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Fibra óptica
Es un medio capaz de conducir transmisiones de luz modulada. No es susceptible de
interferencias EMI ni RFI ya que a diferencia del resto de cables no usa pulsos eléctricos, sino
de luz. El cable consta de dos fibras paralelas separadas, recubiertas de material protector.
Básicamente el núcleo de la fibra está recubierto de un material con un índice de refracción
muy bajo. Así la luz queda atrapada en el núcleo y la fibra actúa como un tubo.
Ventajas: Desventajas
Muy fina. Muy cara
Muy rápida Muy débil
Excepcional para comunicaciones a larga distancia.
Tipos de fibra óptica
• Monomodo o axial: En esta fibra la luz viaja por el eje del cable. Este modo es
mucho más rápido, ya que el núcleo no permite la dispersión del haz. Al mismo
tiempo es muy adecuada para enlaces de larga distancia.
• Multimodo: Las ondas de luz entran en la fibra con distintos ángulos y viajan
rebotando entre las paredes del núcleo. Su precio es más barato pero las
distancias en las que se puede utilizar son más reducidas.
En el siguiente cuadro se presenta una comparativa de los distintos tipos de cables
descritos
Par Trenzado No blindado
Par Trenzado Blindado
Coaxial Fibra Óptica
Ancho de banda Medio Medio Alto Muy Alto
Hasta 1 Mhz Si Si Si Si
Hasta 10 Mhz Si Si Si Si
Hasta 20 Mhz Si Si Si Si
Hasta 100 Mhz Si (*) Si Si Si
27 Canales video No No Si Si
Canal Full Duplex Si Si Si Si
Distancias medias 100 m
65 MHz 100 m
67 MHz 500
(Ethernet) 2 km (Multi.)
100 km (Mono.) Inmunidad
Electromagnética Limitada Media Media Alta
Seguridad Baja Baja Media Alta
Coste Bajo Medio Medio Alto
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Frecuencias y Longitudes de Onda
Las diferencias entre los LED y el LASER están en su longitud de onda:
LED Diodo láser
850 nm 1300nm 1300 nm 1550 nm
Así como en su ancho espectral:
LED Diodo láser
40-80 nm 1-2 nm
Índice de Refracción
• REFRACCIÓN: Cambio de velocidad, dirección y sentido que
sufre una onda de luz al incidir sobre otro medio. La
propagación de la onda prosigue por el segundo medio (Rayo
transmitido en la imagen).
• REFLEXIÓN: Cambio de dirección y sentido que sufre una onda
de luz al incidir sobre otro medio con “n” menor. La propagación
de la onda prosigue por el medio inicial.
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n2 < n1
θ1: ángulo de incidencia
θ2: ángulo de refracción
El ángulo crítico θc es el que marca el límite de la refracción. Si sobrepasamos dicho
ángulo, solamente habrá reflexión:
θc = 1
sen (n2/n1)
El índice de refracción teórico de un medio “nm” es la relación entre la velocidad de la
luz en el vacío (c) y la velocidad de la luz en el medio (vp).
n = c
vp
c = 300.000 Km/seg
Vidrio de la fibra óptica comercial: n=1,44
El valor de “n” depende de la Longitud de Onda (λ) en el medio. Existen variaciones en la
velocidad de propagación de la onda de luz a través de un mismo medio de propagación.
Si la velocidad de propagación “Vp” no es constante, por problemas en la fibra, las ondas
de luz emplean distintos tiempos en recorrer la misma distancia física.
El tiempo que emplea el pulso lumínico en propagarse depende de un nuevo factor que
es el Índice de refracción de grupo “ng”
“ng” > “nm” (1,4466 frente a 1,4616-1300)
Características de la fibra óptica
Parámetros geométricos: La trayectoria descrita por la onda de luz en su propagación
depende de la distribución de los índices de refracción a lo largo de las secciones del núcleo y
revestimiento (Perfil de f.o.)
– Diámetro del núcleo (core): zona interior de la f.o., donde se produce la propagación
de la onda de luz. Existe propagación porque nn > nr
– Diámetro del revestimiento o cubierta (cladding): Capa central concéntrica con el
núcleo.
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– Diámetro del recubrimiento primario (coating o jacket): Capa exterior de la fibra
óptica, concéntrica con las dos anteriores.
Perfil de índice de refracción es la distribución del índice de refracción a lo largo de un
diámetro de una fibra óptica.
– Perfil gradual: nc no se mantiene constante presentando una sección de forma
acampanada � n es máximo en el centro del núcleo y decrece a medida que nos
aproximamos al revestimiento. (MM)
– Perfil escalonado: nc se mantiene constante, presenta una sección recta � n es
máximo en toda la sección del núcleo. (SM/MM)
nr siempre se mantiene constante
Parámetros estructurales
– Apertura numérica (NA): nos determina el ángulo
máximo de luz incidente. � Sólo la luz incidente bajo la
NA se propaga por la fibra. Depende de los índices de
refracción n1 y n2. Los valores típicos de NA son: 0.27
en multimodo (MM) y 0.11 en monomodo (SM). El valor
de la Apertura numérica es: sen θNA
– Tipo de fibra: Dependiendo el modo de circulación
de la luz a través de la fibra, tendremos diferentes
tipos de fibra:
Multimodo de salto de índice
· Ancho de banda: 100MHz x Km
· Poco utilizadas
Multimodo: índice gradual
· Perfil de índice parabólico: se reduce la
dispersión.
· Ancho de banda 1000MHz x Km
· 62,5/125μm mayor atenuación que 50/125 μm
· Atenuación menor a 1300nm que a 850nm
· λ utilizadas: 850 y 1300nm
· Mayor ancho de banda a 1300nm
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Monomodo: salto de índice
· El diámetro del núcleo solo permite el modo fundamental: No hay dispersión modal
· Ancho de banda 100GHz x Km
· Longitud de onda de corte: 1255nm
· Atenuación menor a 1550nm que a 1310nm
· λ utilizadas: 1310 y 1550nm
Parámetros fundamentales de transmisión
– Coeficiente de atenuación: es la disminución o pérdida de potencia de luz inyectada en la
fibra con la distancia.
Tipo FO 850 nm 1310 nm 1550 nm
MM salto índice 5 -12 dB/km
MM índice gradual 3 - 5 dB/km 0.5-0.7 dB/km
Monomodo SM 0.3-0.4 dB/km 0.2-0.3 dB/km
Se calcula con el cociente de las potencias recibidas y enviadas en una distancia
determinada:
A = 10 lg Pr
Pe
Se expresa en dB (decibelios) para ajustar los resultados a valores fácilmente legibles.
Factores que intervienen en la atenuación:
– Dispersión Rayleigh o Scattering
– Absorción de la luz
· Dióxido de Silicio (UV, IR)
· Iones oxhidrilo (OH) (950nm, 1230nm y 1450nm)
– Curvaturas: Radio de curvatura mínimo: máxima
curvatura que puede soportar una fibra óptica, sin
variar alguna de sus características de transmisión.
De todas las ventanas de transmisión la de 1550 nm, es la ventana de transmisión de
atenuación mínima.
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Gráfica de atenuación espectral:
– Dispersión total / ancho de banda
• Ancho de Banda de f.o.: Frecuencia a la que la potencia óptica decae 3dB con respecto
a la potencia a frecuencia cero.
• Dispersión: es el ensanchamiento del pulso de luz a lo largo de la fibra
– Dispersión modal. Sólo en multimodo (MM)
· Se produce porque la velocidad del haz de luz cuando se propaga por el
núcleo de la f.o. no se mantiene constante.
· Dependencia de la dispersión modal con la anchura espectral del haz de luz
inyectado. (Menor anchura espectral ⇒ Mayor Ancho de Banda)
· Limitación ancho de banda FO Multimodo ⇒ Dispersión modal.
· En FO MM, el resto de tipos de dispersión es despreciable
· Fibra multimodo de índice gradual: Menor Velocidad de propagación de los
modos de orden inferior que los de orden superior. Modos de orden
inferior: parte central del núcleo, mayor índice de refracción
· Fibra multimodo de salto de índice: Adelanto de los modos de orden
inferior con respecto a los de orden superior. Los modos de orden inferior
recorren menor camino y la Velocidad de propagación se mantiene
constante ya que el índice de refracción es constante.
– Dispersión en el material: Variación del índice de refracción puntual del núcleo
de fibra óptica. La Velocidad de propagación no se mantiene constante
– Dispersión en la Guiaonda: se produce por la falta de uniformidad en los
fenómenos de reflexión del haz lumínico que se propaga en el núcleo de la
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fibra. Es una dispersión característica de las fibras de salto de índice ya que la
propagación se produce por reflexiones sucesivas.
– Polarización (PMD) en X e Y la luz viaja a diferentes velocidades, afecta sobre
todo en monomodo (SM)
– La suma de los tipos de dispersión en el material y en la Guiaonda es lo que se
llama Dispersión cromática o intramodal. Depende de λ. 1310 nm es la λ con
cero de Dispersión cromática (en FO de tipo SM)
FIBRA ÓPTICA
VENTAJAS DESVENTAJAS
El silicio es uno de los materiales más abundantes de la tierra
Tecnología compleja: fabricación, instalación, medidas
Baja atenuación-larga distancia Coste de los equipos terminales
Ancho de banda muy elevado (GHz)
Tamaño reducido
Bajo peso
Seguridad de la información
Aislamiento eléctrico
Rentabilidad
No hay riesgo de chispas/explosión
Inmunidad electromagnética
DWDM
DWDM es un método de multiplexación muy similar a la multiplexación por división de
frecuencia que se utiliza en medios de transmisión electromagnéticos. Varias señales
portadoras (ópticas) se transmiten por una única fibra óptica utilizando distintas longitudes de
onda de un haz láser cada una de ellas. Cada portadora óptica forma un canal óptico que
podrá ser tratado independientemente del resto de canales que comparten el medio (fibra
óptica) y contener diferente tipo de tráfico. De esta manera se puede multiplicar el ancho de
banda efectivo de la fibra óptica, así
como facilitar comunicaciones
bidireccionales. Se trata de una
técnica de transmisión muy atractiva
para las operadoras de
telecomunicaciones ya que les
permite aumentar su capacidad sin
tender más cables ni abrir zanjas.
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Tipos de Fibras. Comparativa
– FIBRAS ÓPTICAS CONVENCIONALES
• SMF (G.652B)
• DSF (G.653)
– FIBRAS ÓPTICAS ESPECIALES
• Low Water Peak SMF (G.652D) : PureBand
• NZ-DSF for CWDM & DWDM (G.655A) : PureMetro
• Advanced NZ-DSF for DWDM (G.655B) : PureGuide
• Ultimate Lowest Attenuation (G.654) : Z Fiber
• Submarine Cables : PureCouple
• Dispersion Compensation Fiber : PureShaper
• Erbium doped fiber
– FIBRAS ÓPTICAS MULTIMODO GIGABIT ETHERNET
Manejo de la FO. Tensiones mecánicas
Toda la FO viene probada del fabricante mediante el “PROOF TEST”
100 Kpsi >1% elongación
Esto equivale en FO de 125 µm a 8.5 N = 850 g. Garantiza la inexistencia de micro-
roturas
La FO rompe por tracción a aproximadamente a 65 N = 6.5 Kg
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Cables de FIBRA OPTICA (FO)
El material utilizado para la fabricación de las fibras ópticas es el dióxido de silicio, SiO2
(cuarzo o arena de sílice) El dióxido de silicio debe ser muy puro para garantizar su alta
transparencia óptica Durante el proceso de fabricación se incorporan los aditivos de dopado
necesarios para modificar los índices de refracción del núcleo y del revestimiento. El dopado
del revestimiento se realiza con Boro y Flúor que reducen el índice de refracción. El dopado del
núcleo se realiza con Germanio y Fósforo para aumentar el índice de refracción.
El proceso de fabricación es como sigue:
– Realización de la preforma, que es el cilindro macizo de dióxido de silicio dopado que
sirve como materia prima para la elaboración de la fibra óptica
• Sintetización del núcleo de la fibra óptica.
• Colapso del núcleo de la fibra óptica
– Extrusión o estirado de la fibra óptica
Los métodos de fabricación más usuales de fabricación de fibra óptica son:
– MCVD: Modified Chemical Vapor Deposition
Desarrollado inicialmente por Corning Glass y utilizada por Lucent y Alcatel. Se
instala un tubo de cuarzo en un torno Se calienta el tubo entre 1400 y 1600 ºC. Se
gira y se desplaza longitudinalmente el tubo de cuarzo. Se introducen dopantes que
se depositan en el interior del tubo, formando sucesivas capas concéntricas. El tubo
de cuarzo con el dióxido de silicio en su interior, convenientemente dopado, se
convierte en un cilindro macizo que constituye la preforma, esta operación se
realiza con un quemador entre 1700 y 1800ºC. El tamaño de la preforma es de 1m x
1cm de diámetro.
– VAD: Vapor Axial Deposition
Desarrollado inicialmente por NTT con tecnología japonesa: Sumitomo,
Fujikura. La técnica es la misma que en el MCVD, la diferencia radica en que en este
método se deposita tanto el núcleo como su revestimiento. Se necesita un cilindro
auxiliar sobre el que la preforma porosa va creciendo axialmente. Se tienen que
controlar la deposición del silicio de Germanio para crear el núcleo y el
revestimiento. Este proceso presenta las ventajas frente al MCVD de que permite
obtener preformas con mayor diámetro y mayor longitud a la par que precisa un
menor aporte energético.
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– OVD: Outside Vapor Deposition
Desarrollada inicialmente por Corning Glass y utilizada por Corning, Siecor,
Optical Fibres. Se parte de una varilla de substrato de cerámica y se depositan
cientos de capas con dopantes que luego formarán el núcleo y el revestimiento. Se
realiza un secado de la preforma porosa con cloro gaseoso. Se realiza el colapso de
forma análoga al método VAD. Si se optimiza el proceso de secado, es posible
fabricar fibras con bajas atenuaciones. Este método permite una alta calidad
obteniéndose unos perfiles más homogéneos.
– PCVD: Plasma Chemical Vapor Deposition
El proceso es muy similar al MCVD, pero en el tubo para la preforma se coloca
una bola de plasma que va moviéndose a gran velocidad. La ventaja sobre el MCVD
consiste en obtener fibras con un perfil más gradual para el índice de refracción,
mientras que en el MCVD sigue habiendo ciertos escalones. Por lo demás, todo lo
dicho para MCVD en cuanto a fabricación se aplica a PCVD.
Monomodo
10/125 Multimodo
50/125 Multimodo
62,5/125
Diámetro del núcleo
9,2 ± 0,4 50 ± 0,3 62,5 ± 0,3
Diámetro del revestimiento
125 +/-1 125 +/-2 125 +/-2
Diámetro del recubrimiento
245 ± 10 245 ± 10 245 ± 10
Error concentricidad núcleo-revest.
1 um 1,5 um 1,5 um
Error circularidad núcleo
<= 6% <= 6% <= 6%
Error circularidad revestimiento
<= 2% <= 2% <= 2%
Atenuación (dB/Km)
1310 nm <= 0,40 1550 nm <= 0,30
850 nm <= 3 1310 nm <= 1
850 nm <= 3,2 1310 nm <= 1
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Protecciones
Los cables de fibra óptica tienen que salvaguardar las características mecánicas y ópticas
inherentes a las fibras utilizadas.
Protección mecánica:
• Resistencia mecánica durante la instalación y tendido del cable
• Resistencia a la fatiga estática ó envejecimiento
Fuerzas mecánicas
• Tracciones
• Estiramientos
• Compresiones
• Aplastamientos
• Curvaturas
Los elementos estructurales que conforman un cable de fibra óptica son:
• Fibras ópticas
• Protección primaria
Colores de la protección primaria de la F.O.:
• Fibra nº 1 – Verde • Fibra nº 7 – Marrón
• Fibra nº 2 – Rojo • Fibra nº 8 – Naranja
• Fibra nº 3 – Azul • Fibra nº 9 – Blanco
• Fibra nº 4 – Amarillo • Fibra nº 10 – Negro
• Fibra nº 5 – Gri • Fibra nº 11 – Rosa
• Fibra nº 6 – Violeta • Fibra nº 12 – Turquesa
• Protecciones secundarias
� Protección ajustada: Consiste en aplicar una cubierta inicial de material
plástico (Poliamida, PVC) directamente sobre el recubrimiento primario de
la fibra óptica que recibe el nombre de protección secundaria
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� Protección holgada: Se crea una estructura
holgada (tubo PBT) en el interior de la cual
se alojan las fibras ópticas. Cada
protección holgada aloja en su interior una
o varias fibras ópticas que se guían
describiendo una trayectoria helicoidal (exceso de fibra 0,05 % - 0,15 %).
Se produce un incremento longitudinal de los tubos respecto del cable
entre 1% y 4% en función del diámetro de la estructura holgada debido a
su disposición en SZ. La movilidad axial de la fibra dentro de la protección
absorbe, sin que se produzca esfuerzo alguno en la fibra óptica
elongaciones y contracciones de hasta el 0,5% de la longitud total del
cable. Presenta un comportamiento idóneo ante las vibraciones y absorbe
las contracciones y dilataciones debidas a los cambios de temperatura
• Sustancias anti-agua: Se utilizan para garantizar la estanqueidad longitudinal
del cable óptico, previniendo de la condensación de la humedad y la
penetración de la humedad en su interior. Es una sustancia hidrófuga basada
en aceite de parafina, que a temperaturas de entre –30ºC y 70ºC mantiene
constante su grado de viscosidad, por lo que no se congela. Se limpia con
disolventes específicos y no ataca a la fibra óptica, ni altera sus propiedades.
Se utiliza un gel para el relleno de los tubos holgados y se puede usar otro para
los huecos entre los tubos dentro del núcleo del cable bajo la primera cubierta.
• Cubiertas de protección: Son necesarias para proteger a las fibras ópticas de
todos los esfuerzos mecánicos, cambios térmicos del exterior así como de los
ataques químicos. Tipos de cubiertas:
� Cubierta de polietileno (P), de color negro, muy resistente a la
radiación UV.
� PVC (V), protección contra agresiones químicas, problema de emisión
de halógenos
� Plásticos fluorados, aguanta temperaturas superiores a los 100ºC, algo
viscoso
� Cubiertas libres de halógenos (LSZH,TI) se construyen con vinilacetato
de etileno
� Poliuretano (PU), que da gran flexibilidad al cable Elemento central
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Las cubiertas tienen una serie de características:
� Baja emisión de humos (LS)
� Retardo de la llama (FR)
� No inflamables
� Auto extinguibles
� Emisión cero de halógenos (LSZH)
� Totalmente dieléctrico
� Antirroedores
� Resistente a ultravioletas
� Antihumedad
� Alta flexibilidad
� Estanco
• Elemento Central: Es la parte central del cable de fibra óptica sobre la que se
cohesionan los diversos elementos estructurales. Los tubos holgados y varillas
pasivas de relleno y cordones antihumedad están dispuestos en capas
trenzadas en SZ sobre el elemento central. El elemento central tiene que tener
un bajo coeficiente de dilatación lineal ya que es el elemento encargado de dar
rigidez y soportar los esfuerzos de tracción y contracción del conjunto.
Generalmente está compuesto por Fibra de vidrio (FV) 83 % y resina epoxy.
• Elementos de tracción: Soportan las cargas debidas a los esfuerzos mecánicos
del cable. Son las cubiertas o armaduras adicionales que se utilizan para la
protección del núcleo óptico. Son fibras de aramida (kevlar ®) y cintas de
acero. Para la protección contra roedores tenemos una envoltura longitudinal
de cinta de acero copolímero corrugado, espesor 0,155 mm, además de Fibra
de vidrio
Tipos de Cables
Cables de interior
– Monofibras, bifibras, multifibras
– Protección ajustada: permiten la conectorización directa (KV,KT)
– Protección holgada: se llevan hasta un armario donde se empalman con monofibras o
bifibras para conectorizarlos (TKT, KT)
– Cubiertas PVC ignífugo y Termoplástico ignífugo, retardante de llama y de baja emisión
de humos no tóxicos ni corrosivos (LSZH)
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Cables de exterior:
– Cables para tendidos subterráneos (PKP), interior de conductos, galerías de servicio o
enterrados, dieléctricos o con armadura metálica.
– Cables auto-portantes (ADSS), tendidos aéreos en postes o torres de tendido eléctrico
– Cables compuestos Tierra-Ópticos(OPGW) se utilizan en líneas aéreas de alta tensión y
realizan las funciones de comunicaciones ópticas y cable de tierra o cable de fase
– Cables submarinos, sobre o enterrados en el lecho marino, soportan grandes presiones
Estándar en España: Colores tubos holgados:
– Protección holgada nº 1 – Blanco
– Protección holgada nº 2 – Rojo
– Protección holgada nº 3 – Azul
– Protección holgada nº 4 – Verde
Si tienen más de 4 protecciones holgadas, se repiten los colores y se diferencian
mediante números:
• Estándar en España: Cubiertas:
– PKP – Polietileno-Aramida-Polietileno
– PKCP – Polietileno-Aramida-Cintas Antibalísticas - Polietileno
– PESP – Polietileno-Estanca Acero-Polietileno
– PKESP – Polietileno-Aramida-Estanca Acero-Polietileno
– PUKPU – Poliuretano-Aramida-Poliuretano
• Otras nomenclaturas de las Cubiertas:
– PKP – Polietileno - Kevlar ® - Polietileno
– PKCP – Polietileno - Kevlar ® - Cintas Antibalísticas - Polietileno
– PESP – Polietileno - Acero - Polietileno
– PKESP – Polietileno - Kevlar ® - Acero – Polietileno
– PFVP – Polietileno – Fibra Vidrio - Polietileno
– TKT – Termoplástico ignífugo - Kevlar ® - Termoplástico ignífugo