido a las diferencias de los índices de refracción del
núcleo de las fibras y el aire.
El soporte mecánico dispone de una ranura que permite el alineamiento de los revestimientos
de las fibras y suele tener forma de V, lo que confiere una gran precisión al alineamiento. Se
utilizan empalmes mecánicos.
11. Defina que es LED y LD, enumere sus aplicaciones, características y cuadro
comparativo entre ellos.
LD: DIODO LASER
LED: DIODO EMISOR DE LUZ
Las características más importantes de un transmisor óptico son la potencia óptica
emitida, el espectro de radiación de la fuente óptica y la forma de onda de la señal
óptica en la salida del transmisor, que depende de la respuesta en frecuencia del
dispositivo.
La potencia óptica emitida por el LED es, con una buena aproximación, proporcional
a la corriente inyectada, aunque para altos niveles de corriente ella satura, debido a
efectos térmicos. La radiación emitida por el LED es incoherente y cubre un amplio
espectro de ancho de banda óptico. La figura 3.2 presenta las características
fundamentales dos LEDs para aplicaciones en comunicaciones.
Espectro de saida do LED
60
2.5
50
Potencia de Saida (mW)
Potencia otica em mW
Potencia otica de saida por corrente de entrada
3
2
1.5
1
0.5
0
.
40
30
20
10
0
20
40
60
Corrente em mA
80
100
0
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Comprimento de onda (microns)
0.9
1
Espectro de frequencia - LED
1
Magnitude
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-1
10
0
1
10
10
Frequencia sobre tempo de recombinacao total
10
2
Fig. 3.2- Características de transmisión de los LEDs (a)- curva potencia óptica
versus corriente inyectada. (b)Espectro de emisión. (c)Respuesta en frecuencia.
El comportamiento del láser es más complejo, él es un dispositivo de umbral. Abajo
de la corriente umbral, la radiación es producida de la misma forma que en el LED,
sin embargo, arriba el corriente umbral, el láser actúa como un oscilador y hay un
cambio en la característica de la radiación emitida, ella se hace más direccional,
más coherente y el espectro se hace más delgado. Tanto la corriente umbral, cuanto
el espectro de radiación son sensibles a la temperatura y pueden variar con las
condiciones ambientales y altas potencias. La figura 3.3 presenta las características
fundamentales dos diodos láseres para aplicaciones en comunicaciones.
Caracteristica Corrente x Potencia do LASER
Caracteristica Corrente x Potencia do LASER - Modulacao
10
15
9
Potencia de Saida (mW)
Potencia de Saida (mW)
8
7
6
5
4
3
10
5
2
1
0
0
20
.
40
60
Corrente de entrada (mA)
80
0
100
0.9
0.9
0.8
0.8
0.7
0.7
Amplitude do modo
Amplitude do modo
1
0.6
0.5
0.4
0.3
2.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.4
0.6
0.8
1
Comprimento de onda (microns)
2
0.5
0.1
0.2
1
1.5
Frequencia normalizada
0.6
0.2
0
0.5
Saida do LASER
Saida de potencia do LASER
1
0
0
1.2
1.4
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Comprimento de onda (microns)
1.2
1.4
Fig. 3.3- Características de transmisión de los diodos láseres (a)- curva potencia
óptica versus corriente inyectada, (b)Respuesta en frecuencia. (c)Espectro de
emisión: láser multimodo y láser monomodo