Fibra Mono Modo

Escrito por serviojr 16-12-2007 en General. Comentarios (17)

FIBRA MONO-MODO

Introducción

La selección del cable de fibra óptica más apropiado para una aplicación concreta es una tarea cada vez mas frecuente, tanto para los departamentos de ingeniería como para los compradores de las diferentes empresas.

 

Consecuencia directa  del aumento de la utilización de este medio de transmisión en todo tipo de instalaciones esta tarea ha dejado de ser un trabajo de especialistas para volverse un cometido cada vez mas frecuente para la generalidad de los responsables de estos departamentos en todo tipo de compañías.


A continuación, realizamos un recorrido sobre los diferentes requisitos exigibles a los diferentes componentes de un cable óptico, así como a las respuestas ofrecidas por el mercado y las claves para una correcta identificación de la oferta.


Antecedentes

Aunque desde épocas muy remotas ya existen sistemas ópticos (señales de humo, etc.), lo que es la comunicación por fibra óptica tiene una historia relativamente corta. En el año 1959, como derivación de los estudios en física enfocados a la óptica, se descubrió una nueva utilización de la luz, a la que se denominó rayo láser, que fue aplicado a las telecomunicaciones con el fin de que los mensajes se transmitieran a velocidades elevadas. Sin embargo, la utilización del láser era muy limitada porque no existían los sistemas de transmisión (cables) adecuados. Fue entonces cuando los científicos especializados en óptica dirigieron sus esfuerzos a la producción de un nuevo conducto o canal que hoy se conoce como fibra óptica. En 1966 surgió la propuesta de utilizar una guía óptica para la comunicación.

 

En poco más de 10 años la fibra 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 transmisión por la misma.

 

En un artículo sobre fibra óptica se comentaba que “.. el mundo de las telecomunicaciones será dividido en el antes y el después del cables de fibra óptica. Con un solo hilo de fibra óptica se podrá tener acceso a Internet hasta mil veces más rápido que con la línea telefónica actual, veremos una televisión interactiva y dispondremos de novedosos servicios de telefonía básica en la cual se nos permita una contestador de voz para cada miembro de la familia. Y es que el cable de fibra óptica representa una tecnología avanzada que permite transmitir una cantidad de información prácticamente ilimitada, a un coste mínimo y sin importar si ésta se envía a corta o larga distancia....”

 

Las fibras son conductos rígidos o flexibles, de plástico o de vidrio (sílice) que son capaces de conducir un haz de luz inyectado en uno de sus extremos, mediante sucesivas reflexiones que lo mantienen dentro de sí para salir por el otro extremo, es decir, es una guía de onda (y en este caso la onda es de luz).

 

 


Marco Teórico

Mono-Modo (Single-Mode = SM).

 

La fibra es clasificada de acuerdo con su tipo de fabricación y forma de propagación de los rayos de luz, además de su capacidad de transmisión (el ancho de banda) y su facilidad de acoplar a los equipos activos en las conexiones.

 

Una fibra monomodo es una fibra óptica en la que sólo se propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra hasta un tamaño (8,3 a 10 micrones) que sólo permite un modo de propagación, su transmisión es en línea recta. Su distancia va desde 2.3 km a 100 km máximo y usa centro con cañón láser de alta intensidad. A diferencia de las fibras multimodo, las fibras monomodo permiten alcanzar grandes distancias y transmitir elevadas tasas de bit.

La fibra Mono-modo utiliza un sistema más simple. Solo permite un modo de propagación. Un único haz de luz directa y más intensa, y por lo tanto de más ancho de banda con mayores distancias.

La fibra Mono-modo es de largo alcance pudiendo recorrer varios kilómetros sin necesidad de repetidores. Normalmente son usadas para unir diferentes localizaciones separadas entre si y van por galerías de cable por debajo del suelo

Este tipo de fibras se utiliza en comunicaciones de media y larga distancia y en enlaces intercontinentales en los que existe una elevada transmisión de datos, lo que conlleva una justificada inversión.

 

El hecho de que se elimine la dispersión modal tiene que ver con el ángulo de admisión de entrada que es tan estrecho que casi coincide con el eje horizontal de la fibra, entrando los rayos de luz en línea recta.

 

Características:

·         Núcleo: La mayoría de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima abundante en comparación con el cobre. con unos kilogramos de vidrio pueden fabricarse aproximadamente 43 kilómetros de fibra óptica, el núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que guía la luz tiene un diámetro aproximado de 8,3 μm.

·        Malla: revestimiento está a su vez rodeado por un forro o funda de plástico u otros materiales que lo resguardan contra la humedad, el aplastamiento, los roedores, y otros riesgos del entorno con un espesor de 125 μm hasta 244 μm.

·        Margen de Error: El error de concentridad oscila entre 0.5 y 0.2 μm.

 

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Fibra Mono-Modo y 10-gigabit Ethernet

 (XGbE o 10GbE) es el más reciente (año 2006) y más rápido de los estándares Ethernet. IEEE 802.3ae define una versión de Ethernet con una velocidad nominal de 10 Gbit/s, diez veces más rápido que Gigabit Ethernet.

10GBASE-LR ("long range")-- Este estándar permite distancias de hasta 10 km sobre fibra mono-modo (usando 1310nm).

10GBASE-ER ("extended range")-- Este estándar permite distancias de hasta 40 km sobre fibra mono-modo (usando 1550nm). Recientemente varios fabricantes han introducido interfaces enchufables de hasta 80-km.

Fabricación de la Fibra Óptica Mono-Modo

Cada etapa de fabricación esta ilustrada por una corta secuencia filmada.

La primera etapa consiste en el ensamblado de un tubo y de una barra de vidrio cilíndrico montados concéntricamente. Se calienta el todo para asegurar la homogeneidad de la barra de vidrio.

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Una barra de vidrio de una longitud de 1 m y de un diámetro de 10 cm permite obtener por estiramiento una fibra monomodo de una longitud de alrededor de 150 km.

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La barra así obtenida será instalada verticalmente en una torre situada en el primer piso y calentada por las rampas a gas. 

El vidrio se va a estirar y "colar" en dirección de la raiz para ser enrollado sobre una bobina. 

Se mide el espesor de la fibra (~10um) para dominar la velocidad del motor del enrollador, a fin de asegurar un diámetro constante.
 
Cada bobina de fibra hace el objeto de un control de calidad efectuado al microscopio.

                    


Después se va a envolver el vidrio con un revestimiento de protección (~230 um) y ensamblar las fibras para obtener el cable final a una o varias hebras.
 
 
 

 

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Potencialmente, esta es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte de información. Tiene una banda de paso del orden de los 100 GHz/km. Los mayores flujos se consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja de implantar. El dibujo muestra que sólo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una trayectoria que sigue el eje de la fibra, por lo que se ha ganado el nombre de "monomodo" (modo de propagación, o camino del haz luminoso, único). Son fibras que tienen el diámetro del núcleo en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las señales ópticas que transmiten, es decir, de unos 5 a 8 um. Si el núcleo está constituido de un material cuyo índice de refracción es muy diferente al de la cubierta, entonces se habla de fibras monomodo de índice escalonado. Los elevados flujos que se pueden alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo, ya que sus pequeñas dimensiones implican un manejo delicado y entrañan dificultades de conexión que aún se dominan mal.

Cable de fibra óptica:  

Los cables de fibra óptica proporcionan una alternativa a los gruesos cables de hilo de cobre en la industria de las telecomunicaciones. Un único par de cables ópticos de transmisión de luz puede soportar más de un millar de conversaciones simultáneas. Por el ojo de esta aguja pasan fácilmente varios cables ópticos

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Desventajas:

Existen algunos casos en los que la fibra óptica puede perder facultades. Por ejemplo en el efecto de la Polarización. También se puede perder eficacia por la propia fibra óptica que absorba parte de la energía transportada debido a iones de impurezas.

 

Por el efecto de esparcimiento Rayleigh también se pierde eficacia, debido a que el material de las fibras no es homogéneo y al estar sus partículas distribuidas aleatoriamente tiende a dispersarse la luz, con su lógico debilitamiento.

 

 

¿Qué tipo de conectores usa?

Con la Fibra Óptica se puede usar Acopladores y Conectores:

Acopladores:
Un acoplador es básicamente la transición mecánica necesaria para poder dar continuidad al paso de luz del extremo conectado de un cable de fibra óptica a otro.

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Conectores:
Conectores y adaptadores Mono modo se representan por el color azul.

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FC conector de Fibra Óptica para Monomodo con uso habitual en telefonía y CATV en formato Monomodo.-

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SC conector de Fibra óptica para Monomodo con uso habitual en telefonía en formato monomodo.

http://serviojr.blogspot.es/img/sc.png 

 

Advertencia: 

La luz de láser que se utiliza con la fibra monomodo tiene una longitud de onda mayor que la de la luz visible. El láser es tan poderoso que puede causar graves daños a la vista. Nunca mire directamente al interior del extremo de una fibra conectada a un dispositivo en su otro extremo. Nunca mire directamente hacia el interior del puerto de transmisión en una NIC, switch o router. Recuerde mantener las cubiertas protectoras en los extremos de la fibra e insertarlos en los puertos de fibra óptica de switches y routers. Tenga mucho cuidado.

 

Refracción:

Este tipo de fibra, tiene el núcleo mucho más delgado, de modo que solo fluye un rayo de luz a la vez. La refracción es mas baja en el recubrimiento, o conforme se aleja del centro, previene el efecto de la difracción, con lo cuál la luz viaja sin problemas.

 

Reflexión:

El diámetro del núcleo de la fibra es muy pequeño y sólo permite la propagación de un único modo o rayo (fundamental), el cual se propaga directamente sin reflexión.

 


Conclusión

El uso hoy en día de la fibra óptica es esencial para las comunicaciones a gran distancia y velocidad, en nuestro país en donde más se está desarrollado el uso de comunicaciones mediante fibra óptica ha sido a nivel de telecomunicaciones y grandes empresas, ya que sus sistemas de red a nivel físico se están utilizando la fibra óptica.

 

Y es gracias a la fibra óptica que se está cumpliendo con las necesidades dentro de las empresas en el mejoramiento de las comunicaciones actuales en todo el mundo ya que cada vez se necesitan más y más datos que sean transmitidos a grandes velocidades como por ejemplo audio, video y datos en una sola aplicación.

Recomendaciones

Se recomienda el uso de la fibra óptica en el tipo mono modo en las conexiones de red a larga distancia ya que esta ofrece un ancho de banda mucho mayor así como también la velocidad que seria de mucha utilidad para aquellas empresas cuya demanda de transportación de la información sea mayor y en tal caso el único beneficio es para la eficiencia de la empresa que se decida por esta opción.

 

Glosario de Términos

 

·        Dispersión de Rayleigh (en honor a Lord Rayleigh) es la dispersión de la luz o cualquier otra radiación electromagnética por partículas mucho menores que la longitud de onda de los fotones dispersados. Ocurre cuando la luz viaja por sólidos y líquidos transparentes

·        Ventanas: 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 ("color" de la luz) se sitúa por debajo del infra-rojo.

Si bien es invisible al ojo humano, hay que evitar mirar directamente y de frente una fibra a la cual se le esté inyectando luz, puesto que puede dañar gravemente la visión.  

Las fibras ópticas presentan una menor atenuación (pérdida) en ciertas porciones del espectro lumínico, las cuales se denominan ventanas y corresponden a las siguientes longitudes de onda (l), expresadas en nanómetros:

Primera ventana    800 a  900 nm  l utilizada   = 850nm

Segunda ventana  1250 a 1350 nm  l utilizada = 1310nm

Tercera ventana    1500 a 1600 nm  l utilizada  = 1550nm

·        Polarización,  es la modificación que sufren los rayos reflejados y reflexionados cuando se calienta la fibra óptica.

·        Reflexión, Cuando un rayo de luz (el rayo incidente) llega a la superficie brillante de una pieza plana de vidrio, se refleja parte de la energía de la luz del rayo. El ángulo que se forma entre el rayo incidente y una línea perpendicular a la superficie del vidrio, en el punto donde el rayo incidente toca la superficie del vidrio, recibe el nombre de ángulo de incidencia.

Esta línea perpendicular recibe el nombre de normal. No es un rayo de luz sino una herramienta que permite la medición de los ángulos. El ángulo que se forma entre el rayo reflejado y la normal recibe el nombre de ángulo de reflexión.

La Ley de la Reflexión establece que el ángulo de reflexión de un rayo de luz es equivalente al ángulo de incidencia. En otras palabras, el ángulo en el que el rayo de luz toca una superficie reflectora determina el ángulo en el que se reflejará el rayo en la superficie.

      http://serviojr.blogspot.es/img/reflexion.png