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Características de los Medios de Transmisión Óptica: Tipos de Fibras y Fuentes de Luz, Diapositivas de Ingeniería de Telecomunicaciones
Una descripción general de la óptica y el espectro óptico, con un enfoque en las fibras ópticas y sus tipos, así como las fuentes de luz utilizadas en la transmisión óptica. Se explican los conceptos básicos de la fibra óptica, su estructura y los diferentes tipos de fibra, además de los diodos emisores de luz LED y láser, y su funcionamiento.
Tipo: Diapositivas
2019/2020
1 / 21
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Descripción: Identifica las
características de los medios de
transmisión óptico para
seleccionar el equipo adecuado.
UNIDAD 6
COMUNICACIONES
OPTICAS
¿QUE ES LA OTPICA?
La óptica es la rama de la física que involucra el estudio del
comportamiento y las propiedades de la luz, incluidas sus
interacciones con la materia, así como la construcción de
instrumentos que se sirven de ella o la detectan.
Espectro óptico
La luz es una onda electromagnética, y por ende dicha onda
puede oscilar en diferentes frecuencias, las cuales definen el
"color". La luz blanca está compuesta por todas las longitudes
de onda, la cual al pasar por un prisma (medio óptico) se
difracta en diferentes ángulos según su longitud de onda
descomponiéndose así en colores.
Espectro
electromagnético
usado en
comunicaciones
ópticas
LA FRECUENCIA SEGÚN LOS COLORES ESTAN DADOS POR:
Un medio de transmisión de información muy común en las
telecomunicaciones que se basa en la utilización del
espectro óptico son las fibras ópticas.
La región donde la fibra óptica y los elementos ópticos
trabajan, incluye la luz visible al ojo humano que va desde las
longitudes de ondas de los 400 a 700 nm. Sin embargo, para
las fibras usadas en telecomunicaciones se usan longitudes
de onda mayores (menores frecuencias), o las que se
encuentran en la zona infrarroja.
LA FIBRA OPTICA
LAS FIBRAS DE ACUERDO CON LOS MATERIALES DE SU
ESTRUCTURA
Dependiendo de uso de materiales en su estructura, se puede decir
que existen tres tipos de fibra:
- Las de núcleo (core) y revestimiento (cladding) de plástico.
- Las de núcleo de vidrio y revestimiento plástico (PCS: plastic clad
silica)
- Las de núcleo de vidrio y revestimiento de vidrio (SCS: silica clad
silica)
Se encuentra en pruebas una cuarta variedad que usa una
sustancia no silícea, el seleniuro de zinc, que podría ser hasta 1000
veces más eficiente que las anteriores (SCIENCE Daily, 2007)
ESTRUCTURA FISICA
La fibra óptica básica, estructuralmente se compone de tres capas
concéntricas que difieren en propiedades, tal y como se muestra en la
figura 2.1.
Núcleo (Core): La parte interna por la cual se propagan las ondas
ópticas. En sílice, cuarzo fundido o plástico. Diámetro de 50 o 62,
μm para la fibra multimodo y 8 a 11μm para la fibra monomodo.m para la fibra multimodo y 8 a 11μm para la fibra multimodo y 8 a 11μm para la fibra monomodo.m para la fibra monomodo.
Revestimiento (Cladding): La capa media que sirve para confinar la
luz en el centro. Generalmente de los mismos materiales que el
núcleo pero con aditivos especiales. Diámetro 125μm para la fibra multimodo y 8 a 11μm para la fibra monomodo.m.
Cubierta (buffer) ó recubrimiento: La capa exterior por lo general
fabricada en plástico y sirve como un amortiguador" o protección
mecánica de la fibra. Generalmente viene en tres capas: La funda
primaria de 250μm para la fibra multimodo y 8 a 11μm para la fibra monomodo.m; la funda de silicona o de material kevlar, de
400μm para la fibra multimodo y 8 a 11μm para la fibra monomodo.m y la funda exterior de polietileno con 900μm para la fibra multimodo y 8 a 11μm para la fibra monomodo.m de diámetro.
La transmisión por fibra óptica involucra el cambio de las señales
eléctricas en pulsos de luz, usando un transmisor opto electrónico y
enviando los pulsos hacia el núcleo de una fibra óptica. Ya que el
núcleo y el revestimiento (cladding) circundante tienen composiciones
diferentes, la luz es atrapada dentro del núcleo. Al extremo opuesto,
un receptor cambia los pulsos regresándolos a señales eléctricas.
2.2. Por el perfil de índice de la fibra
El perfil de índice de una fibra óptica es una representación gráfica
del índice de refracción en la sección transversal de la fibra. El
índice de refracción se grafica en el eje horizontal y la distancia
radial al centro es el eje vertical.
Hay dos tipos básicos de perfiles de índice: escalonados y graduado
(ver la figura 2.2) Una fibra de índice escalonado tiene un núcleo
rodeado por un revestimiento externo con índice de refracción
uniforme pero menor que el del núcleo. En este tipo de fibra hay un
cambio abrupto de índice de refracción en la interfaz entre núcleo y
revestimiento.
Configuraciones de la fibra
FUENTES DE LUZ
Diodos emisores de luz LED (Light Emitting Diode) (TOMASI, 2003) Es
un diodo de unión PN, fabricado casi siempre con arseniuro de
aluminio y galio (AlGaAs) o de arseniuro fosfuro de galio (GaAsP).
Estos diodos emiten por emisión espontánea (la luz se emite como
resultado de la recombinación de electrones y huecos).
Los LED se eligen ciertos materiales semiconductores y dopantes
tales que el proceso es radiactivo, es decir produce un fotón o un
quantum de energía electromagnética. Los fotones son partículas de
energía que viajan a la velocidad de la luz, pero que en reposo no
tienen masa.
La banda prohibida del material que se usa para fabricar un LED
determina el color de la luz que emite y si la luz emitida es visible al
Diodos láser de inyección (ILD: Injection laser diode) Este diodo se parece
al LED. De hecho un láser por debajo de cierta corriente umbral, funciona
como un LED. Al aplicar corriente superior, el ILD oscila emitiendo luz láser.
Emisión espontánea estimulada
La emisión estimulada es la base de funcionamiento del láser. Con una
fuente externa se irradia el núcleo activo del láser con una longitud de
onda igual (igual fase e igual frecuencia) a la que tiene la emisión
espontánea. El resultado es una onda coherente.
Componentes de un láser:
El láser construido por Maiman (Figura 4.4), en su estructura básica tenía
los siguientes componentes:
Medio láser, que es el material capaz de producir la radiación.
Fuente externa de energía, que puede ser eléctrica u óptica.
Ventajas de los ILD:
Mejor acople con la fibra óptica por su alta directividad.
La potencia de salida de un ILD es de aproximadamente 5 mw (7 dBm),
es decir mucho mayor que la de un LED que es de 0,5 mw (-3dBm), por
tanto se usan para mayores distancias.
La tasa de transmisión digital (bits/seg) es más alta que en los LED
Se reduce la dispersión cromática o de longitudes de onda porque
generan luz monocromática.
Desventajas de los ILD:
El costo es mayor que los LED (alrededor de 10 veces)
El tiempo de vida es menor, pues trabajan a mayores potencias
Los ILD dependen más de la temperatura que los LED
Transmisores ópticos lineales
(ADAMS, Modern Television Technology, 2000) La tecnología más
utilizada en transmisión óptica consiste en una modulación del tipo
on-off (este tipo de modulación digital, también se conoce como OOK
(on-off keying) o ASK (Amplitude shift keying), en la cual una señal
binaria de alta velocidad se convierte en un pulso de luz, donde el
detector al final del segmento de transmisión sólo debe detectar la
presencia o ausencia de luz para reproducir la señal original.
En el transmisor óptico lineal, esta señal compuesta controla la
intensidad de la luz de una manera proporcional, teniendo en cuenta
el nivel de corriente o voltaje que ingresa al mismo. Si bien existen
varias tecnologías para transmisión óptica, sólo algunas cumplen con
los dos requisitos básicos para transmisión de señales de este tipo:
nivel necesario de salida y una relación lineal entre la corriente o
voltaje de entrada y el nivel óptico de salida (este parámetro se