LA FIBRA ÓPTICA

Todos los tipos de redes que emplean algún tipo de cableado, apuntan hacia la fibra óptica, en cualquiera de sus aplicaciones prácticas, llámese FDDI, ATM, o inclusive en redes LAN con el estándar 100BaseF, que emplea un par de fibras ópticas para mover información a lo largo de toda la red. En la actualidad ya existe gran cantidad de redes en todo el mundo que emplean la fibra óptica como un elemento importante dentro de la red, particularmente cubriendo el papel del backbone o medio de transmisión vertebral, uniendo dos edificios, oficinas de un campus, poblaciones cercanas, etc.

Este es el medio de transmisión de datos inmune a las interferencias por excelencia, con seguridad debido a que por su interior dejan de moverse impulsos eléctricos, inmune a los ruidos del entorno que alteren la información. Al conducir luz por su interior, la fibra óptica no es propensa a ningún tipo de interferencia electromagnética o electrostática.

La fibra es un hilo fino de vidrio generalmente o plástico, cuyo grosor puede asemejarse al de un cabello, capaz de conducir la luz por su interior. Generalmente esta luz es de tipo infrarrojo y no es visible al ojo humano. La modulación de esta luz permite transmitir información tal como lo hacen los medios eléctricos

Se usa para transmitir señales digitales de datos en forma de pulsos de modulos de luz.

La fibra óptica se usa tanto para la transmisión de banda base como para transmisión de banda ancha.Los anchos de banda de tres gigahertz son accesibles compatibles con este tipo de cable. Debido a su constitución puede alcanzar grandes distancias que van desde los 1000m hasta los 10 km, más sin embargo la distancia máxima recomendada por el IEEE es de 1000 metros.

El ancho de banda de la fibra óptica permite transmitir datos, voz, vídeo, etc. permite realizar tendidos sin necesidad de repetidores.La fibra óptica es resistente a la corrosión y a las altas temperaturas. También es inmune a los efectos electromagnéticos externos, por lo que se puede utilizar en ambientes industriales sin necesidad de protección especial.

La estructura de la fibra óptica es relativamente sencilla, aunque la mayor complejidad radica en su fabricación. La fibra óptica está compuesta por dos capas, una de denominada Núcleo (Core) y la otra denominada Recubrimiento (Clad). La relación de diámetros es de aproximadamente 1 de recubrimiento por 3 de núcleo, como se ilustra en la figura 1. El extra delgado hilo de vidrio está cubierto por una capa plástica que le brinda la protección necesaria, aunque normalmente un gran conjunto de fibras se unen entre sí para obtener mayor seguridad.

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 la luz introducida al interior de la fibra se mantiene y propaga a través del núcleo. Se produce por ende el efecto denominado de Refracción Total, tal como se ilustra acontinuación..

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. 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. En seguida se ilustra todo lo dicho.

Respecto a atenuaciones producidas dentro de otros medios de transmisión, la fibra óptica presenta niveles de atenuación realmente bajos que permiten transmitir luz por varios kilómetros sin necesidad de reconstruir la señal (regenerar).

Todo rayo de luz se halla dentro de un espectro posible. El espectro incluye en la parte más izquierda, los rayos de luz de menor longitud de onda, pero que poseen más energía, denominados ultravioletas. En el otro extremo, se halla las luces de mayores longitudes de onda, pero que poseen menor energía, a las que se denomina infrarrojas. Un intervalo relativamente pequeño de todo este espectro, que se halla entre los colores violeta y rojo, es el que el ojo humano puede apreciar. Son precisamente las luces que se hallan dentro del espectro correspondiente a los infrarrojos los que se emplean para transmitir información por el interior de las fibras ópticas.

Este cable está constituido por uno o más hilos de fibra de vidrio. Cada fibra de vidrio consta de:

La luz producida por diodos o por láser, viaja a través del núcleo debido a la reflexión que se produce en la cubierta, y es convertida en señal eléctrica en el extremo receptor.

La fibra óptica es un medio excelente para la transmisión de información debido a sus excelentes características: gran ancho de banda, baja atenuación de la señal, integridad, inmunidad a interferencias electromagnéticas, alta seguridad y larga duración. Su mayor desventaja es su coste de producción superior al resto de los tipos de cable, debido a necesitarse el empleo de vidrio de alta calidad y la fragilidad de su manejo en producción. La terminación de los cables de fibra óptica requiere un tratamiento especial que ocasiona un aumento de los costes de instalación.

Uno de los parámetros más característicos de las fibras es su relación entre los índices de refracción del núcleo y de la cubierta que depende también del radio del núcleo y que se denomina frecuencia fundamental o normalizada; también se conoce como apertura numérica y es adimensional.

Las fibras ópticas se clasifican de acuerdo al modo de propagación que dentro de ellas describen los rayos de luz emitidos. En esta clasificación existen tres tipos:

Los tipos de dispersión de cada uno de los modos pueden ser apreciados en la figura siguiente:

En la fibra monomodo un único modo electromagnético viaja a través de la línea, por lo que se le da el nombre de monomodo.

En este tipo de fibra, los rayos de luz transmitidos por la fibra viajan linealmente. Se puede considera como el modelo más sencillo de fabricar, y sus aplicaciones son concretas.

Debido a que se utilliza al láser como emisor de luz para mandar la información, sino se maneja con cuidado puede dañar a quien la maneja o instala, ya que la luz, de láser es altamente dañina al ojo humano cuendo se ve directamente, por lo que su manejo es muy delicado.

Se dice que una fibra es monomodo cuando cumple ciertas condiciones. Actualmente, lo que significa es que la fibra trabaja con un solo modo, y no tiene ningún modo que dependa de su forma o del material. Las condiciones se establecen en una ecuación de la forma:

La ecuación puede manipularse para encontrar el tamaño permitido del núcleo para un formato y tipo de cubierta si se conocen los índices de refracción del núcleo y la cubierta. Esto, equivale a decir que en monomodo se considera que solamente se ransmite una frecuencia e luz.

Cuando el valor de la apertura numérica es inferior a 2'405, un único modo electromagnético viaja a través de la línea y por tanto ésta se denomina monomodo.

Este tipo de fibras necesitan el empleo de emisores láser para la inyección de la luz, lo que proporcionan un gran ancho de banda y una baja atenuación con la distancia, por lo que son utilizadas en redes metropolitanas y redes de área extensa. Por contra, resultan más caras de producir y el equipamiento es más sofisticado.

Es utilizado principalmente en telefonía y en telecomunicaciones para alcanzar grandes distancias, esto se debe a que el espectro de luz recorre varios miles de metros antes de requerir algún repetidor. Generalmente se maneja con rayo láser, permitiendo la entrada al centro(core) de un solo rayo de luz, lo que le brinda una clara y fina señal hasta el final del cable.

En ella se transmiten varios modos electromagnéticos por la fibra, denominándose por este motivo fibra multimodo.

Se dice que una fibra óptica es multimodo, si bien el diámetro del nucleo o los índices de refracción del núcleo y de la cubierta son mayores que los límites establecidos por la ecuación expresada anteriormente, para operación en monomodo. Cuando se trabaja en multimodo habrá muchos rayos de luz diferentes, cada uno de ellos viajando con un ángulo e reflexión distinto pero siempre menores que el ángulo crítico, viajando a lo largo del núcleo.

En la ecuación anterior se supone que los índices de refracción del núcleo y la cubierta son uniformes y que el cambio del índice de refracción de la frontera de ambos es abrupto. Es posible tener un material de tipo gradual de manera que haya un cambio gradual en el ídice de refracción desde el centro hacia el exterior. Esto disminuye la dispersión modal a lo largo de las fibras de luz multimodo.

Cuando el valor de la apertura numérica es superior a 2'405, se transmiten varios modos electromagnéticos por la fibra, denominándose por este motivo fibra multimodo.

La fibra mutimodo se usa generalmente en aplicaciones en donde las distancias son pequeñas (10 km por ejemplo), como es el caso de las redes de área local. Este tipo de fibra es mas barata que la fibra monomodo.Debido a que el ancho del centro de es este tipo de fibra es mayor, admite varios rayos entre el core(centro) al mismo tiempolo que provoca un decremento en el ancho de banda soportado por la fibra.

Estas fibras son las más utilizadas en las redes locales por su bajo coste. Los diámetros más frecuentes 62'5/125 y 100/140 micras. Las distancias de transmisión de este tipo de fibras están alrededor de los 2'4 kms. y se utilizan a diferentes velocidades: 10 Mbps, 16 Mbps y 100 Mbps.

Este tipo de fibra, se denomina de multimodo índice escalonado. La producción de las mismas resulta adecuado en cuanto a tecnología y precio se refiere. No tiene una capacidad tan grande, pero la calidad final es alta. El índice de refracción del núcleo es uniforme para todo el mismo, en realidad describe la forma general de la fibra óptica

Este tipo de fibra son más costosas, y tienen una capacidad realmente amplia. La tecnología de fabricación de las mismas es realmente importante. Sus costos son elevados ya que el índice de refracción del núcleo varía de más alto, hacia más bajo en el recubrimiento. Este hecho produce un efecto espiral en todo rayo introducido en la fibra óptica, ya que todo rayo describe una forma helicoidal a medida que va avanzando por la fibra

La luz utilizada en el tipo de fibra multimodo no causa ningun daño al ojo humano, por lo que se puede ver directamente al cable sin temor a perder la vista.

El tipo de fib ra más usada por ETHERNET es la fibra multimodo grade index, 62.5/125µ

Los términos monomodo y multimodo poseen un significado importante con respecto a la transmisión de la luz a través de la fibra óptica. Se ha apuntado que si la fibra óptica tiene un diámetro muy pequeño del orden de las millonésimas de metro, y que en ciertas condiciones pueden implicar la utilización de un material u otro para el núcleo y la cubierta, los rayos de luz seguirán prácticamente el mismo camino a lo largo del núcleo, desde un extremo de la fibra al otro. Esta es la llamada transmisión monomodo. En ella no es necesario mantener la polarización de entrada, pero sí es posible hacer que esta polarización permanezca constante durante la transmisión a través de la fibra, si la fibra es "deformada" adecuadamente durante su fabricación. Es decir, el núcleo de la fibra se fabrica de forma que no provoque un gran cambio de la polarización de la luz durante la transmisión. Una fibra óptica multimodo tiene un núcleo mayor y los rayos de luz viajarán siguiendo muchos caminos diferentes entre la entrada y la a salida, dependiendo de sus frecuencias, de sus longitudes de onda y del ángulo de inserción.

Existen dos tipos de fibras, de índice abrupto, que significa un cambio abrupto en el índice de refracción del núcleo y la cubierta de la fibra. El otro tipo es de índice gradual, que expresa un cambio gradual en el índice de refacción del núcleo que se consigue modificando el material que forma el núcleo de una manera gradual, desde el centro del mismo hasta su frontera con la cubierta.

Se ha descubierto que con un índice de refracción gradual en el material de la fibra, podría conseguirse una especie de transmisión monomodo. De esta manera, se conserva el formato de los impulsos, su número y la información se transmite fielmente, ya que la señal se propaga uniformemente a lo largo de la fibra, teniendo pérdidas, pero es posible que no exista una importante distorsión del impulso. Pero si se trata de una fibra que opera en multimodo, al ser alta la frecuencia de entrada, entonces se puede obtener algunos elementos de la señal, tales como los de frecuencia, viajando por la fibra a una velocidad superior a otros elementos, y lo que aparecerá será un problema de distorsión por dispersión.

Las fibras ópticas presentan limitaciones químicas que adquieren mayor intensidad para determinadas longitudes de onda, a los efectos de la irradiación, determinándose que los láseres de elevada potencia pueden motivar cierto deterioro.

La irradiación conduce a modificar el color del material transparente de las fibras, produciendo su oscurecimiento. El vidrio irradiado está constituido por menor cantidad de sílice y mas óxido de plomo. El cuarzo en estado de extrema pureza se halla menos afectado por la irradiación, pero existe mayor dificultad en convertirlo en fibras.

Aún cuando resulten de costo elevado, las fibras de silice fundida dopadas con germanio presentan muy buena resistencia a la irradiación, pero el tiempo de restauración de una capacidad transmisora del 50% de la capacidad inicial resulta inferior al de ciertas fibras de material sintético.

Estas limitaciones difieren en alto grado, según se trate de fibras realizadas a partir del vidrio o a partir de materiales sintéticos. Estos han sido previstos para temperaturas que van desde -40 hasta +80 grados centígrados.

Ya que el calor puede proceder de distintas fuentes, es conveniente hacer uso de sistemas de filtraje que actúen para la para la protección de las fibras frente a una eventual elevación del calor.

Las fibras hechas de vidrio no son afectadas por ello hasta +120 grados centígrados, precisando ser protegidas de luz infrarroja.

Se trata de dos formas de enlazar las fibras ópticas, dándose el nombre de empalme al dispositivo o modalidad que hace posible la transferencia de energía lumínica entre portadores físicos, mientras que recibe el nombre de conexión el dispositivo o modalidad que hace posible la continuidad de la luz en las fibras portadoras hasta llegar a su incidencia sobre el área activa del fotodetector.

En la práctica la eficiencia en la conexión o en el empalme es de gran importancia, existiendo parámetros diferentes para la instalación y conservación diferentes a los que se presentan en el caso de los conductores metálicos convencionales, luego se hace necesario evitar :

La ineficacia de los empalmes o conexiones motiva, como mínimo, una disminución en el rendimiento de una red. Los distintos métodos de empalme incluyen entre otros al método de fusión por arco, la conexión a base de caldeo, empalme con dispositivo electrónico y hecho con dos fibras.

VENTAJAS	DESVENTAJAS
Altas velocidades	Más caro que otros tipos
No es susceptible al ruido	No esta dentro de los estándares de la IEEE (draft)
Se utiliza como backbone de redes de área local	Limitado (practicamente) a altas velocidades, punto a punto
soporte a datos, video y voz	Requiere de personal capacitado para su instalación y matenimiernto