Ventajas de la comunicación por fibra óptica
● Gran capacidad de comunicación
● Larga distancia de relevo
● Inmune a las interferencias electromagnéticas
● Recursos abundantes
● Fibra óptica ligera y de pequeño tamaño.
Una breve historia del desarrollo de las comunicaciones ópticas
● Hace más de 2000 años: torres de baliza: luces, señales de banderas
● 1880: Teléfono óptico – comunicación óptica inalámbrica
● 1970: Comunicación por fibra óptica
● 1966: El Dr. Kao Kuen, el "padre de la fibra óptica", propuso por primera vez la idea de la comunicación por fibra óptica.
● 1970: Kapron de Corning Institution produjo fibra óptica con una pérdida de 20 dB/km.
● 1977: Primera línea comercial de 45 Mb/s en Chicago.
Espectro electromagnético
Refracción/Reflexión y Reflexión Interna Total de la Luz
Debido a que la luz viaja a diferentes velocidades en diferentes sustancias, cuando la luz viaja de una sustancia a otra, la refracción y la reflexión ocurren en la interfaz entre las dos sustancias. Además, el ángulo de la luz refractada cambia con el ángulo de la luz incidente. Cuando el ángulo de la luz incidente alcanza o excede un cierto ángulo, la luz refractada desaparece y toda la luz incidente se refleja hacia atrás; Esta es una reflexión interna total. Diferentes materiales refractan luz de la misma longitud de onda en diferentes ángulos (es decir, diferentes materiales tienen diferentes índices de refracción) y el mismo material refracta luz de diferentes longitudes de onda en diferentes ángulos. La comunicación por fibra óptica se basa en estos principios. Distribución de reflectividad: un parámetro importante que caracteriza los materiales ópticos es el índice de refracción, indicado por N. La relación entre la velocidad de la luz C en el vacío y la velocidad de la luz V en un material es el índice de refracción del material.
N＝C/V
El índice de refracción del vidrio de cuarzo utilizado en las comunicaciones por fibra óptica es de aproximadamente 1,5.
Estructura de fibra óptica
Un cable de fibra óptica desnudo generalmente consta de tres capas:
Primera capa: un núcleo de vidrio de alto-índice de refracción- (el diámetro del núcleo es generalmente de 9-10 μm, (monomodo) 50 o 62,5 (multimodo).
Segunda capa: un revestimiento de vidrio de silicio de bajo-índice de refracción-en el medio (el diámetro suele ser de 125 μm).
Tercera capa: un recubrimiento de resina de refuerzo más externo.
Conocimientos básicos de la luz.
1) Núcleo: Alto índice de refracción, utilizado para transmitir luz;
2) Recubrimiento: El bajo índice de refracción, junto con el núcleo, forma las condiciones para una reflexión interna total;
3) Chaqueta: Alta resistencia, puede soportar mayores impactos y protege la fibra óptica.
Cable de Fibra Óptica 3mm Naranja MM Multimodo
Amarillo SM monomodo
Dimensiones del cable de fibra óptica:
El diámetro exterior suele ser de 125 µm (un cabello humano promedio mide 100 µm)
Diámetro interior: monomodo-9 µm, multimodo 50/62,5 µm
Apertura numérica
No toda la luz que incide sobre el extremo de una fibra óptica se transmite a través de la fibra; sólo se transmite la luz que incide dentro de un cierto rango angular. Este ángulo se llama apertura numérica de la fibra óptica. Una apertura numérica mayor es ventajosa para el empalme de fibra óptica. La apertura numérica varía entre fibras ópticas fabricadas por diferentes empresas.
Tipos de fibras ópticas
Según el modo de transmisión de la luz dentro de la fibra, las fibras ópticas se pueden clasificar en:
Modo múltiple-(MM)
Modo único-(SM)
Fibra multi-modo: tiene un núcleo de vidrio central más grueso (50 o 62,5 μm), lo que permite la transmisión de múltiples modos de luz. Sin embargo, su dispersión intermodal es significativa, lo que limita la frecuencia de las señales digitales transmitidas, y esta limitación empeora con el aumento de la distancia. Por ejemplo, una fibra de 600 MB/km sólo tendrá un ancho de banda de 300 MB/km a 2 km. Por lo tanto, la fibra multi-modo tiene una distancia de transmisión relativamente corta, normalmente sólo unos pocos kilómetros.
Fibra monomodo-: tiene un núcleo de vidrio central más delgado (normalmente de 9 o 10 μm de diámetro), lo que permite que solo se transmita un modo de luz. Es esencialmente un tipo de fibra de índice escalonado, pero con un diámetro central muy pequeño. En teoría, solo permite que un único camino de luz en línea recta- entre en la fibra y se propague en línea recta dentro del núcleo. El ensanchamiento del pulso de las fibras es mínimo. Por tanto, su dispersión intermodal es muy pequeña, lo que lo hace adecuado para comunicaciones de larga-distancia. Sin embargo, su dispersión cromática juega un papel importante, lo que significa que la fibra monomodo-tiene altos requisitos para el ancho espectral y la estabilidad de la fuente de luz, es decir, el ancho espectral debe ser estrecho y la estabilidad debe ser buena.
Clasificación de fibra óptica
Por material:
● Fibra de Vidrio: Tanto el núcleo como el revestimiento son de vidrio. Bajas pérdidas, larga distancia de transmisión, alto costo.
● Fibra de Silicona con Funda: El núcleo es de vidrio, el revestimiento es de plástico. Características similares a la fibra de vidrio, menor coste.
● Fibra Plástica: Tanto el núcleo como el revestimiento son de plástico. Alta pérdida, distancia de transmisión muy corta, precio muy bajo. Ampliamente utilizado en electrodomésticos, equipos de audio y transmisión de imágenes a corta-distancia.
● Por ventana de frecuencia de transmisión óptima: fibra monomodo-convencional y fibra de dispersión-monomodo-desplazada.
● Convencional: Los fabricantes de fibra optimizan la frecuencia de transmisión de la fibra para una sola longitud de onda, como 1300 nm.
● Dispersión-desplazada: los fabricantes de fibra optimizan la frecuencia de transmisión de la fibra para dos longitudes de onda, como 1300 nm y 1550 nm.
● Cambiado abruptamente: el índice de refracción cambia abruptamente desde el núcleo hasta el revestimiento de vidrio. Bajo coste, alta dispersión intermodal. Adecuado para comunicaciones de corta-distancia y baja-velocidad, como el control industrial. Sin embargo, las fibras monomodo-tienen una dispersión intermodal muy baja, por lo que todas son fibras de índice graduado-.
●Fibras de índice graduado-: el índice de refracción disminuye gradualmente desde el núcleo hasta el revestimiento, lo que permite que la luz de modo alto-se propague de forma sinusoidal. Esto reduce la dispersión intermodal, aumenta el ancho de banda de la fibra y amplía la distancia de transmisión, pero es más caro. La mayoría de las fibras multimodo actuales son fibras de índice-graduadas.
