Fibra ptica

Fibra ptica | Tecnologa de Redes

Universidad San PedroFilial Lima - SAD Huacho

Facultad de Ingeniera

Escuela acadmico profesional deIngeniera Informtica y de Sistemas

Curso: Tecnologa de Redes

Tema: Fibra ptica

Autor: Pimentel Bernal, Yumilka

Ciclo: IX

Asesor: Ing. Mrquez lvarez Carlos Ral

HUACHO PER

2015

FIBRA PTICA

INDICE

INTRODUCCIN4HISTORIA4DEFINICIN5ESTRUCTURA5TIPOS DE FIBRA PTICA7

INTRODUCCIN

Actualmente, las computadoras, las redes de datos y como los dispositivos mviles, se han convertido en herramientas y mecanismos de comunicacin en muchas reas del quehacer humano. No obstante, por debajo de las interfaces de los cmodos sistemas de comunicaciones que se disponen, se encuentra todo un mundo complejo de tecnologas y normas que posibilitan su existencia. Resultan de relevancia fundamental, los llamados medios de transmisin, que son los encargados de conducir la informacin entre los sistemas que se comunican entre s. De ellos, la fibra ptica es uno de las ms importantes, a la fecha.

HISTORIA

La historia de la fibra ptica comienza cuando el fsico irlands John Tyndall descubri que la luz poda viajar dentro de un material en curva (agua) por la reflexin interna total. Este principio fue utilizado en su poca para iluminar corrientes del agua en fuentes pblicas. En 1952, el fsico Narinder Singh Kapany, apoyndose en los estudios de John Tyndall, realiz experimentos que condujeron a la invencin de la fibra ptica. Uno de los primeros usos de la fibra ptica fue usar un haz de fibras para la transmisin de imgenes, y se us en el endoscopio mdico. Usando la fibra ptica, se consigui un endoscopio semiflexible, el cual fue patentado por la Universidad de Michigan en 1956. En este invento se usaron unas nuevas fibras forradas con un material de bajo ndice de refraccin, ya que antes se impregnaban de aceites o ceras. Charles Kao en su tesis doctoral de 1966 estim que las mximas prdidas que debera tener la fibra ptica para que resultara prctica en enlaces de comunicaciones eran de 20 dB/km. En 1970 los investigadores Maurer, Keck, Schultz y Zimar que trabajaban para Corning Glass Works fabricaron la primera fibra ptica dopando la slice con titanio. Las prdidas eran de 17 dB/km. Durante esta dcada las tcnicas de fabricacin se mejoraron, consiguiendo perdidas de tan solo 0,5 db/km. Y en 1978 ya se transmita a 10 Gb.km/s. El 22 de abril de 1977, General Telephone and Electronics envi la primera transmisin telefnica a travs de ptica de fibra, en 6 Mbit/s, en Long Beach, California. El amplificador que marc un antes y un despus en el uso de la fibra ptica en conexiones interurbanas, reduciendo el coste de ellas, fue el amplificador de fibra dopada con Erbio inventado por David Payne de la universidad de Southampton, y Emmanuel Desurvire en los laboratorios de Bell. A los cuales les fue entregada, en 1988, la medalla Benjamin Franklin El primer enlace transocenico con fibras pticas fue el TAT-8, comenz a operar en 1988. Desde entonces se ha empleado fibra ptica en multitud de enlaces transocenicos, entre ciudades y poco a poco se va extendiendo su uso desde las redes troncales de las operadoras hacia los usuarios finales.

DEFINICIN

La fibra ptica es una gua de ondas dielctrica que opera a frecuencias pticas. Cada filamento consta de un ncleo central de plstico o cristal (xido de silicio y germanio) con un alto ndice de refraccin, rodeado de una capa de un material similar con un ndice de refraccin ligeramente menor. Cuando la luz llega a una superficie con un ndice de refraccin menor, se refleja en gran parte, cuanto mayor sea la diferencia de ndices y mayor el ngulo de incidencia, mayor ser la parte reflejada que cuando se refleja totalmente, se habla entonces de reflexin interna total. As, en el interior de una fibra ptica, la luz se va reflejando contra las paredes en ngulos muy abiertos, de tal forma que prcticamente avanza por su centro. De este modo, se pueden guiar las seales luminosas sin prdidas por largas distancias.

ESTRUCTURA

En general, un cable de fibra ptica se compone de cinco partes. Estas partes son: el ncleo, el revestimiento, un amortiguador, un material resistente y un revestimiento exterior:

Fig. 1 Estructura de la Fibra ptica

NCLEO: El ncleo es el elemento que transmite la luz y se encuentra en el centro de la fibra ptica. Todas las seales luminosas viajan a travs del ncleo. El ncleo es, en general, vidrio fabricado de una combinacin de dixido de silicio (slice), cuarzo fundido o plstico. Tiene un dimetro de 50 o 62,5 m para la fibra multimodo y 9m para la fibra monomodo.

REVESTIMIENTO: Recubre a cada una de las fibras del ncleo, est fabricado con slice pero con un ndice de refraccin menor que el del ncleo. Los rayos de luz que se transportan a travs del ncleo de la fibra se reflejan sobre el lmite entre el ncleo y el revestimiento a medida que se mueven a travs de la fibra por reflexin total interna.

AMORTIGUADOR: Alrededor del revestimiento se encuentra un material amortiguador que es generalmente de plstico. El material amortiguador ayuda a proteger al ncleo y al revestimiento de cualquier dao. Existen dos diseos bsicos para cable. Son los diseos de cable de amortiguacin estrecha y de tubo libre.

Fig. 2 Tipos de Revestimiento

Los cables con amortiguacin estrecha tienen material amortiguador que rodea y est en contacto directo con el revestimiento. La diferencia ms prctica entre los dos diseos est en su aplicacin. El cable de tubo suelto se utiliza principalmente para instalaciones en el exterior de los edificios mientras que el cable de amortiguacin estrecha se utiliza en el interior de los edificios. MATERIAL RESISTENTE: El material resistente rodea al amortiguador, evitando que el cable de fibra ptica se estire cuando los encargados de la instalacin tiran de l. El material utilizado es, en general, Kevlar, el mismo material que se utiliza para fabricar los chalecos a prueba de bala.

REVESTIMIENTO EXTERIOR: ste es el ltimo elemento. El revestimiento exterior rodea al cable para as proteger la fibra de abrasin, solventes, corrosin, humedad, etc. Es decir asegura la proteccin mecnica de la fibra.

TIPOS DE FIBRA PTICA

Los tipos de fibra ptica se clasifican de acuerdo al modo de propagacin que, dentro de ellas, describen los rayos de luz transportados. A saber, se clasifican esencialmente en 2 categoras:

MONOMODO Potencialmente, esta es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte de informacin. Tiene ancho de banda del orden de los 100 GHz/km. Los mayores flujos de datos se consiguen con esta fibra, pero tambin es la ms compleja de implantar. La ilustracin muestra que slo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una trayectoria que sigue el eje de la fibra, por lo que se ha ganado el nombre de "monomodo" (modo de propagacin, o camino del haz luminoso, nico). Son fibras que tienen el dimetro del ncleo en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las seales pticas que transmiten, es decir, de unos 5 a 8 nanmetros. Las elevadas tasas de transmisin que pueden alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo, sin embargo, sus pequeas dimensiones implican un manejo delicado y entraan dificultades de conexin que an se dominan mal. La ilustracin que se muestra a continuacin, muestra el funcionamiento de este tipo de fibra ptica, as como sus principales caractersticas:

Fig. 3 Estructura Fibra ptica (Monomodo)

MULTIMODOLos rayos de luz slo pueden ingresar al ncleo si el ngulo est comprendido en la apertura numrica de la fibra. Asimismo, una vez que los rayos han ingresado al ncleo de la fibra, hay un nmero limitado de recorridos pticos que puede seguir un rayo de luz a travs de la fibra. Estos recorridos pticos reciben el nombre de modos. Si el dimetro del ncleo de la fibra es lo suficientemente grande como para permitir varios trayectos que la luz pueda recorrer a lo largo de la fibra, esta fibra recibe el nombre de fibra "multimodo". Los circuitos de fibra ptica usan una hebra de fibra para transmitir y una para recibir. En general, estos dos cables de fibra se encuentran en un solo revestimiento exterior hasta que llegan al punto en el que se colocan los conectores. No hay problemas de diafona en la fibra ptica. Es comn ver varios pares de fibras reenvueltos en un mismo cable. Esto permite que un solo cable se extienda entre armarios de datos, pisos o edificios. Un solo cable puede contener de 2 a 48 o ms fibras separadas. En el caso del cobre, sera necesario tender un cable UTP para cada circuito. La fibra puede transportar muchos ms bits por segundo y llevarlos a distancias mayores que el cobre.La fibra multimodo usa un tipo de vidrio denominado vidrio de ndice graduado para su ncleo. Este vidrio tiene un ndice de refraccin menor hacia el borde externo del ncleo. De esta manera, el rea externa del ncleo es pticamente menos densa que el centro y la luz puede viajar ms rpidamente en la parte externa del ncleo. Se utiliza este diseo porque un rayo de luz que sigue un modo que pasa directamente por el centro del ncleo no viaja tanto como un rayo que sigue un modo que rebota en la fibra. Todos los rayos deberan llegar al extremo opuesto de la fibra al mismo tiempo. Entonces, el receptor que se encuentra en el extremo de la fibra, recibe un fuerte flash de luz y no un pulso largo y dbil. La ilustracin que se muestra a continuacin, muestra el funcionamiento de este tipo de fibra ptica, as como sus principales caractersticas:

Fig. 4 Estructura Fibra ptica (Multimodo)

Las fibras pticas de tipo multimodo se clasifican a su vez en: MULTIMODO DE NDICE GRADUALEste tipo de fibra consiste de un ncleo cuyo ndice de refraccin vara con la distancia a lo largo del eje, con el objetivo de disminuir los efectos de la dispersin modal. Al igual que la fibra de ndice escaln, el ncleo est rodeado por el vidrio del cladding o revestimiento de menor ndice refractivo.Fig. 5 Multimodo de ndice Gradual

Las fibras de ndice gradual ofrecen una buena aceptacin de luz y ancho de banda, mejor de las ofrecidas por las fibras de ndice escaln. Otras caractersticas ofrecidas son: Dimetro del ncleo moderado. Bajo NA. Atenuacin moderada.El ancho de banda mejorado se debe a la estructura especial de la fibra que permite un ndice de refraccin distribuido como lo representa la siguiente figura:Fig. 6 Ancho de Bando Multimodo ndice Gradual

Debido a que la velocidad de la luz disminuye con el crecimiento del ndice de refraccin, la velocidad de la luz para modos cerca del centro del ncleo es menor que en la zona cerca al lmite con la corteza. Para perfiles parablicos (cuadrticos) del ndice de refraccin, el tiempo de propagacin, para varios modos es casi ecualizado, lo cual reduce la distorsin debido a la propagacin multimodo. Las fibras de ndice gradual fueron diseadas especialmente para las telecomunicaciones, por largo tiempo los dimetros estndares han sido de 50 y 62.5 um con un cladding de 125 um, algunas son fabricadas con un ncleo de 82.5 um. Fue usada para algunas aplicaciones de Telecomunicaciones hasta mediados de los 80s, estos tipos de fibras han permanecido en uso principalmente en las redes de datos para transportar datos a distancias moderadas. MULTIMODO DE NDICE ESCALNSon aquellas en las cuales el valor del ndice de refraccin en el ncleo permanece siempre constante y mayor que el valor del revestimiento. Como se conoce en la fabricacin de una fibra, un ncleo cilndrico de vidrio o plstico con ndice de refraccin n1 es cubierta por una corteza igualmente de vidrio o plstico con un ndice de refraccin menor n2. Una fibra que est constituida por un ncleo de vidrio y corteza de plstico se le denomina fibra PCS (Plastic - Clad Silica). Se pueden obtener elevados NA (apertura numrica) con este tipo de fibras que adems se caracterizan por tener un dimetro de ncleo ancho, elevada atenuacin y pequeo ancho de banda. Lo importante de este tipo de fibra es que al ser elevado el NA, permite el uso de un LED como emisor de superficie de bajo costo, as como conectores baratos. En estos tipos de fibras los distintos modos de propagacin o rayos siguen distintos caminos y llegan al otro extremo en instantes diferentes, provocando un ensanchamiento de la seal ptica transmitida. El nmero mximo de modos (M) que pueden existir en el ncleo de una fibra depende de su apertura numrica, de su dimetro y de la longitud de onda de la luz, para una fibra del tipo step index se puede determinar matemticamente por la siguiente expresin:

Fig. 7 Frmula ndice Escaln

La propiedad de la luz relacionada con el hecho que la propagacin de la potencia ptica en las fibras pticas se puede dar en muchos modos, debe considerarse como una desventaja debido a que se generen muchas trazas y consecuentemente distintos tiempos de trnsito (Fenmeno Fading). Matemticamente; se puede decir que la condicin para que se genere ms de un modo es la siguiente:Fig. 8 Frmula N2 ndice Escaln

En donde d es el dimetro de la fibra. A mayor nmero de modos, mayor es el ngulo de la traza correspondiente como se puede ver en siguiente figura:

Fig. 9 Fuente Multimodo de ndice Escaln

La luz de un emisor es distribuida uniformemente en el cono de aceptacin de la fibra y la potencia del pulso ptico de entrada es distribuida uniformemente en todos los modos. Debido a que cada modo tiene un tiempo diferente de propagacin, se producir el efecto siguiente: distorsin del pulso y se tendr un ancho de banda limitado. A este fenmeno se le llama la Distorsin Multimodo (Ruido determinstico coherente). La distorsin multimodo recibe tambin el nombre de dispersin modal y la relacin entre los tiempos de recorridos mnimos y mximos es directamente proporcional a la relacin entre los ndices de refraccin del recubrimiento y del ncleo que es del orden del 1%.

VENTAJAS DE LA FIBRA PTICA

Las redes por fibra ptica son un modelo de red que permite satisfacer las nuevas y crecientes necesidades de capacidad de transmisin y seguridad demandadas por las empresas operadoras de telecomunicacin, dentro de un rango econmico razonable. Mediante las nuevas tecnologas, con elementos de red puramente pticos, se consiguen los objetivos de aumento de capacidad de transmisin y seguridad. Dentro el nmero de ventajas se pueden mencionar las siguientes: BAJA ATENUACIN: Esta tecnologa de fibra ptica es el medio fsico de menor atenuacin. Por lo tanto se pueden establecer enlaces directos sin repetidores en un rango entre 100 a 200 km.

GRAN ANCHO DE BANDA: Elevada capacidad de transmisin, adems pueden irradiarse mltiples ondas pticas de varias longitudes que se traduce en un mayor rendimiento de los sistemas. 2 fibras pticas seran capaces de transportar, todas las conversaciones telefnicas de un pas, con equipos de transmisin capaces de manejar tal cantidad de informacin (entre 100 MHz/Km a 10 GHz/Km).

PESO Y TAMAO REDUCIDOS: El dimetro de una fibra ptica es similar al de un cabello humano. Un cable de 64 fibras pticas, tiene un dimetro total de 15 a 20 mm. y un peso medio de 250 Kg/km. Si comparamos estos valores con los de un cable de 900 pares calibre 0.4 (peso 4,000 Kg/Km y dimetro 40 a 50 mm) se observan ventajas de facilidad y costo de instalacin, siendo ventajoso su uso en sistemas de ductos congestionados, cuartos de computadoras o el interior de aviones.

GRAN FLEXIBILIDAD Y RECURSOS DISPONIBLES: Los cables de fibra ptica se pueden construir totalmente con materiales dielctricos, la materia prima utilizada en la fabricacin es el dixido de silicio (Si02) que es uno de los recursos ms abundantes en la superficie terrestre.

AISLAMIENTO ELCTRICO ENTRE TERMINALES: Al no existir componentes metlicos (conductores de electricidad) no se producen inducciones de corriente en el cable, por tanto pueden ser instalados en lugares donde existen peligros de cortes elctricos.

Ausencia De Radiacin Emitida: Las fibras pticas transmiten luz y no emiten radiaciones electromagnticas que puedan interferir con equipos electrnicos, tampoco se ve afectada por radiaciones emitidas por otros medios, por lo tanto constituyen el medio ms seguro para transmitir informacin de muy alta calidad sin degradacin.

COSTO Y MANTENIMIENTO: El costo de los cables de fibra ptica y la tecnologa asociada con su instalacin ha cado drsticamente en los ltimos aos. Hoy en da, el costo de construccin de una planta de fibra ptica es comparable con una planta de cobre. Adems, los costos de mantenimiento de una planta de fibra ptica son muy inferiores a los de una planta de cobre. Sin embargo si el requerimiento de capacidad de informacin es bajo la fibra ptica puede ser de mayor costo.