UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN
FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
PROYECTO DE GRADO
CARRERA:
ESTUDIANTE:
ÁREA TEMÁTICA:
LICENCIATURA EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Ahmed Alejandro Centellas Alvarado
TELECOMUNICACIONES
TEMA GENERAL:
PROTOCOLO DE ACEPTACION Y CERTIFICACION DE REDES FTTH PARA
COMTECO LTDA.
1 CAPITULO I Aspectos Generales
1.1 Introducción
La ingeniería electrónica es en sí una ciencia relativamente nueva, y la
misma es una rama de la ingeniería eléctrica, por lo cual si se ha de
hablar de ella es de carácter imperativo referirnos primero a la ingeniería
eléctrica.
La ingeniería eléctrica tiene por objeto el estudio y la aplicación de
la electricidad y la misma tuvo sus inicios a principios del siglo XIX con las
investigaciones de grandes científicos que empezaron a tomar en cuenta
aspectos totalmente nuevos para la época, haciendo especial énfasis en
el estudio de los sucesos electromagnéticos, físicos importantes como ser
George Ohm, James Clerk Maxwell o Michael Faraday, por mencionar
algunas personalidades importantes de la época; ellos marcaron el
comienzo de una época con sus investigaciones creando todo un universo
amplio de aplicaciones para la electricidad, dando paso a invenciones de
máquinas nuevas y cada vez más potentes, exigiendo lenta pero
constantemente la creación de disciplinas cada vez más especializadas y
concretas, dando lugar a áreas como: la electrotecnia, los sistemas de
control, sistemas de potencia, telecomunicaciones entre otras.
Sin embargo no fue hasta mediado del siglo XIX que se tuvo una idea más
concreta de la existencia de la ingeniería electrónica con la creación de la
Válvula termoiónica y la radio. A partir de este punto se empezó a hacer
cada vez más marcada la distinción entre la ingeniería electrónica y la
ingeniería eléctrica ya que la ingeniería eléctrica trataba problemas
asociados a sistemas de gran potencia y con una forma casi netamente
manual de controlarlos a diferencia de la ingeniería electrónica que se
centraba en sistemas de baja potencia, es decir corrientes débiles,
procesamiento de señales y con un manejo casi por completo automático.
A mediados del siglo XX la electrónica daría otro gran salto con la
invención de los circuitos integrados, fue gracias a este gran invento que
la ingeniería electrónica se centraba cada vez más en la adquisición de
señales y el procesamiento de estas, cada vez con sistemas más eficaces,
complejos y completos. Áreas importantes de la ingeniería electrónica
comenzaron a salir a flote, entre las principales podemos nombrar: el
diseño digital, el diseño analógico, la robótica, el procesamiento de
señales y las telecomunicaciones; y es precisamente en esta última área
en la que nos vamos a centrar a lo largo del presente trabajo.
1.2 ANTECEDENTES
La fibra óptica, para describirla mejor, se podría decir que es semejante a
un cable de cobre en el que en vez de electricidad se trasmite luz, siendo
así inmune a perturbaciones electromagnéticas, y basa su funcionamiento
en propiedades de refracción y reflexión a lo largo de todo el filamento de
vidrio, análogo a una bala disparada a través de una tubería y esta fuera
capaz de rebotar a lo largo del recorrido hasta llegar al otro extremo; los
pulsos de luz enviados a través de la fibra óptica pueden ser utilizados
como medio de iluminación o como medio de transmisión de información
binaria o digital, posteriormente un receptor óptico recoge las señales
luminosas y las transforma en el formato de información elegido ya sean
imágenes, audio, video o datos. La fibra óptica en telecomunicaciones, es
usada mayormente para formar redes PON (Passive Optical Network),
ésta, es una tecnología de acceso, la cual está compuesta por elementos
pasivos, es decir que no requieren de alimentación externa para su
funcionamiento al distribuir la información a través de la red. Así, después
de probarla y hacer recomendaciones para su uso, se forma el estándar
GPON (Gigabit Passive Optical Network), definido como una innovación del
conjunto de estándares PON; el GPON es la red óptica con capacidad de
gigabit, el mismo fue establecido el 2004 gracias a las recomendaciones
ITU – T G.984.X. El uso de este estándar permite manejar distintos niveles
de ancho de banda siendo práctico a la hora de prestar servicios tanto en
nivel comercial como residencial; la velocidad con que se maneja la
información en forma ascendente y descendente puede ser asimétrica
(de 1.25 Gbps y 2.5 Gbps) como también puede ser simétrica (2.5 Gbps),
llegando, bajo ciertas configuraciones a entregar hasta 100 Mbps por
usuario, el estándar GPON puede soportar también las velocidades de
estándares anteriores al mismo (APON/BPON, EPON).
Su alcance nominal es de 20 Km (aunque bajo el estándar se puede llegar
a 60 Km) entre proveedor y el cliente final, también se reduce la cantidad
de fibra óptica utilizada, tanto entre las distintas centrales como entre los
tramos de llegada al cliente, sin olvidar que en su implementación no se
necesitan elementos activos de ningún tipo, siendo también,
económicamente más eficiente.
En nuestro entorno inmediato, la primera empresa en poder brindar sus
servicios
mediante
la
fibra
óptica
es
la
Cooperativa
de
Telecomunicaciones de Cochabamba, “COMTECO Ltda.”, la cual ha elegido
la tecnología de GPON para ofrecer el mejor servicio posible al abonado,
dicha tecnología es una Red Óptica Pasiva de Giga Bit, esta tecnología
permite el transmitir los tres servicios básicos requeridos comercialmente,
es decir la voz (telefonía), video (TV Cable) y datos (conexión a internet),
con velocidades de hasta 1 Gbps.
Explotando siempre todas las virtudes y posibilidades que el GPON puede
ofrecer a los abonados “COMTECO Ltda.” ha comenzado con la
implementación de esta tecnología en toda necesidad nueva por el
abonado, con mayor ancho de banda y mejor fidelidad de transmisión.
1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Habiendo mencionado en el punto anterior que “COMTECO Ltda.” es la
empresa que está innovando el uso y tecnología de la fibra óptica, se sabe
que está en la etapa de implementación de la nueva tecnología conocida
como FTTH, y se hace presente la falta de una forma de poder aceptar y
certificar de igual manera que sus redes estén en óptimas condiciones, es
decir se necesita un “protocolo de aceptación y certificación de redes
FTTH”.
Dado que no se tiene un protocolo para aceptar una red FTTH surgen varios
problemas como ser:


Tener un mal control en el estado de las redes brindadas al
abonado creando una mayor probabilidad de fallas en un futuro.
No se tiene una metodología de diseño ni normas para la
aplicación de redes FTTH en la edificación de edificios.
Condominios, departamentos, centros comerciales, oficinas y
viviendas en general.
Siendo estos motivos razón por demás suficiente para abordar el tema.
1.4 JUSTIFICACIÓN DEL TEMA
1.4.1 JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA
Siendo la tecnología FTTH relativamente nueva en nuestro país, no
existen empresas nacionales que puedan hacer los trabajos necesarios
para la mejora de calidad en las redes FTTH, siendo demasiado costosa
la opción de recurrir a una empresa internacional debido a todas las
normas legales y permisos a cumplir para ello.
Es por esto que el presente trabajo tiene por objeto entregar un
“protocolo de aceptación y certificación de redes FTTH” a la empresa
“COMTECO Ltda.” A través de un trabajo dirigido que le permita mejorar
los servicios, que, en la actualidad brinda y que al mismo tiempo
satisfaga los requerimientos de la empresa, optimizando al mismo
tiempo los costos operativos para “COMTECO Ltda.”.
1.4.2 JUSTIFICACIÓN ACADÉMICA
La realización de este trabajo dirigido, es poder utilizar los
conocimientos aprendidos a lo largo de la carrera de ingeniería
electrónica, principalmente del área de telecomunicaciones, sin dejar de
lado todas las herramientas que la ingeniería electrónica brinda, y
principalmente obtener la calificación requerida para culminar
exitosamente mis estudios en ingeniera electrónica
1.4.3 JUSTIFICACIÓN TÉCNICA
La creación de normas para una correcto diseño y construcción para
edificaciones en general, que permitan facilitar la implementación de las
nuevas redes FTTH en dichas estructuras aplicando este protocolo para
un óptimo funcionamiento de la red, lo que permitirá a “COMTECO Ltda.”
una excelencia técnica, e implicará un trabajo más óptimo, y cómodo
para todo el plantel técnico, operativo y logístico con el que cuenta la
empresa.
1.5 OBJETIVOS
1.5.1 OBJETIVO GENERAL
Realizar un PROTOCOLO DE ACEPTACION Y CERTIFICACION DE
REDES FTTH
1.5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar el estudio teórico de la tecnología GPON y sus
características.
 Realizar el estudio del diseño de redes FTTH.
 Realizar el estudio de la normativa de construcción utilizadas en
estructuras donde se implementará la red FTTH.
 Elaborar los protocolos de aceptación y certificación de redes
FTTH
1.6 RESULTADOS ESPERADOS
Al término de este trabajo dirigido, se espera el tener un Protocolo de
Aceptación y Certificación de redes FTTH, eso implicaría:



Tener un control optimizado del estado de las redes brindadas al
abonado creando una menor probabilidad de fallas en un futuro.
Tener una forma más sistemática y óptima para rastrear y encontrar
fallas en una red defectuosa.
Tener una sugerencia para la construcción de nuevos ambientes que
deseen en un futuro la instalación de redes FTTH
1.7 ALCANCE Y LIMITACIONES
1.7.1 ALCANCE
 El presente trabajo se orientará al estudio netamente teórico de redes
FTTH.
 El presente trabajo se orientará a la creación de un protocolo para la
aceptación y certificación exclusivamente de redes FTTH.
 El presente trabajo será realizado para el beneficio exclusivo de la
empresa “COMTECO Ltda.”.
 El alcance geográfico del proyecto a desarrollarse será únicamente para
Cochabamba, Bolivia.
 El presente trabajo aplicará sus recomendaciones para redes FTTH ya
implementadas.
1.7.2 LIMITACIONES


Los resultados y recomendaciones se limitan únicamente para la
empresa “COMTECO Ltda.”.
Se limitará al estudio teórico para la creación de un protocolo de
aceptación y certificación de redes FTTH, no así a la creación de nuevas


redes, ni a la creación de ningún tipo de elemento físico; tampoco se
tiene por objetivo la modificación de ningún protocolo o norma alguna
existente.
El presente trabajo se limita al departamento de Cochabamba, Bolivia.
Los resultados y recomendaciones se limitan únicamente para redes
FTTH, qué, estén compuestos por los elementos estudiados y descritos,
no garantizando de ninguna manera los mismos resultados en redes
FTTH que consten de equipos distintos a los descritos en el presente
trabajo.
1.8 TAREAS A DESARROLLAR
Las tareas a desarrollar para el avance de este trabajo serán:
 En una primera instancia familiarizarse con los elementos de los que
consta una red FTTH.
 Aprender que pasos seguir para la correcta instalación de una red
FTTH.
 Estudio de los principales problemas en la instalación y aplicación de
una red FTTH.
 Estudio de las formas más óptimas para encontrar fallas en una red
FTTH típica.
 Estudio del diseño de una red FTTH.
 Estudio de las estructuras en las que se instalará la fibra óptica y sus
recomendaciones para la misma.
 Proponer un protocolo de aceptación de redes FTTH, análogo a un
manual para la óptima instalación de dicho tipo de redes.
 Probar el protocolo de aceptación y reparar posibles errores.
OBJETIVO
1.9 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
MES 1
Familiarizac
ión con los
elementos
de los que
consta una
red FTTH
MES 2
Aprender
los pasos
a
seguir
para
la
correcta
instalación
de una red
FTTH
MES 3
Estudio de
las formas
más
óptimas
para
encontrar
fallas
en
una
red
FTTH y el
diseño de
la misma.
MES 4
Estudio de las
estructuras en
las que se
instalará
la
fibra óptica y
sus
recomendacio
nes para la
misma.
MES 5
Proponer un
protocolo de
aceptación de
redes
FTTH,
análogo a un
manual para
la
óptima
instalación de
dicho tipo de
redes.
MES 6
Probar el
protocolo
de
aceptació
n
y
reparar
posibles
errores.
1.10
ÍNDICE
CAPITULO I: Aspectos Generales
1.1Introducción.
1.2Antecedentes.
1.3Formulación del problema.
1.4Justificativo.
1.5Objetivos.
1.6Resultados Esperados.
1.7Limitaciones.
CAPITULO II: MARCO TEÓRICO
2.1 Introducción a la tecnología de la Fibra Óptica
2.1.1 Características.
2.1.2 Fabricación.
2.1.3 Funcionamiento.
2.1.4 Campos de Trabajo y Aplicación.
2.1.5 Tipos de Fibra Óptica.
2.1.5.1 Monomodo.
2.1.5.2
Multimodo.///apócrifo epigrama ,
http://www.vitalibros.cl/catalogo_web/colecciones/800/810/813/fundacion
.pdf
2.2 Conceptos para el Diseño de una red de Fibra Óptica
2.2.1 Componentes de una red de Fibra Óptica
2.2.1.1 Cables.
2.2.1.2 Conectores, distribuidores y Terminales.
2.2.1.3 Aparatos Emisores, Receptores y de Distribución.
2.2.1.5 Cajas distribuidoras.
2.2.1.6 Medidores y rastreadores de fallas.
2.2.2 Estructura de una red de fibra Óptica.
2.2.3 Redes FTTX.
2.2.3.1 Redes FTTN
2.2.3.2 Redes FTTC
2.2.3.3 Redes FTTB
2.2.3.4 Redes FTTH
2.2.3.5 Redes FTTA
2.2.3.6 Redes FTTP
2.2.4 Tecnologías.
2.2.4.1 Red PON.
2.2.4.2 Red GPON.
2.2.4.3 Red EPON.
2.2.5 Diseño de redes FTTH
CAPITULO III: Condiciones para la creación de una Red FTTH
Optima
3.1 Análisis de la estructura a implantar la red FTTH.
3.2 Condiciones generales para la instalación de la red FTTH.
CAPITULO IV: Análisis de red de fibra óptica de “COMTECO Ltda.”
4.1 Estructura y topología utilizada.
4.2 Elementos utilizados en la estructura de la red.
4.3 Plano de la estructura de la red.
4.4 Ejemplos.
`
CAPITULO V: Impedimentos, Inconvenientes y Fallas Durante la
Implementación de una Red FTTH
5.1 Impedimentos comunes en la instalación de la red de fibra óptica.
5.2 Inconvenientes típicos en la instalación de la red de fibra óptica.
5.3 Recomendaciones para el manejo de los impedimentos e
inconvenientes.
5.4 Fallas comunes.
5.5 Pasos para la ubicación de fallas.
5.6 Pasos a seguir para la solución de fallas.
CAPITULO VI: Elaboración
Certificación de redes FTTH
de
Protocolo
de
Aceptación
y
6.1 Recomendaciones para la aceptación de una red FTTH.
6.2 Recomendaciones para la certificación de una red FTTH.
6.3 Justificación del contenido del protocolo de aceptación y certificación
de redes FTTH.
6.4 Elaboración del protocolo de aceptación y certificación de redes
FTTH.
6.3 Pruebas funcionales.
CAPITULO VII: Conclusiones y Recomendaciones
7.1 Conclusiones.
7.2 Recomendaciones.
2 CAPITULO II: Marco Teórico
1. Introducción a la tecnología de la Fibra Óptica
Las telecomunicaciones se centran en la transmisión y recepción
de señales
de
cualquier
naturaleza,
generalmente
señales
electromagnéticas, desde sus principios más rústicos con el telégrafo, a
mediados del siglo XIX, que utilizaba tan solo pulsos de electricidad para
enviar mensajes cortos, pasando por los teléfonos que nos permitían por
primera vez en la historia comunicarnos por voz a grandes distancias; fue
un poco más adelante que las telecomunicaciones afrontaban otro de sus
grandes problemas, ya que si bien, se podía tener comunicación con
personas a grandes distancias aún existían barreras naturales que no se
podrían afrontar con facilidad, una de ellas eran los mares, fue en este
siglo en el cual se empezó la investigación del uso de medios de
transmisión en formas simples, ya sea de hierro o cobre. Más tarde al fin
se pudo llegar a la meta de poder llegar a cualquier lugar de la tierra
gracias a la tecnología satelital a mediados de 1962.
Fue así que el único problema ya no era el de llegar a todos los lugares
posibles, el nuevo gran problema era el de mandar cada vez más
información en menos tiempo, es acá cuando la fibra óptica hace sus
primeras apariciones, ya que si bien se tenía algunas nociones de utilizar
la luz como medio de transmisión no fue hasta mediados del siglo XX que
debido a los estudios de John Tyndall se pudo crear la fibra óptica con el
objetivo de ser utilizada en la transmisión de datos.
Curiosamente uno de los primeros usos fue emplear un haz de fibras para
la transmisión de imágenes en lo que sería un nuevo endoscopio médico.
En sus comienzos el único problema que presentaba la fibra óptica era
que su atenuación se elevaba demasiado; diez años más tarde al
entender que las grandes pérdidas que existían y que limitaban a la fibra
se debían a impurezas intrínsecas al cristal se logró construir una mejor
fibra óptica con atenuaciones de alrededor de 20 dB/km y una banda
pasante de 1 GHz para un largo de 1 km con la perspectiva de sustituir los
cables coaxiales, la utilización de fibras de 100 µm de diámetro, envueltas
en nylon resistente, permitirían la construcción de hilos tan fuertes que no
podían romperse con las manos. En la actualidad existen fibras ópticas
con atenuaciones tan pequeñas de hasta 1 dB/km, lo que es muchísimo
menor a las pérdidas de un cable coaxial. Los primeros dos enlaces
transoceánicos con fibra óptica comenzaron a operar a finales de los 80’s.
Desde entonces, se ha empleado fibra óptica en multitud de enlaces
transoceánicos o entre ciudades, y paulatinamente se va extendiendo su
uso desde las redes troncales de las operadoras hacia los usuarios finales.
Hoy en día, debido a sus mínimas pérdidas de señal y a sus óptimas
propiedades de ancho de banda, la fibra óptica puede ser usada a
distancias más largas que el cable de cobre. Además, las fibras por su
peso y tamaño reducido, hace que sea muy útil en entornos donde el
cable de cobre sería poco práctico, con velocidades desde 1 Gbps.
1. Características
(https://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_
%C3%B3ptica#Aplicaciones
http://www.iuma.ulpgc.es/~jrsendra/Docencia/Com_Opt_I/do
wnload/Com_Opt_I/Temario/caracteristicas.pdf
https://www.mhe.es/cf/ciclos_informatica/844819974X/archiv
os/unidad2_recurso2.pdf
http://www.itlalaguna.edu.mx/academico/carreras/electronic
a/opteca/OPTOPDF7_archivos/UNIDAD7TEMA2.PDF)
2.1.1.1 Características Dimensionales y Geométricas
Cuando hablamos de características dimensionales y geométricas nos
referimos a la estructura de la fibra óptica. Para empezar la fibra óptica es
un filamento hecho de aleación de materiales cilíndrico en forma de cable,
que a diferencia del cable eléctrico convencional es notablemente más
delgado y delicado.
La fibra óptica se compone básicamente de tres partes importantes y muy
bien marcadas, estas partes son:
El centro o núcleo (CORE), cuya estructura y dimensiones dependen
del tipo de fibra óptica y está fabricado generalmente con dióxido de
silicio dopado con dióxido de germanio para aumentar el índice de
refracción [(SiO2) (90%) (GeO2)(10%)].
El revestimiento (CLADDING) generalmente de 125 µm de diámetro y
construido de dióxido de silicio puro (SiO 2), esto para que la luz se
mantenga en el interior por el “fenómeno de reflexión interna total”
debido a la diferencia de coeficientes de reflexión entre el centro y el
revestimiento.
El recubrimiento primario (COATING) de acrilato (derivado del acrílico)
y 245 µm (generalmente) de diámetro y este es el protector contra la
oxidación del (SiO2).
En el núcleo se reúne casi por completo la información transportada; el
revestimiento de 125 µm y un dopaje de dióxido de germanio permiten
definir en torno del núcleo un índice de refracción levemente (1%) inferior
al del núcleo lo cual ayuda a que se dé la “reflexión interna total”; el
recubrimiento de 245 µm ofrece una protección contra la oxidación del
SiO2 debido a la humedad ambiente y también a perturbaciones
exteriores del medio.
2.1.1.2 Características Ópticas
(Apertura numérica, perfil del índice de refracción, diámetro del campo
monomodal, dispersión modal y cromática, etc.).
Un análisis inicial se puede realizar con el auxilio de la física clásica
(Teoría Corpuscular de Newton la cual supone que la luz está formada por
partículas materiales, que llamó corpúsculos que son lanzados a gran
velocidad por los cuerpos emisores de luz), que considera a la luz como
una partícula. Si se hace incidir la luz sobre una superficie plana que
separa a dos medios dieléctricos con distinto índice de refracción, se
obtiene que: parte de la energía se refleja (rebota con un ángulo de
reflexión igual de incidencia) y parte se refracta (atraviesa la superficie
variando el ángulo según la ley de Snell).
Sin embargo encontramos un mejor modelo en la teoría clásica del
electromagnetismo, en la cual la energía electromagnética se comporta
como una partícula para la reflexión y como una onda para la refracción,
usando así la denominada "dualidad onda-partícula" de la teoría cuántica
(la cual postula que todas las partículas presentan propiedades de onda y
partícula explicando que no hay diferencias fundamentales entre
partículas y ondas, es decir las partículas pueden comportarse como
ondas y viceversa).
En la fig. 1.1 se muestra a la fibra óptica como un cilindro con
dos capas concéntricas de material altamente transparente
(cristal de SiO2). El interior se denomina núcleo y el exterior
revestimiento, tal y como mencionamos en el punto anterior.
Los índices de refracción se indican como n 1 y n2 (nomenclatura
generalmente utilizada). El índice n1 es levemente mayor que n2, cerca del
1%. Mediante la ley de Snell se puede indicar que:
(SEN Rx) n1 = (SEN Rc) n2
Donde Rx es el ángulo de reflexión y Rc es el de refracción.
Se tiene entonces que para un valor determinado de Rx el ángulo Rc vale
90°, y es ahí donde se produce entonces la denominada “reflexión total de
la energía incidente”. Todos los rayos de luz que inciden sobre la interfaz
núcleo-revestimiento con ángulo superior a dicho valor se reflejan y se
encontrarán guiados dentro del núcleo gracias a múltiples reflexiones.
Veamos un pequeño ejemplo típico, si n1=1,48 y n2=1,47 para que
Rc=90° el valor de I será 83°. Este sería el ángulo límite. Si se extrae el
ángulo límite fuera de la fibra óptica, se tiene un caso similar al anterior
con un ángulo de incidencia Φ en el aire (n Φ =1) y con un ángulo de
refracción Rc en el núcleo (n1= 1,48). En tal caso se tiene Rc=7°,
resultando en un ángulo Φ=10°.
Fig. 1.1
Debido
a
la
simetría
circular
se
tiene
que todos los rayos de luz que inciden dentro del cono con ángulo Φ se
encontrarán con un ángulo mayor al crítico y por lo tanto serán guiados
dentro del núcleo sin refracción. Los que estén fuera del cono sufrirán
sucesivas refracciones y se atenuarán paulatinamente en los primeros
metros de fibra óptica. Incluso en pequeñas curvaturas cambiarán las
condiciones de reflexión y existirá refracción parcial introduciendo una
atenuación sobre la energía propagada, como se muestra en la Fig. 1.1, es
decir mientras más curvas hayan y más pronunciadas sean estas se
tendrá una mayor atenuación en el transporte de información.
Como se ha dicho antes si encontramos el ángulo máximo para que se
produzca la reflexión interna total tendremos como premisa que: el sen
Rc sea igual 1 (con el ángulo de Rc como 90 grados) entonces tendremos
que sen Φ = (n2/n1), si usamos la función inversa del seno para poder
encontrar el ángulo habremos hallado el ángulo máximo para que se
pueda empezar a producir el fenómeno de reflexión interna total o ángulo
de aceptación, y el valor de su seno tomará el nombre de APERTURA
NUMÉRICA, debido a que este valor está estrechamente relacionado con
el ángulo de aceptación es que nos deja describir la “potencia colectora
de luz” de la fibra y se usa para calcular la eficiencia con la que se acopla
la fuente emisora de luz y la fibra (es decir relación fuente/fibra). Para
hallarla retomamos la expresión matemática que vimos antes:
Sen Φ = (n2/n1)
Y aplicando trigonometría tendremos que la Aplicación Numérica (AN o en
inglés NA)
AN = sen Φ = (n2/n1) = (n12-n22) (1/2)
Para el ejemplo que se desarrolló antes será 0,17. Los valores típicos
reales se encuentran entre 0,2 y 0,25.
Una elevada AN permite un mejor acoplamiento (mayor introducción de
luz en el núcleo), pero incrementa la atenuación. Si dos fibras ópticas
tienen igual NA se tiene que el ángulo de emisión de luz es igual al de
aceptación de la siguiente y por lo tanto se produce un acoplamiento de
luz perfecto, es esto lo que se busca idealmente. Para hacer una pequeña
analogía se podría decir que en los cables de cobre la característica que
determina una condición semejante es la impedancia de la línea Zo. Si dos
líneas tienen igual impedancia Zo el acoplamiento de energía es completo
y no existe onda reflejada (Pérdida de retorno o en la fibra atenuaciones
por refracciones sucesivas). Por lo tanto, se suele comparar la
característica de apertura numérica de las fibras ópticas con la
impedancia característica de las líneas o guías de ondas.
2.1.1.3 Características de Transmisión
(https://www.mhe.es/cf/ciclos_informatica/844819974X/archivos/uni
dad2_recurso2.pdf)
Ahora para introducirnos en las características de transmisión de la fibra
óptica hablaremos de términos muy importantes de la misma, empezando
por la dispersión modal de la que ya hablamos un poco, el ancho de
banda y los índices de refracción que en ella existen.
En el tipo de fibras ópticas bajo análisis en la figura 1.1, denominadas
multimodo, los distintos rayos propagados recorren distintos caminos,
sufriendo, según el ángulo, distintas reflexiones. Se tiene de esta forma
que al introducir en el extremo de la fibra óptica un impulso de luz, en el
otro extremo se produce UNA DEFORMACION (dispersión) en la llegada de
los distintos rayos. En otras palabras, si se inyecta a un mismo tiempo un
determinado número de fotones (partícula asociada a la energía
electromagnética) en la salida se presentarán cronológicamente debido a
los distintos recorridos o mejor dicho un retraso se presentará para cada
uno de ellos. En realidad, la identificación de cada fotón requiere de un
instrumento de detección de muy alta velocidad de respuesta, como el
contador de fotones. Con instrumentos de detección más simples se
obtiene una medida que es la integración de la energía recibida y se
asocia generalmente a un pulso de forma gaussiana.
A ESTA DEFORMACION en la llegada causada por el retraso (dispersión) o
apertura del impulso de ingreso se la denomina modal o intermodal
debido a que en la teoría electromagnética a todo rayo de la física clásica
se le denomina “modo de propagación” o más comúnmente llamado tan
solo “modo”.
La definición de la dispersión modal se realiza con pulsos gaussianos de
entrada y salida, escribiéndose según la bibliografía como:
ES esta parte la que no he podido
entender bien y no estoy seguro de si es
importante incluirla en el trabajo, me
Wm = (Ws2-We2) 1/2 refiero al párrafo en rojo.
Donde We es la apertura del impulso de entrada a mitad de altura y W s la
apertura de la salida.
La dispersión modal resulta ser el ensanchamiento adicional del pulso de
entrada, y después de trabajar las expresiones al considerar al pulso en el
tiempo con una forma de onda gaussiana y encontrar su correspondiente
transformada de Fourier se llega a la conclusión de que, el ancho de
banda definido a 3 dB de atenuación de potencia óptica respecto al nivel
en 0 Hz será igual a: 0,44/W m. Notamos de la expresión que el ancho de
banda es inversamente proporcional a la dispersión modal Wm, vale la
pena recordar que el valor de Wm se expresa por unidad de longitud de la
FO. Siendo cómodas las unidades nseg/km. Es por ello que el ancho de
banda disminuye con el incremento de la longitud del enlace y se expresa
en unidad de MHz por km. En otras palabras, dada una longitud de enlace
se tiene un valor límite de separación temporal entre pulsos de
información sin exceder una superposición tolerable para que el aparato
receptor logre recibir una señal que pase su umbral de potencia.
También hay que tener cuidado con la velocidad a la que las ondas viajan
ya que con mayor velocidad los pulsos adyacentes se interfieren
(superponen) y se incrementa la “tasa de error de bit” o BER. Existen dos
formas de reducir la dispersión modal para incrementar el ancho de banda
disponible de la fibra óptica: produciendo una variación gradual del perfil
del índice de refracción y el segundo es permitiendo la propagación de un
solo modo.
(http://www.infoab.uclm.es/labelec/solar/Comunicacion/Fibra_optica/tipos.htm)
El dopaje de la fibra óptica es también una importante propiedad de
transmisión, y es que de ello depende su índice de refracción el cual
tendrá tanto en el núcleo como en la periferia pudiendo clasificarse en
fibras de índices de refracción Abruptas (o salto de índice) y graduales, y
el segundo es si dicha fibra óptica será utilizada para la transmisión de un
solo modo (monomodo) o para la transmisión de varios (multimodo).
La dispersión modal se produce porque los distintos modos de
propagación recorren distintos caminos en distinto tiempo. La velocidad
de propagación del modo en el medio dieléctrico es c/n (c la velocidad de
la luz en el vacío 3.105 Km/s, y n el índice de refracción). De esta forma
los rayos que recorren a mayor velocidad lo hacen por la periferia del
núcleo ya que es ahí donde el índice de refracción es menor que en el
centro y donde la velocidad también es mayor, la mayor longitud de
recorrido se compensa con la mayor velocidad de propagación, esto ya
que las fibras ópticas se componen de revestimiento de baja refracción y
de un núcleo de elevado índice de refracción donde la luz es guiada
mediante reflexión total en el límite revestimiento-núcleo.
En el caso de fibras ópticas con perfil de índice gradual la luz se desvía
continuamente hacia el eje de la fibra en las regiones externas con índice
de refracción menor. Ambas son fibras ópticas multimodo (es decir
conducen más de un rayo por la fibra al mismo tiempo).
La fibra óptica monomodo está hecha de un material con un índice de
refracción abrupto y ellas conducen tan solo un haz de luz a la vez.
(Ancho de banda, atenuación).
(http://www.iuma.ulpgc.es/~jrsendra/Docencia/Com_Opt_I/download
/Com_Opt_I/Temario/caracteristicas.pdf)
2.1.1.3.1
Atenuación
Es la perdida de potencia con relación a la distancia recorrida por las
ondas enviadas y esta característica es la que básicamente fija la
distancia entre repetidores (amplificadores de señal), vale aclarar que no
fue hasta que la fibra óptica bajo su atenuación por debajo de los 5db/km
(atenuación típica de un conductor metálico) que empezó a ganar
importancia.
La atenuación, como en los demás medios de transmisión, se mide en
decibelio, esta medida es usada para comparar dos niveles de potencia y
se puede definir para una determinada longitud de onda como el cociente
entre la potencia óptica de salida (Ps) con respecto a la de entrada (P E)
según la siguiente fórmula:
Numero de decibelios X (dB) =
10 log 10
Ps
PE
Esta unidad logarítmica tiene la ventaja que las multiplicaciones y
divisiones se transforman en sumas y restas, por lo contrario las sumas y
restas aunque complejas no se usan casi nunca. En comunicaciones
ópticas la atenuación se expresa en decibelios por unidad de longitud
según
α db∗L=10 log10
Ps
PE
Donde αdB es la atenuación por unidad de longitud y L es la longitud de la
fibra.
Los mecanismos por los que la atenuación aparece en un sistema
dependen de la composición de la fibra, la técnica de preparaciónpurificación del material y la estructura de la fibra.
Se dividen en áreas que incluyen la absorción del material, la dispersión
del material, pérdidas por curvaturas o microcurvaturas y pérdidas por
acoplamiento (empalmes y conectores).
ACA NO ESTOY SEGURO SI ESTA BIEN QUE ACLARE CADA TIPO
DE PERDIDA O DEBO TAN SOLO NOMBRARLAS Y EXPLICAR
Las pérdidas por absorción del material se deben a la composición de
la fibra y al método de fabricación. La potencia perdida se transforma en
calor en la fibra. La absorción puede ser intrínseca (causada por los
componentes del vidrio) o extrínseca (causada por impurezas no
deseadas).
Para la pérdida de absorción intrínseca se sabe que un vidrio de sílice
tiene muy poca absorción debida a su estructura atómica en el rango
espectral del infrarrojo cercano.
En cuanto a la perdida de absorción extrínseca, en las fibras comerciales
fabricadas por medio de técnicas de manejo de material fundido las
principales fuentes de atenuación son causadas por la absorción de
materiales no deseados que son típicamente metales de transición, la
contaminación por metales de transición puede reducirse a niveles de
concentración de 10-10 mediante métodos como la oxidación en fase vapor
que elimina gran parte de este problema; otro problema relacionado con
la absorción extrínseca es la causada por el agua (más concretamente el
ión OH- ) disuelta en el vidrio. Este ión está ligado a la estructura del vidrio
y tiene picos de absorción por vibración que pueden estar entre 2.7 y
4.2µm dependiendo a que punto de la red del vidrio esté ligado.
También existen las pérdidas por curvatura de la fibra, es decir que la
fibra óptica tiene pérdidas cuando se dobla, esto es debido a que la
energía en el campo evanescente en la parte exterior de la curva, debe
seguir el mismo frente de onda que el resto y por tanto debe ir a una
velocidad mayor, mayor que la velocidad de la luz. Esto es imposible y
para remediarlo pierde parte de su energía radiándola al exterior. Esta
pérdida puede ser representada numéricamente según un coeficiente de
atenuación dado por:
αr = c1 exp (-C2R)
Donde R es el radio de curvatura
C1 y c2 son constantes
Para cualquier tipo de fibra se establece un umbral a partir del cual las
pérdidas son elevadas. Este umbral se define de forma distinta para fibras
monomodo y multimodo. Para fibras multimodo el radio crítico viene dado
por:
2
Rc
3 n1 λ
2
2 3/ 2
4 π ( n1 −n2 )
Dónde:
Frecuencia de onda
ʎ
Índices de refracción
 n1 y n2
Analizando la ecuación más a fondo podemos deducir que las pérdidas por
curvatura pueden reducirse si diseñamos fibras con gran diferencia entre
sus índices de refracción o al reducir al máximo posible la frecuencia de
onda que se manda.
En una fibra óptica se pueden distinguir dos tipos de curvatura:
--Microcurvaturas
--Macrocurvaturas.
La microcurvatura es causada por imperfecciones microscópicas en la
geometría de la fibra que se dan como resultado del proceso de
fabricación, o como resultado de diferentes parámetros propios de la fibra.
Se puede observar una microcurvatura en la siguiente figura:
Una microcurvatura en una fibra óptica hace que diferentes rayos de luz
se escapen del núcleo, lo cual produce pérdidas.
Una macrocurvatura hace que los rayos de luz de mayor orden se
escapen del núcleo multimodo y, por lo tanto, provocan pérdidas, esto
sucede porque normalmente la fibra se somete a una curvatura por
bobinado, tendido, etc. se origina una atenuación adicional por el hecho
de que el interfaz núcleo-revestimiento deja de ser geométricamente
uniforme: la luz se refleja en algunos puntos con ángulos diferente de los
inicialmente calculados, por lo que deja de verificarse en ellos el principio
de reflexión total y, en consecuencia, se produce una fuga de modos
hacia el revestimiento.
No obstante, como esta atenuación adicional varia exponencialmente con
el radio de curvatura, estas pérdidas son inapreciables hasta que se
sobrepasa una curvatura crítica. Por tanto, más que conocer la variación
de las pérdidas con la curvatura, interesa para efectos prácticos conocer
el radio de curvatura mínimo posible para un cable de fibras,
normalmente se establece en unas diez a doce veces el diámetro del
cable.
El estudio de las consecuencias de estas curvaturas es muy complejo,
particularmente en fibras monomodo, por lo que únicamente haremos la
observación de que se presentan especialmente al trabajar en 1550 nm.
Se puede observar una macrocurvatura en la siguiente figura:
Como regla práctica, puede considerarse un radio de curvatura mínimo de
valor igual de entre doce a diez veces el diámetro del tubo que aloja al
módulo de fibras.
Por tanto, las pérdidas en un cable de fibra óptica pueden reducirse
modificando algunos parámetros mecánicos de la fibra. Entre las cuales se
pueden citar:
--Aumento del diámetro del revestimiento de modo que la tensión
necesaria para producir la curvatura sea mayor.
--Aumento del radio de la curvatura continua debido un trenzado.
--Disminución del módulo de elasticidad del recubrimiento y del material
de
la cubierta del cable.
(Bibliografía
utilizada
para
este
punto
--Aumento
del
espesor
del
recubrimiento.
http://www.iuma.ulpgc.es/~jrsendra/Docencia/Com_Opt_I/download
--Eliminación
de la tensión de la fibra en el interior del cable.
/Com_Opt_I/Temario/caracteristicas.pdf)
2.1.1.3.2
Ancho de Banda
La dispersión temporal de la señal óptica tiene los mismos efectos que
para señales eléctricas, genera distorsión tanto en señales analógicas
como digitales, es como pasar una señal a través de un filtro paso bajo. Si
analizamos lo que le ocurre a una señal digital que se transmite como
pulsos de luz a través de una fibra óptica los mecanismos de dispersión
temporal ensanchan los pulsos según avanzan en la fibra. El fenómeno
aparece representado en la figura 2.1 allí puede observarse como cada
pulso se ensancha y acaba superponiéndose con sus vecinos llegando a
ser indistinguible en la recepción. Este efecto se conoce como
Interferencia entre Símbolos (en inglés ISI de InterSymbol Interference), el
número de errores en la recepción se incrementa cuando la ISI se
incrementa. La dispersión temporal por si sola limita el ancho de banda
para una longitud de fibra determinada cuando los símbolos ya no pueden
separarse. Para que no haya superposición entre símbolos en un enlace
1
de fibra óptica la velocidad de transmisión
B t ≤ B T ha de ser menor que la
F-1.1
2Τ
inversa de la duración del pulso ensanchado (2Τ), de donde
Una vez hemos visto el cálculo de la velocidad de transmisión hay que
convertirla a ancho de banda en hertzios y ello depende del tipo de
código digital usado, simplemente como ejemplo citaremos dos tipos de
codificación: RZ (codificación con retorno a cero) y NRZ (sin retorno a
cero). Ambos tipos están representados en la figura 2.2. Para la
transmisión sin retorno a cero si el ancho de banda se representa como
B tenemos que BT(máx.)=2B mientras que con retorno a cero BT (máx.)
=B
(2.1)
(2.2)
Los tres tipos típicos de fibras y su efecto sobre la dispersión temporal de
las señales que se transmiten por ellas están representadas en la figura
2.3. Puede observarse que las fibras multimodo sufren de una dispersión
temporal mayor que las monomodo y entre las multimodo la de índice
abrupto tienen una dispersión mucho mayor que las de índice gradual. El
ancho de banda de las fibras monomodo está en el rango de la
gigahercios mientras que en las multimodo estamos en el rango de entre
decenas a cientos de megahercios. Por supuesto, no sólo el tipo de fibra
fija el ancho de banda sino también la longitud del enlace, así pues para
la comunicación por fibra óptica entre dos puntos, una vez fijado el ancho
de banda el tipo de fibra viene determinado por la distancia entre
repetidores regenerativos (amplifican la señal y la regeneran eliminando
el ensanchamiento). Tras estos datos ya podemos entender el motivo por
el cual la medida de las propiedades dispersivas de una fibra concreta se
expresan como el ensanchamiento de la señal (tiempo) sobre una unidad
de distancia, por ejemplo ns/Km.
El ancho de banda es inversamente proporcional a la distancia, esto
conduce a la definición de un parámetro para la capacidad de la fibra para
transmitir información, este parámetro se conoce como el producto
longitud-ancho de banda (L*Bopt). Como valores típicos de este parámetro
para los tres tipos de fibras de la figura 2.3 tenemos 20MHz/Km, 1GHz/Km
y 100GHz/Km para las fibras abruptas multimodo, graduales multimodo y
monomodo respectivamente.
(2.3)
La dispersión intramodal o cromática puede darse en todos los tipos de
fibra y es debido a que el emisor óptico no es totalmente monocromático
sino que tiene un ancho de banda espectral. En el caso de los láseres el
ancho de banda es pequeño pero en los LED’s ya es un porcentaje
significativo respecto a la frecuencia central de emisión, este ancho de
banda no nulo implica que puede haber diferencias en la velocidad de
transmisión de cada uno de los componentes espectrales de la señal. Las
diferencias en los retardos de las diferentes componentes cromáticas de
cada modo pueden ser debidas a dos motivos, las propiedades dispersivas
del material de la fibra (dispersión del material) y al guiado en la
estructura de la fibra (dispersión de la guía-onda).
El ensanchamiento del pulso debido a la dispersión del material es el
resultado de las velocidades de los distintos componentes cromáticos que
forman parte del espectro del emisor. La velocidad de fase de una onda
plana propagándose en el interior de la fibra varía de forma no lineal con
la longitud de onda, se dice que un dieléctrico sufre de dispersión del
material cuando la segunda derivada del índice de refracción frente a la
longitud de onda es distinta de cero.
El fenómeno de guiado en el interior de la fibra también puede causar
dispersión temporal en la guía de onda, y es debido a la variación de
la velocidad de grupo con la longitud de onda para un modo particular.
Basándonos en la aproximación geométrica sabemos que un modo se
define con el ángulo que hay entre el rayo y el eje de la fibra. Si este
ángulo se modificara al cambiar la longitud de onda tendríamos dispersión
ya que los caminos recorridos serían distintos para cada longitud de onda.
Las fibras multimodo en las que los modos principales se transmiten lejos
de la longitud de onda de corte están prácticamente libres de este
fenómeno, de hecho es despreciable frente a la dispersión del material.
En las fibras monomodo el modo fundamental está cercano a la longitud
de onda de corte y la dispersión de la guía-onda ya no es despreciable,
aunque es difícil separar ambos tipos de dispersión de forma numérica.
El ensanchamiento de los pulsos debido a dispersión temporal
intermodal, también llamada dispersión modal, es debida a los
retardos de propagación entre distintos modos y por tanto no afecta a las
fibras monomodo. Los distintos modos que constituyen un pulso lumínico
tienen distintas velocidades de grupo y por tanto el ensanchamiento del
pulso depende de las diferencias entre los tiempos de transmisión del
modo más lento y más rápido. Este mecanismo genera la diferencia
mayor en el comportamiento de las fibras de la figura 2.1. Las fibras
multimodo sufren este fenómeno y entre ellas en mucha mayor medida
las de índice abrupto, por tanto a partir de ahora todos los comentarios
irán dedicados a fibras de este tipo. El ensanchamiento en fibras
graduales es mucho menor que el que se obtiene en fibras con índice
abrupto, la relación entre ambas puede ser de hasta 100 veces. Esto
implica que las fibras graduales tienen una gran ventaja por su mayor
ancho de banda.
A partir de la teoría de rayos, el modo más rápido y más lento podemos
deducir que son respectivamente el rayo que va por el eje de la fibra y el
que tiene el ángulo crítico. Los caminos que toman cada uno de estos
rayos en una fibra perfecta se pueden ver en la figura 2.4 (a). El retardo
entre la llegada de estos modos cuando viajan a través de una fibra nos
permite una estimación de la dispersión intermodal. Como los dos rayos
viajan a la misma velocidad, ya que atraviesan el mismo material de
índice de refracción n1, la diferencia temporal en recorrer la fibra vendrá
determinada por la diferencia entre sus caminos ópticos. Así pues el
tiempo que tarda el rayo axial para una fibra de longitud L será
F-1.2
Ln
L
L
T min= =
= 1
v
c
c
( )
n1
Mientras que para el rayo con ángulo crítico el tiempo será el máximo y
valdrá:
F-1.3
T max=
L/ cosθ
L
=
c /n1
c∗cosθ
2
L n1
Aplicando Snell: T max= c n
2
Si ahora hacemos la diferencia entre el Tmin y el Tmáx obtendremos ΔT la
diferencia entre los dos modos citados:
F-1.4
ΔT=
L∗n 1∗Δ n
c
Si ahora queremos ver el ancho de banda de nuestro sistema deberíamos
ver cuánto valdría el valor cuadrático medio para obtener la velocidad de
transmisión según la fórmula F-1.1, y con ella obtener el ancho de banda
del sistema. Llegando a:
F-1.5
L∗n1∗Δ n
2∗√ 3∗c
De esta fórmula podemos deducir que el ensanchamiento de un pulso es
directamente proporcional a la diferencia de los índices de refracción y a
L, por tanto para reducir la dispersión modal en fibras abruptas el único
sistema es reducir la diferencia entre índices de refracción, es decir, hacer
que la fibra tenga un guiado débil.
2.4 (a)
La dispersión modal en fibras multimodo se reduce con el uso de fibras de
índice gradual, de este modo las fibras graduales tienen mucho mayores
anchos de banda. La razón para esta mejora puede entenderse
observando el diagrama de rayos de la figura 2.5, el índice de refracción
en dicha figura es de carácter parabólico.
Figura 2.5: Fibra multimodo de índice gradual (a) Perfil de índice de
refracción parabólico (b) Rayos meridionales en el núcleo de la fibra.
En la figura 2.5 se pueden ver varios rayos en el núcleo de la fibra, puede
apreciarse que ellos siguen trayectorias sinusoidales debido al perfil de
índice de la fibra. Ahora bien, la velocidad de grupo de cada modo es
inversamente proporcional al índice de refracción en el que se encuentra,
de este modo y como las curvas que viajan a zonas más alejadas del eje
de la fibra lo hacen por zonas de índice de refracción menor van a una
velocidad media mayor y esto iguala los tiempos de transmisión de los
distintos modos. Como los distintos rayos de la figura 2.5 son
equivalentes a los modos citados por tanto concluimos que este tipo de
perfil reduce las diferencias entre las velocidades medias de los modos y
por tanto la dispersión modal.
La mejora obtenida utilizando una fibra parabólica frente a una abrupta
(ambas multimodo) puede medirse si tenemos en cuenta la diferencia
temporal entre el modo más lento y más rápido y lo comparamos con el
ΔT que encontramos antes, las matemáticas son bastante más complejas
y para fines prácticos en este caso daremos el dato directamente:
L∗n 1∗Δn 2
ΔT=
.
8∗c
La atenuación (α) que determina el perfil de la fibra será muy importante
para reducir el retardo modal. El perfil óptimo para reducir al máximo la
dispersión
modal
resulta
ser
α =2−
(12∗Δn)
5
Con este perfil óptimo se pueden conseguir una mejora de hasta 1000
veces respecto a una fibra de índice abrupto. Los perfiles prácticos que se
pueden obtener en fibras reales nos permiten conseguir productos
longitud-ancho de banda de entre 0.5 y 2.5GHzKm.
(Bibliografía
utilizada
para
este
punto
http://www.iuma.ulpgc.es/~jrsendra/Docencia/Com_Opt_I/download/Com_Opt_I/
Temario/caracteristicas.pdf)
2.1.2 Fabricación.
o2.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica#Proceso_de_fabricaci.C3.B3n
Para que toda esta maravilla de la ingeniería se dé, se la tiene que
fabricar de una manera meticulosa y exacta, es así que en este punto
daremos a conocer algunos de los métodos más utilizados para ello, sin
embargo cabe recalcar que al igual que cualquier instrumento tecnológico
es posible que en un momento distinto al de la redacción de este proyecto
existan métodos más eficaces y potentes de hacer dicho material.
Entre los métodos de producción de FO se tienen dos tipos
fundamentales: el método del doble crisol (del que se obtienen FO de
calidad regular y que no se usan en telecomunicaciones) y el método de
la preforma o técnicas de deposición de vapor que son los más empleados
en la actualidad y los que permiten una mayor versatilidad de fabricación,
ya que con ellos pueden obtenerse fibras de índice de refracción abruptos
y de índice gradual, siendo estas las más comerciales.
La producción comercial actual de las FO de sílice para
telecomunicaciones se realiza mediante el “método de la preforma” que
consiste en dos pasos, la fabricación de la preforma (un bastón de sílice
de 1 m de longitud y aproximadamente 1 cm de diámetro cuyo perfil de
índice de refracción es idéntico a la FO deseada) y el estirado de la
preforma. Los métodos comerciales responden a procesos diseñados en
distintos laboratorios pudiendo identificarse los siguientes:

M.C.V.D Modified Chemical Vapor Deposition o modificación química
modificada en fase de vapor)
Fue desarrollado originalmente por Corning Glass y modificado por los
Laboratorios Bell Telephone (el cual actualmente lo utiliza) para su uso
industrial. Utiliza un tubo de cuarzo puro de donde se parte y es
depositado en su interior la mezcla de dióxido de silicio y aditivos de
dopado en forma de capas concéntricas. A continuación se instala el tubo
en un torno giratorio. El tubo es calentado hasta alcanzar una
temperatura
comprendida
entre
1400 °C
y
1600 °C
mediante
un
quemador de hidrógeno y oxígeno. Al girar el torno, el quemador
comienza a desplazarse a lo largo del tubo. Por un extremo del tubo se
introducen los aditivos de dopado, parte fundamental del proceso, ya que
de la proporción de estos aditivos dependerá el perfil final del índice de
refracción del núcleo.
La deposición de las sucesivas capas se obtiene de las sucesivas pasadas
del quemador, mientras el torno gira; quedando de esta forma sintetizada
el núcleo de la fibra óptica. La operación que resta es el colapso, se logra
igualmente con el continuo desplazamiento del quemador, solo que ahora
a una temperatura comprendida entre 1700 °C y 1800 °C. Precisamente
es ésta temperatura la que garantiza el ablandamiento del cuarzo,
convirtiéndose así el tubo en el cilindro macizo que constituye la
preforma. Las dimensiones de la preforma suelen ser de un metro de
longitud útil y de un centímetro de diámetro exterior.

V.A.D Vapor Axial Deposition (Vapor Axial Deposition o deposición axial
en fase de vapor)
Su funcionamiento se basa en la técnica desarrollada por la Nippon
Telephone and Telegraph (N.T.T), muy utilizado en Japón por compañías
dedicadas a la fabricación de fibras ópticas. La materia prima que utiliza
es la misma que el método M.C.V.D, su diferencia con éste radica, que en
el M.C.V.D. solamente se depositaba el núcleo, mientras que en este
además del núcleo de la FO se deposita el revestimiento. Por esta razón
se debe cuidar que en la zona de deposición axial o núcleo, se deposite
más dióxido de germanio que en la periferia, lo que se logran a través de
la introducción de los parámetros de diseño en el software que sirve de
apoyo en el proceso de fabricación. A partir de un cilindro de vidrio
auxiliar que sirve de soporte para la preforma, se inicia el proceso de
creación de ésta, depositándose ordenadamente los materiales, a partir
del extremo del cilindro quedando así conformada la llamada "preforma
porosa". Conforme su tasa de crecimiento se va desprendiendo del
cilindro auxiliar de vidrio. El siguiente paso consiste en el colapsado,
donde se somete la preforma porosa a una temperatura comprendida
entre los 1.500 °C y 1.700 °C, lográndose así el reblandecimiento del
cuarzo. Quedando convertida la preforma porosa hueca en su interior en
el cilindro macizo y transparente, mediante el cual se suele describir la
preforma.
Comparado con el método M.C.V.D se tiene la ventaja de que permite
obtener preformas con mayor diámetro y mayor longitud, a la vez que
precisa un menor aporte energético. El inconveniente más destacado es la
sofisticación del equipamiento necesario para su realización.

O.V.D Outside Vapor Deposition o deposición externa en fase de vapor
Desarrollado por Corning Glass Work. Parte de una varilla de substrato
cerámica y un quemador. En la llama del quemador son introducidos los
cloruros vaporosos y ésta caldea la varilla. A continuación se realiza el
proceso denominado síntesis de la preforma, que consiste en el secado
de la misma mediante cloro gaseoso y el correspondiente colapsado de
forma análoga a los realizados con el método V.A.D, quedando así
sintetizados el núcleo y revestimiento de la preforma.
Entre las Ventajas, es de citar que las tasas de deposición que se alcanzan son del
orden de 4.3 g/min, lo que representa una tasa de fabricación de FO de 5 km/h,
habiendo sido eliminadas las pérdidas iniciales en el paso de estirado de la preforma.
También es posible la fabricación de fibras de muy baja atenuación y de gran calidad
mediante la optimización en el proceso de secado, porque los perfiles así obtenidos
son lisos y sin estructura anular reconocible.

P.C.V.D Plasma Chemical Vapor Deposition o Deposición química en fase de
vapor activada por plasma
Es desarrollado por Philips, se caracteriza por la obtención de perfiles
lisos sin estructura anular reconocible. Su principio se basa en la
oxidación de los cloruros de silicio y germanio, creando en éstos un
estado de plasma, seguido del proceso de deposición interior.
Etapa de estiramiento de la preforma
La técnica consiste básicamente en la existencia de un horno tubular
abierto en cuyo interior se somete la preforma a una temperatura de
2000 °C para lograr el reblandecimiento del cuarzo y que quede fijo el
diámetro exterior de la FO. Este diámetro se ha de mantener constante
mientras se aplica una tensión sobre la preforma. Para lograr esto, los
factores que lo permiten son precisamente la constancia y uniformidad
de la tensión de tracción y la ausencia de corrientes de convección en el
interior del horno. En este proceso se debe cuidar que la atmósfera
interior del horno esté aislada de partículas provenientes del exterior
para evitar que la superficie reblandecida de la FO pueda ser
contaminada, o que se puedan crear microfisuras con la consecuente
inevitable rotura de la fibra. Aquí es donde también se aplica a la fibra
un material sintético que generalmente es un polímero viscoso, el cual
posibilita las elevadas velocidades de estirado comprendidas entre1
m/seg. Y 3 m/seg, formándose así una capa uniforme sobre la fibra
totalmente libre de burbujas e impurezas. Posteriormente se pasa al
endurecimiento de la protección antes descrita, quedando así la capa
definitiva de polímero elástico. Esto se realiza habitualmente mediante
procesos térmicos o
a
través
de
procesos
de reacciones
químicas mediante el empleo de radiaciones ultravioletas.
2.1.3 Funcionamiento.
En sí, la fibra óptica está conformada por tres elementos físicos bien
diferenciados: el NUCLEO, el cual es el medio por donde viaja la luz, el
REVESTIMIENTO, es el medio que hace de pared y evita que se escape el
pulso luminoso, y el RECUBRIMIENTO, que actúa como protección del
cable, normalmente acompañado de un cable delgado de acero en medio,
frecuentemente llamado CABLE MENSAJERO; para describir mejor a la
fibra óptica, se podría decir que es semejante a un cable de cobre en el
que en vez de electricidad se trasmite luz, siendo así inmune a
perturbaciones electromagnéticas, y basa su funcionamiento en
propiedades de refracción y reflexión a lo largo de todo el filamento de
vidrio, análogo a una bala disparada a través de una tubería y esta fuera
capaz de rebotar a lo largo del recorrido hasta llegar al otro extremo.
Los pulsos de luz enviados a través de la fibra óptica pueden ser utilizados
como medio de iluminación o como medio de transmisión de información
binaria o digital, posteriormente un receptor óptico recoge las señales
luminosas y las transforma en el formato de información elegido como
imágenes, audio, video o datos. La fibra óptica en telecomunicaciones, es
usada mayormente para formar redes PON (Passive Optical Network),
ésta, es una tecnología de acceso, la cual está compuesta por elementos
pasivos, es decir que no requieren de alimentación externa para su
funcionamiento al distribuir la información a través de la red.
(Pequeño diagrama)
2.1.4 Campos de Trabajo y Aplicación.
http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_
%C3%B3ptica#Aplicaciones
El uso de la fibra
óptica es muy variado: desde comunicaciones digitales y
joyas, pasando por sensores y llegando a usos decorativos, como árboles
de Navidad, veladores y otros elementos similares.
Pasaremos a nombrar algunos campos de la fibra óptica:

Comunicaciones con fibra óptica
La fibra óptica se emplea como medio de transmisión en redes de
telecomunicaciones ya que por su flexibilidad los conductores ópticos
pueden agruparse formando cables. Por la baja atenuación que tienen, las
fibras de vidrio son utilizadas en medios interurbanos.


Sensores de fibra óptica
Las fibras ópticas se pueden utilizar como sensores para medir: tensión,
temperatura, presión y otros parámetros. Su tamaño pequeño y el hecho
de que por ellas no circula corriente eléctrica les dan ciertas ventajas
respecto a los sensores eléctricos.
Las fibras ópticas se utilizan como hidrófonos para los sismos o
aplicaciones de sonar. Se han desarrollado sistemas hidrofónicos con más
de 100 sensores usando la fibra óptica. Los hidrófonos son usados por la
industria de petróleo así como las marinas de guerra de algunos países.
La compañía alemana Sennheiser desarrolló un micrófono que trabaja con
láser y fibras ópticas.
Se han desarrollado sensores de fibra óptica para la temperatura y
presión de pozos petrolíferos. Estos sensores pueden trabajar a mayores
temperaturas que los sensores de semiconductores.
Otro uso de la fibra óptica como un sensor es el giróscopo de fibra
óptica que usa el Boeing 767 y el uso en microsensores del hidrógeno.

Iluminación
Otro uso que se le da a la fibra óptica es la iluminación de cualquier
espacio. En los últimos años las fibras ópticas han empezado a ser muy
utilizadas debido a las ventajas que este tipo de iluminación representa:
Ausencia de electricidad y calor: Esto se debe a que la fibra sólo tiene la
capacidad de transmitir los haces de luz, además de que la lámpara que
ilumina la fibra no está en contacto directo con la misma.
Se puede cambiar el color de la iluminación sin necesidad de cambiar la
lámpara: Esto se debe a que la fibra puede transportar el haz de luz de
cualquier color sin importar el color de la fibra.
Por medio de fibras, con una sola lámpara se puede hacer una iluminación
más amplia. Esto es debido a que con una lámpara se puede iluminar
varias fibras y colocarlas en diferentes lugares.
Usos Variados
Se puede usar como una guía de onda en aplicaciones médicas o
industriales en las que es necesario guiar un haz de luz hasta un blanco
que no se encuentra en la línea de visión.
La fibra óptica se puede emplear como sensor para medir tensiones, temperatura,
presión así como otros parámetros.
Es posible usar latiguillos de fibra junto con lentes para fabricar instrumentos de
visualización largos y delgados llamados endoscopios. Los endoscopios se
usan en medicina para visualizar objetos a través de un agujero pequeño.
Los endoscopios industriales se usan para propósitos similares, como por
ejemplo, para inspeccionar el interior de turbinas.
Las fibras ópticas se han empleado también para usos decorativos
incluyendo iluminación, árboles de Navidad.
Las fibras ópticas son muy usadas en el campo de la iluminación. Para
edificios donde la luz puede ser recogida en la azotea y ser llevada
mediante fibra óptica a cualquier parte del edificio.
Se emplea como componente en la confección del hormigón translúcido,
invención creada por el arquitecto húngaro Ron Losonczi, que consiste en
una mezcla de hormigón y fibra óptica formando un nuevo material que
ofrece la resistencia del hormigón pero adicionalmente, presenta la
particularidad de dejar traspasar la luz de par en par.
(POSIBLEMENTE ALGUNOS GRAFICOS CON EJEMPLOS COMO EL
SIGUIENTE)
1998 joya en Fibra óptica, oro blanco y diamantes ganadora de una competencia de diseño en Tokio.
2.1.5 Tipos de Fibra Óptica.
(http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica#Aplicaciones)
De acuerdo a su diseño, existen dos tipos de cable de fibra óptica, pueden ser
cables de estructura holgada y de estructura ajustada.

Cable de estructura holgada
Es un cable empleado tanto para exteriores como para interiores que
consta de varios tubos de fibra rodeando un miembro central de refuerzo
y provisto de una cubierta protectora. Cada tubo de fibra, de dos a tres
milímetros de diámetro, lleva varias fibras ópticas que descansan
holgadamente en él. Los tubos pueden ser huecos o estar llenos de un
gel hidrófugo que actúa como protector antihumedad impidiendo que el
agua entre en la fibra. El tubo holgado aísla la fibra de las fuerzas
mecánicas exteriores que se ejerzan sobre el cable.
Su núcleo se complementa con un elemento que le brinda resistencia a
la tracción que bien puede ser de varilla flexible metálica o dieléctrica
como elemento central o de hilaturas de aramida o fibra de vidrio
situadas periféricamente.
Acá estaba pensando en hablar un poco más profundamente
sobre los tipos de fibra que se utilizan en el campo de trabajo, el
raicer y la capacidad de hilos de fibra que en ella se encuentran,

Cable de estructura ajustada
Es un cable diseñado para instalaciones en el interior de los edificios, es
más flexible y con un radio de curvatura más pequeño que el que tienen los
cables de estructura holgada.
Contiene varias fibras con protección secundaria que rodean un miembro
central de tracción, todo ello cubierto de una protección exterior. Cada fibra
tiene una protección plástica directamente sobre ella, hasta alcanzar un
diámetro de 900 µm rodeando al recubrimiento de 250 µm de la fibra
óptica. Esta protección plástica además de servir como protección adicional
frente al entorno, también provee un soporte físico que serviría para reducir
su coste de instalación al permitir reducir las bandejas de empalmes.
Sin embargo frecuentemente las clasificación más utilizada es la que se rige
por las diferentes trayectorias que puede seguir un haz de luz en el interior de
la fibra, a ello se denomina modos de propagación. Según el modo de
propagación tendremos dos tipos de fibra óptica: multimodo y monomodo.
2.1.5.1
Monomodo.
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 paralela al eje
de la fibra. A diferencia de las fibras multimodo, las fibras monomodo permiten
alcanzar grandes distancias (hasta 400 km máximo, mediante un láser de alta
intensidad) y transmitir elevadas tasas de información (decenas de Gbit/s).
2.1.5.2
Multimodo.
Una fibra multimodo es aquella en la que los haces de luz pueden circular
por más de un modo o camino. Esto supone que no llegan todos a la vez.
Una fibra multimodo puede tener más de mil modos de propagación de
luz. Las fibras multimodo se usan comúnmente en aplicaciones de corta
distancia, menores a 2 km, es simple de diseñar y económico.
El núcleo de una fibra multimodo tiene un índice de refracción superior,
pero del mismo orden de magnitud, que el revestimiento. Debido al gran
tamaño del núcleo de una fibra multimodo, es más fácil de conectar y
tiene una mayor tolerancia a componentes de menor precisión.
Dependiendo el tipo de índice de refracción del núcleo, tenemos dos tipos de fibra
multimodo:

Índice escalonado: en este tipo de fibra, el núcleo tiene un índice de refracción
constante en toda la sección cilíndrica, tiene alta dispersión modal.

Índice gradual: mientras en este tipo, el índice de refracción no es constante, tiene
menor dispersión modal y el núcleo se constituye de distintos materiales.
Además, según el sistema ISO 11801 para clasificación de fibras multimodo según su ancho
de banda se incluye el +pichar (multimodo sobre láser) a los ya existentes OM1 y OM2
(multimodo sobre LED).

OM1: Fibra 62.5/125 µm, soporta hasta Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), usan LED como
emisores

OM2: Fibra 50/125 µm, soporta hasta Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), usan LED como
emisores

OM3: Fibra 50/125 µm, soporta hasta 10 Gigabit Ethernet (300 m), usan láser
(VCSEL) como emisores.
Bajo OM3 se han conseguido hasta 2000 MHz km (10 Gbit/s), es decir, una velocidades 10
veces mayores que con OM1.
2.2 Conceptos para el Diseño de una Red de Fibra Óptica
2.2.1 Componentes de una Red de Fibra Óptica
Hemos hablado ya mucho de los sucesos tanto físicos como químicos
que deben de suceder para que se pueda hablar de lo que es una
correcta
transmisión
de
información
mediante
fibra
óptica
convencionalmente aceptada sin embargo es de este punto en adelante
que vamos a describir los componentes físicos que componen una red de
fibra óptica.
Para hacerlo de una manera ordenada vamos a listar un conjunto de
componentes que se puede apreciar en la práctica, sin más empecemos:
Cables (tanto de conexión
2.2.1.1
Cables
2.2.1.2
Conectores, distribuidores y terminales
2.2.1.3
Aparatos Emisores, Receptores y de Distribución
2.2.1.4
Cajas Distribuidoras
2.2.1.5
Medidores y Rastreadores de Fallas
2.2.1.6
Estructura de una red de Fibra Óptica
2.2.1.5 Cajas distribuidoras.
2.2.1.6 Medidores y rastreadores de fallas.
2.2.2 Estructura de una red de fibra Óptica.
2.2.3 Redes FTTX.
2.2.3.1 Redes FTTN
2.2.3.2 Redes FTTC
2.2.3.3 Redes FTTB
2.2.3.4 Redes FTTH
2.2.3.5 Redes FTTA
2.2.3.6 Redes FTTP
2.2.4 Tecnologías.
2.2.4.1 Red PON.
2.2.4.2 Red GPON.
2.2.4.3 Red EPON.
2.2.5 Diseño de redes FTTH