Sintesis

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Fibra Óptica - Síntesis Material que mandó Vero y 'Medios Físicos'
Introducción
Usos de la fibra óptica
Desde su invención en los años setenta, el uso y demanda de fibra óptica ha crecido inmensamente. Los usos de fibra óptica hoy son bastante numerosos. Los más 
comunes son telecomunicaciones, medicina, militar, automotor, iluminación e industrial.
Telecomunicaciones: Las aplicaciones en telecomunicaciones son amplias, yendo desde las redes globales a las líneas de teléfono locales, pasando por la conexión de computadoras, como así también se utilizan en la distribución de señales de TV por
cable. Éstos usos involucran la transmisión de voz, datos, o video desde distancias de menos de un metro a centenares de kilómetros, usando uno de los distintos tipos de fibra dentro de un determinado diseño de cable.
Telefonía: Las compañías telefónicas utilizan el cable de fibra óptica para llevar el antiguo servicio telefónico por sus redes de larga distancia. Los proveedores de servicio de teléfono locales usan fibra para llevar este mismo servicio entre la oficina central y oficinas locales, y a veces hasta el barrio o la casa del abonado.
Datos: La fibra óptica también se usa extensivamente para la transmisión de señales de datos. Las redes privadas son poseídas por las empresas, los bancos, las universidades, etc. Estas empresas tienen necesidad de sistemas seguros, fiables para transferir la información monetaria entre oficinas y edificios, y también alrededor del mundo. La seguridad inherente en los sistemas de fibra óptica es una de sus ventajas.
CATV: Las compañías de televisión por cable o televisión por antena comunitaria (CATV) también encuentran a la fibra útil para sus servicios (transmisión de señales de video). La alta capacidad de transporte de información, o ancho de banda, hacen a la fibra la opción perfecta para transmitir las señales hacia y desde los abonados.
Transporte: Uno de los mercados más rápidamente crecientes para la fibra óptica son los sistemas de transporte inteligentes, las carreteras inteligentes con los semáforos inteligentes, las casillas del peaje automatizadas, y carteles de mensaje variable para dar la información a los conductores sobre las demoras y emergencias.
Iluminación: Finalmente, el uso de fibra óptica para transmisión de luz lejos de la fuente lumínica es cada día más utilizado. Como ejemplo podemos citar iluminación de obras de arte sin irradiación de calor, iluminación de piscinas sin riesgo eléctrico, cartelería luminosa, etc.
Transmisión por fibra óptica
Un sistema óptico básico consiste en un dispositivo transmisor que genera las señales luminosas; un cable de fibra óptica que lleva la luz; y un receptor que recibe las señales luminosas transmitidas. La propia fibra es pasiva y no contiene ninguna propiedad activa, generadora.
En términos más simples, la fibra óptica es un medio para llevar la información de un punto a otro en forma de luz.
Fibra óptica VS Cable de cobre
1) La fibra óptica es dieléctrica
Al contrario de la transmisión por cables de cobre, la fibra óptica no es conductora de la electricidad. Dado que la fibra óptica no tiene ningún componente metálico, puede instalarse en las áreas con interferencia electromagnética (EMI) y/o interferencia de radio frecuencia (RFI). Los cables totalmente dieléctricos también son ideales para las áreas de alta incidencia de rayos.
2) Larga distancia de transmisión de la señal
La baja atenuación encontrada en los sistemas ópticos permiten distancias mayores de transmisión que los sistemas de cobre. Mientras que los sistemas de cobre para distancias mayores que un par de kilómetros requieren repetidores de señal en la línea para regenerarla, no es raro para los sistemas ópticos ir encima de 100 kilómetros sin ningún proceso activo o pasivo.
3) Peso y diámetro (volumen)
Mientras las aplicaciones de hoy requieren una cantidad creciente de ancho de banda, es importante considerar los problemas de espacio de muchos usuarios finales. Es común instalar el nuevo cableado dentro de los sistemas de conductos existentes. El diámetro relativamente pequeño y peso liviano de los cables ópticos hacen tales instalaciones fáciles y prácticas, y ahorra el valioso espacio de la canalización en estos ambientes.
4) Longitudes largas
Los diámetros pequeños de los cables de fibra hacen práctica la fabricación e instalación de longitudes mayores que para cables metálicos: son comunes longitudes de cable de 12 kilómetros, siendo el factor limitante el diámetro de la bobina.
Longitudes normales pueden ser 4km para fibra monomodo y 2km para fibras multimodo.
5) Fácil instalación
Las longitudes largas hacen la instalación del cable óptico mucho más fácil y menos caro. Pueden instalarse con el mismo equipo que se usa para instalar cobre y cables coaxiales, con algunas modificaciones debido al tamaño pequeño y limitado esfuerzo de tracción y radio de curvatura de los cables ópticos.
6) Seguridad de la información
Al contrario de los sistemas metálicos, la naturaleza dieléctrica de la fibra óptica hace imposible descubrir la señal transmitida. La única manera de hacerlo es accediendo a la propia fibra óptica. Acceder la fibra requiere intervención que es fácilmente perceptible. Esto hace a la fibra sumamente atractiva para organismos gubernamentales, bancos, y otros con requerimientos grandes de seguridad. 
Diseñada para las necesidades de futuras aplicaciones. 
La fibra óptica es económica hoy, así como los precios de la electrónica caen, el cable óptico también cae. En muchos casos, las soluciones 
de fibra son menos costosas que las de cobre. 
Como las demandas de ancho de banda aumentan rápidamente con los adelantos 
tecnológicos, la fibra continuará jugando un papel vital en el éxito a largo plazo de las telecomunicaciones.
Ventajas
- Cuenta con un gran ancho de banda y capacidad de transmisión.
- Su tamaño es pequeño, por lo tanto es liviana, flexible y ocupa poco espacio.
- Su transmisión es más segura: no irradia y no interfiere.
- Puede coexistir con conductos de cables de energía eléctrica.
- La atenuación es muy pequeña e independiente de la frecuencia.
- Tiene gran resistencia mecánica, al calor, frío y corrosión.
- Es más barata que los metales, como el cobre.
Desventajas
- Las fibras son frágiles y pueden dañarse, generando distorsiones en la transmisión.
- Los equipos asociados son más caros.
- Requiere de una conversión óptica-eléctrica.
- Los empalmes son difíciles de realizar.
- La provisión de energía eléctrica se debe realizar en conductores separados.
Tipos
Multimodo: Los haces de luz circulan en más de un camino o modo. Son más fáciles de conectar, de menor precisión y sirven para distancias más cortas.
Subtipos:
Índice escalonado:
En este subtipo, viajan varios rayos ópticos simultáneamente. Estos se reflejan con distintos ángulos sobre las paredes del núcleo, por lo que recorren diferentes distancias, y se desfasan en su viaje dentro de la fibra, razón por la cual la distancia de transmisión es corta.
Existe un límite al ángulo de inserción del rayo luminoso dentro de la fibra óptica. Si este límite se pasa, el rayo de luz ya no se reflejará, sino que se refractará y no continuará el curso deseado.
Índice gradual: En este subtipo, el núcleo está constituido de varias capas concéntricas de material óptico con diferentes índices de refracción, causando que el rayo de luz de refracte poco a poco mientras viaja por el núcleo, haciendo parecer que el rayo se curva.
En estas fibras el número de rayos ópticos diferentes que viajan es menor que en el caso de la fibra multimodo con índice escalonado, y por lo tanto, su distancia de propagación es mayor.
Monomodo: El diámetro de la fibra óptica es más delgado y la luz circula en un solo camino (central). No sufre atenuación, por lo cual se usa para distancias grandes de muchos kilómetros y transmite gran cantidad de datos. Para generar la luz se usan LEDs o Lásers. Su inconveniente es que es difícil de construir, manipulary es más costosa.
Sistemas Opto-electrónicos
Se combinan diversos componentes necesarios para formar un sistema de comunicación que utiliza fibras ópticas como medio de transmisión.
Elementos necesarios en una instalación
- Transmisor
- Receptor
- Fibra óptica
- Repetidores
- Empalmes
- Conectores
- Acopladores
Cables Submarinos
Estructura
1. Polietileno
2. Cinta de tereftalato de polietileno
3. Alambres de acero trenzado
4. Barrera de aluminio resistente al agua
5. Policarbonato
6. Tubo de cobre o aluminio
7. Vaselina
8. Fibras ópticas
El cable submarino tiene un núcleo donde se encuentran las fibras ópticas que transmiten la información.
Luego sigue una capa de polietileno que actúa como aislante para prevenir la abrasión y la penetración del agua en las fibras.
Después hay un tubo de cobre que conduce la corriente eléctrica que alimenta los repetidores o inyecta corriente de bajo voltaje para monitorear desde las bases el estado de los sistemas y localizar cables rotos.
Hay una capa de alambre de acero que le da un armazón al cable y mayor resistencia a las quebraduras.
Al final de cubre el cable con otra capa de polietileno impermeabilizante.
Dependiendo de las condiciones climáticas a las que se someterá el cable, estos presentarán mayores o menos niveles de protección, por lo que existen distintos tipos de cable submarino a lo largo de una misma trayectoria.
Esquema transversal de un cable de fibra óptica
Existen distintas capas de revestimientos, que alojan, aíslan y protegen las fibras que se encuentran en el núcleo. Dichos revestimientos sirven para reforzar la tracción, garantizar la no penetración de agua, proporcionar resistencia al calor, rayos UV, emisiones, compresión y al ambiente al cual va a estar expuesto el cable.
Capas
Propagación de la luz
Reflexión: Es el fenómeno por el cual un rayo de luz que incide sobre una superficie es reflejado. La luz "rebota" en la superficie, como la luz es reflejada en los cristales.
Refracción: Es el cambio de dirección de propagación que experimenta una onda electromagnética debido al cambio de velocidad cuando pasa de un medio a otro.
El fotón es la expresión cuántica de la luz. Los fotones son partículas fundamentales, componentes de todas las manifestaciones de radiación electromagnética (la luz, las ondas de radio, o los rayos X).
El estudio de la luz como partícula permitió el desarrollo de los láseres y LEDs, fuentes de luz utilizadas en la generación de señales ópticas en equipos de comunicaciones.
Efectos ópticos característicos en las redes de fibra óptica
- Atenuación
- Dispersión
La transmisión de información a través de fibras ópticas se realiza mediante la modulación (variación) de un haz de luz, invisible al ojo humano, que en el espectro óptico se sitúa por debajo del infrarrojo.
Cuando la señal óptica avanza por el medio de transmisión sufre una degradación en su amplitud en función de la distancia recorrida. Este efecto se denomina atenuación y se debe minimizar en los enlaces de comunicaciones para obtener la mejor relación costo/beneficio del proyecto.
En una fibra óptica, además, influyen otros factores en la atenuación, tales como absorción de luz por los materiales dentro de la fibra, disipación de luz fuera del núcleo de la fibra, y pérdidas de luz fuera del núcleo causado por factores ambientales.
Para medir la atenuación en una fibra se compara la potencia de salida con la 
potencia de entrada. Se expresa en decibeles por unidad de longitud, generalmente por kilómetro (dB/km).
Las ondas de luz en el vacío no sufren ninguna perturbación, pero si se propagan por un medio distinto al vacío, interactúan con la materia produciéndose un fenómeno de dispersión debida a dos factores:
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- Absorción: la luz es absorbida por el material transformándose en calor.
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- Difusión: la energía se dispersa en todas las direcciones.
Esto significa que parte de la luz se irá perdiendo en el trayecto, y por lo tanto resultará estar atenuada al final de un tramo de fibra. La atenuación es la pérdida de potencia óptica en una fibra, y que se mide en dB y dB/Km.
- Atenuación por tramo: Es debida a las características de fabricación propia de cada fibra (naturaleza del vidrio, impurezas, etc.).
- Atenuación por empalme: Cuando empalmamos una fibra con otra, en la unión se produce una variación del índice de refracción lo cual genera reflexiones y refracciones, que sumadas a la presencia de impurezas, resulta en una atenuación.
Pérdidas
- Extrínsecas: Factores externos que condicionan la geometría de la fibra, por mal cableado y/o empalme.
- Intrínsecas: Dependen de la composición del vidrio, impurezas, etc., y no se pueden eliminar.
Pérdida de inserción: Es la atenuación que agrega a un enlace la presencia de un conector o un empalme.
Pérdida de retorno o reflectancia: Es la pérdida debida a la energía reflejada.
Existen también pérdidas ocasionadas por micro curvaturas de la fibra.
La dispersión en fibra óptica produce distorsión de la señal transmitida y limita la velocidad de transmisión del enlace. Su origen es debido a los diferentes tiempos de desplazamiento de una señal, resultante de los distintos modos (monomodo y multimodo). En un sistema modulado digitalmente, esto causa que el pulso recibido se ensanche en el tiempo. La dispersión aplica tanto a señales analógicas como digitales, y es normalmente especificada en nanosegundos por kilómetro ns/Km.
Cálculo de enlace óptico
Potencia en Receptor (sensibilidad) = Potencia del Transmisor - Pérdida total del enlace
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