2. Características de las Fibras Ópticas






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fecha de publicación02.10.2015
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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)

Distancia máxima (metros)

Ancho de banda 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.




Especificaciones generales

 Normas

 Telecordia, ANSI/TIA/EIA

 Material

 Cuerpo

 Plástico

 Manga

 Bronce/Cerámica

 Cuerpo

 Plástico resistente con guía de acero para la correcta alineación

 Multimodo

 Beige

 Monomodo

 Azul

 APC

 Verde

 Manga

 Multimodo

 Bronce

 Monomodo

 Cerámica de zirconia

 Pérdida de inserción

 Multimodo

 PC       ≤0.2dB 

 Monomodo

 UPC     ≤0.2dB

 APC     ≤0.2dB

 Variabilidad

 ≤0.2dB típico

 Durabilidad

 1000 inserciones

 Temperatura

 -40°C a 75°C

 Humedad

 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.
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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.


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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

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