Fibra Óptica

En poco más de 10 años la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías más avanzadas que se utilizan como medio de transmisión de información. Este novedoso material vino a revolucionar los procesos de las telecomunicaciones en todos los sentidos, desde lograr una mayor velocidad en la transmisión y disminuir casi en su totalidad los ruidos y las interferencias hasta multiplicar las formas de envío en comunicaciones y recepción por vía telefónica. 

Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano. Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de elaboración es controlado por medio de computadoras, para permitir que el índice de refracción de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y evite las desviaciones, entre sus principales características se puede mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia capacidad de transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son inmunes a las interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia.

ASPECTOS GENERALES DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

Existen diversas razones que apuntalan a las fibras ópticas como el medio por excelencia para redes de transporte, entre ellas la gran disponibilidad de materia prima; el silicio. Las grandes distancias que se pueden conseguir entre repetidores. En la actualidad una distancia promedio es de 200 km. y se hablan ya de distancias por encima de los 600 km. La inmunidad al ruido e interferencia electromagnéticas al ser un medio no conductor, al mismo tiempo no genera radiaciones electromagnéticas. Las dimensiones de las fibras son pequeñas y por lo tanto los cables fabricados son más ligeros y fáciles de manejar. El tiempo de vida se entiende por encima de los 25 años y en realidad se asume como indeterminado pues no ha transcurrido el tiempo desde que se instalaron las primeras fibras ópticas. Por ultimo la gran capacidad, que como dijimos antes, permite en   la actualidad transportar mas de un millón de llamadas a través un par de fibras ópticas.

En telecomunicaciones las fibras ópticas son utilizadas tanto para redes de larga distancia como para redes de acceso y transporte local. Redes trasatlánticas mediante cables submarinos. También son utilizadas para establecer enlaces dedicados y en redes de datos LAN y MAN.

Entre los elementos que componen un enlace mediante fibras ópticas encontramos las fuentes de transmisión LED y LASER, los foto detectores, los regeneradores, amplificadores ópticos, acopladores, multiplexores, equipo de medición y equipo para WDM.

 VENTAJAS  DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

Tenemos  diversas ventajas que favorecen la utilización de las fibras óptica sobre redes de telecomunicaciones.

Muy altas capacidades, en el orden de los  Tbps.

Calidad en transmisión, en el orden de BER=10^-12

Niveles bajos de atenuación, en el orden de 0.2 dB/km.

Respuesta a la frecuencia plana dentro de las ventanas ópticas, por lo tanto se prescinde

prácticamente de ecualización.

Distancia grande entre repetidores, entre 150 y 600 kms.

Inmunidad a ruidos e interferencias.

Menor costo por circuito que cualquier otro medio.

Cables más ligeros, pequeños y flexibles.

No generan interferencia y por lo tanto no existe la diafonía.

Seguridad en la transmisión.

Facilidad de mantenimiento.

DESVENTAJAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

ATENUACIÓN

Atenuación en los picos de absorción asociados con el ión hidroxyl (OH-), y  Una tendencia por la atenuación para incrementar las longitudes de onda por arriba de los 1.6 um, debidas a las pérdidas inducidas por la absorción del silicio.

        Nuevos sistemas de transmisión usan fibras multimodo, operadas en la primera ventana de longitud de onda cercana a las .85 um, mostrado en la figura 3, y después en la segunda ventana cerca de 1.3 um. Una fibra de modo simple primeramente opera en la segunda ventana, donde la atenuación de la fibra es típicamente menor que 0.35 dB/Km. Sin embargo la región de menos pérdida ( típicamente pérdidas cercanas a las 0.20 dB/Km) permanece en una longitud de onda amplia y los laceres y receptores operan en esa ventana cercanos a 1.55 um, estos llegaron a ser disponibles a finales de los 80´s.

DISPERSIÓN

La dispersión cromática describe la tendencia para diferentes longitudes de onda que viajan a diferentes velocidades en una fibra. En longitudes onda donde la dispersión cromática es alta, los pulsos ópticos tienden a expandirse en el tiempo y provocar interferencia, lo cual puede producir una inaceptable velocidad del bit, la figura 2 muestra como la dispersión cromática cambia con la longitud de onda para tres diferentes tipos de fibra. La dispersión cromática de una fibra consiste de dos componentes - Material y Guía de  Onda- como se muestra en la figura 3, el componente material depende de las características de dispersión de los dopantes y del silicio de construcción. Estos materiales no ofrecen mucha flexibilidad a ajustes significantes en la dispersión de la fibra, así que ese esfuerzo se ha enfocado en alterar la dispersión de guías de ondas de las fibras ópticas.

POLARIZACIÓN

Polarización es la propiedad de la luz la cual está relacionada con la dirección de sus vibraciones, el viaje de la luz en una fibra típica puede vibrar en uno o dos modos de polarización

 La figura 4 muestra los dos modos principales de una fibra asimétrica que es uniforme a lo largo de su longitud. El modo en el eje X es arbitrariamente etiquetado con un modo lento, mientras que en el eje Y es etiquetado en el modo rápido. La diferencia en los tiempos de arribo en los modos de dispersión por polarización (PMD), es típicamente medida en pico segundos. Sino es propiamente controlado, PMD puede producir errores excesivos en los bits para  la   transmisión   en  sistemas  digitales  y  que   pueden  distorsionar  señales  de  video trasmitidos usando formato de modulación de amplitud analógico. 

NO LINEALIDAD

       Niveles de alta potencia de la fibra óptica disponibles y amplificadores ópticos provocan señales que interactúan con la fibra en las cuales produce una variedad de efectos no lineales, sino son controlados propiamente, estas no linealidades pueden afectar de forma adversa al desarrollo del sistema, las no linealidades de la fibra caen dentro de dos categorías:-dispersión estimulada e índices de fluctuación refractivos.

Los niveles de potencia en los cuales los diferentes fenómenos no lineales se manifiestan ellos mismos, son conocidos como thresholds. 

COMPONENTES DE LA FIBRA ÓPTICA

La fibra es tan pequeña y frágil, que se le ubica dentro de un cable, como se ve en la figura.

 El núcleo que consiste de vidrio de cuarzo, tiene un índice de refracción más alto que el revestimiento de vidrio, cuarzo o plástico que lo rodea. A su vez la superficie del revestimiento esta protegida por una cubierta primaria de acrilato. La fibra esta protegida contra esfuerzos mecánicos debidos al cableado, instalación, cambios de temperatura, etc., ya que usualmente se coloca libre en el tubo que forma la cubierta secundaria. 

APLICACIONES PRINCIPALES DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

Las aplicaciones  de las fibras ópticas van más allá del campo de las telecomunicaciones .De hecho, las fibras ópticas y las tecnologías relacionadas como el LÁSER están revolucionando diversos ámbitos de la actividad humana.

Se mencionan algunas de las principales aplicaciones de las fibras ópticas en las siguientes áreas: Telecomunicaciones, Redes de Computadoras, Medicina e Industria.

Telecomunicaciones

En telecomunicaciones el papel de las fibras ópticas ha sido clave. Su utilización la encontramos en redes de larga distancia, redes submarinas, redes de acceso, redes de televisión por cable (CATV).Debido a su gran ancho de banda, el uso de las fibras ópticas dentro de las telecomunicaciones está permitiendo las comunicaciones multimedia de alta velocidad y calidad. Es decir, se están logrando comunicaciones a distancia con la misma sensación y a través de todos los medios que podrían tener dos o más personas, cuando llevan a cabo una comunicación presencial; lo cual esta transformando todas las actividades humanas, como la educación, el trabajo, el entretenimiento. etc.

En redes de larga distancia el uso de fibras ópticas es el preferido, pues provee la mejor relación costo beneficio, gracias a la gran  capacidad de información y a las grandes distancias entre repetidores.

Actualmente, cualquier empresa que planea implementar una red de larga distancia de gran capacidad incluye a las fibras ópticas como un elemento estratégico para su éxito. Sin embargo, las inversiones son cuantiosas y su implementación sólo es justificada si se tienen relativamente altos volúmenes de información.

El costo de implementación de fibra óptica por kilómetro oscila entre los $10,000 y los $20,000 USD, dependiendo del tipo de terreno. Por lo tanto una red de apenas 1000 km se encuentra por arriba de los millones de dólares.

En la tabla  se muestran las principales redes de larga distancia instaladas en México  antes y después de la apertura de las telecomunicaciones en 1997.Los datos que se presentan en dicha tabla corresponden a cifras oficiales en 1997 presentada en las concesiones otorgadas a cada una de las empresas respectivamente, sin embargo las cifras reales se han ido modificando por diferentes causas.