PROYECTO-TERMINAL-RMA

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA 
UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS” 
“GUIA DE INSTALACIÓN DE FIBRA 
ÓPTICA SUBTERRANEA Y AÉREA” 
PROYECTO TERMINAL 
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE 
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA 
 
 
PRESENTA: 
RODRIGO MENA ANGEL 
 
 
ASESORES: 
ING. JUANITA NANCY MONDRAGÓN MEDINA 
ING. PEDRO MARTÍN MORALES BECERRA 
 
MÉXICO, D.F. SEPTIEMBRE DEL 2014 
 Guía de instalación de fibra óptica subterránea y aérea 
I 
 
OBJETIVO 
Elaborar una guía de instalación de fibra óptica subterránea y aérea. 
 
OBJETIVOS PARTICULARES 
 
Describir el funcionamiento de la propagación de la luz en la fibra óptica. 
Explicar los principios de transmisión en las fuentes ópticas y foto detección en los 
receptores ópticos. 
Explicar las técnicas de instalación de una red de comunicación de fibra óptica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Guía de instalación de fibra óptica subterránea y aérea 
II 
 
Justificación. 
 
Contemplando el crecimiento vertiginoso e incesante de las redes físicas, se 
plantea la necesidad de desarrollar el presente trabajo, donde se analiza el 
proceso para la instalación de una red de fibra óptica. Puesto que la fibra óptica 
como medio de transmisión, con respecto a otros medios permite ofrecer servicios 
de banda ancha y alta velocidad. 
Esta guía de instalación de fibra óptica subterránea y aérea, fue elaborada para 
proporcionar información práctica para una instalación de fibra óptica. Así también 
para proporcionar una cantidad de información importante y práctica sobre la fibra 
óptica como como medio de transmisión y los tipos de fibras existentes. 
En el trabajo se explican los conceptos generales, tanto teóricos y prácticos que 
se requieren para hacer una instalación de fibra óptica involucrando sus 
parámetros, en función del material y equipo disponible. 
En esta guía se consideran los dos tipos de instalación de fibra óptica, como lo 
son: instalación subterránea de fibra óptica e instalación aérea de fibra óptica, no 
se hace mención a la instalación submarina, porque no se cuenta con la 
información suficiente, ya que el proceso de instalación para este tipo de 
instalación es diferente en relación con los otros dos tipos. 
Por otra parte el dimensionamiento de una instalación de fibra óptica requiere el 
conocimiento de numerosos factores relativos, por ejemplo, los equipos instalados, 
el tipo de fibra y otros componentes; Dichos conocimientos implican la consulta, 
por parte del proyectista, de números manuales y catálogos técnicos. Por el 
contrario, en esta guía de instalación se pretende ofrecer, en un único documento 
el proceso de instalación de fibra óptica, así como las fuentes y receptores ópticos 
en distintos tipos de instalación. 
 
 Guía de instalación de fibra óptica subterránea y aérea 
III 
 
Por esta razón, se crea esta guía de instalación de fibra óptica para garantizar:1) 
la evaluación adecuada de una instalación de cable de fibra, 2) la resolución eficaz 
de fallos producidas por las fuentes o receptores o también del mismo medio, y 3) 
la caracterización de la instalación. 
 
 
 
 
 
 
 
 Guía de instalación de fibra óptica subterránea y aérea 
IV 
 
Índice 
Objetivos II 
 
Justificación III 
Índice IV-V 
CAPÍTULO 1 LA FIBRA ÓPTICA COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN 
 
1. Introducción a la fibra óptica 
1.1. Acontecimientos Recientes 
1.2. Física de la luz 
1.3. Rayos ópticos 
1.3.1. Ley de Snell y Refracción 
1.4. Propagación de la luz y reflexión interna total 
1.4.1. Ángulo de aceptación y apertura numérica (A.N.) 
1.5. Características de la fibra óptica 
1.6. Fibras ópticas 
1.7. Principios de la comunicación por fibra óptica 
1.7.1. Transmisión analógica 
1.7.2. Transmisión Digital 
1.7.3. Repetidores 
1.8. Cables de fibra óptica 
1.8.1. Cables de fibra individual 
1.8.2. Cables multifibra 
1.9. Empalme 
1.9.1. Empalmes de fusión 
1.9.2. Empalmes mecánicos 
1.9.3. Conectores 
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CAPÍTULO 2 TRANSMISORES Y RECEPTORES ÓPTICOS 
2. Fuentes ópticas para la comunicación 
2.1. Principios de la emisión de luz 
2.1.1. Emisión Espontánea 
2.1.2. Emisión estimulada 
2.2. Diodos emisor de luz (LED) 
2.2.1. LED Estructura simple 
2.2.2. LED de emisión de superficie (LED tipo Burros) 
2.3. LÁSER 
2.3.1. LASER de Estructura simple (homounión) 
2.3.2. LASER de Heteroestructura 
2.4. Detectores ópticos 
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 Guía de instalación de fibra óptica subterránea y aérea 
V 
 
2.4.1. Principios de fotodetección 
2.5. Fotodiodo P-N 
2.6. Fotodiodos P-I-N 
2.7. Presupuesto de alimentación 
 
CAPITULO 3 INSTALACIÓN DE FIBRA ÓPTICA 
SUBTERRANEA Y AÉREA 
3. Instalación subterránea de fibra óptica 
3.1. Instalación subterránea de fibra óptica en zona urbana 
3.2. Instalación subterránea de fibra óptica en zona rural 
3.3. Construcción de una red de fibra óptica subterránea en condiciones 
urbanas 
3.3.1. Construcciónde zanja en condiciones urbanas 
3.3.2. Instalación de pozos Manhole en zona urbana 
3.4. Construcción de una red de fibra óptica subterránea en condiciones 
rurales 
3.4.1. Construcción de Zanja en condiciones rurales 
3.4.2. Instalación de pozos Hanhole en zona rural 
3.4.3. Jalado de cable 
3.5. Tendido Subterráneo del cable de fibra óptica 
3.6. Instalación aérea de fibra óptica 
3.6.1. Instalación de pozos para cableado aéreo 
3.7. Postes 
3.7.1. Tipos de herrajes utilizados en la instalación 
3.8. Cálculo de catenarias 
3.9. Tendido aéreo del cable de fibra óptica 
3.9.1. Plano de enlace 
3.9.2. Planos de permisos 
3.10. Pruebas de aceptación básicas para la instalación subterránea y 
aérea 
 
Conclusiones 
Bibliografía 
Lista de acrónimos 
Glosario 
 
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1. Introducción a la fibra óptica 
Hasta hace aproximadamente una década, la mayor parte de la comunicación electrónica se 
realizó a través de cables de cobre, par trenzado, cables de cobre coaxiales o guías de 
onda. La comunicación se realiza mediante el envío de señales eléctricas. En los últimos 
años, un nuevo medio ha sido introducido: fibras ópticas. En la comunicación por fibra óptica, 
señales de luz reemplazan las señales eléctricas. Los términos de luz, señales luminosas y 
señales ópticas se utilizan indistintamente. Todos se refieren a la luz visible e invisible. Si 
bien existe una distinción entre las señales luminosas y señales de comunicación eléctricas, 
estas entran en la categoría de las ondas electromagnéticas. El cable coaxial, que se utiliza 
para la televisión, funcionan llevando a las ondas electromagnéticas que se modulan, en 
comparación de la misma manera que la fibra óptica lleva a las ondas de luz moduladas. 
Una fibra óptica es una varilla transparente, generalmente de vidrio o de plástico, a través de 
la cual la luz puede propagarse. La señal de luz viaja a través de la varilla desde el 
transmisor al receptor y puede ser fácilmente detectado, siempre que en la fibra no sean 
excesivas las pérdidas. La varilla y el revestimiento tienen diferentes características ópticas. 
La Figura 1.1 muestra una varilla de vidrio sin revestimiento y una varilla revestida a través 
del cual viaja la luz. Con la varilla sin revestimiento, sólo una pequeña parte de la energía de 
la luz se mantiene en el interior; la mayoría son fugas de luz a los alrededores. La fibra 
revestida es un portador de luz mucho más eficiente. Las pérdidas de la energía de la luz se 
dan por la transmisión a medida que viaja a través de la fibra óptica. 
 
 
 
 
 
 Capítulo 1 
LA FIBRA ÓPTICA COMO 
MEDIO DE TRANSMISIÓN 
 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
2 
 
 
Figura 1.1 incidencia de rayos de luz. (a) varilla de vidrio simple. (b) varilla de vidrio y revestida con diferentes cualidades de 
refracción 
Algunas de las ventajas importantes de la comunicación por fibra óptica se enumeran a 
continuación: 
1. La pérdida de transmisión es baja. Transmisión a larga distancia. 
2. Los cables de fibra, son más ligeros y menos voluminosos que los cables de cobre 
equivalente. 
3. Más información se puede transmitir por cada fibra que por cables de cobre equivalente 
(mayor velocidad de datos) 
4. No hay interferencia en la transmisión de la luz a partir de las perturbaciones eléctricas 
(rayos). Las ondas electromagnéticas generadas por los aparatos eléctricos no pueden 
interferir con la señal de la luz. 
5. La fibra en sí mejor puede resistir las condiciones ambientales, y efectos de la radiación, 
por lo que es más fiable. 
6. La transmisión es más segura y privada. "escuchar en" es casi imposible. 
El uso de fibra óptica como un medio de comunicación es nuevo. El fuego se utilizó como 
una señal de comunicación de la historia temprana humana. La luz como comunicación, fue 
usada como código morse reflejada por espejos, sobre todo en la señalización de buque a 
buque. Ya en 1860, Alexander Graham Bell demostró la transmisión de voz, el uso de 
espejos que se utilizaban vibraban por las ondas sonoras de la voz para que la luz reflejada 
por los espejos fuera modulada por el sonido. La luz modulada en el extremo receptor se 
centraba en un plato en forma de antena. La resistencia de la placa y los cambios de 
corriente se utilizaban para conducirla sobre un dispositivo similar al altavoz moderno. 
Todos estos métodos dependían de las condiciones climáticas. Eran usados para distancias 
cortas y para la línea directa sólo aplicaciones de visión. Con el invento del láser en 1960, 
hubo un interés en la comunicación por medio de la luz. 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
3 
 
(El láser es una fuente de luz de alta intensidad que puede ser fácilmente modulada, que 
produce un haz de luz inherentemente bien enfocado). Incluso con los láseres, la 
comunicación de luz al aire libre se limita a distancias cortas. 
Los primeros intentos de transmisión a larga distancia de la luz a través de fibras de vidrio se 
realizaron en el año 1966. Debido a extensas impurezas en el vidrio y pérdidas de luz en la 
fibra que eran altas, por lo que la transmisión aún estaba limitada a distancias cortas. 
Además, el tamaño de los láseres disponibles presento complicaciones para acoplar la 
energía de la luz en las fibras pequeñas. 
Con el desarrollo del láser semiconductor (diodo láser) y después el diodo emisor de luz 
(LED), la industria y la investigación patrocinada por el gobierno, se centra casi 
exclusivamente recién, en la década de los 1970. Se desarrolló la teoría general de la 
propagación de la luz, durante un largo período de tiempo. Fechas importantes se enumeran 
aquí. 
1621 Willebrord Snell formuló su ley, que trata de la conducta de la luz cuando pasa de un 
material a otro. 
1870 John Tyndall demostró la transmisión de luz en una corriente de agua. Hubo una 
inclinación de la luz y siguió la corriente de agua. Este comportamiento fue el primer indicio 
de que la luz podría propagarse a través de un medio, a lo largo de una trayectoria curva. 
1897 John William Strutt, el tercer barón Rayleigh, formuló algunas de las leyes básicas que 
rigen la propagación de la luz. 
1900 Max Planck desarrolló la teoría de la radiación en cantidades discretas (más tarde 
llamados fotones), su constante h, que es la relación de electrones y la energía de los 
fotones. 
1905 Albert Einstein propuso la teoría del fotón, explicando los efectos fotoeléctricos. 
1930 Willis cordero, jr, experimentó con luz guiada en unafibra de vidrio. 
1951 un grupo de investigadores en los Estados Unidos demostró la trasmisión de una 
imagen a través de un haz de fibras de vidrio. 
1953 Narinder Singh Kapany desarrollado fibras con revestimiento. Estas fibras mejoran en 
gran medida las características de transmisión 
1960 Theodore Maiman demostró el primer láser 
1962 Theodore Maiman inventó el láser semiconductor 
1966 Charles Kao y charles Hockman propusieron el uso de la fibra en la transmisión a larga 
distancia. 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
4 
 
1970 Robert Maurer y grupo corning companny, producen fibras de vidrio de baja pérdida 
(pérdida bajo 20dB/Km). 
1980 teléfono y telégrafo americano (AT & T) comenzaron vínculo principal de la 
comunicación por fibra óptica entre Boston, Massachusetts, Richmond y Virginia. 
1981 Corning Glass Company introdujo comercialmente fibras monomodo con gran ancho de 
banda y baja pérdida. 
1983 AT & T, MCI instalan enlaces de comunicación de fibra óptica de larga distancia, uso de 
fibras monomodo. 
1.1. Acontecimientos recientes 
En los últimos años, las fibras con pérdidas de 0,2 decibelios por kilómetro (dB / km) se han 
producido (una pérdida de potencia de menos de 4,5% por un 1 Km de longitud). 
Este desarrollo significa que la transmisión sobre una distancia de más de 100 km ahora es 
posible, dependiendo de la velocidad de datos. Los láseres semiconductores de alta 
intensidad pueden incrementar esta distancia. 
El ancho de banda del sistema de comunicación óptica, que determina la tasa máxima de 
transferencia, depende de los componentes principales del sistema. Tanto la fuente de luz 
sobre el envío, que termina en el detector, en el extremo receptor y debe ser capaz de 
funcionar a la velocidad de datos del sistema. Los circuitos conductores de las fuentes y el 
circuito que amplifica y procesa la luz detectada, ambos deben tener respuesta a la 
frecuencia adecuada. La propia fibra no debe distorsionar la luz de alta velocidad que se 
utiliza en la transmisión de datos. 
Existen las fibras monomodo que pueden funcionar a extremadamente altas tasas de datos. 
Estos desarrollos han llevado a una serie de empresas de comunicación a experimentar con 
sistemas de comunicación de luz. Los esfuerzos para producir fibras que pueden transportar 
datos a velocidades muy altas y que muestran bajas pérdidas, son motivos para el ahorro de 
costos que aportan las fibras. 
Si una fibra puede funcionar a una velocidad de, digamos, 200 Mb / s, puede transportar a 
más de 3.000 comunicaciones de voz por separado. El método utilizado en un sistema de 
este tipo se denomina multiplexaje. Permite que múltiples fuentes de datos de modo 
independiente se transmitan a través de una sola fibra (o portador). 
El ancho de banda enorme de las fibras ópticas resulto una reducción en el tamaño y peso 
de los cables de datos. 
 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
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1.2. Física de la luz 
La propagación de la luz se puede analizar a detalle, en el uso de la teoría de las ondas 
electromagnéticas. Un análisis simplificado que se puede utilizar es el método de trazado de 
rayos. Este método examina la dirección de propagación, haciendo caso omiso de los 
campos eléctricos y magnéticos implicados. Hay caídas ligeras en la categoría general de las 
ondas electromagnéticas, al igual que las ondas de radio. Sin embargo, la luz tiene una 
frecuencia mucho más alta que las ondas de radio. La luz visible, por ejemplo, cubre el rango 
entre 0.43𝑥1015 y 0.75𝑥1015 Hz. 
La comunicación por fibra óptica utiliza la luz en el rango de frecuencia de 0.2𝑥1013 a 
0.37𝑥1013 Hz, llamado el rango infrarrojo. 
La idea de representar las ondas electromagnéticas en forma de rayos que se propaga en 
línea recta es válido sólo para muy altas frecuencias. 
Otra teoría en relación a la propagación de la luz y la generación de esta, es la teoría 
cuántica de la luz, también conocida como teoría del fotón. Este enfoque considera la luz 
como la propagación de paquetes de energía llamados fotones. La energía contenida en 
cada fotón está relacionada con la frecuencia de la luz, como lo muestra la ecuación 1.1 
𝐸𝑝= h x f (1.1) 
Dónde 
𝐸𝑝 es la energía del fotón 
h es la constante de Planck (h = 6.626𝑥10−34 ) joules-segundo (J / s) 
 f es la frecuencia. 
Esta teoría se empleará en analizar y explicar la generación de la luz y la detección. Es 
particularmente útil para describir la transformación de la luz en corriente de electrones y 
viceversa. 
A. Coherencia 
La mayoría de las fuentes de luz producen una onda de luz que consiste en una gama de 
frecuencias. La lámpara incandescente cubre una amplia gama de frecuencias, mientras que 
el láser típico produce un rango de frecuencias relativamente estrecha (o longitud de onda). 
En la medida en que una fuente produce único rango de frecuencias, la fuente es coherente. 
Este tipo de coherencia se llama coherencia temporal. 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
6 
 
La coherencia, o el grado de coherencia, se pueden definir como la capacidad de una onda 
en particular en patrones de interferencia producidos. La lámpara incandescente de luz 
blanca no puede producir patrones de interferencia. No es una luz coherente. 
1.3. Rayos ópticos 
El comportamiento de la luz es más fácil de explicar mediante el trazado de rayos mediante 
el uso y la descripción detallada utilizando la teoría electromagnética. Efectos tales como la 
reflexión y la refracción son mucho más fáciles de explicar con el uso de los rayos. Del 
mismo modo, la propagación de la luz en una fibra se puede describir en términos de rayos. 
Al analizar se puede ver la técnica de trazado de rayos como una simplificación de la teoría 
electromagnética, que se utiliza cuando se habla de la longitud de onda y la frecuencia. 
Otra teoría de la propagación de la luz, es la teoría del fotón, se utiliza ampliamente en la 
explicación y el análisis de la generación de la luz y la detección. 
La teoría de los rayos se aplica sólo al considerar las ondas con una longitud de onda mucho 
menor que la estructura utilizada para guiar la onda. 
A. Reflexión. 
Cuando un rayo de luz incide sobre una superficie reflectante, el rayo rebota como una mano 
cuando golpea una pared. Una superficie reflectante es un material que es altamente pulido y 
se recubre con materiales reflectantes especiales. 
La ley de la reflexión establece que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. En 
la figura 1.2, el rayo incidente es la línea de 𝐴0̅̅̅̅ , el rayo reflejado es 0𝐵̅̅̅̅ , y Φ es 
perpendicular a la superficie reflectante. El incidente y los ángulos reflejados, 𝜃1 y 𝜃2, 
respectivamente, son los que existen entre los rayos y la línea perpendicular a la superficie: 
 
Figura 1.2 ángulos de un rayo incidido 
 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
7 
 
𝜃1 es ángulo de incidencia 
𝜃2 es ángulo de reflexión 
Φ es perpendicular a la superficie 
Ley de reflexión 𝜃1 = 𝜃2 
Una consecuencia directa de esta ley es el hecho de que si 𝜃1 es igual a 90°, 𝜃2 es igual a 
90° el rayo reflejado está en congruencia con el rayo incidente. 
1.3.1. Ley de Snell y refracción 
Cuando un rayo viaja a través de un límite entre dos materiales con diferentes índices de 
refracción y reflexión 𝑛1 y 𝑛2 como se muestra en la figura1.3, ilustra el caso en el que 𝑛1> 
𝑛2; es decir, donde la luz viaja de un material con alto índice de refracción a uno de bajo 
índice de refracción. Comprendiendo que 𝜃1 es igual a 𝜃3, de acuerdo con la ley de reflexión. 
El rayo refractado, el rayo que continúa casi en la misma dirección básica que el rayo 
incidente es "roto"; es decir, el ángulo de 𝜃2 no es igual a 𝜃1. La relación entre 𝜃1 y 𝜃2 está 
dada por la ley de Snell de la refracción. (Willebrord snell formuló la ley en 1621.) Ecuación 
1.2 
𝑛1 sen 𝜃1 = 𝑛2 sen 𝜃2 (1.2) 
o 
sen 𝜃1 / sen 𝜃2 = 𝑛1 / 𝑛2 (1.3) 
De acuerdo con esta ley, un rayo que viaja desde un material de alto índice a un material de 
bajo índice se moverá fuera de la perpendicular. El ángulo de incidencia es menor que el 
ángulo del rayo refractado. 
 
Figura 1.3 Comportamiento de un rayo incidido sobre un material (donde 𝑛1 > 𝑛2 de modo que 𝜃2> 𝜃1) 
 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
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𝜃1 es ángulo de incidencia 
𝜃2 es ángulo de refracción 
𝜃3 es ángulo de reflexión 
Los ángulos refractados pueden enunciarse en términos de las velocidades de propagación 
en los medios de comunicación, como lo indica la ecuación 1.4: 
sen 𝜃1 / sen 𝜃2 = 𝑣1 / 𝑣2 (1.4) 
Tomando en cuenta que: 
𝑣1 = c / 𝑛1 y 𝑣2 = c / 𝑛2 
Dónde: 
c = 300𝑥106 m / s 
A. Difracción 
La difracción es otro proceso que hace que los rayos de luz en la propagación se puedan 
doblar, es decir, para desviarse de una línea recta. A menudo se utiliza de la misma manera 
que se utiliza la refracción. El fenómeno de difracción se utiliza en un número de 
componentes ópticos, tales como láseres y filtros ópticos. La difracción se produce cuando la 
luz de una fuente se incide sobre un material y es difractada. El ángulo de difracción θ 
depende de la longitud de onda (λ) de la luz incidente. El resultado de esta relación entre θ y 
λ es que la luz difractada se dispersa y la luz refractada a través de un prisma, da lugar al 
efecto del arco iris como se muestra en la figura 1.4. 
 
Figura 1.4 Difracción de un rayo de luz en longitudes de onda 
La difracción también tiene lugar cuando una luz pasa a través de una estrecha ranura o un 
agujero pequeño (con respecto a la longitud de onda) con bordes bien definidos. 
 
 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
9 
 
1.4. Propagación de la luz y reflexión interna total 
Para la propagación de la luz en las fibras y la reflexión con la que estas fibras cuentan, se 
explicara mediante un ejemplo de una fibra óptica de salto de índice. Una fibra de salto de 
índice, se muestra en la figura 1.5. Se hacen incidir dos rayos como se muestran en la figura. 
Un rayo se inyecta en un ángulo menor (línea continua) que el otro rayo (la línea de puntos). 
En la interfaz A, entre el aire y el núcleo, la refracción tiene lugar, y el rayo sigue en un 
ángulo más pequeño, más cerca de la línea central; Es decir, 𝜃𝐿2> 𝜃1. El rayo entonces llega 
a la interfaz núcleo revestimiento en el punto B. Una vez más, la refracción tiene lugar y las 
curvas de rayos continúan en el revestimiento. Finalmente, el rayo se dobla de nuevo, a 
medida que sale de la fibra a la interfaz de revestimiento, en el punto C. Esta vez el rayo sale 
de la fibra. Este rayo no se limita y no se propaga a través de la fibra. 
Ahora, ubicándonos en el segundo rayo (la línea continua). Una vez más, la refracción tiene 
lugar en el punto A. En el punto B ', la interfaz núcleo revestimiento, se produce la reflexión 
total interna. Este rayo se limita a la base de la fibra. Por conveniencia, se supone que el 
ángulo de incidencia en la interfaz núcleo revestimiento es el ángulo crítico y se llama (𝛼𝑐) 
un caso específico para una fibra, donde el índice para el revestimiento es 𝑛2 y para el 
núcleo es 𝑛1. Por lo tanto se tiene para 𝛼𝑐 la ecuación 1.5. 
 𝛼𝑐 = 𝑠𝑒𝑛
−1 (𝑛2 / 𝑛1 ) (1.5) 
El rayo crítico con (la línea continua) como se muestra en la figura 1.5 forma un ángulo (𝜃𝑐) 
con el centro de la fibra. Rayos con ángulos mayores que 𝜃𝑐 no se propagarán. 
Teniendo en cuenta que 𝜃1 > 𝜃𝑐, y que 𝜃1 sale de la fibra y no se limita a la fibra. 
 
Figura 1.5 Propagación de la luz en una fibra 
 𝜃𝐿1 es incidencia del ángulo que se convierte en 𝜃𝑐 
 𝜃𝐿2 es incidencia del ángulo- rayo no confinado 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
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El ángulo 𝜃𝑐, se denomina ángulo de propagación crítico, y se determina como lo indica la 
siguiente ecuación 1.6. 
sen 𝛼𝑐 = cos 𝜃𝑐 = 𝑛2 / 𝑛1 (1.6) 
Es importante señalar que la reflexión interna total puede ocurrir sólo cuando la luz viaja en 
medios de comunicación de alto índice. 
A. Modo de Propagación 
Todos los rayos con ángulos inferiores a 𝜃𝑐 se propagarán en la fibra. En la teoría 
electromagnética, estos rayos se propagan en ángulos distintos. Si hay un rayo crítico que se 
está propagando en un ángulo 𝜃2 = con un ángulo cualquiera (°), otros rayos se pueden 
propagar en distintos ángulos 𝜃1, 𝜃2 y 𝜃3. Estos rayos se denominan modos de propagación. 
Resulta que el número total de modos aumenta a medida que el índice de refracción 
incrementa. 
 
Figura 1.6 Modos de propagación 𝜃𝑐 > 𝜃1, 𝜃2 y 𝜃3. 
Es común distinguir entre los modos de propagación de alto orden y los ángulos de 
propagación cerca del ángulo crítico 𝜃𝑐 , los modos de propagación de orden inferior, son los 
que tienen ángulos de propagación mucho más bajos que el ángulo crítico, y los modos de 
orden superior tienden a enviar la energía luminosa en el revestimiento. Esta energía se 
pierde en última instancia. 
1.4.1. Ángulo de Aceptación y Apertura Numérica (A.N.) 
En la transmisión por fibra óptica el ángulo de propagación debe ser igual o menor que el 
ángulo crítico. Esto significa que la luz que entra en la fibra debe ser lo suficientemente 
profunda para mantener esta condición. La figura 1.7 muestra una traza de dos rayos que 
entran y que se convierten en los rayos críticos en la fibra. Al ubicarse en la línea (continua) 
del rayo, hay refracción en el punto A de manera que 𝜃𝑎 no es igual a 𝜃𝑐. Sólo los rayos que 
entran en el borde de la fibra dentro del ángulo de 2𝜃𝑎 serán aceptados por la fibra. El ángulo 
de 2𝜃𝑎 es el ángulo de aceptación. En tres dimensiones, se trata de un cono de aceptación, 
limitado por el ángulo de 2𝜃𝑎. 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
11 
 
Es útil relacionar el ángulo 𝜃𝑎 para los índices de refracción de la fibra. Por la ley de Snell, en 
el punto A, se tiene la siguiente ecuación 1.7. 
sen 𝜃𝑎 / sen 𝜃𝑐 = 𝑛1 / 𝑛𝑎𝑖𝑟 = 𝑛1 (1.7) 
y 
sen 𝜃𝑎 = 𝑛1 x sen𝜃𝑐 (1.8) 
el término sen 𝜃𝑎 se llama la apertura numérica (A.N.), obteniendo 
A.N. = sen 𝜃𝑎 = 𝑛1 sen 𝜃𝑐 (1.9) 
Para obtener A.N. en cuanto a los índices de refracción 𝑛1 , donde 𝑛1 es el índice subyacente 
(𝑛𝑛𝑢𝑐𝑙𝑒𝑜) y 𝑛2 es el índice de revestimiento (𝑛𝑐𝑢𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑎). 
 
Figura 1.7 ángulo de aceptación 
1.5. Características de la fibra óptica 
Las características de las fibras ópticas dependen tanto de la composición del material 
específico y la forma física y el tamaño. Cosas como la composición de vidrio, diámetro de la 
fibra y la forma en que el índice de refracción varía dentro de la fibra, que por lo tanto afectan 
directamente a la fibra. En general, cuando se habla de las características de la fibra, se 
centra en las pérdidas de la fibra y la velocidad de datos que la fibra puede manejar. 
A. Pérdidas fibra. 
Hay tres causas fundamentales de pérdida en la fibra. 
1. Pérdida del material. La absorción por el material. Esto incluye la absorción debido a la luz 
que interactúa con la estructura molecular del material, así como la pérdida a causa de las 
impurezas de materiales. 
2. Dispersión de la luz. La luz dispersada por las moléculas del material por las 
imperfecciones estructurales e impurezas. 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
12 
 
3. Guía de onda y las pérdidas de doblez. Las pérdidas causadas por imperfecciones y 
deformaciones de la estructura de la fibra. (macrocurvaturas y microcurvaturas) 
Todas estas pérdidas dependen de la longitud de onda. 
La figura 1.8 muestra lo que sucede a dos rayos a medida que pasan a través de una 
macrocurvatura en la fibra. 
 
Figura 1.8 Efecto de macrocurvaturas. 
Cuando el rayo con un ángulo de 𝜃1 alcanza el punto A, el ángulo de propagación se hace 
mayor que 𝜃1. En la figura 1.8, este ángulo se supone que es más grande que 𝜃𝑐 (el ángulo 
crítico), y el rayo sale de la fibra. El modo de 𝜃1 se ha convertido en un modo de fugas (modo 
de muy alto orden) y por lo tanto perdido. El modo de propagación en el ángulo 𝜃2 se 
convierte en modo de orden superior 𝜃2 ' debido a la curva. Se expresa como, 𝜃2´ > 𝜃2. 
Las microcurvaturas, son alteraciones muy pequeñas en tamaño de núcleo. A lo largo de la 
dispersión de la luz, hay variaciones en el núcleo y afectan el índice de refracción. 
 
Figura 1.9 Efecto de micro curvaturas. 
 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
13 
 
B. Dispersión 
El término dispersión se utiliza para describir el efecto de ampliación de pulsos por las fibras. 
La figura 1.10 muestra que el pulso que aparece en la salida de la fibra es más ancho que el 
pulso de entrada. Como la señal, es un pulso de luz que viaja a lo largo de la fibra, se hace 
más amplia debido a diversos fenómenos de propagación. Existen diferentes aspectos de la 
propagación de la onda que afectan a la dispersión, la dispersión se puede definir como el 
pulso de luz de salida producido por un pulso de entrada idealizado de ancho de casi cero. 
En otras palabras, si se asume que el ancho de pulso de entrada es cero, el ancho de pulso 
en la salida es totalmente un resultado de la dispersión de la fibra. En términos prácticos, 
tendría un pulso de entrada de 𝑡𝑝1 y un pulso de salida con 𝑡𝑝2 más ancho. 
 
Figura 1.10 Dispersión de un pulso 
C. Dispersión Intermodal 
Este tipo de dispersión, dispersión intermodal, resulta del hecho de que la onda se propaga 
en distintos modos. Es una dispersión entre los modos, causados por la diferencia en el 
tiempo de propagación para los diferentes modos. Para entender este tipo de dispersión, se 
debe considerar dos modos extremos que se propagan a lo largo de los ejes de la fibra 
ilustrados en la figura 1.11. El modo de propagación fundamental en el ángulo 𝜃𝑐 y otro modo 
en el que el ángulo de propagación es cero (modo cero). El pulso de luz incidido dentro de la 
fibra se propagará a lo largo de la fibra en ambos modos. 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
14 
 
 
Figura 1.11 Dispersión intermodal 
1.6. Fibras ópticas 
Las estructuras de la fibra de índice gradual y la fibra de salto de índice (índice escalonado) 
son las existentes para la comunicación. Estas estructuras se ilustran en la figura 1.12. 
 
Figura 1.12 tipos de fibra óptica (a) salto de índice. (b) índice gradual. (c) fibra monomodo. 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
15 
 
A. Fibras multimodo de salto de índice 
En la fibra de salto de índice se ilustra en la figura 1.12 (a), la luz que se propaga en muchos 
modos. El número total de modos (𝑀𝑁) aumenta con el incremento en la apertura numérica 
(A.N). Para un gran número de modos (𝑀𝑁) puede ser estimado por 
𝑀𝑁 = 𝑉
2 / 2 (1.10) 
La frecuencia normalizada V es: una relación entre el tamaño de la fibra, los índices de 
refracción. 
Mayor A.N. significa más modos, y por lo tanto, A.N. más grande significa que hay una mayor 
dispersión. Teniendo en cuenta que un diámetro mayor proporciona más modos y mayor 
dispersión. Es útil que entré mayor dispersión, significa menor velocidad de datos, lo que 
conduce a una transmisión menos eficiente. Debido a que hay un gran número de modos, es 
evidente que hay dispersión total intermodal en su mayoría. 
Se puede tener la consideración de argumentar a favor de una reducción de A.N. para 
reducir la dispersión. Esto no es recomendable por dos razones. Primero, la inyección de la 
luz en la fibra con baja A.N. se hace difícil. Recordando que menor A.N. implica un ángulo de 
aceptación más bajo. Así obligando a la luz que entra al núcleo va a tener un ángulo poco 
profundo. En segundo lugar, la fuga de energía es más probable, y por lo tanto las pérdidas 
aumentan. 
El diámetro del núcleo de la fibra multimodo de comunicación varía entre 50 µm y 
aproximadamente 200 µm. La tabla 1.1 proporciona datos sobre las dimensiones del núcleo, 
revestimiento de una fibra de salto de índice multimodo. 
 
Material 
Núcleo / 
revestimiento 
Diámetro del 
núcleo (µm) 
Diámetro del 
revestimiento 
(µm) 
Perdida en dB / Km 
850 nm 
BW (MHz x 
Km) 
N.A. 
Silicio/silicio 50 125 2.4 800 0.2 
Silicio/silicio 100 140 4.5 300 0.29 
Silicio/silicio 200 300 8 20 0.2 
Silicio/silicio 1000 1250 6 -- 0.4 
Silicio/plástico 250 320 8 20 0.3 
Silicio/plástico 200 600 30 (a 820 nm) 90 0.38 
Plástico/plástico 368 400 270(a 790 nm) 50 0.42 
 
Tabla 1.1 da algunos datos en relación con las fibras multimodo de salto de índice. 
 
 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
16 
 
B. Fibras monomodo 
Como su nombre lo indica, la energía de la luz en una fibra monomodo se concentra en un 
solo modo. Esto se logra mediante la reducción del diámetro del núcleo a un punto en el que 
el tamaño de la fibra y los índices de refracción es menos de 2,1. En otras palabras, la fibra 
está diseñado para tener un número de relación del tamaño de la fibra con respecto a los 
índices de refracción entre 0 y 2,4. 
En la fibra de monomodo, a diferencia del caso de las fibras multimodo, parte de la luz se 
propaga en el revestimiento.El revestimiento debe entonces tener una baja pérdida y ser 
relativamente grueso, para un diámetro de núcleo de 10 µm, diámetro del revestimiento es de 
aproximadamente 120 µm. 
 
C. Fibras de índice gradual 
Una fibra de índice gradual se dibuja en la figura 1.13. En este caso, el índice de refracción 
(n) varía en el núcleo a medida que se aleja del centro. En el centro de la fibra, hay 𝑛1; en el 
revestimiento se tiene 𝑛2; entre estos dos se tiene n(r), donde n es una función del radio en 
particular. (Como lo ilustra la figura 1.13 (a)). La figura 1.13 (b) simula el cambio en n de una 
manera escalonada. Cada círculo de trazos representa un índice de refracción diferente, 
disminuyendo a medida que se aleja del centro de la fibra. Un rayo incidente sobre estos 
límites entre 𝑛𝐴- 𝑛𝐵, 𝑛𝐵 -𝑛𝐶, etc se refracta. 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
17 
 
 
Figura 1.13 Fibra de índice gradual (a) Índice de perfil. (b) Perfil del índice en etapas de la fibra. (c) Trazo de rayos en el 
índice de perfil 
 
D. Buffers de fibras ópticas 
Los buffers como se ilustra en la figura 1.14. Cada fibra en el exterior tiene un diámetro 
exterior del orden de 120 µm. 
El tamaño de la fibra hace que sea fácil de acople a las luces de las fuentes. Este tipo de 
buffer es el que se utiliza principalmente en aplicaciones de fibra óptica para la 
comunicación. 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
18 
 
 
Figura 1.14 Buffer de un cable de fibra óptica 
1.7. Principios de la comunicación por fibra óptica 
La tecnología de fibra óptica se ha desarrollado en gran medida para su uso en la 
comunicación. Dos disciplinas básicas están involucrados: la tecnología de fibra óptica y la 
tecnología de la comunicación. La parte de fibra óptica consiste en la fuente de luz y el 
detector, con la unidad correspondiente de circuitos de recepción y la propia fibra. 
La parte de la comunicación se refiere al procesamiento de los datos, la modulación, y de 
demodulación. 
En la comunicación por fibra óptica, la información se transmite como intensidad de luz 
modulada. La intensidad de luz que representa la tensión o corriente de entrada. Una entrada 
de onda sinusoidal produce una luz con una intensidad que varía de forma sinusoidal. Esto 
es en contraste la transmisión coherente. 
Un diagrama a bloques generalizado de un sistema de comunicación de fibra óptica se 
muestra en la figura 1.15. Esta descripción general es apropiada para un sistema analógico, 
así como los sistemas digitales. Las diferencias entre ellos se ponen de manifiesto a medida 
que más datos se llenan. 
Por ejemplo, es raro encontrar un sistema que utiliza tanto analógicos como digitales, 
utilizando TDM. Sin embargo, las diversas técnicas pueden ser mezcladas y emparejadas 
para adaptarse a necesidades particulares. Además, se puede optar por utilizar un diodo 
emisor de luz (LED) o un láser como fuente de luz. 
En el lado receptor, algunas opciones deben ser compatibles con sus contrapartes en el lado 
transmisor. La demultiplexaje debe recuperar los canales originales de la corriente de datos 
multiplexada, utilizando FDM, TDM u otro tipo de multiplexaje. El foto detector se puede 
elegir algo independientemente de la señal transmitida. Un fotodiodo puede ser utilizado para 
señales de láser transmitida por el LED. 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
19 
 
El repetidor, esencialmente utilizado para volver a amplificar y cambiar la forma de la señal, 
puede o no puede ser necesario, dependiendo de la distancia y el tipo de transmisor 
utilizado. 
 
 
Figura 1.15 Diagrama a bloques de un sistema de comunicación 
Las decisiones sobre el uso de empalmes o conectores, cuando sea necesario puede ser 
requerido son función de la aplicación en particular. 
La elección de la fibra está directamente relacionada con lo requerido con respecto a la 
longitud o también la elección de la fibra está estrechamente ligada a la selección de la 
fuente de luz. 
La pérdida total de potencia también se ve afectada por el tipo de conectores, empalmes 
utilizados, la eficacia del acoplamiento entre la fibra y la fuente de luz y el detector de luz. 
Por lo general, las fibras monomodo cuentan con una alta velocidad de datos y la menor 
pérdida por kilómetro. 
 
1.7.1. Transmisión analógica 
En la transmisión analógica, la señal a transmitir es tratada a través de un circuito 
amplificador controlado, para controlar la corriente a través de una fuente de luz. De esta 
manera, la intensidad de la luz está directamente relacionada con la señal de entrada. En el 
extremo receptor, la luz se convierte en corriente o tensión por un fotodetector. La 
expectativa es que la forma de onda de salida es una copia exacta de la forma de onda de 
entrada. Con o sin ganancia. Para obtener una reproducción fiel de la señal, el sistema de 
transmisión de fibra óptica en la parte del receptor debe de ser: 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
20 
 
1. Lineal 
2. Tener un tiempo de respuesta compatible con la señal de entrada 
3. Tener bajo nivel de ruido interno. 
En cuanto a la fuente de luz, esto significa que la relación entre la conducción de intensidad 
de corriente y la luz debe ser lineal. 
El LED tiene una respuesta que es casi lineal, y es adecuado para la transmisión analógica. 
Su potencia de salida es relativamente baja, y la potencia acoplada en la fibra es aún más 
baja. Por otra parte con el láser, es posible operar en la región lineal por debajo de lo normal, 
con ninguna ventaja real. Debido a estas dificultades, el láser es raramente considerado para 
la transmisión analógica directa. 
Para una señal a reproducir fielmente, la potencia de la señal debe ser mayor que la potencia 
de ruido. En lenguaje más técnico, la relación señal-ruido (S / N) debe ser mayor. Con la baja 
potencia de los LED y el ruido inherente involucrado, la transmisión analógica sólo se puede 
utilizar en distancias relativamente cortas. Largos tramos de fibra presentan mayor 
atenuación de la señal, cosa que reduce la S / N. Esta restricción que representa la distancia 
es una de las razones por las que la transmisión analógica no se utiliza en los sistemas de 
comunicación de larga distancia. 
 
1.7.2. Transmisión Digital 
La transmisión digital consiste en el envío y la recepción de pulsos de luz. Dos niveles se 
reconocen: alto y bajo o "on" y "off". Algunos de los parámetros de las formas de onda se 
muestran en la figura 1.16. Igualmente, se definen algunos términos generales en relación a 
la transmisión de datos de forma digital. 
 
 
 
 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
21 
 
 
Figura 1.16 Parámetros de un pulso 
 𝑡𝑟 es tiempo de subida. El tiempo que tarda la señal (voltaje, corriente, intensidad de la luz, 
etc) para ir de 10 a 90% de su valor máximo en amplitud. 
 𝑡𝑓 es tiempo de caída. El tiempo necesario para ir desde 90 hasta 10% de la amplitud. 
 𝑡𝑑 es tiempo de retardo. El tiempo de retardo entre el 50% de la amplitud en la entrada y el 
correspondiente 50% de la amplitud en la salida. 
T es el periodo. El tiempo que se tarda en completar un ciclo repetitivo. 
F es frecuencia de repetición de pulsos. El número de pulsos por segundo. También se llama 
la frecuencia del pulso. 
 Velocidad de bit. El número de bits por segundo. Un bit es representado por cualquiera de 
un "1" (alto) o "0" (bajo). 
Velocidad de transmisión. El número de transiciones (o eventos de señalización) por 
segundo. Cambia con el patróny la codificación utilizada. 
Para la transmisión digital, la linealidad no tiene ninguna importancia. Solo se considera si la 
luz es alto (activo) o bajo (apagado). La inmunidad al ruido es mucho mayor para la 
transmisión digital que para la transmisión analógica debido a que el circuito de detección 
sólo tiene que reconocer dos niveles que estén por lo general bien separados. 
El sistema no tiene que ser lo suficientemente rápido para tener un tiempo de respuesta corto 
y poder reproducir la subida y la caída. Una distorsión en 𝑡𝑟 y / o 𝑡𝑓 puede ser aceptable, 
siempre y cuando los niveles altos y bajos son detectables por el receptor. 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
22 
 
1.7.3. Repetidores 
Dado que los repetidores se usan muy poco en los sistemas analógicos, solo se analizan 
repetidores digitales. La función de un repetidor es regenerar una señal deteriorada y 
retransmitirla. La figura 1.17 muestra esta función. La señal en el extremo de la fibra en la 
figura 1.17 se distorsiona sustancialmente debido a la difusión de pulsos (dispersión de 
pulso) y la pérdida de potencia en la fibra. El repetidor detecta esta señal y la forma de nuevo 
en un tren limpio cronometrada dando precisión al pulso, básicamente una copia del tren de 
pulsos originales. La señal reconstruida se retransmite después con todo el poder. El 
resultado es equivalente a reducir la longitud de la fibra. 
El repetidor consiste de un receptor y transmisor similares a los utilizados en la transmisión y 
recepción de los terminales. Algunos repetidores contienen circuitos de comprobación de 
errores que se puede utilizar para iniciar una retransmisión de los datos originales. 
Algunos repetidores están diseñados con un interruptor de derivación automático. En caso de 
fallo del repetidor, el repetidor está puenteado por un interruptor de la fibra. Esto mantiene el 
enlace de comunicación, aunque sólo a un nivel de rendimiento degradado. 
 
Figura 1.17 Función de un repetidor 
A. Ancho de banda y velocidad de datos (A.B.) 
El A.B. de una fibra o de los sistemas es la gama de frecuencias que se puede manejar con 
una distorsión mínima en amplitud. Una definición más precisa es que es la gama de 
frecuencias entre los dos puntos, donde la potencia óptica de salida cae el 50% de su 
máximo. La caída del 50% significa una pérdida de 3dB, se puede expresar con la ecuación 
1.11 
10 x log (1/2) = -3 dB (1.11) 
 
 
 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
23 
 
1.8. Cables de fibra óptica 
La fibra de vidrio típica es de aproximadamente 100-250 µm de diámetro. Es frágil y muy 
susceptible a daños por torsión. Debido al pequeño tamaño de la fibra, este daño puede dar 
un aumento de la radiación hacia el exterior a través del revestimiento y, por tanto, aumentar 
las pérdidas. Es obvio que no se puede utilizar la fibra desnuda. Y por eso son protegidas. 
La protección exterior tiene las siguientes características: 
1. Le da a la resistencia mecánica a la estructura. 
2. Protege la fibra contra rupturas y daños. 
3. No ejerce una presión excesiva sobre la fibra. Tal presión podría causar micro pérdidas. 
4. Permite una fácil instalación y mantenimiento en campo 
5. Protege la fibra de las condiciones ambientales, cosa que es especialmente importante en 
instalaciones bajo el agua. 
 
1.8.1. Cables de fibra individual 
Como parte del proceso de fabricación, la fibra tiene un recubrimiento de plástico que es 
independiente del revestimiento, para protegerlo contra el daño durante la fabricación y el 
montaje. Generalmente el revestimiento o las chaquetas de plástico grueso brindan 
resistencia mecánica y protección adicional. Es importante darse cuenta de que la estructura 
mecánica varía con la aplicación. Por ejemplo, bajo el agua los cables tienen juntas 
adicionales para prevenir la corrosión y estructuras especiales para soportar la alta presión. 
También, las fibras de salto de índice, índice gradual, o cualquier otra fibra cuentan con una 
estructura mecánica. 
Los cables de fibra óptica monomodo se construyen de dos maneras básicas: 
amortiguamiento suelto (tubo holgado) y de amortiguamiento apretado. Tubo holgado 
significa que la fibra es libre en cualquier punto del cable. Se coloca en una carcasa vacía, 
como se muestra en la figura 1.18 que muestra un cable del tipo amortiguado. Como se 
puede ver en la sección transversal esquemática, la fibra (el punto negro en la Figura 1.19) 
es libre de moverse dentro de la chaqueta. Esta construcción sin presión reduce los efectos 
por microcurvaturas. 
 
 
 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
24 
 
 
Figura 1.18 cable de fibra óptica del tipo amortiguado 
 
 
Información de la fibra revestimiento de plástico – fibra de silicio 
Diámetro del núcleo (µm) 200 
Diámetro del revestimiento 300 
Diámetro del buffer 900 
Material del revestimiento silicón 
Información del cable 
Diámetro del cable (mm) 2.4 
Peso del cable (Kg / Km) 5.5 
 
 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
25 
 
 
Figura 1.19 cable del tipo tubo holgado 
 Fibra monomodo 
 Estructura de tubo holgado 
 Baja atenuación en un rango de temperaturas 
 Alta resistencia a la tracción 
 Dieléctrico 
1.8.2. Cables multifibra 
En instalaciones grandes, es común el uso de muchas fibras contenidas en un cable 
reforzado, al igual que el cable de varios hilos de cobre en el uso convencional. La estructura 
de estos cables de fibra óptica se basa en el uso del cable conteniendo varias fibras 
individuales. La Figura 1.21 muestra un cable de fibra multimodo del tipo tubo holgado. 
Similar como se muestran en la figura 1.18. 
Si las fibras individuales son sustituidas por cables con recubrimiento ajustado, se obtiene 
un cable multimodo que utiliza una estructura de recubrimiento ajustado. 
La Figura 1.20 presenta un cable de recubrimiento ajustado. Aquí, el revestimiento protector 
cubre el núcleo de la fibra y su recubrimiento. 
 
Figura 1.20 cable de fibra óptica de recubrimiento ajustado 
 
 
 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
26 
 
Construcción del cable 
 Fibra óptica multimodo graduada de vidrio 
 Diámetro del núcleo 50 µm 
 Diámetro del revestimiento 125 µm 
 Revestimiento protector diámetro global 
 
Figura 1.21 Diagrama de un cable de fibra óptica multimodo del tipo tobo holgado y tipo amortiguado 
1.9. Empalme 
Para las fibras ópticas, cuando se deben empalmar los bordes de la fibra es para reparar una 
conexión rota o para extender un enlace óptico, el empalme es una fijación permanente de 
los dos extremos de cable de fibra óptica. Sin embargo, se debe hacer de manera que no se 
introduzcan pérdidas excesivas. Si los dos bordes no están alineados correctamente, la luz 
se escapa en la unión dando como resultado una pérdida de potencia. La conexión debe 
tener una fiabilidad a largo plazo. No se debería tener que volver a hacer un empalme en ese 
mismo sitio. 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
27 
 
Para producir un empalmede calidad, los extremos de las fibras deben ser cuidadosamente 
cortados. Es decir, que deben cortarse perpendicular a la longitud de la fibra. 
Hay un número de pasos implicados en el empalme 
1. Se retira la cubierta exterior sin dañar la fibra utilizando herramientas de pelado, similares 
a las herramientas que se utilizan para pelar cables de cobre. Esto también puede hacerse 
simplemente mediante el uso de una cuchilla afilada para hacer un corte longitudinal en la 
chaqueta y luego pelar la chaqueta de la fibra. Retire sólo la longitud necesaria para el 
empalme 
2. Retire el amortiguador de la fibra. Está cubierta de plástico se puede retirar al quitar. 
3. La fibra debe tener los bordes a la longitud deseada. Debe utilizar un microscopio para ver 
si los bordes son ásperos. Si es así, de nuevo se debe pulir los bordes de la fibra. Es 
importante que el borde de la fibra sea lisa y perpendicular a la longitud de la fibra. 
4. Cuando la fibra está lista, puede ser insertada en la estructura de empalme, sujeta y 
alineada en el equipo de empalme. 
5. El empalme se completa con encerrarlo en una cubierta estructural adecuada. Se utilizan 
algunos adhesivos que pueden fundirse (deja endurecer) a temperaturas ambiente durante 
un período relativamente largo de tiempo; otros se deben de fundir a temperaturas más altas 
para una duración más larga. 
Los dos bordes de la fibra se pueden conectar por empalme de fusión, la fusión de las dos 
fibras (punto de fusión del vidrio), o por empalme mecánico. Alineando mecánicamente los 
dos bordes y el posicionamiento de ellos. 
Se tiene un buen empalme cuando la pérdida introducida por el empalme es pequeño. Los 
empalmes de fusión se pueden hacer con las pérdidas que van de 0,01 a 0,2 dB. Los 
empalmes mecánicos suelen tener pérdidas de desde 0,15 hasta 0,5 dB. 
1.9.1. Empalmes de fusión 
El empalme de fusión se lleva a cabo por un instrumento sofisticado que permite la 
alineación de las fibras en todas las direcciones. En primer lugar, los bordes se alinean y se 
aplica presión para unir a tope apropiado. Luego, se aplica calor, por lo general por un arco 
eléctrico. Un empalmador de fusión eléctrico se muestra en la figura 1.22. Una vez que las 
fibras se fusionan, se convierten en "uno" sólo. Es necesario para cubrir la zona de empalme 
para protegerlo de los daños por la manipulación. Una camisa de plástico se utiliza a menudo 
para proteger el empalme. 
A menudo se utiliza un sistema de inyección y detección local. El propósito de este sistema 
es para permitir una mejor alineación de las secciones de fibra que se fusionan. La alineación 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
28 
 
se lleva a cabo mediante el ajuste de los dos bordes hasta que la potencia máxima es leída 
por el receptor. Las fibras se encajan en su sitio y se aplica calor de fusión. 
 
 
Figura 1.22 Equipo de empalmes. 
1.9.2. Empalmes mecánicos 
El empalme mecánico consiste en alinear los bordes de la fibra con diversos dispositivos de 
posicionamiento una vez realizado se aplica adhesivo óptico. Un número de métodos de 
alineación de fibras para empalme mecánico se muestran en la figura 1.23. El propósito de 
las diversas estructuras que se muestran, es mantener el empalme en su lugar para poder 
aplicar adhesivo óptico y finalizando con recubriéndolo con un tubo, o cinta especiales para 
este tipo de empalmes. 
Una estructura detallada y completa de este empalme se muestra en la figura 1.24. Un tubo 
de acero, llamado férula, con dimensiones precisas para adaptarse a la fibra junto a una 
chaqueta, que se utiliza para conectar las dos fibras. 
 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
29 
 
 
Figura 1.23 Alineación de fibras para empalme mecánico. (a) Ranura en V. (b) Tres vástagos. (c) Férula 
 
Figura 1.24 Empalme mecánico. (a) Férula de acero inoxidable. (b) Empalme completo 
1.9.3. Conectores 
Los problemas encontrados con el corte y el empalme son también aplicables a los 
conectores de fibra. Una característica importante es proporcionar una fácil conexión y 
desconexión. Los extremos de las fibras deben unirse, lo más cerca posible, sin dañar las 
fibras. El montaje de los conectores sobre la fibra requiere cuidado y precisión especial. 
Todas las longitudes de las fibras deben ser tratadas cuidadosamente de acuerdo con las 
instrucciones de los fabricantes de los conectores. 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
30 
 
Los conectores de fibra monomodo requieren un mayor grado de precisión que los 
conectores multimodo porque incluso una pequeña desalineación es significativa en relación 
con el diámetro de la fibra y causará pérdida sustancial. 
Una gran variedad de conectores de fibra monomodo están disponibles, que van desde 
plástico para conectores roscados y conectores de acero para precisión. Un conector de 
plástico de una sola fibra se muestra en la figura 1.25. El conector que se muestra se utiliza 
sobre todo para los de mayor diámetro de las fibras (núcleo por encima de 100 µm). La figura 
1.25 representa el proceso de montaje. 
La conexión de las fibras monomodo requiere un enfoque algo más sofisticado. La precisión 
de posicionamiento necesaria para alinear dos núcleos de, por ejemplo, 10 µm de diámetro 
se convierte en casi imposible de alcanzar. La solución radica en el uso de lentes para el 
conector de haz expandido (un conector que utiliza lentes para ampliar el haz). 
 
Figura 1.25 Conector de fibra óptica 
 
 
Capítulo 1 La fibra óptica como medio de transmisión 
 
31 
 
 
Figura 1.26 Conectores de fibras monomodo y multimodo 
 
A. Pérdidas de conexión 
Las causas de la pérdida óptica en una conexión de fibra a fibra de empalme o conector se 
dividen en dos clases: pérdidas resultantes de desajustes y las pérdidas en las 
características de la fibra, como: la zona núcleo, apertura numérica (A.N.), y el perfil básico 
de desalineación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
32 
 
 
 
 
 
 
 
2. Fuentes ópticas para la comunicación 
La energía de luz producida por una fuente depende únicamente de la señal de entrada. No 
debe variar con la temperatura ambiente o de otras condiciones ambientales. Los láseres son 
todavía muy sensible a las variaciones de temperatura. 
En algunos, casos, las fuentes que se instalan deben tener una larga vida de funcionamiento 
ininterrumpido estable. La esperanza de vida típica en los sistemas de comunicación es más 
de 105 horas de funcionamiento continuo. La lámpara incandescente no dura tanto tiempo. 
Tomando en cuenta que 105 horas es de unos 11 años. 
La circuitería para conducir (modulan) la fuente debe ser tan simple como sea posible. 
Generalmente, esto es cierto para el LED pero no para el láser. Sin embargo, el láser tiene 
muchas otras ventajas. 
Una fuente óptica para su uso en aplicaciones de fibra óptica debe tener las siguientes 
características generales: 
1. Para la comunicación, la intensidad de la luz (energía óptica) debe ser lo suficientemente 
grande como para que la comunicación sea a larga distancia y sea factible. Esta 
característica también se verá afectada por las siguientes características dadas. 
2. La estructura debe permitir el acoplamiento eficaz de la luz en una fibra. 
3. La longitud de onda de la luz debe ser compatible con la longitud de onda más adecuada 
para el uso de fibra óptica. Hoy en día, la longitud de onda más adecuada en la 
comunicación de fibra óptica es de aproximadamente 1,55 µm. Otras longitudes de onda 
utilizadas son 1,3 y 0,82 µm. 
4. El tiempo de respuesta debe ser corto (el ancho de banda [AB]muy alto) para permitir una 
alta velocidad de datos. La circuitería para conducir la fuente óptica debe ser razonablemente 
simple. 
 
 Capítulo 2 
TRANSMISORES Y 
RECEPTORES ÓPTICOS 
 
Capítulo 2 Transmisores y receptores ópticos 
 
33 
 
5. El dispositivo debe producir una fuente de luz que no varía con la temperatura y otras 
condiciones ambientales, y debe ser confiable. 
2.1. Principios de la emisión de luz 
Cuando se refiere a la emisión de luz se toma en cuenta la generación (radiación) de fotones. 
Un fotón es una partícula de luz (según lo descrito por la teoría cuántica) o un paquete de 
energía. La energía de un fotón está dada por la ecuación 2.1 
𝐸𝑓 = h x f (2.1) 
Dónde: 
h = 6.626 x 10−34 J-s constante de Planck 
f, es la frecuencia de la energía óptica 
Un fotón se puede generar cuando un electrón se mueve de un mayor nivel de energía a un 
nivel inferior de energía en la estructura atómica. Ente los niveles de energía de los 
electrones existen bandas (bandas de energía) correspondientes a la ubicación del electrón 
en la estructura de la cubierta del átomo. Los electrones en capas exteriores son de mayor 
energía. Los electrones de conducción, los electrones libres forman el flujo de corriente 
eléctrica. La banda de valencia está asociada con los electrones en la capa exterior del 
átomo. Sabiendo que el flujo de corriente implica el movimiento de ambos electrones y 
huecos (el término "hueco" se refiere a la ausencia de un electrón que un electrón.) 
Las bandas de energía están separadas por espacios o huecos de energía prohibida. Los 
electrones o huecos no ocupan estos vacíos energéticos. La Figura 2.1 muestra 
esquemáticamente los electrones que ocupan la banda de conducción (𝐸2) y los huecos que 
ocupan la banda de valencia (𝐸1). Pensando en los huecos en términos de electrones que 
han dejado atrás el mismo número de huecos. 
 
Figura 2.1 Energía de niveles del electrón hueco. (a) Representación de la banda de energía. (b) Capa atómica (la capa de 
valencia) 
 
Capítulo 2 Transmisores y receptores ópticos 
 
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2.1.1. Emisión espontánea 
La recombinación de un electrón con un hueco, es decir, la transición de un electrón desde la 
banda de conducción de vuelta a la banda de valencia (figura 2.1 (b)) puede estar asociada 
con la generación de un fotón. La recombinación implica un electrón que ha sido sometida a 
un cambio de energía de 𝐸2-𝐸1. Si se genera un fotón, se tiene una energía igual. 
La longitud de onda de la radiación emitida está relacionada con la diferencia de energía 
entre la banda de conducción y la banda de valencia. Debido a los diferentes materiales 
tienen diferentes intervalos de energía, producen radiación de diferentes longitudes de onda. 
Este tipo de fotoemisión se llama emisión espontánea y es el modo de generación de luz en 
el LED. En contraste, la emisión de fotones en los láseres se estimula en gran medida. 
Para obtener una fuente de luz eficiente, un gran número de recombinaciones debe tener 
lugar y un gran número de estas recombinaciones deben ser radiactivas. (No todas las 
recombinaciones resultan radiación.) Esto se logra mediante (1) la selección de materiales 
adecuados, donde la recombinación tiende a ser radiactivo, (2) la producción de una 
estructura que tiene un gran número de electrones en la banda de conductor y, (3) el 
confinamiento de luz generada de modo que no se irradia en todas las direcciones. 
La Figura 2.2 muestra una unión PN con y sin tensión aplicada. En la figura 2.2 (a), no se 
aplica voltaje, y hay una región ancha de agotamiento. Cuando se aplica tensión, se empuja 
un gran número de electrones, o se inyecta, en la región N (o un gran número de agujeros en 
la región P). Esta situación, donde hay una gran concentración de electrones de alta energía, 
se conoce como invasión de población. En los materiales normales, hay muchos electrones 
de baja energía más que electrones de alta energía. Los electrones y los huecos penetran en 
la región de agotamiento y se recombinan la figura 2.2 (b) lo ilustra. Está recombinación, 
representada en la figura 2.2 (c) es una transición de electrones energía, y produce la 
radiación. Los electrones inyectados constituyen la corriente eléctrica. La emisión de luz se 
lleva a cabo en los centros de recombinación, es decir, muy cerca de la salida. La figura 2.2 
(b) muestra el área activa, como el área cerca de la unión. 
 
Capítulo 2 Transmisores y receptores ópticos 
 
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Figura 2.2 Estructura P-N. (a) Inyección P-N (sin aplicar voltaje). (b) Inyección P-N (polarizado). (c) transición de nivel de 
energía. 
Vale la pena señalar que la brecha de energía para el arseniuro de galio (GaAs), por 
ejemplo, es de aproximadamente 1,3 eV, lo que dará lugar a una longitud de onda de luz de 
λ= 0,87 µm. Esta es la región del infrarrojo, para aplicaciones de comunicación. 
2.1.2. Emisión estimulada 
La emisión de luz de los láseres es un resultado de la emisión estimulada. Láser significa 
amplificación de luz por emisión estimulada de radiación. 
En principio, la emisión estimulada significa que los fotones estimularon la emisión de más 
fotones. Esto es muy parecido al efecto de la avalancha. La colisión entre los fotones y 
electrones de alta energía induce una transición de energía del electrón y se irradian fotones. 
Estos fotones estimulados proceden a chocar con electrones y producir más fotones y así 
sucesivamente. 
Es importante ser capaz de confinar a los fotones a la zona activa para fomentar este 
proceso de avalancha, para obtener la emisión espontánea, es necesario contar con una 
invasión de población de electrones (una alta concentración de los electrones de alta energía 
que pueden recombinarse con los huecos). También es necesario elegir el material para que 
estas transiciones de energía de electrones produzcan radiación. Además, para la emisión 
estimulada, se necesita una fuente de fotones suficientemente grandes como para producir la 
emisión estimulada. Esta fuente externa de fotones, llamado una bomba de energía, se 
proporciona a menudo por una fuente de luz externa de corriente eléctrica adecuada que 
produce una alta concentración de fotones. En el láser semiconductor, la potencia es 
proporcional por la corriente eléctrica inyectada. 
Capítulo 2 Transmisores y receptores ópticos 
 
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2.2. Diodos emisor de luz (LED) 
La estructura de un LED es esencialmente la de un diodo semiconductor. El material 
utilizado, sin embargo, son tales que la recombinación electrón hueco es altamente 
radiactiva. El área activa, es generalmente muy pequeña, donde se produce la 
recombinación produciendo de resultado la radiación y mientras tanto la salida de luz que 
debe propagarse a través de una porción del material. 
Los diodos están construidos de varias maneras. El LED permite que la superficie activa 
sirva para irradiar hacia fuera. Otras estructuras, como el LED de borde emisión de luz estén 
diseñados para permitir que el borde del área activa permita irradiar hacia fuera. 
2.2.1. LED estructura simple 
La Figura 2.3 muestra una estructura simple del diodo emisor de luz. La región P es 
relativamente delgada, de aproximadamente 1 µm. La recombinación tiene lugar alrededor 
de la unión PN y se irradia en todas las direcciones. La mayor parte de la luz de salida llega a 
través de la capa delgada P. El material utilizado es GaAs, en lugar de germanio o silicio, 
porque GaAs es mucho más radiactivo.Algunos otros materiales utilizados son de arseniuro 
de fósforo de galio (GaAsP), fósforo de galio (GaP), arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs), y 
el indio galio arseniuro de fósforo (lnGaAsP). La luz se irradia hacia abajo, hacia arriba y 
hacia los lados. Debido a que sólo una pequeña parte de la luz generada internamente se 
emite en una dirección en particular. Esta estructura PN se conoce como una homounión. Se 
compone de un solo material (en este caso, de GaAs). 
 
Figura 2.3 Estructura simple del diodo emisor de luz. 
Para mejorar el rendimiento de los LED, se añaden otras capas P y / o N a la estructura. La 
figura 2.4 muestra un LED con una estructura de múltiples capas, una heteroestructura. Las 
dos regiones P y N se diferencian entre sí por el tipo de material utilizado y el dopaje 
(introducción de impurezas deseadas en la estructura atómica). Esta estructura aumenta la 
concentración de huecos y electrones en la región activa, y también limita la luz emitida, por 
lo que la mayor parte de la luz se irradia hacia arriba. La región P inferior sirve como un 
reflector, mientras que las regiones N son transparentes. 
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Figura 2.4 Diodo de doble heteroestructura, emisión de superficie 
2.2.2. LED de emisión de superficie (LED tipo Burros) 
La estructura mostrada en la figura 2.4 la luz se irradia desde la superficie de la unión, un 
número de variaciones sobre esta estructura básica se han introducido para mejorar la 
eficiencia de radiación. 
El LED tipo Burros se muestra en la figura 2.5. El área activa se mantiene pequeña por lo 
que permite el contacto eléctrico con sólo una pequeña porción de la superficie P inferior. El 
 𝑆𝑖𝑂2 aísla la capa metalizada desde el material de la capa p. Las dos capas inferiores (P 
GaAs y AlGaAs) sirven, en parte, como reflectores de luz. Y, en parte, restringen la 
recombinación de la zona cerca de la unión PN. La circulación también generada en la capa 
superior N enfoca la luz emitida por el área activa sobre la fibra óptica. Este tipo de LED es 
mucho más eficiente que el homounión o el de heteroestructura. 
Hay muchas maneras de mejorar el acoplamiento de la luz en una fibra óptica. Tenga en 
cuenta que, al marcar el flujo de corriente eléctrica a través de un área pequeña, la densidad 
de corriente se incrementa y la eficiencia de radiación se mejora. 
Capítulo 2 Transmisores y receptores ópticos 
 
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Figura 2.5 Led tipo Burros 
2.3. LÁSER 
El láser funciona por emisión estimulada; es decir, los fotones colisionan con los electrones, 
es el caso de los electrones que producen fotones que chocan con más electrones. Para 
lograr la emisión estimulada, se necesita algo de radiación inicial una bomba de la fuente de 
luz externa o alguna emisión espontánea, como en el LED es un método para confinar los 
fotones generados en un área pequeña, y aumentar las probabilidades de colisión de 
fotoelectrones. En el diodo láser, los fotones iniciales se generan por la corriente eléctrica 
inyectada, los fotones se limitan en la zona activa, el área donde hay invasión de población, 
por lo tanto, un gran número de electrones de alta energía se tienen por los espejos en los 
extremos del diodo. 
2.3.1. LÁSER de estructura simple (homounión) 
La figura 2.6 muestra un diagrama simplificando de la estructura básica de láser 
semiconductor. Los fotones generados por el viaje de la corriente inyectada a los espejos de 
borde se reflejan de nuevo en el área activa. Las colisiones de fotoelectrones tienen lugar y 
producen más fotones, que siguen van y vuelven entre los dos espejos del borde. Este 
proceso finalmente aumenta el número de fotones generados hasta que tiene lugar la acción 
láser. Tomando en cuenta que los espejos de bordes deben ser parcialmente transparente 
Capítulo 2 Transmisores y receptores ópticos 
 
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para permitir que la luz generada pueda salir de la estructura. Aunque los detalles del 
proceso de emisión láser son algo más complejos, es suficiente decir que la acción láser se 
llevará a cabo en longitudes de onda particulares que están relacionados con la longitud de 
la cavidad L. 
La estructura sencilla del láser produce radiación a una serie de longitudes de onda. La 
figura 2.7 muestra el espectro de emisión de láser. La anchura de cada uno de los picos 
mostrados es de aproximadamente 0,1 a 0,2 nm. Cada uno de los picos de radiación se 
conoce como un modo. 
 
Figura 2.6 Estructura básica de un láser semiconductor. (a) vista lateral. (b) Proyección 
 
Figura 2.7 Espectro de emisión del laser 
Capítulo 2 Transmisores y receptores ópticos 
 
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2.3.2. LASER de heteroestructura 
El láser de heteroestructura es un diodo láser con más capas P y N individuales. Para ilustrar 
la heteroestructura, se examinan un láser de GaAs / AlGaAs. La figura 2.8 (a) muestra la 
estructura en capas, y la figura 1.33 (b) muestra la distribución del índice de refracción. Las 
notaciones 𝑃+ y 𝑁+y 𝑃− y 𝑁− indican dopaje pesado y el dopaje de luz, respectivamente. La 
estructura P-N constan de las dos capas dobles, 𝑃+- 𝑃−y 𝑁+ 𝑁−. 
Una capa fina de GaAs (0,2 a 0,5 µm) se coloca en la unión, la región activa. Esta sustancia 
se ha seleccionado debido a que la recombinación electrón hueco es altamente radiactivo. 
Esto aumenta la eficiencia de radiación. Las capas 𝑃− y 𝑁− son ligeramente dopados son 
regiones que tienen un índice de refracción 𝑛2 menos de 𝑛1 de la región activa (𝑛2 - 𝑛1= 0,2). 
Estas tres capas, 𝑛2 - 𝑛1 - 𝑛2, forman una guía de onda de luz muy similar que la fibra óptica, 
de manera que la luz generada se limita a la región activa. 
La salida de luz es de las superficies delantera y trasera son similares a la estructura de láser 
básica mostrada en la figura 2.6. La estructura de doble capa (heteroestructura doble) 
también funciona para restringir la concentración de electrones a la zona de unión, 
mejorando aún más la eficiencia de radiación. 
 
Figura 2.8 Laser de heteroestructura. (a) Proyección esquemática. (b) Perfil del índice de refracción 
 
Capítulo 2 Transmisores y receptores ópticos 
 
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2.4. Detectores ópticos 
El fotodetector, en particular el fotodiodo, se puede ver como la inversa de un diodo emisor 
de luz (LED). Aquí, la entrada es óptica y la salida es eléctrica, de hecho, los principios de 
funcionamiento del fotodiodo se basan en los mismos fenómenos físicos como el LED. El 
fotodetector absorbe fotones y emite electrones, es decir, se produce una corriente eléctrica. 
Para un transductor óptico, particularmente en aplicaciones de comunicación, el fotodetector 
debe tener las siguientes características. 
1. Debe ser altamente sensible. Las corrientes eléctricas que son lo más grande posible se 
deben producir en respuesta a la luz incidente. Debido a que el fotodetector es selectivo de la 
longitud de onda (respuesta a una gama limitada de longitudes de onda), la sensibilidad debe 
ser alta en la región de longitud de onda operativa. 
2. El tiempo de respuesta debe ser rápido. El detector debe responder al pulso de luz 
(producir corriente eléctrica) a la mayor brevedad posible. Esto permitirá que operan a altas 
velocidades de datos y dará lugar a un sistema de comunicaciones eficiente. 
3. El ruido interno generado por el detector debe ser mínima para permitir la entrada óptica 
más pequeña posible para que sea detectado. 
Otras características importantes incluyen la fiabilidad, la estabilidad, la insensibilidad a las