Cómo viaja la luz en la fibra óptica

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Funcionamiento de la fibra óptica

El principio de la fibra óptica es simple:

Un haz de luz entra por un lado de la fibra, viaja por todo el conducto y sale por el otro lado.

Sabiendo dicho principio, ahora debemos saber que para ello debemos transmitir por el núcleo de la fibra un haz de luz que no atraviese el revestimiento, sino que se refleje y se siga propagando.

Representación de dos rayos de luz propagándose dentro de una fibra óptica. En esta imagen se percibe el fenómeno de reflexión total en el haz de luz «a».
Cortesía: Wikipedia.org

Para esto aplicaremos el principio de reflexión interna total (basado en la Ley de Snell): 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, ahí es cuando se habla de reflexión interna total.

Cuando el ángulo de incidencia es mayor o igual al ángulo crítico, la luz no puede refractarse y se refleja totalmente en la frontera.
Cortesía: Wikipedia.org

En pocas palabras, el funcionamiento de la fibra óptica consiste que el índice de refracción del núcleo es mayor al índice de refracción del revestimiento, y que el ángulo de incidencia es superior al ángulo límite, para que la luz se refleje totalmente por el núcleo.

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“La luz es más brillante cuando está en la mente”


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Características de la fibra óptica

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Características de la fibra óptica

Cada filamento de la fibra óptica 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 (plástico) 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, entones existe reflexión interna total.

Núcleo y revestimiento de la fibra óptica.
Cortesía: Wikipedia.org

¿Cómo es adentro de una fibra óptica?

En sí, en el interior de una fibra óptica, la luz se va reflejando contra las paredes en ángulos muy abiertos (mientras más cerca de 180 grados es más ideal), de esa forma prácticamente la luz avanza por el centro. De este modo, se guían las señales luminosas sin pérdidas por largas distancias.

El funcionamiento de la fibra óptica se basa en transmitir por el núcleo de la fibra un haz de luz, tal que este no atraviese el revestimiento, sino que se refleje y se siga propagando.

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CUÁLES SON LAS APLICACIONES DE LA FIBRA ÓPTICA

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Aplicaciones de la fibra óptica

Una fibra óptica es una fibra flexible, transparente que se utilizan como un medio para transmitir luz entre dos puntas de una fibra. Tienen un amplio uso en las comunicaciones por fibra óptica para la transmisión en distancias y a velocidades de transmisión grandes que los cables eléctricos.

Su uso son comunicaciones digitales, en el cableado submarino, cableado interurbano  y hasta de usos decorativos como las luces de los árboles de Navidad.

Sus aplicaciones soy muy variadas, hablaremos algunas de ellas:

Comunicaciones

Se emplea como medio de transmisión en redes de telecomunicaciones por su flexibilidad las fibras se agrupan formando cables. Se usan fibras de vidrio en su interior, aunque ya se están desarrollando fibras con aire en su interior.

Mapa de cables submarinos.
Cortesía: Wikipedia.org

Sensores

Se utiliza para transferir las señales de un sensor remoto a un sistema electrónico. Tienen sobre los sensores eléctricos la ventaja de que no circula corriente eléctrica. Procesa las señales para medir como: deformación, temperatura, presión, humedad, campos eléctricos o magnéticos, gases, vibraciones y otros parámetros.

Sensor fotoeléctrico de fibra óptica de tipo barrera rectangular con luz roja – DF-G3 series.
Cortesía: Banner Engineering Corp.

Iluminación

Iluminan cualquier espacio, en los edificios donde la luz puede ser recogida en la azotea y ser llevada mediante fibra óptica a cualquier parte del edificio.

Iluminación de la fachada con fibra óptica.

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Fibra óptica vs cobre

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Fibra óptica vs cableado de cobre

¿Será realmente ventajoso el cableado de fibra óptica respecto al cableado de cobre? Veamos la comparación que tienen ambas situaciones:

Mayor velocidad de transmisión y ancho de banda: Debido a su mayor ancho de banda la fibra óptica nos permite transmitir a mayor velocidad que el cobre. Así por ejemplo, con un cable de cobre CAT6 UTP transmite a una velocidad de 1 GB a una distancia de 90 m. mientras que una fibra óptica multimodo OM3 transmite a una velocidad de 10 GB hasta 300 m (1 GB a 900 m)

Inmune a interferencias eléctricas: Al ser la fibra óptica un material totalmente dieléctrico, no conduce electricidad. Es así inmune a las interferencias electromagnéticas, distorsiones, ruidos, etc, como las que aparecen en los cables de cobre.

Distancias de transmisión más largas: La atenuación de la señal en la fibra óptica es mucho menor que en el cobre. Se requiere una cantidad menor de amplificaciones.

Tamaño reducido: Una manguera de 12 fibras ópticas dependiendo del tipo de cubierta tiene un diámetro de unos 8 mm, permitiendo 6 enlaces, mientas que un sólo enlace de cable de cobra CAT6 UTP, tiene un diámetro superior a 6 mm (23 AWG)

Tiene poco peso: La Fibra Óptica se fabrica con cristal de silicio, lo que la hace reducir el peso al mínimo. Dependiendo del tipo de cubierta y construcción de la manguera podemos sacar una media de unos 20 Kg por kilómetro, en una manguera de 12 Fibras Ópticas, mientras que un cable de cobre Cat6 UTP son unos 30 Kg por kilómetro.

Seguridad (Datos): Por ser la transmisión mediante un haz de luz mediante el núcleo de la Fibra Óptica, hace prácticamente imposible intervenir la señal. Personas: No existen problemas por derivaciones a tierra, chispas, voltajes.

Eficiencia energética: Al degradarse menos la señal de luz, que las señales eléctricas, lo transmisores para este cometido necesitan un menor voltaje de trabajo.

Esperamos que con esta comparativa entre fibra óptica y cobre, ahora tu decisión entre usar un cableado u otro, esté más claro.

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Internet y datos a gran velocidad… fibra óptica

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Fibra óptica

La fibra óptica ha sido especialmente creada para tolerar las ondas electromagnéticas, creando así mayor seguridad y eficiencia para el traslado de información. Finalmente, la fibra óptica, al no necesitar electricidad suma otro elemento de seguridad al usuario promedio.

Sin embargo, la fibra óptica también presenta algunas complicaciones que todavía no han podido resolverse del todo. En primer lugar, la fibra óptica puede volverse a veces mucho más costosa que otras opciones en el mercado debido a la alta calidad del material y al innovador sistema de transporte de información. También es importante señalar que el material es más frágil y a veces la instalación de los sistemas que cuentan con ella requiere extremo cuidado.

Tipos de fibra óptica

Fibra multimodo

El término multimodo indica que pueden ser guiados muchos modos o rayos luminosos, cada uno de los cuales sigue un camino diferente dentro de la fibra óptica. Este efecto hace que su ancho de banda sea inferior al de las fibras monomodo. Por el contrario los dispositivos utilizados con las multimodo tienen un coste inferior (LED). Este tipo de fibras son las preferidas para comunicaciones en pequeñas distancias, hasta 10 Km.

Parte interior de una fibra multimodo. Véase como viaja el haz de luz por la fibra.

Fibra monomodo

El diámetro del núcleo de la fibra es muy pequeño y sólo permite la propagación de un único modo o rayo (fundamental), el cual se propaga directamente sin reflexión. Este efecto causa que su ancho de banda sea muy elevado, por lo que su utilización se suele reservar a grandes distancias, superiores a 10 Km, junto con dispositivos de elevado coste (LÁSER).

Parte interior de una fibra monomodo. Véase que a diferencia del multimodo, el haz de luz viaja de forma más estrecha.

Ventajas

• Fácil de instalar.
• Transmisión de datos a alta velocidad.
• Conexión directa de centrales a empresas.
• Gran ancho de banda.
• El cable fibra óptica, al ser muy delgado y flexible es mucho más ligero y ocupa menos espacio que el cable coaxial y el cable par trenzado.
• Soporta gran cantidad de trafico, sin congestiones.
• La fibra óptica hace posible navegar por Internet a grandes velocidades.
• Vídeo y sonido en tiempo real.
• La materia prima para fabricarla es abundante en la naturaleza.
• Compatibilidad con la tecnología digital.
• Gran seguridad. La intrusión en una fibra óptica es fácilmente detectable, por el debilitamiento de la energía luminosa en recepción, además no radia nada, lo que es particularmente interesante para aplicaciones que requieren alto grado de confidencialidad.
• Resistencia al calor, frío y a la corrosión.
• Se pueden agrupar varios cables de fibra óptica y crear una manguera que transporte grandes cantidades de tráfico, de forma inmune a las interferencias.
• Insensibilidad a la interferencia electromagnética, como ocurre cuando un alambre telefónico pierde parte de su señal.

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