Fibra Óptica PDF - Principios, Clasificación y Propagación

Fibra Óptica Este es un elemento fundamental de la red, del cual ésta toma el nombre. Una fibra óptica se puede definir como un cable o un filamento de vidrio de alta pureza u otro material transparente capaz de transportar haces de luz. Es bastante flexible, su grosor es muy reducido y posee las c...

Fibra Óptica Este es un elemento fundamental de la red, del cual ésta toma el nombre. Una fibra óptica se puede definir como un cable o un filamento de vidrio de alta pureza u otro material transparente capaz de transportar haces de luz. Es bastante flexible, su grosor es muy reducido y posee las características necesarias para transportar los haces que llevan la información gracias a una serie de reflexiones internas. Entre las principales características de la fibra óptica, se puede mencionar que son muy compactas y ligeras. Además, poseen bajas pérdidas de señal, proporcionan una amplia capacidad de transmisión y poseen un alto grado de confiabilidad debido a su inmunidad a las interferencias electromagnéticas de radio frecuencia. Una fibra óptica, no conduce señales eléctricas, por lo que son ideales para incorporarse en cables sin ningún tipo de componente conductivo y pueden incluso, usarse en condiciones peligrosas de alta tensión. Por otra parte, poseen la capacidad de tolerar altas diferencias de potencial sin ningún circuito adicional de protección y no existen problemas debido a los cortocircuitos. Composición y Geometría de la Fibra Optica La geometría física de la fibra óptica y el índice de refracción son las claves necesarias que condicionan el funcionamiento general, comportamiento y ancho de banda de los diferentes tipos de fibra óptica. No obstante, todas y cada una de ellas, comparten una estructura genérica, que permite la transmisión en general. Toda fibra óptica está constituida por tres estructuras o capas concéntricas que difieren en sus propiedades de composición Figura No 1. 21: Composición de la FO Núcleo: Es la parte más interna de la fibra y se encarga de conducir las señales ópticas procedentes de la fuente de luz hasta el dispositivo de recepción. Se trata de una sola fibra continua de vidrio fabricada a elevada temperatura a partir de cuarzo ultra puro, plástico o dióxido de silicio. Posee un diámetro muy pequeño, que varía entre los 10 y 300mm. Cuanto mayor es el diámetro del núcleo, mayor es la cantidad de luz que el cable puede transportar. Revestimiento: Es la parte intermedia de la fibra, que rodea y protege al núcleo. Este medio posee un índice de refracción menor al del núcleo, de forma que actúa como una capa reflectante (a modo de espejo), consiguiendo que las ondas de luz que intentan escapar del núcleo sean reflejadas y retenidas en el mismo. Está fabricado a elevada temperatura con base en silicio de naturaleza cristalina, y generalmente son de cuarzo o plástico transparente. En esta capa se suelen añadir varias capas de plástico con el fin de absorber los posibles impactos o golpes que pueda recibir la fibra y proporcionar una protección extra contra curvaturas excesivas del cable, es decir, para preservar la fuerza de la fibra.  Recubrimiento: El recubrimiento es la parte externa de la fibra y actúa a modo de mortiguador, protegiendo el núcleo y el revestimiento de posibles daños y agentes externos. En definitiva, provee al cable de cierta protección mecánica a la manipulación. Está fabricado con material plástico, capaz de resguardar la fibra óptica de la humedad, el aplastamiento, los roedores y otros riesgos del entorno. En muchas ocasiones el recubrimiento aparece claramente dividido a su vez en dos subcapas: el recubrimiento primario y el recubrimiento secundario. En aquellos casos en los que el recubrimiento primario lleva otro adicional secundario, la fibra suele utilizarse para exterior o bajo tierra. Las fibras ópticas generalmente se agrupan en un determinado número de fibras, suelen ser grupos de 4,8,16,24,32,64,128… que a su vez pueden reagruparse para formar un cable recubierto con un revestimiento de material plástico que protege los tubos formando en apariencia un único cable. Principios de Transmisión Figura No 1. 22: Representación Ley de Snell La fibra óptica transmite información mediante pulsos o haces de luz, la cual viaja a través de ella, mediante un principio que se conoce como Principio de reflexión interna total y se da debido a que el índice de refracción del revestimiento (Cladding) n2 es menos que la del núcleo (core), n1 lo que permite que la luz quede atrapada dentro del núcleo y así pueda propagarse a través de toda su longitud. La ecuación que representa la relación entre el ángulo incidente y el ángulo transmitido (refractado): N1 = Sen (Ɵ2) [Ley de Snell) N2 Sen (Ɵ1) Clasificación de la Fibra Óptica En función de la designación del material que compone el núcleo de la fibra, se pueden distinguir distintos tipos: Fibra de silicio: es la forma cristalina más pura del vidrio, son muy buenas conductoras y poseen unas prestaciones excepcionales como vehículo de transmisión de luz. Fibra de vidrio: posee tanto el núcleo como la envoltura óptica de vidrio, con índices de refracción diferentes. En general, suelen tener un diámetro comprendido entre 50 y 70 micras.  Fibra de Vidrio. Este tipo de fibra posee tanto el núcleo como la envoltura óptica de vidrio, con índices de refracción diferentes. En general suelen tener un diámetro pequeño, de entre 50 y 70 micras, y se agrupan en haces multifibra. Son aptas para la iluminación, señalización, transmisión de imágenes, endoscopias, etc. Fibra de plástico: está constituida por un núcleo de plimetacrilato de metilo y una envoltura óptica de polímero plástico con índice de refracción diferente. Este tipo de fibra ofrece ventajas en cuanto a uniformidad de transmisión del espectro visible, filtración de rayos ultravioletas e infrarrojos, resistencia mecánica, flexibilidad, peso reducido y facilidad de instalación. Fibra de núcleo líquido: son de tecnología más reciente, y están compuestas por un núcleo líquido con una envoltura óptica de polímero plástico. Su grosor es superior al de los otros tipos de fibras (entre 3 y 8 mm). Su principal aplicación se orienta hacia la iluminación en modo monofibra. También se puede clasificar según el modo de propagación: Monomodo: permite tan sólo la propagación de un único modo de transmisión. Esto es posible gracias a que el diámetro del núcleo de este tipo de fibras es muy reducido, y suele estar comprendido entre 8 y 10 micras, por lo que tan sólo permite la propagación de un haz de luz fundamental. Figura No 1. 23: Fibra Óptica Monomodo Gracias a esta geometría, el haz que se propaga, lo hace sin reflexiones, es decir, posee una trayectoria paralela al eje de la fibra, eliminando el desfase o ensanchamiento del puso en recepción y en consecuencia, la dispersión modal. Figura No 1. 24: Propagación de la Luz en FO Monomodo Multimodo: soporta la propagación de varios modos de transmisión. Esto es gracias a que el diámetro del núcleo de este tipo de fibras es amplio, y suele estar comprendido entre 50 y 62.5 micras, por lo que el acoplamiento de la luz en diferentes modos es más sencillo.  Figura No 1. 25: Fibra Óptica Multimodo Los rayos que viajan a través del núcleo de la fibra reflejándose contra el revestimiento. Como es lógico, este tipo de fibra tiene peores prestaciones que el anterior, ya que posee una velocidad de propagación menor y una atenuación mayor, debida a las reflexiones interiores Figura No 1. 26: Propagación de la Luz en FO Multimodo Dentro de las fibras multimodo existen dos tipos en función del índice de refracción: Fibra multimodo gradual: este tipo de fibras son las más utilizadas entre las multimodo. En estas fibras el índice de refracción del núcleo no es constante, si no que varía de forma progresiva. Fibra multimodo de salto de índice: este tipo de fibras tienen un índice de refracción del núcleo constante y el cambio con índice de refracción del revestimiento no es gradual. La principal diferencia entre estos dos tipos es que la fibra de salto de índice posee una mayor dispersión. Clasificación de acuerdo a su estructura Existe otro tipo de clasificación en función de la estructura del cable de fibra óptica.: Estructura ajustada Contiene varias fibras con una protección secundaria que rodea un miembro central de tracción, todo esto es recubierto de una protección exterior. La protección secundaria de la fibra consiste en una cubierta plástica, esta proporciona una protección frente al entorno además de un soporte físico para estructurar y sostener los cables. Debido al diseño ajustado del cable, este es más sensible a las fuerzas de estiramiento o tracción y puede ver incrementadas sus pérdidas provocadas por microcurvaturas. Este tipo de cable, al ser más flexible y tener un radio menor, ha sido diseñado para instalaciones interiores. También se utiliza en tendidos exteriores verticales más elevados, debido a que la fibra holgada presenta problemas en estos casos. Estructura holgada Está formada por varios tubos de fibra rodeando un miembro central de refuerzo rodeados de una cubierta protectora. Cada tubo de fibra lleva varias fibras ópticas que están de forma holgada en su interior. Estos tubos pueden ir llenos de un gel resistente que impide que el agua entre en la fibra o huecos. Esta estructura se realiza para proteger a la fibra de las fuerzas mecánicas exteriores que se ejercen sobre el cable. El elemento central de refuerzo puede ser de kevlar, acero o un material similar. Sirve para reforzar el cable y como soporte durante las operaciones de tendido. La cubierta o protección exterior del cable se puede hacer con polietileno, goma o coraza de acero para aplicaciones tanto exteriores como interiores. Esta estructura se utiliza generalmente para instalaciones exteriores, incluyendo aplicaciones aéreas, tubos o conductos y en instalaciones directamente enterradas. No son adecuadas para recorridos muy verticales, porque existe la posibilidad de que el gel externo fluya o las fibras se muevan. Otros aspectos importantes de la Fibra Óptica Angulo de aceptación: Es el máximo ángulo para el cual la onda luminosa incidente es atrapada por las paredes de la fibra. De esta forma cuando la onda incide sobre la fibra con un ángulo menor al ángulo de aceptación es posible transmitir información a través de la misma. Apertura numérica: Apertura Numérica En los conductores de fibras ópticas se utiliza el efecto de la reflexión total para conducir el rayo luminoso en virtud de ser estos conductores dos tubos concéntricos, el interior su "núcleo" formado por un vidrio con un índice de refracción n1 y envolviéndolo a este un "recubrimiento" formado con un vidrio con índice de refracción n2. El valor de n1 es mayor que n2. El máximo ángulo de acoplamiento max se denomina ángulo de acoplamiento del conductor de fibra óptica y únicamente es función de los índices de refracción n1 y n2 de los materiales. Al seno del ángulo de aceptación se lo denomina apertura numérica (AN) del conductor de fibra óptica. conductores de fibra óptica. : AN= Sin(θ)= De la apertura numérica depende esencialmente la cantidad de luz que se puede acoplar al núcleo del conductor, por el cual este debería ser lo mas alto posible, ya que permitiría utilizar elementos electro ópticos mas baratos, pero tolerando algunos inconvenientes, que no afectan a las cortas distancias, que son las mezclas de los modos. Ventanas de trabajo Es una longitud de onda central de una fuente luminosa que se utiliza para transmitir la información a través de la fibra óptica. La utilización de una ventana u otra determina parámetros tan importantes como la atenuación y la dispersión que sufrirá la señal que se transmite. Existen tres ventanas de mínima atenuación localizadas entre las fronteras de absorción ultravioleta e infrarrojo que abarcan el rango de 800nm a 1600nm. Las ventanas de trabajo más corrientes son: 1ª ventana: se localiza en los 800 nm y tiene una atenuación de 3 dB/km. 2ª ventana: se localiza en los 1300 nm y tiene una atenuación de 0.5 dB/km. 3ª ventana: se localiza en los 1550 nm y tiene una atenuación de 0.2 dB/km.  Figura No 1. 27: Ventanas de transmisión de la FO5 Pérdidas Intrínsecas Este tipo de pérdidas se deben a factores intrínsecos a la naturaleza de las fibras, y por tanto propios de la fabricación y funcionamiento operacional de las mismas. Estas pérdidas originan disminuciones de potencia en la señal transmitida, disminuyendo la amplitud de dicha señal. Ejem de pérdidas intrísecas: Pérdidas inherentes a la fibra durante el proceso de fabricación de la misma. Absorción por rayos UV e IR, que originan las denominadas ventanas de operación de la fibra óptica o bandas de longitudes de onda óptimas para la transmisión de luz. Reflexión de Fresnel, originada por el salto o variación del índice de refracción en el interfaz de unión entre fibra. Scattering de Rayleigh, se produce cuando la luz colisiona en su camino con partículas extrañas al medio continuo por el que se propaga Parámetros de las Fibras Ópticas Una vez conocida la estructura y composición de una fibra óptica, es necesario conocer los parámetros que caracterizan a las fibras: Parámetros estructurales Los parámetros estructurales son todos aquellos relacionados con la geometría y estructura propia de cada fibra óptica. Estos parámetros determinan y caracterizan los tipos de fibras ópticas existentes en el mercado, de tal forma que la clasificación de las fibras depende directamente de ellos. Existen muchos y muy variados tipos de parámetros que caracterizan las fibras aunque los más importantes son: Ø Perfil de índice de refracción, cuya variación permite obtener fibras con diferentes dispersiones. Ø Dimensiones del núcleo y del revestimiento, que determinan el tipo de propagación: monomodo o multimodo. Ø Diámetro del campo modal, que indica cómo se produce la distribución geométrica de la luz en el modo propagado Ø Apertura numérica, que indica el número de rayos capaces de entrar en el núcleo de transmisión de una fibra óptica. Ø Longitud de onda de corte, que determina que la fibra óptica transmita en un solo modo de propagación únicamente.  Parámetros de Transmisión Son todos aquellos relacionados con la transmisión de señales a través de fibra óptica. Existen también muchos tipos de parámetros que caracterizan las fibras y en función de su naturaleza y efectos sobre la fibra se clasifican en dos grandes grupos: parámetros de atenuación y parámetros de dispersión. Ø Atenuación: La luz que viaja a través de una fibra óptica pierde potencia a medida que avanza a lo largo de ella, y por tanto, con la distancia. Las pérdidas por atenuación limitan la distancia de Transmisión y dependen de la longitud de onda de la luz y del material por el que se propaga. Se define la atenuación en el interior de la fibra como la relación entre las potencias luminosa de salida y entrada a la misma, expresada en decibelios y calculada para una longitud de onda determinada, según la expresión: A = 10 * Log (Pt / Pr) La atenuación de la luz en una fibra óptica se produce como consecuencia de varios efectos y se pueden clasificar en pérdidas extrínsecas y pérdidas intrínsecas. Pérdidas Extrísecas Se deben a factores extrínsecos a la naturaleza de las fibras, como lo son los parámetros de curvatura, los empalmes entre fibras ópticas o los parámetros externos, debidos a la instalación o temperatura a la que se ve sometida la fibra. A consecuencia de estos se producen atenuaciones en la luz que se transmite a lo largo de la fibra, por lo que principalmente producen una pérdida de potencia de la señal a lo largo de la transmisión, disminuyendo el valor de la amplitud de dicha señal. Dispersión La dispersión se traduce en pérdidas en el ancho de banda de la señal, así como en pérdidas por distancia recorrida (como en el caso de la atenuación). El ancho de banda de una fibra óptica es una medida de su capacidad de transmisión de información, limitado por la dispersión total de la fibra o ensanchamiento del pulso transmitido. Este hecho limita la capacidad de transmisión de información dado que los pulsos se distorsionan y ensanchan a lo largo de la transmisión, solapándose unos con otros y convirtiéndose en indistinguibles para el equipo receptor. La dispersión limita tanto la distancia de transmisión como el ancho de banda de la misma y es una función de la longitud de la fibra óptica, dado que cuanto mayor sea la longitud de la fibra, más pronunciado será el efecto. Este tipo de dispersión en el ancho de banda se puede subdividir en tres categorías: Dispersión modal, originada por los diferentes caminos o modos que sigue un haz de la luz de fibra, dando como resultado que los diferentes rayos de luz recorran distancias diferentes y lleguen al otro extremo de la fibra en instantes de tiempos distintos. Dispersión por polarización del modo, producida por una circularidad imperfecta del núcleo de la fibra, lo que da lugar a que existan efectos de dispersión no deseados en la fibra. Dispersión cromática, que surgen como consecuencia de la dispersión del material y la dispersión de guía de onda (propios del material y de la geometría de la fibra). Espectro Electromagnético Espectro electromagnético es la distribución de energías de las radiaciones ectromagnéticas. Se puede expresar en términos de energía, aunque más comúnmente se hace en términos de la longitud de onda y frecuencias de las radiaciones. Se extiende desde las radiaciones con menor longitud de onda (los rayos gamma) hasta las de mayor longitud de onda (las ondas de radio). Se compone de diversos subrangos o porciones, cuyos límites no son del todo definidos y tienden a superponerse. Cada franja del espectro se distingue de las otras en el comportamiento de sus ondas durante la emisión, transmisión y absorción, así como en sus aplicaciones prácticas. Los usos del espectro electromagnético pueden ser muy diversos. Por ejemplo: Las ondas de frecuencia de radio. Se emplean para transmitir información por el aire, tales como emisiones de radio, televisión o Internet Wi-Fi. Las microondas. Se emplean también para transmitir información, como las señales de telefonía móvil (celular) o las antenas microondas. También lo emplean los satélites como mecanismo de transmisión de información a tierra. Y sirven, al mismo tiempo, para calentar comida en los hornos microondas. La radiación ultravioleta. Es emitida por el Sol y absorbida por las plantas para la fotosíntesis, así como por nuestra piel cuando nos bronceamos. También alimenta los tubos fluorescentes y permite la existencia de instalaciones como los solárium. La radiación infrarroja. Es la que transmite el calor desde el Sol a nuestro planeta, desde un fuego a los objetos a su alrededor, o desde una calefacción al interior de nuestras habitaciones. El espectro de luz visible. Hace visibles las cosas. Además, puede aprovecharse para otros mecanismos visuales como el cine, las linternas, etc. Los rayos X. Se emplean en la medicina para tomar impresiones visuales del interior de nuestros cuerpos, como de nuestros huesos, mientras que los rayos gamma, mucho más violentos, se emplean como forma de radioterapia o tratamiento para el cáncer, dado que destruyen el ADN de las células que se reproducen desordenadamente.. Teoría de Propagación Para describir los mecanismos de propagación se usará la óptica geométrica. Se basa en que la luz se considera como rayos angostos, donde la reflexión ocurre en la frontera de dos materiales de índices de refracción diferentes Si se tiene un material con distinto índice de refracción al del aire, su velocidad será ligeramente distinta a la de la luz dependiente de índice de refracción n. =è donde: c = es la velocidad de la luz (3.000.000.000 m/s) en el aire v = es la velocidad de la luz en un material especifico. n = índice de refracción Indice de Refracción Cuando un rayo incide en la frontera entre dos medios con diferentes índices de refracción, el rayo incidente será refractado con distinto ángulo, según la ley de refracción de Snell, =>>>>> n2sen θ2 = n1sen θ1, donde, n1= índice de refracción del material 1 (adimensional) n2= índice de refracción del material 2 (adimensional) θ1= es el ángulo de incidencia (grados) θ2 = es el ángulo de refracción (grados) v1 = velocidad en el material 1 v2 = velocidad en el material 2 Indice de Refracción Gráficamente Propagación de la Luz en la Fibra En este diagrama se analiza lo que sucede en la superficie de separación de dos medios con diferente índice de refracción, siendo n1>n2. Cuando la luz pasa del medio de mayor índice de refracción al de menor, el ángulo respecto a la normal de la superficie de separación en el segundo medio (Q2), es mayor (ley de Snell). Esto se puede apreciar, por ejemplo con objetos que se encuentran dentro de una piscina. A mayor la diferencia entre los índices de refracción, mayor será la diferencia entre los dos ángulos. Si se incide sobre la superficie de separación con ángulos Q1 cada vez mayores, se llega a un punto en el que Q2 alcanza los 90 grados. El valor de Q1 para el que esto sucede se denomina ángulo crítico. Si se supera este valor, ninguna componente del rayo de luz pasará al medio de menor índice, es decir el rayo se reflejará en la superficie de separación, permaneciendo en el medio de mayor índice. Este fenómeno se conoce con el nombre de reflexión total interna. El ángulo de incidencia es igual al de reflexión. Como la luz se desplaza dentro de un cilindro, no necesariamente el ángulo con el que incide en un primer punto será igual al de incidencia en segundo punto. El rayo alcanzará el extremo opuesto de la fibra si en cualquier punto de incidencia sobre la superficie de separación, perteneciente a su trayectoria, el ángulo de incidencia es mayor al ángulo crítico. Entre mayor sea el índice de refracción relativo, menor será el ángulo crítico, por lo que es menos probable que la luz escape de la fibra, pero hay que tener en cuenta también que a mayor cantidad de dopantes, la atenuación que sufre la luz es mayor Angulo critico: Puesto que los rayos se alejan de la normal cuando entran en un medio menos denso, el ángulo de incidencia, denominado ángulo crítico, resulta cuando el rayo refractado forma un ángulo de 90º con la normal, (superficie de separación entre ambos medios). Si el ángulo de incidencia se hace mayor que el ángulo crítico, los rayos de luz serán totalmente reflejados. Características del cable de Fibra Óptica Cable de Estructura Holgada Consta de varios tubos de fibra rodeando un miembro central de refuerzo, y rodeado de una cubierta protectora. El rasgo distintivo de este tipo de cable son los tubos de fibra. Cada tubo, de dos a tres milímetros de diámetro, lleva varias fibras ópticas que descansan holgadamente en él. Los tubos pueden ser huecos o, más comúnmente estar llenos de un gel resistente al agua que impide que ésta entre en la fibra. El tubo holgado aísla la fibra de las fuerzas mecánicas exteriores que se ejerzan sobre el cable. Cable blindado Tienen tina coraza protectora o armadura de acero debajo de la cubierta de polietileno. Esto proporciona al cable una resistencia excelente al aplastamiento y propiedades de protección frente a roedores. Se usa frecuentemente en aplicaciones de enterramiento directo o para instalaciones en entornos de industrias pesadas. El cable se encuentra disponible generalmente en estructura holgada aunque también hay cables de estructura ajustada. Existen también otros cables de fibra óptica para las siguientes aplicaciones especiales: Cable aéreo autoportante O autosoportado es un cable de estructura holgada diseñado para ser utilizado en estructuras aéreas. No requiere un fijador corno soporte. Para asegurar el cable directamente a la estructura del poste se utilizan abrazaderas especiales. El cable se sitúa bajo tensión mecánica a lo largo del tendido. Cable submarino: Es un cable de estructura holgada diseñado para permanecer sumergido en el agua. Actualmente muchos continentes están conectados por cables submarinos de fibra óptica transoceánicos. Cable compuesto tierra-óptico (OPGW) Es un cable de tierra que tiene fibras ópticas insertadas dentro de un tubo en el núcleo central del cable. Las fibras ópticas están completamente protegidas y rodeadas por pesados cables a tierra. Es utilizado por las compañías eléctricas para suministrar comunicaciones a lo largo de las rutas de las líneas de alta tensión. Cables híbridos: Es un cable que contiene tanto fibras ópticas como pares de cobre. Cable en abanico: Es un cable de estructura ajustada con un número pequeño de fibras y diseñado para una conexión directa y fácil (no se requiere un panel de conexiones). Propiedades físicas de la fibra óptica: Las propiedades físicas más importantes son sus propiedades mecánicas las cuales son: Modulo de Young. Se define como la fuerza por unidad de área que produce un alargamiento en la fibra óptica, donde su valor se encuentra entre 700 kp/mm2 Carga de Rotura. Es la mínima fuerza por unidad de área que es capaz de romper la fibra óptica, donde su valor es de 400 kp/mm2 Alargamiento en el punto de rotura Es de 5 % la carga de tracción aplicada durante 1 seg. a toda la longitud de la fibra óptica es de 5 N. Coeficiente de dilatación. Indica el alargamiento que sufre la fibra óptica por cada grado de temperatura. Su valor para la fibra óptica es de 0,5.10E-6 °C, esto quiere decir que 1000 m. de fibra óptica sufrirán un alargamiento de 25 mm al pasar de 20 °C a 70 °C. Propiedades geométricas Se suelen distinguir los siguientes parámetros, como los más importantes para caracterizar geométricamente a una fibra óptica: Diámetro del revestimiento, diámetro del núcleo, concentridad núcleo-revestimiento, no circularidad del núcleo y no circularidad del revestimiento. Pruebas mecánicas sobre un cable óptico A objeto de evaluar el desempeño de un cable óptico frente a las distintas solicitaciones mecánicas, los fabricantes y usuarios de cables ópticos han desarrollado una serie de ensayos que tratan de imitar las condiciones de trabajo a las que se enfrenta el cable durante la instalación y su operación. Se indicarán las más importantes. Prueba de tensión. El objeto es verificar el comportamiento del cable para las condiciones de instalación y determinar cuál es la máxima tensión a la cual puede ser sometido, sin que se afecten las propiedades de transmisión de la fibra y/o se verifiquen la ruptura. Prueba de compresión. Se efectúa para establecer el comportamiento de un cable óptico cuando se ve sometido a un esfuerzo de compresión. Se busca simular la situación durante la instalación si el cable es aplastado se coloca la muestra del cable entre dos placas metálicas evitando que exista movimientos laterales y se aplica la carga gradualmente hasta que se detecte la rotura y/o variación de atenuación de una fibra. Prueba de impacto. Determina el comportamiento del cable óptico cuando recibe un impacto localizado en un área pequeña, tal como sucede cuando durante la instalación o manipuleo del cable cae sobre éste un objeto como una herramienta. El ensayo se efectúa aplicando una carga hasta verificar la rotura de una fibra. Prueba de doblado. Establece el comportamiento del cable óptico cuando se le somete a sucesivos doblajes, situación presentada normalmente en las maniobras de instalación. El ensayo consiste en plegar alrededor de un mandril de diámetro 20 veces mayor al del cable un número determinado de veces, verificando luego que no se haya dañado ninguna fibra ni la vaina del cable. Prueba de torsión. Consiste en verificar el comportamiento del cable al ser sometido a una torsión sobre su propio eje, situación probable también durante la instalación. Para ello se toma una muestra, se la fija por un extremo y luego se la hace rotar 180 grados en los dos sentidos. Finalizada la prueba se verifica que las fibras no estén dañadas. Conversión eléctrica – óptica Para transmitir información mediante señales luminosas a través de un conductor (fibra óptica) se requiere que en el punto emisor y receptor existan elementos para convertir las señales eléctricas en ópticas y viceversa. En el extremo emisor la intensidad de una fuente luminosa se modula mediante una señal eléctrica y en el extremo receptor, la señal óptica se convierte en una señal eléctrica. Para este proceso de conversión se utilizan las propiedades de los materiales semiconductores los cuales poseen dos bandas de energía, banda de valencia (nivel bajo de energía) y banda de conducción (nivel alto de energía) separadas por una distancia de energía. Emisores y receptores ópticos Emisores ópticos: Entre los emisores ópticos tenemos a los diodos LED y los diodos LASER. Diodos LED Son fuentes de luz con emisión espontánea o natural (no coherente), son diodos semiconductores de unión p-n que para emitir luz se polarizan directamente. Diodos LASER (LD) Son fuentes de luz coherente de emisión estimulada con espejos semireflejantes formando una cavidad resonante, la cual sirve para realizar la retroalimentación óptica, así como el elemento de selectividad (igual fase y frecuencia). La emisión del LD es siempre de perfil, estos tienen una corriente de umbral y a niveles de corriente arriba del umbral la luz emitida es coherente, y a niveles menores al umbral el LD emite luz incoherente como un LED. La figura muestra una comparación de los espectros emitidos por un LED y un LD. Como las características de los espejos son funciones tanto de la temperatura, como de la operación; la característica potencia óptica- corriente de polarización es función de la temperatura y sufre un cierto tipo de envejecimiento. Receptores ópticos El propósito del receptor óptico es extraer la información contenida en una portadora óptica que incide en el fotodetector. En los sistemas de transmisión analógica el receptor debe amplificar la salida del fotodetector y después demodularla para obtener la información. En los sistemas de transmisión digital el receptor debe producir una secuencia de pulsos (unos y ceros) que contienen la información del mensaje transmitido. Fotodetector Convierte la potencia óptica incidente en corriente eléctrica, esta corriente es muy débil por lo que debe amplificarse. Las características principales que debe tener son: Sensibilidad alta a la longitud de onda de operación Contribución mínima al ruido total del receptor Ancho de banda grande (respuesta rápida) Existen dos tipos de fotodetectores: Fotodetectores PIN Genera un solo par electrón-hueco por fotón absorbido. Son los más comunes y están formados por una capa de material semiconductor ligeramente contaminado (región intrínseca), la cual se coloca entre dos capas de material semiconductor, una tipo N y otra tipo P. Cuando se le aplica una polarización inversa al fotodetector, se crea una zona desértica (libre de portadores) en la región intrínseca en la cual se forma un campo eléctrico. Donde un fotón en la zona desértica con mayor energía o igual a la del material semiconductor, puede perder su energía y excitar a un electrón que se encuentra en la banda de valencia para que pase a la banda de conducción. Fotodetectores de Avalancha APD.- Presenta ganancia interna y genera más de un par electrón-hueco, debido al proceso de ionización de impacto llamado ganancia de avalancha. Cuando a un fotodetector se le aumenta el voltaje de polarización, llega un momento en que la corriente crece por el fenómeno de avalancha, si en esta región se controla el fenómeno de avalancha limitando la corriente (antes de la destrucción del dispositivo), la sensibilidad del fotodetector se incrementa. Tipos de conectores de fibra óptica Las siglas SC, LC, FC y ST corresponden a los tipos de conector óptico más comunes en aplicaciones FTTH y en redes de datos. En cuanto a la nomenclatura PC/UPC/APC, son siglas que se refieren al tipo de pulido del terminal óptico (ferrule) que hace posible el paso de pulsos de luz láser entre dos fibras ópticas.Así, por ejemplo, un típico latiguillo de FTTH terminado en SC/APC se refiere a un conector SC que tiene un pulido APC. Importante: Es una buena práctica mantener las puntas de los ferrules limpias para optimizar el enlace óptico. Si el conector se ensucia es preciso utilizar un limpiador de conectores ópticos para eliminar el polvo y las impurezas. Diagrama de un típico conector de fibra óptica tipo SC Tipos de conectores ópticos más comunes Conector FC Detalle de un conector óptico de tipo FC (Ferrule Connector) Qué significa FC: Son las siglas de Conector de Ferrule (Ferrule Connector). Su historia: Fue el primer conector óptico con ferrule cerámico, desarrollado por Nippon Telephone and Telegraph. Su uso está cayendo en favor de los conectores SC y LC.  Características: Es un conector roscado con una fijación muy resistente a vibraciones, por ello se utiliza en aplicaciones sometidas a movimiento. También se utiliza en los instrumentos de precisión (como los OTDR) y es muy popular en CATV. Características ópticas: Fibras monomodo, pérdidas de inserción alcanzan los 0,3 dB. Conector ST Detalle de un conector óptico de tipo ST (Straight Tip) Qué significa ST: Son las siglas de Punta Recta (Straight Tip). Su historia: Desarrollado en EEUU por AT&T y utilizado en entornos profesionales como redes corporativas así como en el ámbito militar. Características: Es similar en forma al conector japonés FC, pero su ajuste es similar al de un conector BNC (montura en bayoneta). Características ópticas: Se utiliza en fibras multimodo. Sus pérdidas de inserción rondan los 0,25 dB. Conector LC Detalle de un conector óptico de tipo LC (Lucent Connector o Little Connector) Qué significa LC: Son las siglas de Conector Lucent (Lucent Connector) o Conector Pequeño (Little Connector). Su historia: Es un desarrollo de Lucent Technologies que vio la luz en 1997. Características físicas: Ajuste similar a un RJ45 (tipo push and pull). Más seguro y compacto que el SC, así que permite incluso mayores densidades de conectores en racks, paneles y FTTH. Características ópticas: Para fibras monomodo y multimodo. Pérdidas de 0,10 dB. Conector SC Detalle de un conector óptico de tipo SC (Suscriptor Connector o Square Connector) Qué significa SC: Son las siglas de Conector de Suscriptor (Suscriptor Connector) o Conector Cuadrado (Square Connector). Su historia: Desarrollado por Nipón Telegraph and Telephone, su cada vez menor coste de fabricación lo ha convertido en el más popular. Características: Ajuste rápido a presión. Es compacto, permitiendo integrar gran densidad de conectores por instrumento. Se utiliza en FTTH, telefonía, televisión por cable, etc. Características ópticas: Para fibras monomodo y multimodo. Pérdidas de 0,25 dB. Tipos de pulido Pulidos del ferrule de fibra óptica: PC, UPC y APC PC: Contacto Físico (Physical Contact). El ferrule está biselado y rematado en una superficie plana. Esto evita espacios vacíos entre los ferrules de los conectores que se están acoplando y logra unas pérdidas de retorno entre los -30 dB y los -40 dB. Se trata de una solución cada vez más en desuso. UPC: Ultra Contacto Físico (Ultra Physical Contact). Similares a los PC, pero logran reducir las pérdidas de retorno a un margen entre los -40 y los -55 dB gracias a que el bisel tiene una curva más pronunciada. La tendencia actual es utilizarlo en líneas muertas para que los operadores de telecomunicaciones lleven a cabo pruebas de red por ejemplo con OTDR. APC: Contacto Físico en Ángulo (Angled Physical Contact). El ferrule termina en una superficie plana y a su vez inclinada 8 grados. Se trata del conector que logra un enlace óptico de mayor calidad ya que consigue reducir las pérdidas de retorno hasta los -60 dB aumentando así el número de usuarios en fibras monomodo. Por este motivo, unido a sus cada vez menores costes de fabricación, APC se ha convertido en el tipo de pulido más utilizado. Tabla de colores de los conectores de fibra óptica Tabla de colores de los conectores de fibra óptica Tabla de colores de los cables de fibra óptica y Colores de los cables de fibra óptica Colores conectores de fibra óptica