FIBRA ÓPTICA

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Fibras ópticas - Historia

Charles Kao - ITT Labs, Harlow, Inglaterra - 1966

Mensajes a alta velocidad por filamento de vidrio

Fibras ópticas - Historia

• Desarrollar un tipo de vidrio lo suficientemente puro

• 1 % de la luz fuese retenido luego de 1 km de recorrido

• longitud de los tramos de cobre sin repetidores en esa época

• 1% de luz remanente equivale a 20 dB/km.

Fibras ópticas - Historia

•1970•científicos de Corning (Drs. Robert Maurer, Donald Keck y Peter Schultz)

•menos de 20 dB/km en una fibra óptica de vidrio muy puro.

FINALMENTE ¿QUÉ SON LAS FIBRAS OPTICAS?

Fibras ópticas

• Formadas por un filamento de vidrio de elevada pureza.

• Poseen un núcleo por el que se transmiten haces de luz con longitudes de onda perfectamente establecidas.• 850 nm• 1300 nm• 1550 nm

• nm = nanómetro = 0.000000001 metros.• color rojo = 700 nm , infrarrojo = 900 nm.

PARAMETROS DE LAS FIBRAS OPTICAS

Parámetros

• Atenuación de la transmisión • reducción de su intensidad a lo largo de un tramo (absorción, difusión, flexiones - < 50 mm - y microflexiones).

• Se mide en decibeles por km [dB/km].

1966 1995

3000 dB/km 0.20 dB/km

Parámetros• Dispersión

• Diseminación de los pulsos de luz a lo largo del segmento de transmisión.

• Un pulso de luz LASER o LED consiste de un rango de longitudes de onda

• Cada longitud de onda viaja a una velocidad diferente en el vidrio

• Se mide en incrementos de ancho de pulso de la unidad de espectro por unidad de longitud [ps/nm.km]

..

..

.. .....

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+

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+

+

+

. +

Atenuación y dispersión

Parámetros• Diámetro del campo modal

• En las fibras ópticas monomodo la luz es más intensa en el núcleo pero algo de luz se propaga en la zona del cladding.

• El diámero del campo modal es la medida del círculo de luz completo

• Longitud de onda de corte • Es la longitud de onda por encima de la cual una

fibra óptica monomodo soporta sólo un modo, o rayo, de luz.

Parámetros• Apertura numérica

• Factor que define el grado de exactitud y eficiencia con el cual se debe encauzar un haz de luz dentro de una fibra óptica.

qa

n1

n2

n2

n0

q1 C

B

qcNUCLEO

CLADDING

A

n n0 1 1sen a sen

Medición de parámetros

• Microscopios• Fuentes de luz con long. de onda estabilizada

• Medidores de potencia óptica• Atenuadores• Medidores de pérdida por retorno• Medidores de pérdida por inserción

Medición de parámetros

• Interferómetro• Optical Time Domain Refractometer (OTDR)

HABLEMOS DE LAS VENTAJAS DE ESTA TECNOLOGÍA

Ventajas de las fibras ópticas

•Alta calidad de transmisión.•Mayor capacidad para el transporte de información.

•Atenuación mucho menor que en medios de transmisón basados en cobre.

Ventajas de las fibras ópticas

•Bajo peso y tamaño reducido.•Es dieléctrica.•Inmunidad a las interferencias electromagnéticas (EMI) y de radiofrecuencia (RFI).

Ventajas de las fibras ópticas

•Facilidad de instalación•Escaso mantenimiento y elevada confiabilidad

•Simplicidad en las actualizaciones y mejoras

•Se pueden usar varias longitudes de onda (WDM).

Ventajas de las fibras ópticas

•Los costos de instalación tienden a reducirse.

•Hay menos componentes activos presentes.

•Ausencia de corrosión.•Alta seguridad. Es virtualemente imposible introducirse en un sistema de fibra óptica sin ser detectado.

TIPOS DE FIBRA OPTICA

Qué es un modo ?

• Un modo puede ser pensado como un patrón de ondulaciones fijas que se forman en la sección transversal de la fibra.

• Si hay varios medios ciclos de tales ondulaciones, continuos a lo largo del diámetro del núcleo de la fibra, la fibra está operando como una fibra multimodo.

• Si hay sólo un medio ciclo, está operando como monomodo.

Multimodo

Multimodo

Monomodo

Tipos de fibras ópticas

•Multimodo con índice escalonado.•Multimodo con índice gradual.•Monomodo con índice escalonado.•Monomodo con dispersión desplazada.

•Monomodo con dispersión aplanada.

• Multimodo

• La fibra óptica multimodo es adecuada para distancias corta

• Monomodo

• la fibra óptica monomodo está diseñada para sistemas de comunicaciones ópticas de larga distancia

Clasificaciones de Fibra óptica

• Fibra Óptica Multimodo

• El mayor diámetro del núcleo facilita el acoplamiento de la fibra.

• Los diámetros de núcleo y cubierta típicos de estas fibras son 50/125 y 62,5/125 [µm].

• Existen dos tipos de fibra óptica multimodo:

• Salto de índice

• Índice gradual

• Salto de índice

• Existe una discontinuidad de índices de refracción entre el núcleo y la cubierta o revestimiento de la fibra.

Fibra óptica multimodo de salto de índice

• Índice gradual

• Esto permite que en las fibras multimodo de índice gradual los rayos de luz viajen a distinta velocidad.

Fibra óptica multimodo de índice gradual

• Fibra Óptica Monomodo

• Las fibras ópticas monomodo tienen un diámetro del núcleo mucho menor.

• Los diámetros de núcleo y cubierta típicos para estas fibras son de 9/125 [µm].

Tamaño de las fibras ópticas

•Fibra monomodo - diámetro de núcleo de 8-10 µm.

•Fibra multimodo - diámetro de núcleo de 50 a 100 µm.

•Diámetro externo (ambos tipos) de 124 a 126 µm.

Fibras ópticas comerciales más usuales

•Multimodo FDDI Standard. 62.5/125 µm.

•Multimodo 50/125 µm.•Multimodo 100/140 µm.•Monomodo 8.7/125 µm.

CONOZCAMOSLA DE CERCA Y A SU CONECTOR

Criterios para elegir la FO

Selección del tipo de fibra óptica

• Longitud de onda, potencia, NA, tipo de fibra óptica.

• Longitud de tramo entre equipos electro-ópticos de emisión y recepción.

• De acuerdo al tipo de fibra a utilizar, se calcula la atenuación prevista para cada tramo y se verifica que esté dentro de los valores de atenuación admisibles.

Fibras ópticas en los cables

• Cables• con fibras ópticas monomodo

• standard (»0.35 dB/km)• dispersión desplazada (»0.25 dB/km)• dispersión aplanada (»0.30 dB/km)• etc.

• con fibras ópticas multimodo• FDDI / FOIRL standard 62.5/125 µm (»3 dB/km)• de alto rendimiento 50/125 µm (»2 dB/km)

Cables para fibras ópticas• Cables break-out

NUCLEO

CLADDING+COATING

RECUBRIMIENTOPRIMARIO DE250 ó 500 µm

BUFFER DE 900 µm(Tight buffer)

FIBRAS DE KEVLAR

COBERTURABREAK-OUT

Cables para fibras ópticas • Cables break-out (n fibras)

CUBIERTAEXTERNA

Cables para fibras ópticas• Cable break-out (n fibras) con malla

CUBEIRTAEXTERNA

MALLAMETALICA O HILOS DE KEVLAR

Cables para fibras ópticas

• Cable tight-buffer (n fibras)

CUBIERTA EXTERNA

FIBRA DE KEVLAR

ELEMENTO RIGIDIZANTEO DE ACOMPAÑAMIENTO

FIBRAS OPTICAS CON BUFFER DE 900 µm

Cables para fibras ópticas

• Cable tubo suelto relleno con gel

CUBIERTA EXTERIOR DE POLIETILENO

ARMADURA DE ACERO CORRUGADO

CINTA CONTRA EL AGUA

COBERTURA INTERIOR DE POLIETILENO

CINTA DE POLIESTER

COMPUESTO CONTRA LA HUMEDAD

TUBO SUELTO RELLENO CON GEL

FIBRAS OPTICAS+ COATING

ELEMENTORESISTENTE

Fibra óptica en tubo sueltoCable sin tensión

Cable elongado

Cable comprimido

• Ya en base a su clasificación general, optamos por dividir los tipos de fibras por:

•Propagación

•Composición•Aplicación

Tipos de Fibra óptica

• Fibra óptica Monomodo estándar• Atenuación en torno a los 0,2 [dB/km].

• Dispersión cromática de unos 16 ps/km-nm, en tercera ventana (1550 nm).

• Longitud de onda de dispersión nula se sitúa en torno a los 1310 nm (segunda ventana).

• Mayor Anchura Espectral.

Por su Propagación:

PS/KM-NM: Significa que por cada kilometro viajado de fibra SSMF, con pulsos a 10 Gbps (100 ps de ancho de pulso) se esparse por casi 16 ps de su eje

Estructura de la fibra SSMF

• Fibra óptica de dispersión desplazada

• Se consigue desplazar la longitud de onda de dispersión nula de 1300 nm en fibra de silicio a la ventana de mínimas perdidas de 1550 nm.

• Sus pérdidas son ligeramente superiores (0,25 dB/km a 1550 nm).• Su principal inconveniente proviene de los efectos no lineales, área

efectiva menor.

• Fibra óptica de dispersión desplazada no nula.• Resuelve los problemas de no linealidades de la fibra de

dispersión desplazada.• Dispersión cromática reducida.• Se pueden encontrar fibras con valores de dispersión

tanto positivos (NZDSF+) como negativos (NZDSF-). • Utilizada en sistemas de gestión de dispersión.

• Fibra óptica compensadora de dispersión

• Se caracteriza por un valor de dispersión cromática elevado y de signo contrario al de la fibra estándar.

• Usada en sistemas de compensación de dispersión.

• Tiene una mayor atenuación que la fibra estándar (0,5 dB/km aprox.) y una menor área efectiva.

• Fibra óptica mantenedora de polarización• Se utiliza en el caso de dispositivos sensibles a la polarización.

• Moduladores externos de tipo Mach-Zehnder.

• Fibra Óptica de Plástico • En el interior de dispositivos, automóviles, redes en el hogar.• Se caracterizan por unas pérdidas de 0,15-0,2 dB/m a 650 nm.• Diámetros del núcleo del orden de 1 mm.• Radios de curvatura de hasta 25 mm.

Por su Composición:

• Fibra Óptica de Vidrio• Material fibroso obtenido al hacer fluir vidrio fundido a través de una

pieza de agujeros muy finos.• Buen aislamiento térmico .• Inerte ante ácidos .

• Soporta altas temperaturas.

• Fibra Óptica de Cristal Fotónico• Caracterizadas por una microestructura de agujeros de aire.• Dispersión cromática de estas fibras puede ajustarse mediante el

diseño adecuado de microestructura.• lograron transmitir datos ópticos a velocidades aproximadas a 16.4

Tbps a una distancia de 2.550 kilómetros.

• Uso Dual (interior y exterior)• Brinda resistencia al agua, hongos y emisiones ultra

violeta. • buffer de 900 μm .• fibras ópticas probadas bajo 100 kpsi.• mayor confiabilidad durante el tiempo de vida.

• Fibras con Relleno de Gel

• Cable submarino• Transmisión de señales digitales portadoras de voz, datos,

televisión.

• Velocidades de transmisión de hasta 2,5 Gbps.

• Lo que equivale a más de 30 000 canales telefónicos de 64 kbps.

Por su Aplicación:

• Cable submarino1. Una sección transversal .2. Polietileno.3. Cinta de mylar.4. Alambres de acero trenzado.5. Barrera de aluminio resistente

al agua.6. Policarbonato.7. Tubo de cobre o aluminio.8. Vaselina.9. Fibras ópticas.

• Cable Aéreo

1. Colgado por las líneas de alta tensión usando cable ADSS.

2. Embutido en cable de guarda tipo OPGW.3. Adosado el cable de guarda a una de las líneas de fase.

• Esta opción tiene modalidades: devanado, engrapado o colgado.

• Cables Aéreos Auto – soportados (ADSS) • Capaces de contener hasta 576 fibras.• soportar tensiones mecánicas elevadas. • Los cables ADSS no se ven afectados por los campos

electromagnéticos.

• Cables de Guarda Óptico (OPGW)• OPGW es un cable para líneas eléctricas aéreas. • Doble funcionalidad; el de cable de guarda y el de

comunicaciones.

Se dispone de una amplia gama de diseños de cable OPGW, con el objeto de adaptarse a los requisitos específicos de cada instalación: diámetro, peso, número de fibras, conductividad.

• Cables Enrollados (SkyWrap)• Consiste en un cable de fibra óptico dieléctrico que se

enrolla helicoidalmente en el cable de guarda o en el conductor.

SkyWrap es una buena solución especialmente en instalaciones con accesos difíciles.

•Propiedades:• Instalación rápida y económica• Hace uso de las estructuras existentes• Apropiado en sitios con accesos difíciles (ej. montañoso, cruce de

ríos, etc)• Válido para cable de guarda y para conductor• Instalación con la línea en tensión sobre el cable de guarda• Soluciones llave-en-mano de por vida• Más de 20 años de experiencia

• Cable Lashed• Los cables ópticos tipo Lashed son cables

dieléctricos.

Los cables LASHED poseen un costo más bajo debido a su construcción más simple, tiene un desempeño menor comparado con el cable auto-sustentado, por tanto debe tomarse todos los costos que podrán ocurrir durante la vida útil del sistema.

¿POR QUÉ REALIZAR LOS ENLACES CON FIBRA

ÓPTICA?

Enlaces con fibras ópticas en redes de datos

• La ubicación de los enlaces es muy variada:

• Plantas industriales.• Edificios de oficinas.• Zonas urbanas.

• Un mismo enlace puede requerir de varios tipos de tendido: cable subterráneo a cable aéreo, en combinación con cable de interior.

Enlaces con fibras ópticas en redes de datos

• Las distancias a recorrer no son muy grandes (usualmente de 1 a 10 Km).

• La cantidad de fibras ópticas por cable no supera, en la mayoría de los casos, un valor de 4/6 fibras.

• Las condiciones de las etapas de tendido son más rigurosas y variadas, lo que requiere utilizar cables flexibles y muy resistentes. Se busca también no tener que usar mano de obra especializada para el tendido o cables muy rígidos.

Enlaces con fibras ópticas en redes de datos

• Las conectores son de fácil colocación y se busca la conectorización directa del extremo de las fibras, evitando el uso de "pigtails"

• En redes locales se utilizan equipos emisores con baja potencia y granapertura numérica, lo que requiere el uso de fibras multimodo.

Enlaces con fibras ópticas en redes de datos

•Los tramos van de un equipo de transmisión a un equipo de recepción.

•Existe la posibilidad de utilizar derivadores puramente ópticos pero los mismos introducen atenuaciones muy elevadas.

Consideraciones Finales

•Una instalación de fibra óptica debe durar decenas de años ya que no corre contra los avances de la tecnología.

•El control de calidad requiere de algunos conocimientos teóricos.