JAVIER A. MOSCOSO
ESCUELA INDUSTRIAL Nº 5
Aplicación Fibra Optica
4º AÑO “A”
2007
Principios básicos de la fibra óptica
La fibra óptica se usó inicialmente en las plataformas principales de las
redes de Telecomunicaciones, hoy se está instalando rápidamente en las
redes de distribución y ya está llegando al abonado.
Mientras la tecnología que soporta la fibra óptica es compleja, y su proceso
industrial muy sofisticado, el propio producto final es sorprendentemente
amistoso al usuario
El hecho es que, hoy, la tecnología de fibra óptica supera de lejos a la del
cobre, pero realmente es más fácil trabajar con ella.
Ya que el núcleo y el cladding circundante tienen composiciones diferentes,
la luz es atrapada dentro del núcleo. Al extremo opuesto, un receptor cambia los pulsos regresándolos a señales eléctricas.
El principio de operación de la fibra óptica esta basado en el principio de la
reflexión interna total. En la figura, n=Indice de Refracción. Cuando n1 > n2,
la fibra tiene Reflexión interna total.
Composición básica de una fibra óptica
La fibra óptica básica esta compuesto de tres capas concéntricas que
difieren en propiedades:
Núcleo (Core): La parte interna
que conduce la luz.
Revestimiento (Cladding): la
capa media que sirve para confinar la luz en el centro.
Buffer ó Recubrimiento: la
capa exterior que sirve como un
"amortiguador" para proteger al
núcleo y al cladding de algún
daño.
Las capas concéntricas de una fibra óptica incluye al núcleo que lleva la luz,
el cladding y el buffer de protección
¿Como se propaga la información (luz) en la fibra óptica?
La fibra óptica está compuesta por dos capas de vidrio, cada una con distinto
índice de refracción.
El índice de refracción del núcleo es mayor que el del revestimiento, razón por la cual, y debido a la diferencia de índices de refracción, la luz
introducida al interior de la fibra se mantiene y propaga a través del núcleo
Se produce por ende el efecto denominado de Reflexión Total
• La luz inyectada en el núcleo choca en las interfaces núcleo-clading
con un ángulo mayor que el ángulo crítico reflejándose hacia el núcleo
• Desde que los ángulos de incidencia y reflexión son iguales, el rayo
de luz continúa en zigzag sobre toda la longitud de la fibra.
La luz es atrapada en el núcleo.
La Luz que golpea las interfaces nucleo-clading con un grado menor al
ángulo crítico se pierde en el cladding.
Los Rayos de Luz con ángulo menor al ángulo crítico se pierden en el
cladding, las otras son atrapadas en el núcleo por la reflexión total de la
misma.
Los rayos de luz pueden entrar a la fibra óptica si el rayo se halla contenido
dentro de un cierto ángulo denominado CONO DE ACEPTACIÓN.
CONO DE ACEPTACIÓN
Un rayo de luz puede perfectamente no ser transportado por la fibra óptica si no cumple con el requisito del cono de aceptación.
El cono de aceptación está directamente asociado a los materiales con
los cuales la fibra óptica ha sido construida.
Cono de aceptación en Fibras ópticas
La apertura numérica (NA)
De acuerdo a la estructura de la fibra el índice del núcleo n1 es ligeramente superior a la de revestimiento n2 y su ángulo límite o crítico esta
representado por la siguiente expresión:
sen  0  n 2 /n1
Todos a los rayos que inciden con un angulo menor que ( 90 – α0 ) con
respecto al eje son conducidos por la fibra.
Conducción de la luz en un conductor de fibra óptica
Para acoplar al núcleo un rayo luminoso desde el exterior de la fibra (aire
con índice de refracción n0 =1), el ángulo (entre el rayo luminoso y el eje de
la fibra) se rige de acuerdo a la ley de refracción:
sen 
sen ( 90   0 )

n1
n0
 sen   n1 cos  0  n1 1  sen 2 0
Considerando la condición de ángulo límite: sen
0 
n2
n1
Se obtiene:
sen  
n n
2
1
2
2
El máximo ángulo de acoplamiento Θmax se denomina ángulo de aceptación
del conductor de fibra optica y depende únicamente de los indices de refracción
Al (sen Θmax ) se denomina Apertura Numerica (AN) del conductor de la Fibra
Optica
Observaciones:
• Una NA alto recoge más luz, pero se reduce el ancho de banda. Una
NA más bajo aumenta en ancho de banda.
• Una NA grande hace más fácil la inyección de la luz en una fibra,
mientras un NA pequeño tiende a dar un ancho de banda más grande en la fibra.
• Una NA grande permite una dispersión modal mayor permitiendo más
modos en los que la luz puede viajar. Un NA más pequeño reduce la
dispersión limitando el número de modos.
CARACTERISTICAS TECNICAS
La capacidad de transmisión de información que tiene una fibra óptica depende de tres características fundamentales
a) Del diseño geométrico de la fibra.
b) De las propiedades de los materiales empleados en su elaboración.
c) 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.
¿DE QUE ESTAN HECHAS?
La mayoría de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima abundante en comparación con el cobre. con unos kilogramos de vidrio pueden
fabricarse aproximadamente 43 kilómetros de fibra óptica. Los dos constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo y el revestimiento. El
núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que guía la luz.
Consiste en una o varias hebras delgadas de vidrio o de
plástico con diámetro de 50 a 125 micras. el revestimiento es la parte que rodea y protege al núcleo.
El conjunto de núcleo y revestimiento está a su vez rodeado por un forro o funda de plástico u otros materiales
que lo resguardan contra la humedad, el aplastamiento,
los roedores, y otros riesgos del entorno.
CARACTERISTICAS MECANICAS
La F.O. 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.
Limitaciones Térmicas: Estas limitaciones difieren en alto grado según se
trate de fibras realizadas a partir del vidrio o a partir de materiales
sintéticos.
COMPARACION CON OTROS MEDIOS DE COMUNICACION
COMPARACION CON LOS CABLES COAXIALES
Caracteristicas
Longitud de la Bobina (mts)
F i b r a O ptica
C o axial
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
COMUNICACIONES POR SATÉLITE vs FIBRA OPTICA
Es más económica la F.O. para distancias cortas y altos volúmenes de tráfico, por ej., para una ruta de 2000 km, 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.
Descargar

Descargar - Biblio ISES