Fotónica
Aplicada a la Informática (FAI)
Tema 7: Fibra
óptica y comunicaciones
PROYECTO DOCENTE
Objetivos
-
Entender los
fundamentos físicos de los cables de fibra óptica.
-
Conocer algunos
parámetros importantes de un cable de fibra óptica:
apertura numérica, coeficiente de atenuación,
transmitancia y ancho de banda.
-
Diferenciar los
diferentes tipos de fibra óptica: multimodo de salto de
índice, multimodo de gradiente de índice y monomodo.
-
Conocer los problemas
de atenuación y dispersión en fibra óptica.
-
Conocer algunos
aspectos técnicos relevantes en las fibras ópticas:
fabricación (métodos y materiales), tipos de cable,
conectores, empalmes y aplicaciones.
Contenidos
-
Guías de luz. Apertura
numérica.
-
Tipos de fibra.
-
De salto de índice:
monomodo y multimodo.
-
De gradiente de índice:
multimodo.
-
Atenuación y
dispersión.
-
Atenuación en fibras.
Absorción. Dispersión. Ancho de banda.
-
Dispersión en fibras.
Dispersión debida al material. Dispersión modal.
-
Fabricación: métodos
y materiales. Tipos de cable. Conectores y empalmes.
-
Aplicaciones.
Desarrollo
Se hace una breve introducción
al guiado de luz mediante fibra óptica: se describe la
composición y estructura básica de una fibra
óptica,
y como se propaga la luz dentro de la fibra mediante múltiples
reflexiones o refracciones. Se deduce la expresión de la
apertura numérica.
Se describe los diferentes modos en los
cuales se puede transmitir una onda electromagnética en una
fibra óptica, y se define la fibra monomodo y multimodo. Se
explica la fibra de salto de índice y de gradiente de
índice.
Se describe los procesos de
absorción
y dispersión (“scattering”) que
dan lugar a la atenuación de la señal en fibras
ópticas. Se define el coeficiente de atenuación y la
transmitancia. Se define el ancho de banda de una fibra.
Se estudia las propiedades dispersivas
de las fibras y el ensanchamiento del pulso a que dan lugar debido a
que el índice de refracción es función de la
longitud de onda. Se explica la dispersión cromática y
la dispersión modal.
Finalmente se aborda aspectos
técnicos
sobre la fibra óptica: los métodos y materiales para su
fabricación, los tipos de cable, los conectores y empalmes y
aplicaciones.
Fibra óptica: filamento
de material dieléctrico, como el vidrio o los polímeros
acrílicos, capaces de conducir la luz desde un extremo al otro.
Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de
elaboración es controlado, para permitir que el índice de
refracción de su núcleo, que es la guía de la onda
luminosa, sea uniforme y evite las desviaciones.
Partes
de un cable de fibra óptica:
- El núcleo,
es la zona interior de la fibra óptica y es donde se reduce la
propagación de la onda luminica. Esta propagación se
produce porque el índice de refracción del núcleo
es mayor que el del revestimiento con lo que el haz lumínico se
puede propagar mediante reflexión total o una serie de
refracciones en el interior del núcleo.
- El revestimiento,
es la capa central entre el núcleo y el recubrimiento, y es
donde se produce la reflexión de la onda lumínica ya que
el índice de refracción del revestimiento es menor que el
del núcleo.
- El recubrimiento o
cubierta, es la capa más externa del cable, que
desempeña la función de evitar que la luz exterior
penetre en el núcleo produciendo interferencias en el cable de
fibra óptica, esto se debe a que el índice de
refracción del recubrimiento es mayor que el de revestimiento.
Algunas ventajas:
- Una banda de paso muy ancha, lo que permite flujos muy elevados
- Pequeño tamaño, ocupa poco espacio.
- Gran ligereza, nueve veces menos pesado que el cable coaxial.
- Una inmunidad total a las perturbaciones de origen
electromagnético, lo que indica buena transmisión de la
información.
- Gran seguridad, no produce radiaciones.
- No produce interferencias
- Insensibilidad a los parásitos
- Una atenuación lineal pequeña, lo que permite
salvar distancias importantes sin elementos activos intermedios
- Gran resistencia mecánica, al calor al frío y a la
corrosión.
- Facilidad para localizar los cortes, localiza rápidamente
la avería, y reduciendo así los costes de mantenimiento.
Algunas desventajas:
- Equipos terminales aún demasiado costosos, debido ala alta
tecnología usada en equipos de montaje, instalación y
comprobación de líneas y tendidos de fibra óptica.
- La especialización del personal encargado de realizar las
soldaduras y empalmes.
- La temperatura, las fibras ópticas se pueden utilizar, con
garantía, en un intervalo entre –10ºC y +50ºC.
- Fragilidad de las fibras.
- Disponibilidad limitada de conectores.
- Dificultad de reparar un cable de fibras roto.