Llegamos a 15.978.300 Millones de Visitas, gracias a ustedes!!

Fibra óptica

De WikicharliE
Fibra óptica
Bienvenido a Departamento de Sistemas e Informática de WikicharliE

Presentación

Fibra Optica WikicharliE.jpg

La Fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir.

WikicharliE Patrimonio de Chile

Contenido

El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el núcleo de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser láser o un LED.

Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de radio o cable. Son el medio de transmisión por excelencia al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, también se utilizan para redes locales, en donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión.

Características

La fibra óptica es una guía de ondas dieléctrica que opera a frecuencias ópticas.Cada filamento consta de un núcleo central de plástico o cristal (óxido de silicio y germanio) con un alto índice de refracción, rodeado de una capa de un material similar con un índice de refracción ligeramente menor.

Cuando la luz llega a una superficie que limita con un índice de refracción menor, se refleja en gran parte, cuanto mayor sea la diferencia de índices y mayor el ángulo de incidencia, se habla entonces de reflexión interna total.

En el interior de una fibra óptica, la luz se va reflejando contra las paredes en ángulos muy abiertos, de tal forma que prácticamente avanza por su centro. De este modo, se pueden guiar las señales luminosas sin pérdidas por largas distancias.

A lo largo de toda la creación y desarrollo de la fibra óptica, algunas de sus características han ido cambiando para mejorarla. Las características más destacable de la fibra óptica en la actualidad son:

  • Cobertura más resistente: La cubierta contiene un 25% más material que las cubiertas convencionales.
  • Uso dual (interior y exterior): La resistencia al agua y emisiones ultravioleta, la cubierta resistente y el funcionamiento ambiental extendido de la fibra óptica contribuyen a una mayor confiabilidad durante el tiempo de vida de la fibra.
  • Mayor protección en lugares húmedos: Se combate la intrusión de la humedad en el interior de la fibra con múltiples capas de protección alrededor de ésta, lo que proporciona a la fibra, una mayor vida útil y confiabilidad en lugares húmedos.
  • Empaquetado de alta densidad: Con el máximo número de fibras en el menor diámetro posible se consigue una más rápida y más fácil instalación, donde el cable debe enfrentar dobleces agudos y espacios estrechos. Se ha llegado a conseguir un cable con 72 fibras de construcción súper densa cuyo diámetro es un 50% menor al de los cables convencionales.

Cómo funciona la Fibra Óptica

Fibras Ópticas de plástico

En un sistema de transmisión por fibra óptica existe un transmisor que se encarga de transformar las ondas electromagnéticas en energía óptica o en luminosa, por ello se le considera el componente activo de este proceso. Una vez que es transmitida la señal luminosa por las minúsculas fibras, en otro extremo del circuito se encuentra un tercer componente al que se le denomina detector óptico o receptor, cuya misión consiste en transformar la señal luminosa en energía electromagnética, similar a la señal original.

El sistema básico de transmisión se compone en este orden, de señal de entrada, amplificador, fuente de luz, corrector óptico, línea de fibra óptica (primer tramo ), empalme, línea de fibra óptica (segundo tramo), corrector óptico, receptor, amplificador y señal de salida.

En resumen, se puede decir que este proceso de comunicación, la fibra óptica funciona como medio de transportación de la señal luminosa, generado por el transmisor de LED’S (diodos emisores de luz) y láser.

Los diodos emisores de luz y los diodos láser son fuentes adecuadas para la transmisión mediante fibra óptica, debido a que su salida se puede controlar rápidamente por medio de una corriente de polarización. Además su pequeño tamaño, su luminosidad, longitud de onda y el bajo voltaje necesario para manejarlos son características atractivas.

Componentes de la Fibra Óptica

Componentes de la Fibra Óptica

El Núcleo:En sílice, cuarzo fundido o plástico - en el cual se propagan las ondas ópticas. Diámetro: 50 o 62,5 um para la fibra multimodo y 9um para la fibra monomodo.

La Funda Óptica: Generalmente de los mismos materiales que el núcleo pero con aditivos que confinan las ondas ópticas en el núcleo.

El revestimiento de protección: por lo general esta fabricado en plástico y asegura la protección mecánica de la fibra.

Tipos de Fibra Óptica:

Fibra Monomodo: Potencialmente, esta es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte de información. Tiene una banda de paso del orden de los 100 GHz/km. Los mayores flujos se consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja de implantar.

Sólo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una trayectoria que sigue el eje de la fibra, por lo que se ha ganado el nombre de "monomodo" (modo de propagación, o camino del haz luminoso, único). Son fibras que tienen el diámetro del núcleo en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las señales ópticas que transmiten, es decir, de unos 5 a 8 m m.

Si el núcleo está constituido de un material cuyo índice de refracción es muy diferente al de la cubierta, entonces se habla de fibras monomodo de índice escalonado. Los elevados flujos que se pueden alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo, ya que sus pequeñas dimensiones implican un manejo delicado y entrañan dificultades de conexión que aún se dominan mal.

Tipos de conectores

Estos elementos se encargan de conectar las líneas de fibra a un elemento, ya puede ser un transmisor o un receptor. Los tipos de conectores disponibles son muy variados, entre los que podemos encontrar se hallan los siguientes:

  • FC, que se usa en la transmisión de datos y en las telecomunicaciones.
  • FDDI, se usa para redes de fibra óptica.
  • LC y MT-Array que se utilizan en transmisiones de alta densidad de datos.
  • SC y SC-Dúplex se utilizan para la transmisión de datos.
  • ST o BFOC se usa en redes de edificios y en sistemas de seguridad.

Emisores del haz de luz

Leds WikicharliE.jpg

Estos dispositivos se encargan de convertir la señal eléctrica en señal luminosa, emitiendo el haz de luz que permite la transmisión de datos, estos emisores pueden ser de dos tipos:

  • LEDs. Utilizan una corriente de 50 a 100 mA, su velocidad es lenta, solo se puede usar en fibras multimodo, pero su uso es fácil y su tiempo de vida es muy grande, además de ser económicos.
  • Lasers. Este tipo de emisor usa una corriente de 5 a 40 mA, son muy rápidos, se puede usar con los dos tipos de fibra, monomodo y multimodo, pero por el contrario su uso es difícil, su tiempo de vida es largo pero menor que el de los LEDs y también son mucho más costosos.
  • Conversores luz-corriente eléctrica. Este tipo de dispositivos convierten las señales luminosas que proceden de la fibra óptica en señales eléctricas. Se limitan a obtener una corriente a partir de la luz modulada incidente, esta corriente es proporcional a la potencia recibida, y por tanto, a la forma de onda de la señal moduladora.

Desventajas

A pesar de las ventajas antes enumeradas, la fibra óptica presenta una serie de desventajas frente a otros medios de transmisión, siendo las más relevantes las siguientes:

  • La alta fragilidad de las fibras.
  • Necesidad de usar transmisores y receptores más caros.
  • Los empalmes entre fibras son difíciles de realizar, especialmente en el campo, lo que dificulta las reparaciones en caso de ruptura del cable.
  • No puede transmitir electricidad para alimentar repetidores intermedios.
  • La necesidad de efectuar, en muchos casos, procesos de conversión eléctrica-óptica.
  • La fibra óptica convencional no puede transmitir potencias elevadas.
  • No existen memorias ópticas.

Así mismo, el costo de la fibra sólo se justifica cuando su gran capacidad de ancho de banda y baja atenuación son requeridos. Para bajo ancho de banda puede ser una solución mucho más costosa que el conductor de cobre.

La fibra óptica no transmite energía eléctrica, esto limita su aplicación donde el terminal de recepción debe ser energizado desde una línea eléctrica. La energía debe proveerse por conductores separados.

Las moléculas de hidrógeno pueden difundirse en las fibras de silicio y producir cambios en la atenuación. El agua corroe la superficie del vidrio y resulta ser el mecanismo más importante para el envejecimiento de la fibra óptica. Incipiente normativa internacional sobre algunos aspectos referentes a los parámetros de los componentes, calidad de la transmisión y pruebas.

Aplicaciones

Su uso es muy variado: desde comunicaciones digitales, pasando por sensores y llegando a usos decorativos, como árboles de Navidad, veladores y otros elementos similares. Aplicaciones de la fibra monomodo: Cables submarinos, cables interurbanos, Internet,redes telefonía e iluminación.

Origen y Evolución

La Historia de la comunicación por la fibra óptica es relativamente corta. En 1977, se instaló un sistema de prueba en Inglaterra; dos años después, se producían ya cantidades importantes de pedidos de este material.

Antes, en 1959, como derivación de los estudios en física enfocados a la óptica, se descubrió una nueva utilización de la luz, a la que se denominó rayo láser, que fue aplicado a las telecomunicaciones con el fin de que los mensajes se transmitieran a velocidades inusitadas y con amplia cobertura.

Sin embargo esta utilización del láser era muy limitada debido a que no existían los conductos y canales adecuados para hacer viajar las ondas electromagnéticas provocadas por la lluvia de fotones originados en la fuente denominada láser.

Fue entonces cuando los científicos y técnicos especializados en óptica dirigieron sus esfuerzos a la producción de un ducto o canal, conocido hoy como la fibra óptica. En 1966 surgió la propuesta de utilizar una guía óptica para la comunicación.

Esta forma de usar la luz como portadora de información se puede explicar de la siguiente manera: Se trata en realidad de una onda electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de radio, con la única diferencia que la longitud de las ondas es del orden de micrómetros en lugar de metros o centímetros. El concepto de las comunicaciones por ondas luminosas ha sido conocido por muchos años.

Sin embargo, no fue hasta mediados de los años setenta que se publicaron los resultados del trabajo teórico. Estos indicaban que era posible confiar un haz luminoso en una fibra transparente flexible y proveer así un análogo óptico de la señalización por alambres electrónicamente. El problema técnico que se había de resolver para el avance de la fibra óptica residía en las fibras mismas, que absorbían luz que dificultaba el proceso. Para la comunicación práctica, la fibra óptica debe transmitir señales luminosas detestables por muchos kilómetros.

El vidrio ordinario tiene un haz luminoso de pocos metros. Se han desarrollado nuevos vidrios muy puros con transparencias mucho mayores que la del vidrio ordinario.

Estos vidrios empezaron a producirse a principios de los setenta. Este gran avance dio ímpetu a la industria de fibras ópticas. Se usaron láseres o diodos emisores de luz como fuente luminosa en los cables de fibras ópticas. Ambos han de ser miniaturizados para componentes de sistemas fibro-ópticos, lo que ha exigido considerable labor de investigación y desarrollo.

Los láseres generan luz "coherente" intensa que permanece en un camino sumamente estrecho. Los diodos emiten luz "incoherente" que ni es fuerte ni concentrada. Lo que se debe usar depende de los requisitos técnicos para diseñar el circuito de fibras ópticas dado.

Historia

La Historia de la comunicación por la fibra óptica es relativamente corta.

1959

Como o derivación de los estudios en física enfocados a la óptica, se descubrió una nueva utilización de la luz, a la que se denominó rayo láser, que fue aplicado a las telecomunicaciones con el fin que los mensajes se transmitieran a velocidades inusitadas y con amplia cobertura.

Sin embargo esta utilización del láser era muy limitada debido a que no existían los conductos y canales adecuados para hacer viajar las ondas electromagnéticas provocadas por la lluvia de fotones originados en la fuente denominada láser.

Fue entonces cuando los científicos y técnicos especializados en óptica dirigieron sus esfuerzos a la producción de un ducto o canal, conocido hoy como la fibra óptica.

1966

Surgió la propuesta de utilizar una guía óptica para la comunicación.

1972

El uso de la luz para la codificación de señales no es nuevo, los antiguos griegos usaban espejos para transmitir información, de modo rudimentario, usando luz solar. En 1972, Claude Chappe diseñó un sistema de telegrafía óptica, que mediante el uso de un código y torres y espejos distribuidos a lo largo de los 200 km que separan Lille y París, conseguía transmitir un mensaje en tan sólo 15 minutos.

1977

Se instaló un sistema de prueba en Inglaterra; dos años después, se producían ya cantidades importantes de pedidos de este material.

Logran el teletransporte cuántico a través de varios kilómetros de fibra óptica comercial

Dos equipos independientes, uno en la ciudad china de Hefei y otro en Calgary en Canadá, han conseguido llevar a cabo sendos experimentos de teletransporte cuántico a lo largo de varios kilómetros de cable de fibra óptica comercial. Los respectivos trabajos, cuyos resultados se publican en Nature Photonics, suponen un importante paso adelante en la implementación práctica de este protocolo de comunicación y, según los expertos, allanan el camino hacia el desarrollo de una futura «Internet cuántica», mucho más segura que la actual.

El teletransporte cuántico se diferencia en varios aspectos del teletransporte al que nos tienen acostumbrados las obras de ciencia ficción. En este último, un objeto macroscópico es desintegrado y toda la información relativa a sus constituyentes básicos (las posiciones exactas de cada uno de sus átomos, sus velocidades relativas, etcétera) es transmitida instantáneamente a otro lugar, donde el objeto es reconstruido a la perfección. Un proceso así, sin embargo, resulta inviable por varias razones. En primer lugar, la teoría de la relatividad de Einstein prohíbe transmitir información de manera instantánea. Y, por otro lado, medir con total precisión todas las propiedades de un objeto es en general imposible según las leyes cuánticas, ya que ello violaría el principio de incertidumbre de Heisenberg.

A pesar de esas diferencias fundamentales, el teletransporte cuántico sí implica transferir el estado microscópico de una partícula (como la polarización de un fotón, por ejemplo) a otra partícula distante sin necesidad de que la primera se mueva de su lugar de origen. Postulado de forma teórica en 1993 y llevado a la práctica unos años más tarde, este protocolo de comunicación cuántica se basa en aprovechar de una manera ingeniosa las propiedades de las partículas entrelazadas; es decir, partículas cuyas propiedades cuánticas no son independientes, sino que se hallan fuertemente correlacionadas.

Teletransporte cuantico.jpg

Según la propuesta teórica original, el teletransporte cuántico comienza con la generación de dos partículas entrelazadas. Una de ellas es enviada al emisor, tradicionalmente apodado «Alicia», y la otra al receptor, «Benito». Alicia dispone, además, de la partícula cuyo estado quiere teletransportar hasta el laboratorio de Benito.

Al recibir una de las partículas entrelazadas, Alicia debe efectuar cierto tipo de medición conjunta sobre dicha partícula y sobre aquella cuyo estado desea transferir a Benito. Después, ha de comunicar el resultado de dicha medida a Benito. Finalmente, y siempre en función de cuál sea el resultado obtenido por Alicia, Benito ejecutará un tipo de acción u otra sobre la segunda partícula del par entrelazado (la cual le fue enviada a Benito al principio del experimento). Como consecuencia, esta última adoptará un estado cuántico idéntico al de la partícula que Alicia se proponía «teletransportar».

El teletransporte cuántico no viola el principio de incertidumbre de Heisenberg, ya que Alicia no mide por completo las propiedades de la partícula cuyo estado desea transmitir a Benito, sino solo cierta propiedad conjunta del par formado por dicha partícula y uno de los miembros del par entrelazado. Tampoco permite transmitir información de manera instantánea, ya que Alicia debe comunicar a Benito (por teléfono, pongamos por caso) el resultado de la medida efectuada en su laboratorio. Por último, otro aspecto crucial de este protocolo de comunicación reside en que, en el proceso, el estado cuántico de la partícula original de Alicia se destruye; eso implica que dicho estado se transmite a un lugar remoto, pero no se duplica, algo también prohibido por las leyes cuánticas.

Los dos experimentos publicados ahora en Nature Photonics se han servido de un tercer laboratorio auxiliar para lograr que tanto las partículas entrelazadas como aquella cuyo estado se deseaba transferir viajasen varios kilómetros —del orden de una decena— a través de cables de fibra óptica. Aunque el resultado no marca ningún récord absoluto de distancia, sí guarda importancia práctica por cuanto abre las puertas a emplear redes de comunicación comerciales para transmitir información cuántica, algo que, en principio, permitiría comunicaciones mucho más seguras que las actuales. En el caso del teletransporte, por ejemplo, un espía que interceptase la comunicación entre Alicia y Benito no podría reconstruir el estado cuántico que deseaba enviar Alicia, ya que para ello necesitaría acceder también a la partícula entrelazada que fue enviada a Benito al principio del experimento. En este sentido, los resultados de los equipos chino y canadiense aventuran la posibilidad de fabricar redes de telecomunicación metropolitanas por las que la información cuántica pueda viajar sin degradarse.[1][2]

Visita otros de nuestros artículos

TODAS LAS PAGINAS.png
Haz click en el emoticón
Herramientas personales
Espacios de nombres

Variantes
Vistas
Acciones
Navegación
Herramientas
Contacta a Orquesta Tabaco y Ron para Eventos y Matrimonios http://tabacoyron.cl/