Optical fiber is a waveguide in
the form of a highly transparent material wire
designed to transmit information over long distances
using optical signals.
The fiber is made from high purity silica. With only
2 kg of this material we can manufacture more than
40 kms of optical fiber. The manufacturer starts
with cylindrical silicon ingots that become yarns by
a controlled fusion process, then the threads are
coated with a protective layer.
Note of the Editor: This article is only
available in spanish.
Características generales
La fibra óptica es una guía de
onda en forma de hilo de material altamente
transparente diseñado para transmitir información a
grandes distancias utilizando señales ópticas.
La fibra se fabrica a partir de
sílice de muy alta pureza; con sólo 2 kg. de este
material pueden fabricarse más de 40 kms. de fibra
óptica. El fabricante parte de lingotes cilíndricos
de sílice que se convierten en hilos mediante un
proceso de fusión controlada; posteriormente los
hilos se recubren de una capa protectora.
La fibra óptica no es más que un
conductor de luz. La luz queda atrapada en este
conducto y se propaga a la máxima velocidad posible
a lo largo del mismo. La velocidad de propagación de
la luz depende del tipo de material transparente
empleado, ya que la máxima velocidad c = 299.792.458
m/s sólo se alcanza en el vacío. En el resto de los
medios la propagación se produce a menor velocidad,
la relación entre la velocidad de la luz en el vacío
y en otro medio, se conoce como índice de refracción
del medio y es característico de cada material.
El motivo físico por el cual la
luz queda atrapada dentro del conducto, se basa en
las leyes de reflexión y refracción de la luz, según
las cuales, cuando un rayo atraviesa la frontera
desde un medio físico transparente a otro también
transparente, pero donde la velocidad de propagación
es menor, la trayectoria del mismo varía, siguiendo
una ley física conocida como Ley de Snell.
Más concretamente el fenómeno
óptico en el que se fundamenta la transmisión de la
luz en el conducto de fibra de vidrio se denomina
Reflexión Interna Total (TIR:Total Internal
Reflection), según el cual, cuando un rayo de luz
pasa de un medio hacia otro con menor índice de
refracción, si incide sobre la frontera de los
materiales con un ángulo determinado, no pasa
ninguna luz a través de la frontera del material. El
ángulo a partir del cuál el rayo de luz queda
totalmente atrapado se denomina ángulo crítico de
incidencia.
Además de los cables, debemos
tener en cuenta que un sistema de transmisión óptico
consta de varios componentes esenciales: la fuente
de luz, el medio de transmisión y el detector.
El medio de transmisión es la
propia fibra de vidrio, la fuente de luz suele ser
un láser que ilumina el núcleo, y el receptor es un
elemento fotosensible. La información se codifica de
modo que un pulso de luz indique un 1 y la ausencia
del mismo un 0.
La fibra está compuesta por un
núcleo (core), un revestimiento (cladding o coating)
y una capa o recubrimiento exterior. El tamaño del
núcleo depende del tipo de fibra con el que se esté
trabajando, aunque los estándares son 8.3 µm (monomodo),
50 µm (multimodo) y 62.5 (multimodo); a modo de
referencia mencionemos que un cabello humano tiene
un diámetro de 70 µm. El revestimiento tiene un
diámetro de 125 µm. Más adelante veremos a que se
llama fibra monomodo y multimodo.
Tanto el núcleo como el
revestimiento están formados por distintos
materiales, normalmente cristal de silicio de
distintas composiciones, para provocar el fenómeno
TIR. La capa de revestimiento ayuda al proceso de
transmisión, guiando a la luz para que vaya por el
núcleo y no salga de él. El núcleo puede ser de
diferente geometría y diámetro, lo cual proporciona
las distintas prestaciones ópticas.
La capa o recubrimiento exterior
se suele fabricar con polímeros y sirve para
proteger al núcleo y al revestimiento de posibles
daños y proporcionar al cable propiedades mecánicas.
En la figura 1 se observa un
corte transversal de un cable de fibra óptica.
![](http://www.oas.org/es/citel/infocitel/2010/abril/ftth1.gif)
Fig 1 - Sección de un cable de
fibra óptica
La capa exterior esta formada por
un recubrimiento primario (buffer) de un diámetro de
125 µm y un recubrimiento secundario (jacket) de
aproximadamente 800 µm de diámetro. Existen dos
tipos de recubrimientos:
• Adherente (tight): el
recubrimiento primario viene adherido sobre el
revestimiento, proporcionándole resistencia al
impacto y a la humedad.
• No adherente (loose): el
recubrimiento primario no está ligado al
revestimiento; la fibra óptica con su revestimiento
está rodeado por un gel tixotrópico (evita entrada
de agua) que permite albergar varias fibras ópticas
aisladas mecánicamente entre sí. Requiere un número
reducido de herramientas y es de más fácil
instalación que los cables con recubrimiento
ajustado.
Atenuación
La atenuación es la reducción de
la potencia de la señal óptica con la distancia. La
atenuación impone un límite a la distancia máxima
que pueden detectarse los pulsos luminosos. Tiene
una relación inversa con el ancho de banda, que es
la capacidad de transportar información que tiene
una fibra. A grandes rasgos también se puede decir
que la atenuación es la cantidad de distorsión de un
pulso en la transmisión. Si los pulsos se
distorsionan demasiado, el detector no podrá
distinguir un pulso del anterior y del siguiente,
con lo que se pierde información
La atenuación se calcula de la
siguiente manera:
A = 10 log P1/P2
donde P1 es la potencia de la luz
a la entrada de la fibra y P2 es la potencia a la
salida de la fibra.
La unidad utilizada para medir la
atenuación en una fibra óptica es el decibel por
longitud de fibra (dB/Km) para una determinada
longitud de onda o para un rango de longitudes de
onda.
La atenuación puede ser debida a
fenómenos de dispersión y de absorción que afectan
incluso a los materiales más puros; el origen está
en impurezas e irregularidades del material, muchas
veces originadas en el propio proceso de fabricación,
que hacen que los rayos de luz se reflejen o sean
absorbidos por el revestimiento.
La atenuación introducida por el
cable de fibra óptica, dependerá de la longitud de
onda a utilizar, para las fibras monomodo usadas en
las tecnologías PON ésta pérdida es de
aproximadamente 0.40 dB/km para una longitud de onda
de 1310nm y de 0.35 dB/km para 1490nm.
Tipos de Fibra
Una vez que la luz entra en una
fibra óptica, se propaga de una forma uniforme
llamada modo, que no es más que el camino que sigue
a través de una fibra (la onda electromagnética).
Dependiendo del número de modos
de propagación, hay dos grandes tipos de fibra
óptica: monomodo y multimodo.
Las fibras monomodo están
compuestas de un hilo de núcleo de muy pequeño
diámetro (8,3 um) que soporta un solo modo de
transmisión luminosa (figura 2).
![](http://www.oas.org/es/citel/infocitel/2010/abril/ftth2.gif)
Fig. 2 - Fibra Monomodo
La fibra monomodo tiene la menor
atenuación, y por lo tanto el mayor ancho de banda
de todos los tipos de fibra óptica. Estas fibras
tienen la característica de tener un alcance muy
superior (hasta 10 Km); se emplean fundamentalmente
para conexiones de media, larga y muy larga
distancia. La electrónica de transmisión, recepción
y repetición también es más cara que la de los
sistemas multimodo, se precisan emisores láser más
potentes y sofisticados.
Una de las desventajas de este
tipo de fibras, es que al ser el núcleo mucho más
estrecho que en las fibras multimodo, la conexión
entre dos fibras tiene que ser mucho más precisa,
encareciendo los conectores y el costo del cable en
general.
Existen diferentes tipos de fibra
monomodo, las diferencias se basan principalmente en
su adecuación para el funcionamiento con diferentes
láseres que funcionen en distintas longitudes de
onda.
En especial para usar en FTTH es
ideal la fibra “Sin Pico de Agua” (Zero Water Peak)
que se ha diseñado para funcionar en cualquier rango
de longitud de onda, desde 1280 nm a 1625 nm, con la
eliminación de picos de agua (atenuación alta) en la
ventana de 1400 nm, ampliando así el rango de
longitud de onda utilizable con fibra monomodo
convencional en más de un 50%. De esa forma
garantizan bajos valores de atenuación y pérdidas
por curvatura por todo el espectro de transmisión,
resultando muy interesante cuando hay que instalarla
en lugares donde los cables tendrán curvas más
cerradas, como en los cableados de edificios y en el
interior de viviendas.
Sin embargo debemos aclarar que
todas las diferentes tecnologías PON son capaces de
funcionar con fibras ópticas estándar, sin necesidad
de fibras especiales.
Las fibras multimodo están
formadas por un núcleo de mayor diámetro que las
monomodo (50 o 62.5 micras) y en consecuencia los
haces de luz pueden circular por más de un modo o
camino que se reflejan con distintos ángulos dentro
del núcleo.
Dependiendo de las
características del emisor y el medio, la potencia
luminosa del pulso se divide sobre todos o parte de
los modos, lo cual la hace menos eficiente que la
fibra monomodo.
Dentro de las fibras multimodo
existen dos tipos principales, las de índice
escalonado y las de índice gradual, que permiten un
alcance ligeramente superior.
En las fibras de índice
escalonado se propagan varias ondas o modos
diferentes a través de la fibra, unas ondas se
propagan completamente paralelas al revestimiento,
por el núcleo de la fibra, otras se refleja
continuamente, atrapadas por el fenómeno TIR, el
resto se refracta en el revestimiento (figura 3).
![](http://www.oas.org/es/citel/infocitel/2010/abril/ftth3.jpg)
Fig. 3 -
Fibra Multimodo índice escalonado
Intuitivamente se ve que las ondas que se reflejan,
recorren mucha mayor distancia que las que se
propagan por el núcleo sin reflejarse. Esto da lugar
a dispersión que produce atenuación de la señal
transmitida. Este fenómeno es inevitable en la fibra
óptica multimodo y es el ocasionante de que la
longitud de estas fibras no pueda ser tan grande
como la de las fibras monomodo.
En las fibras de índice gradual,
el índice de refracción del núcleo decrece desde el
centro hacia el revestimiento. Esto hace que se
reduzca la dispersión, ya que los haces llegan casi
al mismo tiempo y que cerca del revestimiento los
rayos se propagan más rápidamente que en el núcleo (figura
4).
![](http://www.oas.org/es/citel/infocitel/2010/abril/ftth4.jpg)
Fig. 4 - Fibra Multimodo índice
gradual
La fibra multimodo precisa una
electrónica y conectores más baratos, si bien el
costo de la fibra suele ser superior a la monomodo.
Las fibras multimodo se utilizan en redes a
distancias cortas, p. ej. campus y edificios
(longitudes menores a 500 metros).
Jorge Pierri
Profesor
Universidad Católica del Uruguay
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