CAPITULO I TOPICOS DE FIBRA OPTICA

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1 TELECOMUNICACIONES III CAPITULO I TOPICOS DE FIBRA OPTICA 1.1 Breve historia de la fibra óptica En 1870, John Tindall demostró que la luz sigue la curvatura de un flujo de agua vertiéndose de un contenedor. Este principio tan simple, fue un motivo de estudio y desarrollo de aplicaciones basados en este fenómeno. John Logie Baird patentó un método de trasmitir luz a través de una barra de vidrio para ser utilizada en un rústico televisor en color, pero los materiales de la época hicieron este proyecto inviable. En 1950, fue un año de cierto éxito en la transmisión de imágenes por medio de fibra óptica, y en particular en el mundo médico, ya que se empezó a utilizar en algunos instrumentos médicos. En 1966 Charles Kao y George Hockman propusieron la transmisión de información sobre fibra de vidrio, y sugirieron que una menor cantidad de cables era posible. Estas fueron las bases para mejorar las pérdidas de señal óptica que hasta el momento eran significativas y no permitían un buen aprovechamiento de esta tecnología. Hoy en día, se ha minimizado enormemente estas pérdidas si las comparamos con el proyecto inicial de Kao y Hockman. A partir de esta fecha empiezan a producirse eventos que darán como resultado final la implantación y utilización cada vez mayor de la Fibra Óptica como alternativa a los cables de cobre: A continuación realizamos una breve historia del desarrollo de la fibra óptica Corning obtiene fibras con atenuación 20 db/km Fibra Óptica con núcleo líquido con atenuación 8 db/km Corning obtiene Fibra Óptica de SiO2 de alta pureza con atenuación 4 db/km y deja obsoletas a las de núcleo líquido NTT y Fujicura obtienen Fibra Óptica con atenuación 0,47 db/km en nm, muy próximo al límite debido a factores intrínsecos (Rayleigh) Se alcanzan atenuaciones 0,12 db/km con fibras monomodo en 1550 nm. También en 1975 se descubría que las F.O. de SiO2 presentan mínima dispersión en

2 torno a 1300 nm, lo cual suponía disponer de grandes anchuras de banda para la transmisión, en cuanto la dispersión del material de la fibra constituye un factor intrínseco limitativo. Las nuevas posibilidades que ofrecían las F.O. también estimularon la investigación hacia fuentes y detectores ópticos fiables, de bajo consumo y tamaño reducido: 1970 Primer láser de AIGaAs capaz de operar de forma continúa a temperatura ambiente. Sin embargo, el tiempo de vida medio era de unas pocas horas. Desde entonces, los procesos han mejorado y hoy es posible encontrar diodos láser con más de horas de vida media La Corming ya consigue fabricar, en pequeña escala, para pruebas en laboratorio. Fibras ópticas con atenuación del orden de 4dB por km. Hoy en día las atenuaciones de las fibras ópticas, dependiendo de las longitudes de onda utilizados sitúan entre 0,2 y 0,4 db por Km Con este desarrollo, es posible Sistemas de Telecomunicaciones Ópticos y así en 1975 fue instalado para la policía de Dorset, en Inglaterra, el primer enlace de Fibra óptica. En este mismo año el gobierno americano interconecto con fibras ópticas la red local del sistema NORAD (sistema de defensa) localizado en el interior de la Montaña Cheyenne Es implementado por la Western Electric en Atlanta, un enlace de fibra óptica con extensión de 2,5Km para voz y datos, a una tasa de 44.7 Mb/s Es instalado por la Bell, en el centro de chicago, utilizando un cable multi fibra, la primera red óptica de una empresa de telecomunicaciones. Teniendo la capacidad de transportar 54Mb/s y la distancia entre las centrales telefónicas es de 2,6Km. En este mismo año se instala un sistema óptico de 6Mb/s en Long Beach. California por la General Telephone and Electronics El sistema Bell inagura en 1980 la primera red óptica nacional, interconectada a la capital de Washington y la ciudad de Cambridge, en el estado de Massachusetts En diciembre de 1988 se inagura la primera red óptica internacional por el lanzamiento del cable de fibra óptica Submarino TAT-8, usando laser de 1,3 micrómetros en fibra monomodo.

3 1991 En el inicio del 1991, la NTT ( Nippon Telegraph and Telephone Corporation) en Japón demostró la transmisión de solitons, a través de un millón de kilómetros de fibra óptica Más de treinta años pasaron desde la fabricación de la primera fibra óptica y hoy más del 80% de todo el tráfico del mundo es transmitido a través de Fibras ópticas, siendo su utilización cada vez mayor. Entre 1993 y 2004, las comunicaciones ópticas se desarrollaron intensamente, y la fibra que ya es utilizada en redes de cobre (enlaces nacionales, continentales y mundiales), pasaran a ser aplicadas en enlace de redes metropolitanas (entre ciudades) y en redes de acceso (enlace local en la ciudad). La primera red óptica instalada en América latina trabaja desde La red RPN (Red Nacional de Enseñanza e investigación), posee 27 puntos de presencia e interconecta principalmente universidades federales y centros de investigación en el Brasil. Actualmente soluciones FTTx para distribución de acceso en la última milla también ya son utilizadas en los grandes centros de investigación y algunos países. 1.2 Transmisión de Luz La luz se mueve a la velocidad de la luz en el vacío, sin embargo, cuando se propaga por cualquier otro medio, la velocidad es menor. Así, cuando la luz pasa de propagarse por un cierto medio a propagarse por otro determinado medio, su velocidad cambia, sufriendo además efectos de reflexión (la luz rebota en el cambio de medio, como la luz reflejada en los cristales) y de refracción (la luz, además de cambiar el modulo de su velocidad, cambia de dirección de propagación, por eso vemos una cuchara como doblada cuando está en un vaso de agua, la dirección de donde nos viene la luz en la parte que está al aire no es la misma que la que está metida en el agua). Dependiendo de la velocidad con que se propague la luz en un medio o material, se le asigna un Índice de Refracción "n", un número deducido de dividir la velocidad de la luz en el vacío entre la velocidad de la luz en dicho medio. Los efectos de reflexión y refracción que se dan en la frontera entre dos medios dependen de sus Índices de Refracción.

4 Figura 1.1 Variación del índice de refracción con la longitud de onda 1.3 La Fibra Óptica Diferentes definiciones de lo que a fibra óptica se refiere, es por ello que a continuación presentamos las más relevantes. Fibra o varilla de vidrio (compuestos de cristales naturales) o plástico (cristales artificiales), con un índice de refracción alto, que se emplea para transmitir luz. Cuando la luz entra por uno de los extremos de la fibra, se transmite con muy pocas pérdidas incluso aunque la fibra esté curvada. Un filamento de vidrio sumamente delgado y flexible (de 2 a 125 micrones) capaz de conducir rayo ópticos (señales en base a la transmisión de luz). Las fibras ópticas poseen capacidades de transmisión enormes, del orden de miles de millones de bits por segundo. Se utilizan varias clases de vidrios y plásticos para su construcción. Una fibra es un conductor óptico de forma cilíndrica que consta del núcleo (core), un recubrimiento (cladding) que tienen propiedades ópticas diferentes de las del núcleo y la cubierta exterior (jacket) que absorbe los rayos ópticos y sirve para proteger al conductor del medio ambiente así como darle resistencia mecánica. Material transparente cubierto por un revestimiento transparente que tiene un coeficiente de refracción menor, ambos normalmente de fibra. Debido a esta disposición, pueden transmitirse rayos de luz a través de ella.

5 Elemento discreto de transmisión óptica consistente normalmente en un núcleo y en un revestimiento, ambos de fibra. Al ser un sistema de guía de luz normalmente cilíndrico, se compone de un material dieléctrico transparente con un determinado índice de refracción menor; o de un cilindro cuyo índice de refracción va disminuyendo progresivamente según nos vayamos alejando del eje del cilindro. La fibra debido a su refracción interna transmite luz a través de su eje longitudinal la luz entra por uno de sus extremos y sale por el otro, con pérdidas que dependen de la longitud, absorción, dispersión y otros factores. Cilindro o núcleo de material dieléctrico transparente rodeado por un segundo material dieléctrico. Para poder propagar luz, el índice de refracción del material del núcleo es mayor que el del material que lo cubre. Hoy en día la fibra óptica es un medio para trasportar luz con diferentes fines, por ejemplo: como lentes flexibles para cámaras en operaciones quirúrgicas ó para espionaje, iluminar lugares de difícil acceso y como función decorativa. Pero la aplicación de mayor interés se ubica en las comunicaciones de alta velocidad y gran ancho de banda. Para darse una idea de la importancia del uso de la fibra óptica en comunicaciones cabe mencionar que en los 30 años desde el descubrimiento de la fibra con bajas pérdidas, más de 300 millones de Km. de fibra óptica se han desplegado a nivel mundial. Estas fibras pueden manejar más información que todo los miles de millones de kilómetros de cables de cobre instalados durante el último siglo; sería necesario 2 toneladas métricas de alambre de cobre para transmitir la información que se puede con un poco más de 1 Kg. de fibra. En laboratorio hoy, una sola fibra puede transmitir el equivalente de 60 millones de llamadas telefónicas simultáneas." (Dr. Donald Keck.1999).

6 La geometría típica de la fibra óptica se muestra en la figura 1.2 Figura 1.2 Geometría de la fibra óptica Core (Núcleo): La parte interna que conduce la luz, es el centro dieléctrico en una fibra óptica cuyo índice de refracción es mayor que el índice de refracción del medio que la envuelve. Cladding (Revestimiento o envoltura): la capa media que sirve para confinar la luz en el centro, fundido al núcleo de la fibra óptica. Buffer (Recubrimiento): La capa exterior que sirve como un amortiguador para proteger al núcleo y al revestimiento de algún daño (envoltura de protección mecánica y evita la penetración de rayos de luz.) 1.4 Características Técnicas: Es un medio de transmisión de información (en forma analógica o digital). Las ondas electromagnéticas viajan en el espacio a la velocidad de la luz. Ella está compuesta por una región cilíndrica (por donde se efectúa la propagación), denominada núcleo y de una zona externa al núcleo y coaxial con él, totalmente necesaria para que se produzca el mecanismo de propagación, y que se denomina envoltura o revestimiento.

7 Figura 1.3 Características técnicas Su capacidad de transmisión de información va a depender de tres características fundamentales, las que son: Del diseño geométrico de la fibra. De las propiedades de los materiales empleados en su elaboración. (diseño óptico) 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. Con dimensiones más reducidas que los medios preexistentes. Si el cable contiene 10 fibras va a tener un diámetro aproximado de 8 o 10 mm. Y nos permitirá transferir la misma o mayor cantidad de información que un coaxial de 10 tubos. Su peso es muy inferior al de los cables metálicos, redundando en su facilidad de instalación. La sílice (silicio) tiene un amplio margen de funcionamiento en lo referente a temperatura, pues funde a 600ºC. La Fibra Óptica presenta un funcionamiento uniforme desde -550 C a +125C sin degradación de sus características. Los cables aéreos auto soportados poseen un suspensor o mensajero para el tendido aéreo entre postes o columnas. 1.5 Materiales usados para su fabricación. En su gran mayoría se hacen de arena o sílice, materia prima abundante en comparación con el cobre. Con sólo unos kilogramos de vidrio pueden fabricarse aproximadamente 43

8 kilómetros de fibra óptica. La fibra se constituye esencialmente por el núcleo (que es la parte más interna de la fibra) y el revestimiento (que es la que guía la luz). Con una o varias hebras delgadas de vidrio o de plástico, el revestimiento es la parte que rodea y protege al núcleo. El núcleo y el revestimiento están rodeados por una funda plástica o de otro material que la resguardan de la humedad, de los roedores, etc. Figura 1.4 Fibra óptica 1.6 Características Mecánicas: La Fibra Óptica 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. Las micro curvaturas y tensiones se determinan por medio de los ensayos de: Tensión: cuando se estira o contrae el cable se pueden causar fuerzas que rebasen el porcentaje de elasticidad de la fibra óptica y se rompa o formen micro curvaturas. Compresión: es el esfuerzo transversal. Impacto: se debe principalmente a las protecciones del cable óptico. Enrollamiento: existe siempre un límite para el ángulo de curvatura pero, la existencia del forro impide que se sobrepase. Torsión: es el esfuerzo lateral y de tracción.

9 1.7 Fibra Óptica vs Cable Se realizará una comparación del comportamiento en la transmisión con cables de cobre de banda ancha y con fibras ópticas. La atenuación de los cables de cobre aumenta con la raíz cuadrada de la frecuencia, mientras que en las fibras ópticas existe una dilatada región de atenuación constante. Precisamente a muy altas frecuencias aumenta acusadamente la atenuación de las fibras ópticas por causa del desmoronamiento de los impulsos por fenómenos de dispersión. El aumento de la atenuación que se presenta en los cables de cobre hace necesarias costosas medidas de ecualización; éstas no son necesarias con las fibras ópticas simplificándose la técnica de transmisión sensiblemente, en tanto que con el ancho de banda exigido se permanezca en el margen de atenuación constante y en correspondencia se elija una fibra óptica apropiada. A lo que se añade que, debido a la mínima atenuación con fibras ópticas, pueden puentearse trayectos de mayores longitudes. Esto es de gran importancia especialmente en regiones de gran densidad de población puesto que, se hace posible el enlace directo también entre centrales públicas alejadas, la cantidad de los repetidores necesarios desciende. La fibra óptica es el medio de transmisión de más rápido crecimiento en el mundo. Es esencialmente inmune a muchos factores que de manera adversa que impacta al cable de cobre como lo es la interferencia electromagnética y de frecuencias de radio, los cruces de frecuencias, la impedancia, entre otros. La fibra óptica es fácil de manejar. Instaladores con experiencia de fibra óptica saben que la fibra óptica no es frágil, tiene una gran capacidad de tensión en comparación con el cobre (inclusive el acero). Además, su reducido diámetro y su liviano peso la hacen fácil de manejar en espacios de ductos. Además la fibra óptica resulta económica a largo plazo.

10 Características Fibra Óptica Coaxial Longitud de la Bobina (mts) Peso (kgs/km) Diámetro (mm) Radio de Curvatura (cms) Distancia entre repetidores (Kms) Atenuación (db / km) para un Sistema de 56 Mbps Cuadro 1.1 Característica de la fibra óptica vs Coaxial Figura 1.5 Evolución de la capacidad de la fibra óptica

11 EVOLUCION DE LA COMUNICACIONES Perdidas en Db/km, a media tasa de transferencia de bit De frecuencia (tasas de transferencia de transmisión digital) Medio de Transmisión E1 (2.048 Mbs/s) E2 (8.448 Mbs/s) E3 ( Mbs/s) Par de alambre Entorchado gauge Par de alambre Entorchado gauge Cable coaxial 0.375"-diam Fibra Óptica Cuadro 1.2 Un cable de 200 fibras puede portar conversaciones telefónicas, el cable de cobre de igual dimensión solo conversaciones telefónicas, una fibra óptica aproximadamente 3000 conversaciones telefónicas 1.8 Generaciones de los sistemas de comunicaciones Primera generación 0.8 micrómetros Láser semiconductor de AsGa 45Mb/s 10km (repetidores) Segunda generación 1.3 micrómetros Láser semiconductor de InAsGaP 100Mb/s 1.7Gb/s 50km de espacio Tercera generación

12 1.55 micrómetros Láser semiconductor oscilando en un solo modo 2.5Gb/s..10Gb/s 60-70km Cuarta generación 0.8 micrómetros Láser semiconductor oscilando en un solo modo 5Gb/s.10Tb/s 300km Quinta generación micrómetros Extender el rango de WDM para sistemas que operan simultáneamente Aparición de dryfiber ( micrómetros) Utilización de solitones 1.9 Comunicaciones por Satélite vs Fibra Óptica Es más económica la F.O. para distancias cortas y altos volúmenes de tráfico, por ejemplo, para una ruta de 2000 ctos., 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 Ventajas y Desventajas de la Fibra Óptica. Sus principales ventajas son:

13 Gran capacidad. La fibra óptica tiene la capacidad de transmitir grandes cantidades de información. Con la tecnología presente se pueden transmitir conversaciones simultáneamente con dos fibras ópticas. Un cable de fibra óptica (2 cm de diámetro exterior), puede contener hasta 200 fibras ópticas, lo que incrementaría la capacidad del enlace a de conversaciones. En comparación con las prestaciones de los cables convencionales, un gran cable multipar puede llevar 500 conversaciones, un cable coaxial puede llevar conversaciones y un enlace de radio por microondas o satélite puede llevar conversaciones. Tamaño y peso. Un cable de fibra óptica tiene un diámetro mucho más pequeño y es más ligero que un cable de cobre de capacidad similar. Esto lo hace fácil de instalar especialmente en localizaciones donde ya existen cables (tales como los tubos ascendentes de los edificios) y el espacio es escaso. Bajo peso. Es muy inferior al de los cables metálicos (aproximadamente 10 a 200 Kg. por Km., y las bobinas pueden ser de una longitud que va de 2 a 6 Km., mientras que en el cable coaxial son de 300 m). Volumen y dimensiones reducidas, lo que podemos traducir en una economía de transporte, por ejemplo una cable de 10 fibras tiene un diámetro de 8 a 10 nm y presta la misma utilidad que un coaxial de 10 tubos (por lo tanto él numero de enlaces por unidad de volumen usado es superior que en un coaxial por ejemplo). Además de esto, su gran flexibilidad y el bajo peso que el cable tiene hace que la instalación de líneas de este tipo sea muy sencilla. Interferencia eléctrica. La fibra óptica no se ve afectada por la interferencia electromagnética (EMI) o interferencia de radiofrecuencia (RFI), y no genera por si misma interferencia. Puede suministrar un camino para una comunicación limpia en el más hostil de los entornos EMI. Las empresas eléctricas utilizan la fibra óptica a lo largo de las líneas de alta tensión para proporcionar una comunicación clara entre sus estaciones de conmutación. La fibra óptica esta también libre de conversaciones cruzadas. Incluso si una fibra radiara no podría ser recapturada por otra fibra óptica, se puede decir que esta es una de las principales ventajas. Esto es posible debido a que es 100% dieléctrica, es inmune a las interferencias de radiofrecuencia. Además no genera interferencias ni diafonía en otros equipos de comunicación.

14 Aislamiento. La fibra óptica es un dieléctrico. Las fibras de vidrio eliminan la necesidad de corrientes eléctricas para el camino de la comunicación. Un cable de fibra óptica propiamente dieléctrico no contiene conductores eléctricos y puede suministrar un aislamiento eléctrico normal para multitud de aplicaciones. Puede eliminar la interferencia originada por las corrientes a tierra o por condiciones potencialmente peligrosas causadas por descargas eléctricas en las líneas de comunicación, como los rayos o las faltas eléctricas. Es un medio intrínsecamente seguro que se utiliza a menudo donde el aislamiento eléctrico es esencial. Seguridad. La fibra óptica ofrece un alto grado de seguridad. Una fibra óptica no se puede intervenir por medio de mecanismos eléctricos convencionales como conducción superficial o inducción electromagnética, y es muy difícil de pinchar ópticamente. Los rayos luminosos viajan por el centro de la fibra y pocos o ninguno pueden escapar. Incluso si la intervención resultara un éxito, se podrá detectar monitorizando la señal óptica recibida al final de la fibra. Las señales de comunicación vía satélite o radio se pueden intervenir fácilmente para su decodificación. Fiabilidad y mantenimiento. La fibra óptica es un medio constante y no envejece. Los enlaces de fibra óptica bien diseñados son inmunes a condiciones adversas de humedad y temperatura y se pueden utilizar incluso para cables subacuáticos. La fibra óptica tiene también una larga vida de servicio, estimada en más de treinta años para algunos cables. El mantenimiento que se requiere para un sistema de fibra óptica es menor que el requerido para un sistema convencional debido a que se requieren pocos repetidores electrónicos en un enlace de comunicaciones, no hay cobre que se pueda corroer en el cable y que pueda causar la perdida de señales o señales intermitentes y el cable no se ve afectado por cortocircuitos, sobretensiones o electricidad estática. Versatilidad. Los sistemas de comunicaciones por fibra óptica son los adecuados para la mayoría de los formatos de comunicaciones de datos, voz y video. estos sistemas son adecuados para RS232, RS422, V35, Ethernet, FDDI, E1, E2, SDH, video compuesto y mucho más. Expansión. Los sistemas de fibra óptica bien diseñados se pueden expandir fácilmente. Un sistema diseñado para una transmisión de datos a baja velocidad por ejemplo E1 (2Mbps),

15 se puede transformar en un sistema de velocidad más alta OC-12(632 Mbps), cambiando la electrónica. El cable de fibra óptica utilizado puede ser el mismo. Regeneración de la señal. La tecnología presente puede suministrar comunicaciones por fibra óptica mas allá de los 70Km antes de que se requiera regenerar la señal, la cual puede extenderse a 150Km usando amplificadores laser. Futuras tecnologías podrán extender esta distancia a 200Km y posiblemente a 1000Km. El ahorro en el coste del equipamiento del repetidor intermedio así como su mantenimiento, puede ser sustancial. Los sistemas de cable eléctrico convencional pueden, en contraste requerir repetidores cada pocos kilómetros, perdidas aproximadas de 0,17dB/km Ancho de banda: la capacidad potencial de transportar información crece con el ancho de banda del medio de transmisión y con la frecuencia de portadora. Las fibras ópticas tienen un ancho de banda de alrededor de 1 THz, aunque este rango está lejos de poder ser explotado hoy día. De todas formas el ancho de banda de las fibras excede ampliamente al de los cables de cobre. Además, este ancho de banda nos permite incrementar la capacidad de transmisión con el fin de reducir el costo por canal. Por ejemplo, permite la recepción de más de quinientos canales de televisión. Su alta velocidad le garantiza navegar por Internet 300 veces más rápido que con los canales actuales. El ancho de banda disminuye proporcionalmente a la distancia (ej. 32THz/Km) Entre otras ventajas tenemos: Tasas de error reducidas (1 error por cada 10 9 bits en fibra óptica y 1 por cada 10 6 bits en los cables eléctricos). Se pueden emplear varios canales usando diferentes longitudes de onda simultáneamente sobre la misma fibra. Menores perdidas de potencia Posibilidad de daño casi nula. Además, el tiempo de respuesta en una reparación es mínimo. La seguridad en cuanto a instalación y mantenimiento es alta. Como las fibras y los plásticos no son conductores de electricidad se pueden acercar a líquidos y gases volátiles sin que esto pueda ocasionar algún problema. Compatible con la tecnología actual.

16 La materia prima con que se fabrica es abúndate en la naturaleza (el silicio o fibra de vidrio es el 30% de la superficie terrestre), lo cual disminuye los costos de fabricación según vaya mejorando los procesos tecnológicos, a diferencia de los cables de cobre donde el valor del cobre está regido por las reservas mundiales. De hecho el precio de los cables de fibra ha ido disminuyendo progresivamente desde su nacimiento ya que su costo es inversamente proporcional al volumen de producción. Desventajas: Conversión electro-óptica. Antes de conectar una señal eléctrica de comunicación a una fibra óptica, la señal debe convertirse al espectro luminoso (850, 1310 o 1550 nm). Esto se realiza por medios electrónicos en el extremo del transmisor, el cual da un formato propio a la señal de comunicaciones y la convierte en una señal óptica usando un LED o un laser de estado sólido. A continuación esta señal óptica de propaga por la fibra óptica. En el extremo del receptor de la fibra óptica, la señal óptica se debe convertir otra vez en señal eléctrica antes de poder ser utilizada. El coste de conversión asociado a la electrónica debería ser considerado en todas las aplicaciones. Caminos homogéneos. Se necesita un camino físico recto para el cable de fibra óptica. El cable se puede enterrar directamente, situar en tubos o disponer en cables aéreos a lo largo de caminos homogéneos. Esto puede requerir la compra o alquiler de la propiedad. Algunos derechos sobre el camino pueden ser imposibles de adquirir. Para localizaciones como terrenos montañosos o algunos entornos urbanos pueden ser más adecuados otros métodos de comunicación sin hilos. Instalación especial. Debido a que la fibra óptica es predominantemente vidrio de sílice, son necesarias técnicas especiales para la ingeniería e instalación de los enlaces. Ya no se aplican los métodos convencionales de instalación de cables de hilos como por ejemplo sujeción o crimpado, soldadura y.también se requiere un equipamiento adecuado para probar y poner en servicio las fibras ópticas. Los técnicos deben ser entrenados para la instalación y puesta en servicio de los cables de fibra óptica.

17 Reparaciones. Un cable de fibra óptica que ha resultado dañado no es fácil de reparar. Los procedimientos de reparación requieren un equipo de técnicos con mucha destreza y habilidad en el manejo de equipamiento. En algunas situaciones puede ser necesario reparar el cable entero. Este problema puede ser más complicado si hay un gran número de usuarios que cuentan con dicho servicio. Es importante, por ello el diseño de un sistema propio con rutas físicamente diversas, que permitan afrontar tales contingencias. Aunque puede haber muchas ventajas que favorezcan una instalación de fibra óptica, deberán ser sopesadas cuidadosamente frente a sus desventajas en cada aplicación. Deberán ser utilizados todos los costes de operación e implementación de un servicio de fibra óptica. Entre otras desventajas tenemos: Disponibilidad de conectores limitada. La unión de fibras ópticas es complicada y más aún su derivación, son inherentemente unidireccionales y el costo de las interfaces es mucho mayor que en el caso eléctrico. Características aproximadas de las ventajas de las comunicaciones por fibra óptica Anchura de Banda: transmisión a 1014 bps. Bajas Pérdidas: alrededor de 0,1 db/km. Inmunidad a Interferencias Electromagnéticas. Tamaño, flexibilidad Factores ambientales y materia prima: alta estabilidad respecto de la temperatura (- 60ºC 80ºC). Las fibras de SiO2 son menos sensibles a emisiones radioactivas. Aislamiento eléctrico: puede atravesar zonas con fuertes inducciones sin peligro de descarga eléctrica. Seguridad: la señal no puede captarse externamente Precios: Los precios de las fibras por metro son bastante más altos que el cobre. Sin embargo las fibras ópticas pueden transportar muchas más señales que los cables de cobre, a mayor distancia sin la necesidad de repetidores. Habilidades Especiales: Las fibras requieren de personal especializado para ser empalmadas, además de dispositivos costosos y de medición de alta precisión. Características generales de las fibras ópticas La fibra presenta pérdidas comprendidas entre 0,20 db/km a 3dB/km.

18 La fibra es un medio eficaz para la transmisión a frecuencias ópticas que corresponden al infrarrojo en el espectro electromagnético. Esto es al rango entre 185 y 375 THz ( nm de longitud de onda). La luz visible se encuentra en el rango entre 430 y 750 THz ( nm de longitud de onda). El material que se utiliza en la fabricación de la fibra es un tipo de vidrio flexible transparente de alta pureza, que se obtiene a partir de dióxido de Silicio dopado radialmente por materiales como el Germanio, Pentaóxido de Fósforo o Boro para modificar su índice de reflexión. El material con mayor índice de refracción se utiliza para el núcleo, y el de menor índice para el revestimiento. La permitividad del revestimiento es al menos 0,01% menor que la del núcleo Aplicaciones Un cable de fibra óptica se usa frecuentemente como un medio de comunicación para muchas aplicaciones diferentes. Las companias de televisión por cable están desplegando cables de fibra óptica para llevar señales de alta calidad desde su centro de cabecera hasta las localizaciones de los centros de actividad, distribuidos alrededor de las ciudades. La fibra óptica mejora la calidad de las señales de televisión y aumenta el número de canales disponibles. Los planes futuros involucran la conexión de fibra óptica directamente a casa para abastecer al usuario de muchos y nuevos servicios. Se han planteado para el futuro algunos de tales servicios basados en fibra óptica, como la televisión interactiva, el banco en casa o el sistema de trabajo de oficina en casa. La fibra óptica es ideal para comunicaciones de datos. Se puede conseguir velocidades muy altas de transmisión de datos con un cable fino de fibra óptica. Las señales no se ven distorsionadas por interferencia y no causan ningun tipo de interferencia por sí mismas. Las propiedades dieléctricas de las fibras ópticas suministran una interfaz segura entre ordenadores, terminales y estaciones de trabajo. No hay ninguna posibilidad de que bucles de grandes corrientes a tierra puedan poner en peligro a los usuarios o dañar caros ordenadores. Muchos centros de ordenadores utilizan fibra óptica para sus LAN de comunicaciones de datos de alta velocidad. Hay una amplia variedad de productos disponibles para muchas

19 aplicaciones diferentes. Las autopistas de la información de alta velocidad como la interfaz de datos distribuidos por fibra (FDDI), el modo de transferencia asincrónico (ATM), o SDH, se encuentran disponibles para proporcionar una conectividad vertebral entre varias redes. Estas nuevas tecnologías ofrecen beneficios tales como altas velocidades de transmisión de datos, incremento en las distancias de enlace y comunicaciones seguras y fidedignas. En la actualidad, grandes cantidades de datos pueden atravesar rápida y eficientemente amplias aéreas geográficas. Debido a que la fibra óptica supone una inserción rentable, las companias la están instalando en áreas metropolitanas. Estas redes metropolitanas tienen todos los requerimientos de las comunicaciones actuales y permiten una amplia expansión de sistemas futuros. Los negocios pueden ahora estar distribuidos geográficamente pero permanecer conectados y estar en todo momento disponibles. Los beneficios pueden ser enormes. Los bancos por ejemplo, pueden tener todas sus sucursales conectadas a altas velocidades para todo tipo de transacciones. Los centros comerciales pueden mantener un control centralizado de sus sistemas de ordenador en el punto de venta. Pueden realizar a demandas ajustes de inventario y precio. La industria utiliza las comunicaciones vía fibra óptica para mejorar la fiabilidad y capacidad de las transacciones de datos y control. Debido a la inherente naturaleza de las comunicaciones ópticas, la fibra óptica es inmune a todas las interferencias eléctricas provocadas por grandes motores, conmutadores, luces y otros dispositivos que se encuentran frecuentemente en entornos industriales. La versatilidad de las fibras ópticas permite que todas las transmisiones de datos de ordenador, teléfono, video, control y sensores se puedan llevar a cabo con un único cable de fibra óptica. Áreas de Aplicación Telecomunicaciones: Las fibras ópticas enlazan subestaciones telefónicas Redes de Área Local: Se las utiliza para conformar el backbone, pero también pueden llegar hasta el escritorio (FTTD) Televisión por Cable: Circuito Cerrado de Televisión

20 Sensores de Fibra Óptica: Actualmente se está avanzando en el uso de fibras ópticas como sensores en la medición de concentración de gases, concentración de químicos, presión, temperatura, y tasa de rotación. En resumen: Redes de telecomunicaciones Troncales locales, Troncales interurbanos Conexión de abonados Redes de comunicación en ferrovías Redes de distribución de energía eléctrica (monitoreo, control y protección) Redes de transmisión de datos y fac-simile Redes de distribución de radiodifusión y televisión Redes de estudios, cables de cámaras de TV Redes internas industriales Equipamientos de sistemas militares Aplicaciones de control en general Vehículos motorizados, aeronaves, navíos, instrumentos, etc. Sensores de Fibra Óptica: Actualmente se está avanzando en el uso de fibras ópticas como sensores en la medición de concentración de gases, concentración de químicos, presión, temperatura, y tasa de rotación. El avance de las técnicas de la fibra óptica ha permitido el desarrollo de instrumentos que nos muestran la anatomía interna, de sensores que analizan la sangre y de sistemas de laser que operan con maestría Utilización Para poder utilizar fibras ópticas en forma práctica, estas deben ser protegidas contra esfuerzos mecánicos, humedad y otros factores que afecten su desempeño. Para ello se les proporciona una estructura protectora, formando así, lo que conocemos como cable óptico. Dicha estructura de cables ópticos variará dependiendo de sí el cable será instalado en ductos subterráneos, enterrando directamente, suspendido en postes, sumergido en agua etc. El propósito básico de la construcción del cable de fibra óptica es el mismo; Mantener estables la transmisión y las propiedades de rigidez mecánica durante el proceso de

21 manufactura, instalación y operación. Las propiedades esenciales en el diseño del cable son la flexibilidad, identificación de fibras, peso, torsión, vibración, límite de tensión, facilidad de pelado, facilidad de cortado, facilidad de alineación del cable y la fibra, resistencia al fuego, atenuación estable, etc. Requerimientos para un cable de fibra óptica: 1. Esfuerzo máximo permitido en la fibra durante su fabricación, instalación y servicio; determina la fuerza mínima de ruptura de la fibra y la fuerza requerida para el miembro de tensión. 2. Fuerza lateral dinámica y estática máxima ejercida sobre la fibra, para determinar la configuración del cable y el límite de tolerancia de micro curvaturas. 3. Flexibilidad 4. Rango de temperatura y medio ambiente en donde el cable va a operar, paralela elección del tipo de materiales a utilizar tomando en cuenta su coeficiente de expansión térmica y su cambio de dimensiones en presencia de agua. Para cumplir estos requerimientos se observan las siguientes recomendaciones: 1. Evitar cargas o esfuerzos mecánicos sobre las fibras. 2. Aislar la fibra de los demás componentes del cable. 3. Mantener las fibras cerca del eje central y proporcionar espacio a las fibras para su mantenimiento. 4. Escoger los materiales de los elementos del cable con mínimas diferencias en sus Coeficientes de expansión térmica. No existe un mejor medio físico conocido que la fibra óptica y ninguna señal fuente mejor que la luz para resolver los nuevos y emergentes requerimientos de transmisión La fibra óptica es un medio de propagación a prueba de futuro