Los cables de fibra óptica son ampliamente utilizados hoy en día para la transmisión de datos. En algunas áreas de TI, han reemplazado por completo las líneas de comunicación tradicionales basadas en conductores metálicos. Las líneas ópticas son especialmente efectivas cuando se deben transmitir grandes cantidades de datos a largas distancias.
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La base física de la fibra óptica.
Los principios físicos del funcionamiento de la fibra óptica se basan en el principio de reflexión total. Si tomamos dos medios con diferentes índices de refracción n1 y N2, y N2<n1 (por ejemplo, aire y vidrio o vidrio y plástico transparente) y deje que un haz de luz forme un ángulo α con la interfaz, entonces ocurrirán dos eventos.
Un haz (indicado en rojo en la figura), lanzado desde la parte superior izquierda (a lo largo de la flecha), se refractará parcialmente y atravesará un medio con un índice de refracción n2 ángulo1<α - esta parte del haz se indica con una línea discontinua.La otra parte del haz se reflejará desde la interfaz con el mismo ángulo. Si el rayo se dispara en un ángulo β menos profundo (el rayo verde en la figura), sucederá lo mismo: reflexión parcial y refracción parcial en un ángulo β1.
Si el ángulo de incidencia α se reduce aún más (haz azul en la figura), entonces la parte refractada del haz puede "deslizarse" casi paralelamente a la interfaz del medio (línea discontinua azul). Una disminución adicional en el ángulo de incidencia (un rayo verde que incide en un ángulo β) provocará un salto cualitativo: la parte refractada estará ausente. El haz se reflejará completamente desde la interfaz entre los dos medios. Este ángulo se llama ángulo de reflexión total, y el fenómeno en sí se llama reflexión total. Lo mismo se observará con una disminución adicional en el ángulo de incidencia.
Dispositivo de fibra óptica
La fibra óptica se basa en este principio. Consta de dos capas coaxiales con diferente densidad óptica.
Si un haz de luz ingresa al extremo abierto de la fibra en un ángulo mayor que el ángulo de reflexión de la luz, se reflejará completamente desde el límite de contacto de dos medios con diferentes índices de refracción, con baja atenuación en cada "salto".
La parte exterior de la fibra óptica está hecha de plástico. El interior también puede estar hecho de plástico transparente, luego se puede doblar en ángulos suficientemente grandes (incluso enrollado en un anillo, y la luz que entra seguirá pasando de un extremo al otro con atenuación dependiendo de las propiedades ópticas de el plástico y la longitud de la guía de luz). Para los cables troncales donde la flexibilidad no es tan importante, el núcleo interno suele estar hecho de vidrio.Esto reduce la atenuación, reduce el costo de la fibra, pero se vuelve sensible a las curvas.
Para aumentar el rendimiento de una línea óptica, la fibra se produce en una versión de dos modos o multimodo. Para ello, la sección transversal del núcleo se aumenta a 50 micras o 62,5 micras (frente a 10 micras para monomodo). Dos o más señales pueden transmitirse simultáneamente a través de una fibra óptica de este tipo.
Esta construcción de la línea de transmisión óptica tiene ciertas desventajas. Uno de ellos es la dispersión de la luz provocada por el diferente camino de cada señal. Aprendieron a lidiar con eso haciendo un núcleo con un índice de refracción degradado (que cambia desde el medio hacia los bordes). Debido a esto, se corrigen las rutas de diferentes haces.
Los cables con fibras multimodo se utilizan principalmente para redes locales (dentro del mismo edificio, una empresa, etc.), y con fibras monomodo, para líneas troncales.
Dispositivo de línea de fibra
El FOCL transmite una señal de luz generada por un LED o un láser. Se genera una señal eléctrica en el transmisor. El dispositivo final también necesita una señal en forma de impulsos eléctricos. Por lo tanto, será necesario transformar los datos originales dos veces. En la figura se muestra un diagrama simplificado de una línea de fibra óptica.
La señal del transmisor se convierte en pulsos de luz y se transmite a través de una línea óptica. La potencia de los emisores en el lado de transmisión es limitada, por lo tanto, en líneas largas a ciertos intervalos, se instalan dispositivos que compensan la atenuación: amplificadores ópticos, regeneradores o repetidores.En el lado receptor hay otro convertidor que transforma la señal óptica en eléctrica.
Diseño de cables ópticos
Para organizar una línea de fibra óptica, se utilizan fibras individuales como parte de un cable óptico. Su diseño depende del propósito de la línea de transmisión y del método de tendido, pero en general contiene varias fibras con una capa protectora individual (contra rayones y daños mecánicos). Dicha protección generalmente se realiza en dos capas: primero, una cubierta compuesta y, en la parte superior, una capa adicional de plástico o barniz. Las fibras están encerradas en una funda común (como los cables eléctricos convencionales), que determina el alcance del cable y se selecciona teniendo en cuenta las influencias externas a las que se verá sometida la línea durante su funcionamiento.
Cuando se colocan en bandejas portacables, existe el problema de proteger las líneas de los roedores. En este caso, es necesario elegir un cable cuya cubierta exterior esté reforzada con cinta de acero o armadura de alambre. Las fibras de vidrio también se utilizan como protección contra daños.
Si el cable se coloca en una tubería, no se necesita una funda reforzada. El tubo de metal protege de manera confiable contra los dientes de ratones y ratas. La capa exterior se puede hacer ligera. Esto facilita apretar el cable dentro de la tubería.
Si se va a colocar una línea en el suelo, la protección se realiza en forma de armadura de alambre protegida contra la corrosión o varillas de fibra de vidrio. Proporciona alta resistencia no solo a la compresión, sino también al estiramiento.
Si el cable se va a colocar en áreas marítimas, a través de ríos y otras barreras de agua, en suelo pantanoso, etc., se aplica una protección adicional con una cinta de polímero de aluminio. Así se evita que entre agua.
Además, muchos cables dentro de una funda común contienen:
- varillas de refuerzo que sirven para dar mayor resistencia a la estructura bajo influencias mecánicas externas y durante el alargamiento térmico de la línea;
- rellenos: hilos de plástico que llenan áreas vacías entre fibras y otros elementos;
- barras de potencia (su propósito es aumentar la carga de tracción).
En grandes luces, la línea está suspendida de un cable, pero hay cables autoportantes. El cable metálico de soporte está integrado directamente en la carcasa.
Como un tipo separado de línea de fibra óptica, debe mencionarse un latiguillo óptico. Este cable contiene una o dos fibras (modo único o modo dual) encerradas en una funda común. En ambos lados, el cable está equipado con conectores para la conexión. Dichos cables son de corta longitud y están destinados a conectar equipos a corta distancia o para establecer comunicaciones dentro del gabinete.
Ventajas y desventajas de los cables ópticos.
Las ventajas indudables de los cables ópticos, que determinaron la amplia distribución de tales líneas de comunicación, incluyen:
- alta inmunidad al ruido: la señal de luz no se ve afectada por la radiación electromagnética doméstica e industrial, y la línea en sí no emite (esto dificulta el acceso no autorizado a la información transmitida y no crea problemas de compatibilidad electromagnética);
- aislamiento galvánico completo entre el lado receptor y transmisor;
- bajo nivel de atenuación, mucho menor que el de las líneas alámbricas;
- larga vida útil;
- gran rendimiento.
En las realidades modernas, también importa que el cable no atraiga a los ladrones de metales.
La óptica no está exenta de defectos. En primer lugar, esta es la complejidad de la instalación y la conexión, que requiere equipos, herramientas y materiales especiales, y también impone mayores requisitos sobre las calificaciones del personal involucrado en la instalación y el mantenimiento de las líneas. La mayoría de las fallas en FOCL están asociadas con errores de instalación, que pueden no manifestarse de inmediato. Inicialmente, el costo de la línea en sí también era alto, pero el desarrollo de la tecnología ha permitido nivelar esta desventaja a niveles competitivos.
Las líneas de comunicación óptica han ocupado un sector importante en el mercado de los materiales de comunicación. En el futuro previsible, no ven una alternativa seria a menos que haya un gran avance tecnológico.
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