Fibra Óptica: Guía Completa sobre Tipos, Conectores y Aplicaciones

Fibra Óptica

Un filamento delgado de vidrio, silicio fundido o plástico capaz de guiar un rayo de luz (rayos infrarrojos o visibles). La luz incidente (procedente de LED o LÁSER) en un extremo de la fibra se propaga por su interior, sufriendo múltiples reflexiones, y sale por el otro extremo. Ventanas de transmisión (la fibra óptica presenta menos atenuación):

• 1ª ventana: 850 nm
• 2ª ventana: 1300 nm
• 3ª ventana: 1550 nm

Estructura

• Núcleo (core): Centro del filamento de fibra por el que se transmite la luz. (50 o 62,5μm para multimodo o 9μm para monomodo)
• Revestimiento (cladding): Vidrio con índice de refracción inferior al núcleo para que los rayos queden confinados en él (reflexión total). (Típicamente 125μm)
• Recubrimiento primario (buffer o coating): Material opaco, normalmente plástico, para protección mecánica de la fibra.

Sistema de Comunicación Óptica

Se recibe información eléctrica, se convierte en luz (modulación, láser, LED), se transporta la señal óptica a través de la fibra y se recupera la señal eléctrica (demodulación, fotodetector).

Fundamentos

La transmisión de luz por fibra se basa en la teoría de reflexión interna total. Por encima del ángulo crítico no se propaga, por debajo sí. El ángulo crítico es 90º, no hay rayo refractado, todo se refleja.

Cable de Fibra

1. Fibra óptica: Núcleo, revestimiento y recubrimiento primario.
2. Protección secundaria:
   • Estructura holgada: Cada tubo (protección secundaria), de 1 a 3 mm Ø, lleva varias fibras ópticas. 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. Cable empleado tanto para exteriores como para interiores.
   • Estructura ajustada o densa: Consiste en un material (generalmente plástico duro como el nylon o el poliéster) que forma una corona anular (rojo) maciza en contacto directo con el revestimiento primario, oscila entre 0’5 y 1 mm. 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. Cada fibra tiene una protección plástica extrusionada directamente sobre ella (900 μm) rodeando al recubrimiento de 250 μm de la fibra óptica.
3. Elemento de tracción o refuerzo:
   • Elemento que le brinda resistencia a la tracción (han de ser materiales flexibles).
   • Sirven para que ninguna de sus fibras sufra una elongación superior a la permitida y evitar posibles torsiones.
   • Materiales como el acero, Kevlar, la fibra de vidrio y también Aramida.

Ventajas de la Fibra

• Elevado ancho de banda (permite enviar más información).
• Atenuación baja (permite realizar enlaces de mayor longitud sin necesidad de repetidores).
• Inmunidad a interferencias electromagnéticas.
• Seguridad y aislamiento eléctrico (imposibilidad de producir descargas o chispas).
• Menor peso y volumen.
• Seguridad frente a posibles intervenciones de la línea (aunque no imposible, es más difícil “pinchar” una fibra).

Desventajas de la Fibra

• Necesidad de usar transmisores y receptores más caros.
• Empalmes entre fibras difíciles de realizar.
• No puede transmitir electricidad para alimentar repetidores intermedios.
• La necesidad de efectuar, en muchos casos, procesos de conversión eléctrica óptica.

Tipos de Fibra Óptica

Según Variación del Índice de Refracción

• Salto de índice
• Índice gradual

Según Dimensiones y Modos que Propaga

• Monomodo 9/125 μm
• Multimodo 62,5/125 μm 50/125 μm

Monomodo

• Propaga un solo modo.
• Opera en 2ª y 3ª ventana.
• Diámetro del núcleo (6-15 μm) = λ (2ª y 3ª ventana).
• Reducido tamaño del núcleo (mayor dificultad para inyectar la señal luminosa), mayor sensibilidad a errores mecánicos, malos tratos, empalmes defectuosos, etc.
• Se emplea en enlaces de larga distancia (hasta 400km) y de alta velocidad (decenas de Gbps).

Multimodo

• Opera en 1ª y 2ª ventana.
• Se transmiten múltiples modos ya que el diámetro del núcleo (50-62,5 μm) = λ (1ª y 2ª ventana).
• Problema: Dispersión modal. Solución: índice gradual.
• Atenuación mayor que en monomodo.
• Menores pérdidas en conexiones: más fácil de conectar y mayor tolerancia a componentes de menor precisión (diámetro del núcleo mayor).
• Simple de diseñar y económica.
• Aplicaciones de corta distancia <1 km (d_máx = 2 Km).

Conectores

• SMA (primeros modelos, reemplazados por FC y ST).
• FC (Fiber Connector): usado en transmisión de datos y en telecomunicaciones con fibra monomodo.
• ST (Straight Tip): se usa en redes de edificios y en sistemas de seguridad, para fibras multimodo.
• SC (Subscriber or Standard Connector): desarrollado posteriormente para conseguir mayor densidad de fibras en los repartidores.
• LC (Lucent Connector): tipo SFFC (Small Form Factor Connectors).