Fibra Óptica: Todo lo que necesitas saber

A día de hoy, oímos constantemente hablar de fibra óptica, especialmente cuando se habla de telefonía, televisión o internet. Las líneas de fibra óptica son filamentos de un material dieléctrico, como pueden ser el vidrio o los polímeros acrílicos, tan finos como un cabello humano y capaces de transportar información digital a través de largas distancias mediante impulsos luminosos.

Fibra Optica

¿Qué es la fibra óptica?

La fibra óptica es un tipo de tecnología de transmisión a con la cual se envían datos e información a través de fibras ópticas. La tecnología de la fibra óptica se emplea en toda clase de sectores, siendo las telecomunicaciones la principal.

Habitualmente, los proveedores de telecomunicaciones ofrecen variados paquetes de contenido o servicios a través de la fibra óptica, algunos ejemplos son Internet, Teléfono o Televisión. La fibra óptica es instalada por los propios proveedores para más adelante, ofrecérsela a los posibles clientes, con frecuencia comercializada en paquetes de contenidos o servicios.

La fibra óptica consiste en un hilo muy fino de material dieléctrico (vidrio o polímeros acrílicos) por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. La fuente de luz puede ser láser o un led.

Las fibras permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades parecidas a las de radio y superiores a las de cable convencional. Son el medio de transmisión por excelencia, y se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que son inmunes a las interferencias electromagnéticas, y se utilizan asimismo para redes locales donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión.

¿Cómo se trasmite la luz en la fibra óptica?

Imagina que enciendes una linterna en un pasillo largo y recto. La enciendes y apuntas en línea recta hacia la oscuridad. Nada raro, la luz viaja sin problemas en línea recta.

¿Qué ocurriría si el pasillo tuviese una curva? ¿Cómo iluminar hasta el final? Una solución sería colocar un espejo justo antes de la curva y que este se encargue de reflejar la luz tras la curva. Pero, ¿Y si el pasillo tiene muchas curvas? En ese caso lo ideal sería directamente recubrir las paredes de espejos para que la luz viaje por el pasillo rebotando sin problemas. Justamente esto es lo que ocurre con la fibra óptica.

 

La luz viaja por el núcleo del cable de fibra óptica (el pasillo), rebotando continuamente en el revestimiento interior reflectante, este principio se conoce como reflexión interna total. Gracias a que el revestimiento interior no absorbe la luz, las ondas pueden viajar grandes distancias sin ningún problema.

Sin embargo, algunas señales de luz se degradan en su paso por la fibra óptica. Esto se debe a imperfecciones en el vidrio. Este nivel de degradación dependerá de la calidad del cristal y de la longitud de onda de la luz transmitida. Algunos ejemplos

  • 850 nm = 60% – 75% por cada kilometro.
  • 1300 nm = 50% – 60 % por cada kilometro.
  • 1550 nm = 50% por cada kilometro.

Algunas fibras ópticas de gran calidad ofrecen una degradación notablemente inferior, situándose en menos de un 10% a 1550 nm.

Funcionamiento de un sistema de fibra óptica

Para entender cómo funciona un sistema de fibra óptica en telecomunicaciones, podemos usar la analogía de dos barcos de una flota en medio del océano. Cuando estos dos barcos necesitan comunicarse entre sí, se sitúan próximos. El capitán de uno de los barcos, manda el contenido del mensaje a uno de los marineros que están en la cubierta. Este, una vez recibida la información del capitán, codifica en morse la información y la transmite emitiendo una señal de luz que el otro barco vé. En el otro barco, el marinero de cubierta, que recibe la señal de luz del barco emisor, la apunta y decodifica, convirtiéndola en este caso al español. Posteriormente se la pasa al capitán de su barco, llegando la información a su destino final.

Ahora imagina que los dos barcos se encuentran separados a miles de kilómetros y lo único que los une es un sistema de telecomunicaciones de fibra óptica. Los sistemas de transmisión de fibra óptica consisten principalmente en:

  1. Transmisor: Produce y codifica la información en señales de luz.
  2. Fibra óptica: Medio por el cual se transfieren las señales de luz a distancia.
  3. Regenerador óptico: Se encarga de impulsar la señal, dándole fuerza en caso de ser necesario. Para largas distancias.
  4. Recibidor óptico: Recibe y decodifica la señal. Lo opuesto al transmisor.

Transmisor

El transmisor es el equivalente al marinero de cubierta. Recibe la información a transmitir, la codifica en señales de luz y la envía. Se encarga de dirigir el dispositivo emisor de luz, apagándolo y encendiéndolo en la secuencia adecuada para transmitir la información de manera correcta.

El transmisor óptico se encuentra físicamente muy próximo a la fibra óptica y en muchos casos es frecuente que cuente con una lente para enfocar mejor la luz hacia la fibra óptica. Los lasers son mas potentes que los LED, sin embargo, sufren de mas oscilaciones con los cambios de temperatura y son más caros. Las longitudes de onda mas comunes de las señales de luz son 850 nm, 1300nm y 1550nm (infrarrojos).

Fibra Óptica

Medio por el cual se transmiten las “señales de luz”. Un cable de fibra óptica se compone básicamente de cuatro partes:

  1. Núcleo: Parte central de cristal por donde viaja la luz. Tiene un diámetro muy pequeño, de unas 125 micras (0.125 milímetros).
  2. Revestimiento: Hecho de material óptico. Envuelve el núcleo, reflejando su luz durante todo el recorrido. También suele estar hecho de vidrio de alta pureza, aunque se pueden encontrar en plástico.
  3. Tampón de recubrimiento: De plástico, su función principal es proteger revestimiento y núcleo, aislándolos del exterior.
  4. Chaqueta o Camisa exterior: La parte mas externa del cable. Su función principal es la de proteger todo el cable de los agentes externos. La camisa exterior suele estar hecha de poliuretano. En ocasiones, la chaqueta puede llevar un refuerzo de kevlar que incrementa su resistencia física.

Regenerador óptico

Como ya hemos mencionado antes, siempre hay una pérdida en la intensidad de la señal, especialmente cuando hay grandes distancias de por medio. A partir de 1km se empieza a dar. Es muy frecuente por ejemplo en los cables de fibra que van bajo el mar. Es por esto, que se hace necesario incluir regeneradores ópticos que den fuerza a la señal cada cierta distancia.

Un regenerador óptico consiste en un conjunto de fibras ópticas con un revestimiento especial. Este tramo de fibra óptica se encuentra impulsado por un laser. Cuando la señal debilitada pasa por el regenerador, la energía del laser permite que las moléculas afectadas se conviertan en laser también. Estas nuevas moléculas “dopadas” emiten una nueva y mas fuerte señal de luz con las mismas características que la señal debilitada que había llegado al regenerador. En resumidas cuentas, el regenerador óptico es un amplificador laser de la señal que le entra.

Recibidor óptico

El recibidor óptico sería el compañero marinero del transmisor que esta en el otro barco. Recoge las señales de luz emitidas por el transmisor, las decodifica para hacerlas legibles y las manda en forma de señal eléctrica al dispositivo que proceda, ordenador, televisión o teléfono por ejemplo. El recibidor óptico cuenta con una célula fotoeléctrica para detectar la señal de luz.

Ventajas e Inconvenientes de la fibra óptica

Ventajas de la fibra óptica

  • Permite flujos muy elevados (del orden del Ghz), gracias a una banda de paso muy ancha.
  • La fibra óptica ocupa poco espacio, gracias a su pequeño tamaño.
  • Es muy flexible, y por tanto es de fácil instalación ya que su radio de curvatura puede ser inferior a 1 cm.
  • Es ligera, y pesa unas nueve veces menos que el cable convencional, (algunos gramos por kilómetro)
  • Totalmente inmune a las perturbaciones de origen electromagnético, (la señal es inmune a las tormentas, chisporroteo, etc.), lo que conlleva una muy buena calidad de transmisión
  • Segura: ya que la intrusión en una fibra óptica es fácilmente detectable por el debilitamiento de la energía lumínica en recepción, lo que es particularmente interesante para aplicaciones que requieren alto nivel de confidencialidad. (además de que no radia nada)
  • No produce interferencias.
  • Insensible a los parásitos, ideal para utilizar en los medios industriales fuertemente perturbados (en los túneles del metro por ejemplo). Esta propiedad permite la coexistencia de cables ópticos no metálicos y cables de energía eléctrica en los mismos conductos.
  • Permite salvar distancias importantes sin elementos activos intermedios, (gracias a una atenuación muy pequeña independiente de la frecuencia. Por lo que puede proporcionar comunicaciones hasta los 70 kilómetros antes de que sea necesario regenerar la señal, además de que puede extenderse a 150 kilómetros utilizando amplificadores láser.
  • La fibra óptica tiene una gran resistencia mecánica (resistencia a la tracción), lo que facilita su instalación.
  • Resistente al calor el frío y la corrosión.
  • En la fibra óptica se pueden localizar fácilmente los cortes gracias a un proceso basado en la telemetría, lo que permite detectar rápidamente el lugar de la avería, simplificando enormemente la labor de mantenimiento.
    La fibra óptica tiene un coste menor al del cobre.
  • Factores medioambientales.

Inconvenientes de la fibra óptica

  • La alta fragilidad de las fibras es una de las desventajas de la fibra óptica.
  • La fibra óptica requiere la utilización de transmisores y receptores más costosos.
  • Las reparaciones del cable de fibra óptica, los empalmes en caso de ruptura son más difíciles de realizar, especialmente en el campo.
  • La fibra óptica no puede transmitir electricidad, por lo que no puede alimentar repetidores intermedios. Además la aplicación de la fibra óptica e limita a lugares donde el terminal de recepción pueda ser energizado desde una línea eléctrica. Ya que la energía debe proveerse por conductores separados.
  • En muchos casos, es necesario efectuar procesos de conversión eléctrica-óptica.
  • La fibra óptica convencional no puede transmitir elevadas potencias.
  • No existen memorias ópticas.
  • Las moléculas de hidrógeno pueden difundirse en las fibras de silicio y producir cambios en la atenuación. El agua corroe la superficie del vidrio y es el factor más importante para el envejecimiento de la fibra óptica.
  • Otra de las desventajas de la fibra óptica es la incipiente normativa internacional sobre algunos aspectos referentes a los parámetros de los componentes, calidad de la transmisión y pruebas.

¿Cómo se hace la fibra óptica?

¿Quién inventó la fibra óptica?

Según consta en el registro de patentes (Patente número 3,711,262), fueron los investigadores Robert Mauer, Donal Keck y Peter Schulz inventaron los que inventaron el cable de fibra óptica. Esto ocurrió en el año 1970 mientras trabajaban para la compañía Corning Glass. Patentados bajo el término “cables de ondas ópticas” (Optical Waveguide Fibers), eran capaces de transportar 65.000 veces más información que un cable de cobre convencional de la época.

Robert Mauer, Donal Keck y Peter Schulz

A través de estos nuevos cables, la información era transportada a través de patrones de luz que, una vez llegados a su destino, eran decodificados. La información podía transmitirse a miles de kilómetros sin problema.

Este nuevo método de transmisión de datos, abrió las puertas a la comercialización de la fibra óptica como novedoso método de comunicación. A pesar de ser el más común el de las telecomunicaciones, los usos de la fibra óptica son muy variados. Telefonía, televisión, internet, servicios médicos o iluminación son solo algunos ejemplos de los usos de la fibra óptica.

Reflexión total interna

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