aplicaciones de fibra óptica

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aplicaciones de fibra óptica

Las aplicaciones de las fibras ópticas en las comunicaciones se han incrementado a un ritmo muy veloz, desde la primera instalación comercial de un sistema de fibra óptica en 1977. Las compañías telefónicas empezaron temprano, reemplazando sus sistemas de cableado de cobre viejos con líneas de fibra óptica. Las compañías telefónicas actuales usan fibra óptica a través de sus sistemas como la arquitectura backbone y como la conexión a larga distancia entre sistemas telefónicos de ciudades.

Las compañías de televisión por cable también han empezado a integrar fibra óptica en sus sistemas de cable. Las líneas que conectan oficinas centrales generalmente han sido reemplazadas con fibra óptica. Algunos proveedores han empezado a experimentar con fibra hasta la acera utilizando un híbrido fibra/coaxial. Un híbrido así permitiría la integración de fibra y coaxial en una ubicación residencial. Esta ubicación, llamada nodo, podría proveer el recibidor óptico que convierte los impulsos de luz en señales eléctricas. Luego las señales podrían ser dadas a hogares individuales mediante el cable coaxial.

Rede de Área Local (LAN) es un grupo colectivo de ordenadores, o sistemas de ordenadores, conectados entre sí y permitiendo software de programas o bases de datos compartidas. Universidades, edificios de oficinas, plantas industriales, etc. utilizan fibra óptica en sus sistemas LAN.

Las compañías de energía son un grupo emergente que han empezado a utilizar fibra óptica en sus sistemas de comunicación. La mayoría de los sistemas de energía ya usan sistemas de comunicación de fibra óptica para monitorizar los sistemas de redes de energía.

Fibras ópticas

Unos 10 millardos de datos digitales pueden ser transmitidos por segundo por un enlace de fibra óptica en una red comercial, suficiente para cargar miles y miles de llamadas telefónicas. Fibras tan delgadas como el cabello consisten en dos capas concéntricas de vidrio de sílice de alta pureza, el núcleo y revestimiento, los cuales están envueltos en una vaina protectora. Los rayos de luz modulados en pulsos digitales con un láser o un diodo que emite luz se mueven por el núcleo sin penetrar el revestimiento.

La luz queda confinada en el núcleo porque el revestimiento tiene una tasa menor de refracción, una medida de su habilidad para curvear la luz. La refinación en fibras ópticas, con el desarrollo de nuevos láser y diodos, podrán algún día permitir redes de fibra óptica comerciales cargar trillones de bits de datos por segundo.

La reflexión interna total confina la luz en las fibras ópticas. Dado que el revestimiento tiene un índice de refracción menor, los rayos de luz se reflejan de vuelta hacia el núcleo si encuentran el revestimiento en un ángulo llano (líneas rojas). Un rayo que exceda un cierto ángulo “crítico” escapa de la fibra (línea amarilla).

Figura 3. Fibra multimodo de índice escalonado.
Figura 3. Fibra multimodo de índice escalonado.

Fibra multimodo de índice escalonado (Step Index). Tiene un núcleo grande, de hasta 100 micrones en diámetro. Como resultado, algunos de los rayos de luz que hacen el pulso digital pueden viajar en una ruta directa, mientras que otros zigzaguean al rebotar en el revestimiento. Estos caminos alternativos causan los diferentes agrupamientos de rayos de luz, a estos se les refiere como modos, para llegar separadamente a un punto de recibimiento. El pulso, un agregado de modos diferentes, empieza a dispersarse, perdiendo su bien definida forma. La necesidad de dejar espacio entre pulsos para prevenir super posicionamiento limita el ancho de banda, es decir la información que puede ser enviada. Como consecuencia, este tipo de fibra es mejor utilizada para transmisión a distancias cortas, como en un endoscopio, por ejemplo.

Figura 4. Fibra multimodo de índice variable.
Figura 4. Fibra multimodo de índice variable.

Fibra multimodo de índice variable (Graded Index). Contiene un núcleo en el cual el índice de refracción disminuye gradualmente desde el centro del eje hacia el afuera, hacia el revestimiento. El índice de refracción más elevado que está en el centro hace que los rayos de luz que se mueven en el eje avancen más despacio que aquellos cerca del revestimiento. Además, en vez de zigzaguear por el revestimiento, la luz en el núcleo se curva helicoidalmente gracias al índice variable, reduciendo la distancia que viaja. El camino acortado y la mayor velocidad permiten a la luz en la periferia llegar al receptor casi en el mismo tiempo que los lentos pero rectos rayos en el eje del núcleo. El resultado: El pulso digital sufre menos dispersión.

Figura 5. Fibra monomodo.
Figura 5. Fibra monomodo.

Fibra monomodo Tiene un núcleo estrecho (ocho micrones o menos), y el índice de refracción entre el núcleo y el revestimiento cambia menos que el de fibras multimodo. La luz así viaja paralela al eje, creando poca dispersión de pulso. Las redes de teléfono y cable instalan millones de kilómetros de esta fibra cada año.