¿Cómo funcionan realmente los cables de comunicaciones de fibra óptica?
En su forma más básica, un cable de fibra óptica de comunicaciones se compone de hilos de vidrio, como hilos, aproximadamente el diámetro del cabello humano, cada uno de los cuales puede transmitir mensajes modulados en ondas de luz a la velocidad de la luz. Ofrecen un mayor ancho de banda que el cable de alambre de cobre y se han convertido en la opción de referencia para satisfacer las demandas de la edad de Internet, donde las grandes cantidades de datos (por ejemplo, aplicaciones de transmisión) deben distribuirse a miles de suscriptores, a millas de distancia e instantáneamente. Los cables de fibra óptica no solo se encuentran en los sistemas de comunicaciones, sino que también se utilizan en redes industriales, detección y aplicaciones de aviónica.
El primer paso para comprender cómo funciona la fibra óptica es comprender lo que sucede cuando envía luz a través del aire o el agua. La luz viaja como una ola. Cuando pasa por el aire, la ola pierde algo de energía y se extiende más. El resultado es que el haz de luz se vuelve más amplio y menos intenso. Esta pérdida de intensidad se llama atenuación.
Sin embargo, cuando la luz ingresa al agua, no pierde ninguna energía. En cambio, se dobla alrededor de las moléculas de agua, lo que hace que pase la luz. El agua también ralentiza la velocidad de la luz por un factor de 1/V2 donde V es la velocidad de la luz en el agua. Esto significa que la luz que viaja a través del agua viajará más lejos que si viajara por el aire. Las fibras ópticas usan estos principios para transportar datos de un punto a otro.
La mayoría de las fibras ópticas en uso hoy consisten en hebras de vidrio (el núcleo) hechas de sílice pura rodeada de material de revestimiento hecho de sílice dopada. El núcleo es tan pequeño que solo un solo rayo de luz en una longitud de onda particular puede viajar hasta el final. Estas se llaman fibras de modo único. En este diseño, la capa de revestimiento tiene un índice de refracción más bajo y actúa como un espejo para mantener el modo dentro del núcleo. Este fenómeno se conoce como reflexión interna total.
El rendimiento de las fibras ópticas depende de qué tan bien puedan transmitir la luz. Una forma de medir esto es medir la pérdida de retorno (también llamada pérdida de inserción) de la fibra. La pérdida de retorno se define como la relación entre la potencia en la dirección hacia adelante y la potencia en la dirección inversa. Si la pérdida de retorno es alta, se perderá más luz al viajar a través de la fibra que si la pérdida de retorno fuera baja.
Ventajas de los cables de fibra óptica
Las fibras ópticas tienen muchas ventajas sobre los cables de cobre tradicionales:
1. Rendimiento de transmisión de la alta velocidad
Los medios de fibra óptica transmiten señales a través de pulsos de fotones, y su velocidad de transmisión puede alcanzar miles de veces que los de los cables de cobre (típicamente 100+ GBP), que es particularmente adecuado para escenarios de aplicación con requisitos estrictos en tiempo real como la transmisión de medios de transmisión 4K/8K y los servicios de computación de nubes. La fibra óptica de modo único ha alcanzado una tasa de transmisión innovadora de 1 petabit/s en ambientes de laboratorio.
2. Capacidad de ancho de banda de ultra-larga
Gracias a la aplicación madura de la tecnología de multiplexación de división de longitud de onda (WDM), una sola fibra óptica puede transportar simultáneamente señales ópticas de diferentes longitudes de onda, como la banda C (1530-1565 nm) y L-Band (1565-1625} NM). A través de la tecnología de multiplexación de división de longitud de onda densa (DWDM), se pueden lograr más de 96 canales de transmisión paralela de una sola fibra, lo que alcanza teóricamente cientos de capacidad de ancho de banda a nivel de TBPS.
3. Características de transmisión de pérdidas de ultra-bajo
La fibra óptica de cuarzo tiene un coeficiente de atenuación de 0. 2db/km en la ventana 1550nm. Con la tecnología del amplificador de fibra dopada con Erbium (EDFA), puede lograr una distancia de transmisión sin relevos de más de 100 km. En comparación, la pérdida de cable de cobre CAT6A es de 21.3dB por 100 metros a 100MHz.
4. Características de inmunidad electromagnética
La fibra óptica utiliza la estructura de la guía de onda dieléctrica SiO₂ para transmitir señales, que evita fundamentalmente los problemas de interferencia electromagnética (EMI) y interferencia de radiofrecuencia (RFI) que enfrentan los cables de cobre. Esta característica hace que sea insustituible para el cableado en entornos electromagnéticos fuertes, como subestaciones de alto voltaje (mayor o igual a 500 kV) y salas de equipos de resonancia magnética médica.
5. Mecanismo de seguridad de transmisión
El riesgo de fuga de información del sistema de fibra óptica existe principalmente en el equipo de terminación. No hay radiación electromagnética durante la transmisión. La tecnología OTDR puede monitorear la anomalía de pérdida óptica a nivel de 0. 01DB en tiempo real. Según el estándar NIST SP 800-53, la seguridad de la capa física del canal de fibra óptica alcanza el nivel de protección de Clase III, que excede con creces el nivel de clase I de cable de cobre.
Tipos de cable de fibra óptica de comunicación
Hay 2 tipos básicos de fibras, modo único y multimodo. La fibra óptica de modo único es más pequeño en el diámetro del núcleo (8. 3-10 microns) y tiene ventajas en términos de ancho de banda y alcanza distancias más largas, mientras que las fibras ópticas multimodo tienen diámetros centrales más grandes (50 micras o más) y se requieren fácilmente la mayoría de las distancias requeridas en las redes de entérprisos y centrales de datos, a un costo de costo típicamente inferior a las instalaciones de un solo modo.
La tecnología de fibra óptica se usa de muchas maneras hoy en día. Se utiliza para transmitir señales de voz y video, transportar datos de la computadora y para enviar información a largas distancias.
Las fibras ópticas se utilizan para fabricar endoscopios que permiten a los médicos ver dentro del cuerpo humano y realizar cirugía sin la necesidad de procedimientos invasivos del bisturí. Las fibras centrales grandes pueden transportar energía láser para facilitar la eliminación de tatuajes, la limpieza de monumentos históricos y el poder de los sistemas de defensa dirigidos por láser.
La detección de fibra óptica distribuida (DFOS) permite que la longitud completa de una fibra óptica se use como dispositivo de detección. Estructuras como tuberías de combustible, puentes y alas de aeronaves pueden tener fibras ópticas integradas en ellas para detectar parámetros tales como tensión, temperatura o sonido y ayudar a garantizar su integridad estructural.
