TELECOMUNICACIONES III

CAPITULO I

TOPICOS DE FIBRA OPTICA

1.1 Breve historia de la fibra óptica

En 1870, John Tindall demostró que la luz sigue la curvatura de un flujo de agua

vertiéndose de un contenedor. Este principio tan simple, fue un motivo de estudio y

desarrollo de aplicaciones basados en este fenómeno. John Logie Baird patentó un método

de trasmitir luz a través de una barra de vidrio para ser utilizada en un rústico televisor en

color, pero los materiales de la época hicieron este proyecto inviable.

En 1950, fue un año de cierto éxito en la transmisión de imágenes por medio de fibra

óptica, y en particular en el mundo médico, ya que se empezó a utilizar en algunos

instrumentos médicos. En 1966 Charles Kao y George Hockman propusieron la

transmisión de información sobre fibra de vidrio, y sugirieron que una menor cantidad de

cables era posible. Estas fueron las bases para mejorar las pérdidas de señal óptica que

hasta el momento eran significativas y no permitían un buen aprovechamiento de esta

tecnología. Hoy en día, se ha minimizado enormemente estas pérdidas si las comparamos

con el proyecto inicial de Kao y Hockman.

A partir de esta fecha empiezan a producirse eventos que darán como resultado final la

implantación y utilización cada vez mayor de la Fibra Óptica como alternativa a los cables

de cobre:

A continuación realizamos una breve historia del desarrollo de la fibra óptica.

1970 Corning obtiene fibras con atenuación 20 dB/km.

1972 Fibra Óptica con núcleo líquido con atenuación 8 dB/km.

1973 Corning obtiene Fibra Óptica de SiO2 de alta pureza con atenuación 4 dB/km

y deja obsoletas a las de núcleo líquido.

1976 NTT y Fujicura obtienen Fibra Óptica con atenuación 0,47 dB/km en 1.300

nm, muy próximo al límite debido a factores intrínsecos (Rayleigh).

1979 Se alcanzan atenuaciones 0,12 dB/km con fibras monomodo en 1550 nm.

También en 1975 se descubría que las F.O. de SiO2 presentan mínima dispersión en

torno a 1300 nm, lo cual suponía disponer de grandes anchuras de banda para la

transmisión, en cuanto la dispersión del material de la fibra constituye un factor

intrínseco limitativo. Las nuevas posibilidades que ofrecían las F.O. también

estimularon la investigación hacia fuentes y detectores ópticos fiables, de bajo

consumo y tamaño reducido:

1970 Primer láser de AIGaAs capaz de operar de forma continúa a temperatura

ambiente. Sin embargo, el tiempo de vida medio era de unas pocas horas. Desde

entonces, los procesos han mejorado y hoy es posible encontrar diodos láser con

más de 1.000.000 horas de vida media.

1972 La Corming ya consigue fabricar, en pequeña escala, para pruebas en

laboratorio. Fibras ópticas con atenuación del orden de 4dB por km. Hoy en día las

atenuaciones de las fibras ópticas, dependiendo de las longitudes de onda utilizados

sitúan entre 0,2 y 0,4 dB por Km.

1975 Con este desarrollo, es posible Sistemas de Telecomunicaciones Ópticos y así

en 1975 fue instalado para la policía de Dorset, en Inglaterra, el primer enlace de

Fibra óptica. En este mismo año el gobierno americano interconecto con fibras

ópticas la red local del sistema NORAD (sistema de defensa) localizado en el

interior de la Montaña Cheyenne.

1976 Es implementado por la Western Electric en Atlanta, un enlace de fibra óptica

con extensión de 2,5Km para voz y datos, a una tasa de 44.7 Mb/s.

1977 Es instalado por la Bell, en el centro de chicago, utilizando un cable multi

fibra, la primera red óptica de una empresa de telecomunicaciones. Teniendo la

capacidad de transportar 54Mb/s y la distancia entre las centrales telefónicas es de

2,6Km. En este mismo año se instala un sistema óptico de 6Mb/s en Long Beach.

California por la General Telephone and Electronics.

1980 El sistema Bell inagura en 1980 la primera red óptica nacional, interconectada

a la capital de Washington y la ciudad de Cambridge, en el estado de Massachusetts.

1988 En diciembre de 1988 se inagura la primera red óptica internacional por el

lanzamiento del cable de fibra óptica Submarino TAT-8, usando laser de 1,3

micrómetros en fibra monomodo.

1991 En el inicio del 1991, la NTT ( Nippon Telegraph and Telephone Corporation)

en Japón demostró la transmisión de solitons, a través de un millón de kilómetros de

fibra óptica.

2002 Más de treinta años pasaron desde la fabricación de la primera fibra óptica y

hoy más del 80% de todo el tráfico del mundo es transmitido a través de Fibras

ópticas, siendo su utilización cada vez mayor.

Entre 1993 y 2004, las comunicaciones ópticas se desarrollaron intensamente, y la

fibra que ya es utilizada en redes de cobre (enlaces nacionales, continentales y

mundiales), pasaran a ser aplicadas en enlace de redes metropolitanas (entre

ciudades) y en redes de acceso (enlace local en la ciudad).

La primera red óptica instalada en América latina trabaja desde 1992. La red RPN

(Red Nacional de Enseñanza e investigación), posee 27 puntos de presencia e

interconecta principalmente universidades federales y centros de investigación en el

Brasil.

Actualmente soluciones FTTx para distribución de acceso en la última milla

también ya son utilizadas en los grandes centros de investigación y algunos países.

1.2 Transmisión de Luz

La luz se mueve a la velocidad de la luz en el vacío, sin embargo, cuando se propaga por

cualquier otro medio, la velocidad es menor. Así, cuando la luz pasa de propagarse por un

cierto medio a propagarse por otro determinado medio, su velocidad cambia, sufriendo

además efectos de reflexión (la luz rebota en el cambio de medio, como la luz reflejada en

los cristales) y de refracción (la luz, además de cambiar el modulo de su velocidad, cambia

de dirección de propagación, por eso vemos una cuchara como doblada cuando está en un

vaso de agua, la dirección de donde nos viene la luz en la parte que está al aire no es la

misma que la que está metida en el agua).

Dependiendo de la velocidad con que se propague la luz en un medio o material, se le

asigna un Índice de Refracción "n", un número deducido de dividir la velocidad de la luz en

el vacío entre la velocidad de la luz en dicho medio. Los efectos de reflexión y refracción

que se dan en la frontera entre dos medios dependen de sus Índices de Refracción.

Figura 1.1 Variación del índice de refracción con la longitud de onda

1.3 La Fibra Óptica

Diferentes definiciones de lo que a fibra óptica se refiere, es por ello que a continuación

presentamos las más relevantes.

Fibra o varilla de vidrio (compuestos de cristales naturales) o plástico (cristales

artificiales), con un índice de refracción alto, que se emplea para transmitir luz.

Cuando la luz entra por uno de los extremos de la fibra, se transmite con muy pocas

pérdidas incluso aunque la fibra esté curvada.

Un filamento de vidrio sumamente delgado y flexible (de 2 a 125 micrones) capaz de

conducir rayo ópticos (señales en base a la transmisión de luz). Las fibras ópticas

poseen capacidades de transmisión enormes, del orden de miles de millones de bits

por segundo. Se utilizan varias clases de vidrios y plásticos para su construcción.

Una fibra es un conductor óptico de forma cilíndrica que consta del núcleo (core),

un recubrimiento (cladding) que tienen propiedades ópticas diferentes de las del

núcleo y la cubierta exterior (jacket) que absorbe los rayos ópticos y sirve para

proteger al conductor del medio ambiente así como darle resistencia mecánica.

Material transparente cubierto por un revestimiento transparente que tiene un

coeficiente de refracción menor, ambos normalmente de fibra. Debido a esta

disposición, pueden transmitirse rayos de luz a través de ella.

Elemento discreto de transmisión óptica consistente normalmente en un núcleo y en un

revestimiento, ambos de fibra. Al ser un sistema de guía de luz normalmente cilíndrico,

se compone de un material dieléctrico transparente con un determinado índice de

refracción menor; o de un cilindro cuyo índice de refracción va disminuyendo

progresivamente según nos vayamos alejando del eje del cilindro. La fibra debido a su

refracción interna transmite luz a través de su eje longitudinal la luz entra por uno de

sus extremos y sale por el otro, con pérdidas que dependen de la longitud, absorción,

dispersión y otros factores.

Cilindro o núcleo de material dieléctrico transparente rodeado por un segundo

material dieléctrico. Para poder propagar luz, el índice de refracción del material del

núcleo es mayor que el del material que lo cubre.

Hoy en día la fibra óptica es un medio para trasportar luz con diferentes fines, por

ejemplo: como lentes flexibles para cámaras en operaciones quirúrgicas ó para espionaje,

iluminar lugares de difícil acceso y como función decorativa.

Pero la aplicación de mayor interés se ubica en las comunicaciones de alta velocidad y

gran ancho de banda. Para darse una idea de la importancia del uso de la fibra óptica en

comunicaciones cabe mencionar que en los 30 años desde el descubrimiento de la fibra

con bajas pérdidas, más de 300 millones de Km. de fibra óptica se han desplegado a nivel

mundial. Estas fibras pueden manejar más información que todo los miles de millones de

kilómetros de cables de cobre instalados durante el último siglo; sería necesario 2 toneladas

métricas de alambre de cobre para transmitir la información que se puede con un poco más

de 1 Kg. de fibra. “En laboratorio hoy, una sola fibra puede transmitir el equivalente de 60

millones de llamadas telefónicas simultáneas." (Dr. Donald Keck.1999).

La geometría típica de la fibra óptica se muestra en la figura 1.2

Figura 1.2 Geometría de la fibra óptica

Core (Núcleo): La parte interna que conduce la luz, es el centro dieléctrico en una fibra

óptica cuyo índice de refracción es mayor que el índice de refracción del medio que la

envuelve.

Cladding (Revestimiento o envoltura): la capa media que sirve para confinar la luz en el

centro, fundido al núcleo de la fibra óptica.

Buffer (Recubrimiento): La capa exterior que sirve como un amortiguador para proteger

al núcleo y al revestimiento de algún daño (envoltura de protección mecánica y evita la

penetración de rayos de luz.)

1.4 Características Técnicas:

Es un medio de transmisión de información (en forma analógica o digital). Las ondas

electromagnéticas viajan en el espacio a la velocidad de la luz.

Ella está compuesta por una región cilíndrica (por donde se efectúa la propagación),

denominada núcleo y de una zona externa al núcleo y coaxial con él, totalmente necesaria

para que se produzca el mecanismo de propagación, y que se denomina envoltura o

revestimiento.

Figura 1.3 Características técnicas

Su capacidad de transmisión de información va a depender de tres características

fundamentales, las que son:

Del diseño geométrico de la fibra.

De las propiedades de los materiales empleados en su elaboración. (diseño óptico)

De la anchura espectral de la fuente de luz utilizada. Cuanto mayor sea esta anchura,

menor será la capacidad de transmisión de información de esa fibra.

Con dimensiones más reducidas que los medios preexistentes. Si el cable contiene 10 fibras

va a tener un diámetro aproximado de 8 o 10 mm. Y nos permitirá transferir la misma o

mayor cantidad de información que un coaxial de 10 tubos. Su peso es muy inferior al de

los cables metálicos, redundando en su facilidad de instalación.

La sílice (silicio) tiene un amplio margen de funcionamiento en lo referente a temperatura,

pues funde a 600ºC. La Fibra Óptica presenta un funcionamiento uniforme desde -550 C a

+125C sin degradación de sus características.

Los cables aéreos auto soportados poseen un suspensor o mensajero para el tendido aéreo

entre postes o columnas.

1.5 Materiales usados para su fabricación.

En su gran mayoría se hacen de arena o sílice, materia prima abundante en comparación

con el cobre. Con sólo unos kilogramos de vidrio pueden fabricarse aproximadamente 43

kilómetros de fibra óptica. La fibra se constituye esencialmente por el núcleo (que es la

parte más interna de la fibra) y el revestimiento (que es la que guía la luz).

Figura 1.4 Fibra óptica

1.6 Características Mecánicas:

La Fibra Óptica como elemento resistente dispuesto en el interior de un cable formado por

agregación de varias de ellas, no tiene características adecuadas de tracción que permitan su

utilización directa. Por otra parte, en la mayoría de los casos las instalaciones se encuentran

a la intemperie o en ambientes agresivos que pueden afectar al núcleo. La investigación

sobre componentes opto electrónicos y fibras ópticas han traído consigo un sensible

aumento de la calidad de funcionamiento de los sistemas. Es necesario disponer de

cubiertas y protecciones de calidad capaces de proteger a la fibra. Para alcanzar tal objetivo

hay que tener en cuenta su sensibilidad a la curvatura y micro curvatura, la resistencia

mecánica y las características de envejecimiento. Las micro curvaturas y tensiones se

determinan por medio de los ensayos de:

Tensión: cuando se estira o contrae el cable se pueden causar fuerzas que rebasen el

porcentaje de elasticidad de la fibra óptica y se rompa o formen micro curvaturas.

Compresión: es el esfuerzo transversal.

Impacto: se debe principalmente a las protecciones del cable óptico.

Enrollamiento: existe siempre un límite para el ángulo de curvatura pero, la

existencia del forro impide que se sobrepase.

Torsión: es el esfuerzo lateral y de tracción.

Con una o varias hebras delgadas de vidrio o de plástico, el revestimiento es la parte que rodea y protege al núcleo. El núcleo y el revestimiento están rodeados por una funda plástica o de otro material que la resguardan de

la humedad, de los roedores, etc.

1.7 Fibra Óptica vs Cable

Se realizará una comparación del comportamiento en la transmisión con cables de cobre de

banda ancha y con fibras ópticas. La atenuación de los cables de cobre aumenta con la raíz

cuadrada de la frecuencia, mientras que en las fibras ópticas existe una dilatada región de

atenuación constante. Precisamente a muy altas frecuencias aumenta acusadamente la

atenuación de las fibras ópticas por causa del desmoronamiento de los impulsos por

fenómenos de dispersión.

El aumento de la atenuación que se presenta en los cables de cobre hace necesarias costosas

medidas de ecualización; éstas no son necesarias con las fibras ópticas simplificándose la

técnica de transmisión sensiblemente, en tanto que con el ancho de banda exigido se

permanezca en el margen de atenuación constante y en correspondencia se elija una fibra

óptica apropiada. A lo que se añade que, debido a la mínima atenuación con fibras ópticas,

pueden puentearse trayectos de mayores longitudes.

Esto es de gran importancia especialmente en regiones de gran densidad de población

puesto que, se hace posible el enlace directo también entre centrales públicas alejadas, la

cantidad de los repetidores necesarios desciende.

La fibra óptica es el medio de transmisión de más rápido crecimiento en el mundo. Es

esencialmente inmune a muchos factores que de manera adversa que impacta al cable de

cobre como lo es la interferencia electromagnética y de frecuencias de radio, los cruces de

frecuencias, la impedancia, entre otros.

La fibra óptica es fácil de manejar. Instaladores con experiencia de fibra óptica

saben que la fibra óptica no es frágil, tiene una gran capacidad de tensión en comparación

con el cobre (inclusive el acero). Además, su reducido diámetro y su liviano peso la hacen

fácil de manejar en espacios de ductos. Además la fibra óptica resulta económica a largo

plazo.

Características Fibra Óptica Coaxial

Longitud de la Bobina (mts) 2000 230

Peso (kgs/km) 190 7900

Diámetro (mm) 14 58

Radio de Curvatura (cms) 14 55

Distancia entre repetidores (Kms) 40 1.5

Atenuación (dB / km) para un Sistema de 56 Mbps 0.4 40

Cuadro 1.1 Característica de la fibra óptica vs Coaxial

Figura 1.5 Evolución de la capacidad de la fibra óptica

EVOLUCION DE LA COMUNICACIONES

Perdidas en Db/km, a media tasa de transferencia de bit

De frecuencia (tasas de transferencia de transmisión digital)

Medio de

Transmisión

E1

(2.048 Mbs/s)

E2

(8.448 Mbs/s)

E3

(34.368 Mbs/s)

Par de alambre

Entorchado.

26 gauge

25

49

130

Par de alambre

Entorchado.

19 gauge

12.8

23

57

Cable coaxial

0.375"-diam.

2.8

4.8

12

Fibra Óptica

1.5

1.5

1.5

Cuadro 1.2

Un cable de 200 fibras puede portar 6.000.000 conversaciones telefónicas, el cable de cobre

de igual dimensión solo 10.000 conversaciones telefónicas, una fibra óptica

aproximadamente 3000 conversaciones telefónicas

1.8 Generaciones de los sistemas de comunicaciones

Primera generación

◦0.8 micrómetros

◦Láser semiconductor de AsGa

◦45Mb/s

◦10km (repetidores)

Segunda generación

◦1.3 micrómetros

◦Láser semiconductor de InAsGaP

◦100Mb/s………1.7Gb/s

◦50km de espacio

Tercera generación

◦1.55 micrómetros

◦Láser semiconductor oscilando en un solo modo

◦2.5Gb/s………..10Gb/s

◦60-70km

Cuarta generación

◦0.8 micrómetros

◦Láser semiconductor oscilando en un solo modo

◦5Gb/s…….10Tb/s

◦300km

Quinta generación

◦1.53-1.57 micrómetros

◦Extender el rango de WDM para sistemas que operan simultáneamente

◦Aparición de “dryfiber” (1.3-1.65 micrómetros)

◦Utilización de solitones

1.9 Comunicaciones por Satélite vs Fibra Óptica

Es más económica la F.O. para distancias cortas y altos volúmenes de tráfico, por ejemplo,

para una ruta de 2000 ctos., el satélite no es rentable frente a la solución del cable de fibras

hasta una longitud de la misma igual a unos 2500 kms.

La calidad de la señal por cable es por mucho más alta que por satélite, porque en los

geoestacionarios, situados en órbitas de unos 36,000 kms. de altura, y el retardo próximo a

500 mseg. introduce eco en la transmisión, mientras que en los cables este se sitúa por

debajo de los 100 mseg admitidos por el CCITT. La inclusión de supresores de eco

encarece la instalación, disminuye la fiabilidad y resta la calidad al cortar los comienzos de

frase.

El satélite se adapta a la tecnología digital, si bien las ventajas en este campo no son tan

evidentes en el analógico, al requerirse un mayor ancho de banda en aquel y ser éste un

factor crítico en el diseño del satélite.

1.10 Ventajas y Desventajas de la Fibra Óptica.

Sus principales ventajas son:

Gran capacidad. La fibra óptica tiene la capacidad de transmitir grandes cantidades de

información. Con la tecnología presente se pueden transmitir 60.000 conversaciones

simultáneamente con dos fibras ópticas. Un cable de fibra óptica (2 cm de diámetro

exterior), puede contener hasta 200 fibras ópticas, lo que incrementaría la capacidad del

enlace a 6.000.000 de conversaciones. En comparación con las prestaciones de los cables

convencionales, un gran cable multipar puede llevar 500 conversaciones, un cable coaxial

puede llevar 10.000 conversaciones y un enlace de radio por microondas o satélite puede

llevar 2.000 conversaciones.

Tamaño y peso. Un cable de fibra óptica tiene un diámetro mucho más pequeño y es más

ligero que un cable de cobre de capacidad similar. Esto lo hace fácil de instalar

especialmente en localizaciones donde ya existen cables (tales como los tubos ascendentes

de los edificios) y el espacio es escaso.

Bajo peso. Es muy inferior al de los cables metálicos (aproximadamente 10 a 200 Kg. por

Km., y las bobinas pueden ser de una longitud que va de 2 a 6 Km., mientras que en el

cable coaxial son de 300 m).

Volumen y dimensiones reducidas, lo que podemos traducir en una economía de transporte,

por ejemplo una cable de 10 fibras tiene un diámetro de 8 a 10 nm y presta la misma

utilidad que un coaxial de 10 tubos (por lo tanto él numero de enlaces por unidad de

volumen usado es superior que en un coaxial por ejemplo). Además de esto, su gran

flexibilidad y el bajo peso que el cable tiene hace que la instalación de líneas de este tipo

sea muy sencilla.

Interferencia eléctrica. La fibra óptica no se ve afectada por la interferencia

electromagnética (EMI) o interferencia de radiofrecuencia (RFI), y no genera por si misma

interferencia. Puede suministrar un camino para una comunicación limpia en el más hostil

de los entornos EMI. Las empresas eléctricas utilizan la fibra óptica a lo largo de las líneas

de alta tensión para proporcionar una comunicación clara entre sus estaciones de

conmutación. La fibra óptica esta también libre de conversaciones cruzadas. Incluso si una

fibra radiara no podría ser recapturada por otra fibra óptica, se puede decir que esta es una

de las principales ventajas. Esto es posible debido a que es 100% dieléctrica, es inmune a

las interferencias de radiofrecuencia. Además no genera interferencias ni diafonía en otros

equipos de comunicación.

Aislamiento. La fibra óptica es un dieléctrico. Las fibras de vidrio eliminan la necesidad de

corrientes eléctricas para el camino de la comunicación. Un cable de fibra óptica

propiamente dieléctrico no contiene conductores eléctricos y puede suministrar un

aislamiento eléctrico normal para multitud de aplicaciones. Puede eliminar la interferencia

originada por las corrientes a tierra o por condiciones potencialmente peligrosas causadas

por descargas eléctricas en las líneas de comunicación, como los rayos o las faltas

eléctricas. Es un medio intrínsecamente seguro que se utiliza a menudo donde el

aislamiento eléctrico es esencial.

Seguridad. La fibra óptica ofrece un alto grado de seguridad. Una fibra óptica no se puede

intervenir por medio de mecanismos eléctricos convencionales como conducción

superficial o inducción electromagnética, y es muy difícil de pinchar ópticamente. Los

rayos luminosos viajan por el centro de la fibra y pocos o ninguno pueden escapar. Incluso

si la intervención resultara un éxito, se podrá detectar monitorizando la señal óptica

recibida al final de la fibra. Las señales de comunicación vía satélite o radio se pueden

intervenir fácilmente para su decodificación.

Fiabilidad y mantenimiento. La fibra óptica es un medio constante y no envejece. Los

enlaces de fibra óptica bien diseñados son inmunes a condiciones adversas de humedad y

temperatura y se pueden utilizar incluso para cables subacuáticos. La fibra óptica tiene

también una larga vida de servicio, estimada en más de treinta años para algunos cables. El

mantenimiento que se requiere para un sistema de fibra óptica es menor que el requerido

para un sistema convencional debido a que se requieren pocos repetidores electrónicos en

un enlace de comunicaciones, no hay cobre que se pueda corroer en el cable y que pueda

causar la perdida de señales o señales intermitentes y el cable no se ve afectado por

cortocircuitos, sobretensiones o electricidad estática.

Versatilidad. Los sistemas de comunicaciones por fibra óptica son los adecuados para la

mayoría de los formatos de comunicaciones de datos, voz y video. estos sistemas son

adecuados para RS232, RS422, V35, Ethernet, FDDI, E1, E2, SDH, video compuesto y

mucho más.

Expansión. Los sistemas de fibra óptica bien diseñados se pueden expandir fácilmente. Un

sistema diseñado para una transmisión de datos a baja velocidad por ejemplo E1 (2Mbps),

se puede transformar en un sistema de velocidad más alta OC-12(632 Mbps), cambiando la

electrónica. El cable de fibra óptica utilizado puede ser el mismo.

Regeneración de la señal. La tecnología presente puede suministrar comunicaciones por

fibra óptica mas allá de los 70Km antes de que se requiera regenerar la señal, la cual puede

extenderse a 150Km usando amplificadores laser. Futuras tecnologías podrán extender esta

distancia a 200Km y posiblemente a 1000Km. El ahorro en el coste del equipamiento del

repetidor intermedio así como su mantenimiento, puede ser sustancial. Los sistemas de

cable eléctrico convencional pueden, en contraste requerir repetidores cada pocos

kilómetros, perdidas aproximadas de 0,17dB/km

Ancho de banda: la capacidad potencial de transportar información crece con el ancho de

banda del medio de transmisión y con la frecuencia de portadora. Las fibras ópticas tienen

un ancho de banda de alrededor de 1 THz, aunque este rango está lejos de poder ser

explotado hoy día. De todas formas el ancho de banda de las fibras excede ampliamente al

de los cables de cobre. Además, este ancho de banda nos permite incrementar la capacidad

de transmisión con el fin de reducir el costo por canal. Por ejemplo, permite la recepción

de más de quinientos canales de televisión. Su alta velocidad le garantiza navegar por

Internet 300 veces más rápido que con los canales actuales.

El ancho de banda disminuye proporcionalmente a la distancia (ej. 32THz/Km)

Entre otras ventajas tenemos:

Tasas de error reducidas (1 error por cada 109 bits en fibra óptica y 1 por cada 106

bits en los cables eléctricos).

Se pueden emplear varios canales usando diferentes longitudes de onda

simultáneamente sobre la misma fibra.

Menores perdidas de potencia

Posibilidad de daño casi nula. Además, el tiempo de respuesta en una reparación es

mínimo.

La seguridad en cuanto a instalación y mantenimiento es alta. Como las fibras y los

plásticos no son conductores de electricidad se pueden acercar a líquidos y gases

volátiles sin que esto pueda ocasionar algún problema.

Compatible con la tecnología actual.

La materia prima con que se fabrica es abúndate en la naturaleza (el silicio o fibra

de vidrio es el 30% de la superficie terrestre), lo cual disminuye los costos de

fabricación según vaya mejorando los procesos tecnológicos, a diferencia de los

cables de cobre donde el valor del cobre está regido por las reservas mundiales. De

hecho el precio de los cables de fibra ha ido disminuyendo progresivamente desde

su nacimiento ya que su costo es inversamente proporcional al volumen de

producción.

Desventajas:

Conversión electro-óptica. Antes de conectar una señal eléctrica de comunicación a una

fibra óptica, la señal debe convertirse al espectro luminoso (850, 1310 o 1550 nm). Esto se

realiza por medios electrónicos en el extremo del transmisor, el cual da un formato propio a

la señal de comunicaciones y la convierte en una señal óptica usando un LED o un laser de

estado sólido. A continuación esta señal óptica de propaga por la fibra óptica. En el

extremo del receptor de la fibra óptica, la señal óptica se debe convertir otra vez en señal

eléctrica antes de poder ser utilizada. El coste de conversión asociado a la electrónica

debería ser considerado en todas las aplicaciones.

Caminos homogéneos. Se necesita un camino físico recto para el cable de fibra óptica. El

cable se puede enterrar directamente, situar en tubos o disponer en cables aéreos a lo largo

de caminos homogéneos. Esto puede requerir la compra o alquiler de la propiedad. Algunos

derechos sobre el camino pueden ser imposibles de adquirir.

Para localizaciones como terrenos montañosos o algunos entornos urbanos pueden ser más

adecuados otros métodos de comunicación sin hilos.

Instalación especial. Debido a que la fibra óptica es predominantemente vidrio de sílice,

son necesarias técnicas especiales para la ingeniería e instalación de los enlaces. Ya no se

aplican los métodos convencionales de instalación de cables de hilos como por ejemplo

sujeción o crimpado, soldadura y ….También se requiere un equipamiento adecuado para

probar y poner en servicio las fibras ópticas.

Los técnicos deben ser entrenados para la instalación y puesta en servicio de los cables de

fibra óptica.

Reparaciones. Un cable de fibra óptica que ha resultado dañado no es fácil de reparar. Los

procedimientos de reparación requieren un equipo de técnicos con mucha destreza y

habilidad en el manejo de equipamiento. En algunas situaciones puede ser necesario reparar

el cable entero. Este problema puede ser más complicado si hay un gran número de

usuarios que cuentan con dicho servicio. Es importante, por ello el diseño de un sistema

propio con rutas físicamente diversas, que permitan afrontar tales contingencias. Aunque

puede haber muchas ventajas que favorezcan una instalación de fibra óptica, deberán ser

sopesadas cuidadosamente frente a sus desventajas en cada aplicación. Deberán ser

utilizados todos los costes de operación e implementación de un servicio de fibra óptica.

Entre otras desventajas tenemos:

Disponibilidad de conectores limitada.

La unión de fibras ópticas es complicada y más aún su derivación, son

inherentemente unidireccionales y el costo de las interfaces es mucho mayor que en

el caso eléctrico.

Características aproximadas de las ventajas de las comunicaciones por fibra óptica

•Anchura de Banda: transmisión a 1014 bps.

•Bajas Pérdidas: alrededor de 0,1 dB/km.

•Inmunidad a Interferencias Electromagnéticas.

•Tamaño, flexibilidad

•Factores ambientales y materia prima: alta estabilidad respecto de la temperatura (-

60ºC – 80ºC). Las fibras de SiO2 son menos sensibles a emisiones radioactivas.

•Aislamiento eléctrico: puede atravesar zonas con fuertes inducciones sin peligro de

descarga eléctrica.

•Seguridad: la señal no puede captarse externamente

Precios: Los precios de las fibras por metro son bastante más altos que el cobre. Sin

embargo las fibras ópticas pueden transportar muchas más señales que los cables de cobre,

a mayor distancia sin la necesidad de repetidores.

•Habilidades Especiales: Las fibras requieren de personal especializado para ser

empalmadas, además de dispositivos costosos y de medición de alta precisión.

Características generales de las fibras ópticas

•La fibra presenta pérdidas comprendidas entre 0,20 dB/km a 3dB/km.

•La fibra es un medio eficaz para la transmisión a frecuencias ópticas que corresponden al

infrarrojo en el espectro electromagnético. Esto es al rango entre 185 y 375 THz (800-1620

nm de longitud de onda).

•La luz visible se encuentra en el rango entre 430 y 750 THz (400-697 nm de longitud de

onda).

•El material que se utiliza en la fabricación de la fibra es un tipo de vidrio flexible

transparente de alta pureza, que se obtiene a partir de dióxido de Silicio dopado radialmente

por materiales como el Germanio, Pentaóxido de Fósforo o Boro para modificar su índice

de reflexión.

•El material con mayor índice de refracción se utiliza para el núcleo, y el de menor índice

para el revestimiento. La permitividad del revestimiento es al menos 0,01% menor que la

del núcleo.

1.11 Aplicaciones

Un cable de fibra óptica se usa frecuentemente como un medio de comunicación para

muchas aplicaciones diferentes. Las companias de televisión por cable están desplegando

cables de fibra óptica para llevar señales de alta calidad desde su centro de cabecera hasta

las localizaciones de los centros de actividad, distribuidos alrededor de las ciudades. La

fibra óptica mejora la calidad de las señales de televisión y aumenta el número de canales

disponibles. Los planes futuros involucran la conexión de fibra óptica directamente a casa

para abastecer al usuario de muchos y nuevos servicios. Se han planteado para el futuro

algunos de tales servicios basados en fibra óptica, como la televisión interactiva, el banco

en casa o el sistema de trabajo de oficina en casa.

La fibra óptica es ideal para comunicaciones de datos. Se puede conseguir velocidades muy

altas de transmisión de datos con un cable fino de fibra óptica. Las señales no se ven

distorsionadas por interferencia y no causan ningun tipo de interferencia por sí mismas. Las

propiedades dieléctricas de las fibras ópticas suministran una interfaz segura entre

ordenadores, terminales y estaciones de trabajo. No hay ninguna posibilidad de que bucles

de grandes corrientes a tierra puedan poner en peligro a los usuarios o dañar caros

ordenadores.

Muchos centros de ordenadores utilizan fibra óptica para sus LAN de comunicaciones de

datos de alta velocidad. Hay una amplia variedad de productos disponibles para muchas

aplicaciones diferentes. Las autopistas de la información de alta velocidad como la interfaz

de datos distribuidos por fibra (FDDI), el modo de transferencia asincrónico (ATM), o

SDH, se encuentran disponibles para proporcionar una conectividad vertebral entre varias

redes. Estas nuevas tecnologías ofrecen beneficios tales como altas velocidades de

transmisión de datos, incremento en las distancias de enlace y comunicaciones seguras y

fidedignas. En la actualidad, grandes cantidades de datos pueden atravesar rápida y

eficientemente amplias aéreas geográficas.

Debido a que la fibra óptica supone una inserción rentable, las companias la están

instalando en áreas metropolitanas. Estas redes metropolitanas tienen todos los

requerimientos de las comunicaciones actuales y permiten una amplia expansión de

sistemas futuros.

Los negocios pueden ahora estar distribuidos geográficamente pero permanecer conectados

y estar en todo momento disponibles. Los beneficios pueden ser enormes.

Los bancos por ejemplo, pueden tener todas sus sucursales conectadas a altas velocidades

para todo tipo de transacciones. Los centros comerciales pueden mantener un control

centralizado de sus sistemas de ordenador en el punto de venta. Pueden realizar a demandas

ajustes de inventario y precio.

La industria utiliza las comunicaciones vía fibra óptica para mejorar la fiabilidad y

capacidad de las transacciones de datos y control. Debido a la inherente naturaleza de las

comunicaciones ópticas, la fibra óptica es inmune a todas las interferencias eléctricas

provocadas por grandes motores, conmutadores, luces y otros dispositivos que se

encuentran frecuentemente en entornos industriales. La versatilidad de las fibras ópticas

permite que todas las transmisiones de datos de ordenador, teléfono, video, control y

sensores se puedan llevar a cabo con un único cable de fibra óptica.

Áreas de Aplicación

•Telecomunicaciones: Las fibras ópticas enlazan subestaciones telefónicas

•Redes de Área Local: Se las utiliza para conformar el backbone, pero también pueden

llegar hasta el escritorio (FTTD)

•Televisión por Cable:

•Circuito Cerrado de Televisión

•Sensores de Fibra Óptica: Actualmente se está avanzando en el uso de fibras ópticas como

sensores en la medición de concentración de gases, concentración de químicos, presión,

temperatura, y tasa de rotación.

En resumen:

Redes de telecomunicaciones

Troncales locales, Troncales interurbanos

Conexión de abonados

Redes de comunicación en ferrovías

Redes de distribución de energía eléctrica (monitoreo, control y protección)

Redes de transmisión de datos y fac-simile

Redes de distribución de radiodifusión y televisión

Redes de estudios, cables de cámaras de TV

Redes internas industriales

Equipamientos de sistemas militares

Aplicaciones de control en general

Vehículos motorizados, aeronaves, navíos, instrumentos, etc.

Sensores de Fibra Óptica: Actualmente se está avanzando en el uso de fibras ópticas como

sensores en la medición de concentración de gases, concentración de químicos, presión,

temperatura, y tasa de rotación.

El avance de las técnicas de la fibra óptica ha permitido el desarrollo de instrumentos que

nos muestran la anatomía interna, de sensores que analizan la sangre y de sistemas de laser

que operan con maestría.

1.12 Utilización

Para poder utilizar fibras ópticas en forma práctica, estas deben ser protegidas contra

esfuerzos mecánicos, humedad y otros factores que afecten su desempeño. Para ello se

les proporciona una estructura protectora, formando así, lo que conocemos como cable

óptico. Dicha estructura de cables ópticos variará dependiendo de sí el cable será

instalado en ductos subterráneos, enterrando directamente, suspendido en postes,

sumergido en agua etc.

El propósito básico de la construcción del cable de fibra óptica es el mismo; Mantener

estables la transmisión y las propiedades de rigidez mecánica durante el proceso de

manufactura, instalación y operación. Las propiedades esenciales en el diseño del cable

son la flexibilidad, identificación de fibras, peso, torsión, vibración, límite de tensión,

facilidad de pelado, facilidad de cortado, facilidad de alineación del cable y la fibra,

resistencia al fuego, atenuación estable, etc.

Requerimientos para un cable de fibra óptica:

1. Esfuerzo máximo permitido en la fibra durante su fabricación, instalación y

servicio; determina la fuerza mínima de ruptura de la fibra y la fuerza requerida

para el miembro de tensión.

2. Fuerza lateral dinámica y estática máxima ejercida sobre la fibra, para determinar

la configuración del cable y el límite de tolerancia de micro curvaturas.

3. Flexibilidad

4. Rango de temperatura y medio ambiente en donde el cable va a operar, paralela

elección del tipo de materiales a utilizar tomando en cuenta su coeficiente de

expansión térmica y su cambio de dimensiones en presencia de agua.

Para cumplir estos requerimientos se observan las siguientes recomendaciones:

1. Evitar cargas o esfuerzos mecánicos sobre las fibras.

2. Aislar la fibra de los demás componentes del cable.

3. Mantener las fibras cerca del eje central y proporcionar espacio a las fibras para su

mantenimiento.

4. Escoger los materiales de los elementos del cable con mínimas diferencias en sus

Coeficientes de expansión térmica.

“No existe un mejor medio físico conocido que la fibra óptica y ninguna señal fuente mejor

que la luz para resolver los nuevos y emergentes requerimientos de transmisión”

“La fibra óptica es un medio de propagación a prueba de futuro”