Fibra Optica

Info

Es un filamento de vidrio de alta pureza con un diametro muy fino. Su funcion principal es transportar luz entre dos extremos, permitiendo:

• Altas velocidades de transmision (Tb/s)
• Baja Atenuacion a lo largo de grandes distancias
• Inmunidad a interferencias electromagneticas

Composicion

1. Nucleo (Core)
   • Principal elemento de propagacion de la luz
   • Fabricado con dioxido de silicio ($Si{O}_2$) al que se añaden dopantes para ajustar el indice de refraccion ($n_1$)
2. Revestimiento (Cladding)
   • Tambien de $Si{O}_2$ pero con un indice de refraccion ($n_2$) menor que el nucleo, para permitir una reflexion interna total
3. Recubrimiento (Coating)
   • Capa protectora frente a polvo, humedad y otros contaminantes
   • Suele ser de acrilato u otro polimero especial

Longitudes de Onda

La luz en fibra optica se transmite habitualmente en el rango de 660nm a 1675nm, dividido en “Bandas” segun recomendaciones de la ITU-T e Incab.

Ventanas de Transmision Clasicas

• Primera Ventana
  • 800nm a 900nm (principalmente 850nm)
• Segunda Ventana
  • 1250nm a 1350nm (principalmente 1310nm)
• Tercera Ventana
  • 1500nm a 1600nm (principalmente 1550nm)

Bandas de Transmision Optica

• Banda O (Original): 1260nm - 1360nm
• Banda E (Extended): 1360nm - 1460nm
• Banda S (Short): 1460nm - 1530nm
• Banda C (Conventional): 1530nm - 1565nm
• Banda L (Long): 1565nm - 1625nm
• Banda U (Ultra-Long): 1625nm - 1675nm

Multiplexacion

La DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing) en español “Multiplexacion por Division de Longitud de Onda” permite combinar hasta 160 longitudes de onda dentro de una misma fibra. Cada canal (longitud de onda) transporta datos independientes, multiplicando la capacidad total sin aumentar el numero de fibras fisicas.

Ventajas

• Baja Atenuacion
• Gran Ancho de Banda
• Diametro Reducido / Poco Peso
• Inmune a Interferencias
• Largas Distancias
• Facil Mantenimiento luego de ser instalada

Desventajas

• No tranporta corriente electrica (Por ahora)
• Materia Prima y dopantes muy puros: Fabricacion Especializada
• Manipulacion Fragil: Requiere personal calificado
• Herramientas y equipos costosos (Fusionadoras, OTDR, Cortadoras, etc.)
• Alto costo de Implementacion
• Necesidad de conversion Optico-Electrico en los extremos (Transceptores)

Comportamiento

La Reflexion interna total permite confinar la luz en el nucleo. Se produce cuando el angulo de incidencia es mayor que el Angulo Critico (${\alpha }_c$), lo que evita que el rayo “escape” al revestimiento

En el vacio la velocidad de la luz es aproximadamente $3\times 10^8\text{m/s}$, cuando se desplaza por un medio (Agua, Vidrio, etc.) su velocidad se reduce

Indice de Refraccion

Se representa como $n$ y relaciona la velocidad de la luz en el vacio ($C$) con su velocidad de algun medio ($V_p$):

$n=\frac{C}{V_p}$

Donde:

• $C$ es la velocidad de la luz en el vacio
• $V_p$ es la velocidad de la luz en el medio
• $n$ es el indice de refraccion

Ejemplos de indices de refraccion

• $\text{Aire}\approx 1,0003$
• $\text{Agua}\approx 1,33$
• $\text{Vidrio}\approx 1,6$
• $\text{Diamante}\approx 2,417$

Ley de Snell

Al cambiar de un medio con indice $n_1$ a otro de indice $n_2$:

$n_1\sin ({\theta }_1)=n_2\sin ({\theta }_2)$

• ${\theta }_1$: Angulo de incidencia
• ${\theta }_2$: Angulo de refraccion

Cuando ${\theta }_2$ es exactamente $90^{\circ }$, se define el Angulo critico (${\alpha }_c$)

Apertura Numerica (NA)

El Angulo de aceptacion (${\varphi }_{NA}$) es el maximo angulo (medido respecto al eje de la fibra) que permite que los rayos se confinen en el nucleo. La Apertura Numerica (NA) se expresa de varias formas equivalentes:

1. $NA=\sqrt{n{1}^2-n{2}^2}$
2. $NA=\sin ({\varphi }_{NA})$
3. $NA=\sin ({\alpha }_c)$

Ejemplo de Calculo

Si $n_1=1,45$ y $n_2=1,35$, entonces:

$NA=\sqrt{(1,45{)}^2-(1,35{)}^2}\approx 0,529$

El angulo de aceptacion:

${\varphi }_{NA}=\arcsin (0,529)\approx 31,94^{\circ }$

En este ejemplo, las ondas con un grado menor a $31,94^{\circ }$ (medido respecto al eje de la fibra) quedara confinado dentro del nucleo por reflexiones internas totales.

Fabricacion

Se elabora a partir de Dioxido de silicio ($Si{O}_2$) con dopantes como Fluor ($F$), Boro ($B$), Germanio ($Ge$) y Fosforo ($P$) para ajustar el indice de refraccion, El proceso general:

1. Barra Preformada
   • Se inyectan vapores de dopantes y se calientan con llama de hidrogeno a ~2000°C
   • Los dopantes se condensan y forman el “Nucleo” con las propiedades deseadas
2. Estirado en la Torre
   • La pregorma se introduce en un horno de alta temperatura (~2000°C) y se estira de ella para obtener la fibra del diametro requerido ($125\mu \text{m}$ con nucleo y revestimiento)
   • Se controla mediante sistemas automatizados y computarizados

Los metodos mas habituales:

• MCDV (AT&T), VAD (Japon), PCVD (Philips)
• OVD (Outside Vapor Deposition, Corning)

Tipos de Fibra

1. Monomodo (SM)
   • Nucleo Estrecho (Tipicamente 9 $\mu \text{m}$)
   • Permite propagar una Longitud de Onda por fibra
   • Ideal para largas distancias (90Km entre repetidores)
   • Ejemplo de nomenclatura: SM 9/125 (Nucleo/Revestimiento)
2. Multimodo (SM)
   • Nucleo mas ancho (ej. 50 o 62,5 $\mu \text{m}$)
   • Permite propagar varias Longitudes de Onda por fibra
   • Adecuado para distancias mas cortas (Hasta 2Km)
   • Ejemplo de nomenclatura:
     • MM 62,5/125 (OM1)
     • MM 50/125 (OM2,OM3,OM4)

Los emisores son 2

• LED o VSCEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) para fibras Multimodo (MM)
• Diodo Laser para fibras monomodo (SM)

Los receptores son 2, ambos convierten fotones en corriente electrica mediante fotodeteccion

• PIN: Barato
• APD (Avalanche Photodiode): Mas Caro

El cableado se distingue entre:

1. Tubo Suelto (Loose Tube)
   • Para instalaciones en planta externa: Ductos, Tendidos Aereos, Soterrados, etc.
   • Nucleos en tubos semirrigidos, a menudo con elementos de refuerzo
2. Estructura Ajustada (Tight Buffer)
   • Para instalaciones en planta interna: Conductos Verticales, salas de equipos, cableado estructurado de edificios.
   • Capa de proteccion pegada al revestimiento para mayor flexibilidad

La norma ANSI/TIA/EIA 598-D (Autodescarga) (o equivalentes) regula los colores de los hilos en el interior del cable, facilitando la identificacion y la gestion de varios hilos/fibras, tambien hay explicaciones al respecto