Principios de la transmisión por fibra óptica

Fabricación de fibra óptica

La fibra óptica no es más 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 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.

Este es el motivo de que cuando se mete un palo en el agua, éste parece doblarse.

Refracción de la luz
Refracción de la luz

Más concretamente el fenómeno óptico en el que se fundamenta la transmisión de la luz en el conducto de fibra de vidrio se denomina 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.

El esquema siguiente muestra el ángulo crítico de incidencia en rojo.

Los cables de fibra óptica se construyen basándose en ese principio. Veamos un ejemplo gráfico:

  • n núcleo > n revestimiento > n aire
  • El rayo 1 se refleja parcialmente porque también se refracta
  • El rayo 2 se refleja totalmente

Tipos de conectores

Si se hace un corte transversal de un cable de fibra, se pueden distinguir sus componentes principales

La parte central de la fibra óptica es el núcleo, su tamaño, como se verá en el apartado siguiente 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 µm (multimodo). El revestimiento tiene un diámetro de 125 µm. Para hacer una analogía, un cabello humano tiene unos 70 µm de diámetro. Por último, los cables están recubiertos por una cubierta protectora, semirígida, que protege al núcleo y al revestimiento de posibles daños. Tanto el núcleo como el revestimiento están formados por distintos materiales, normalmente cristal de silicio (SiO2) de distintas composiciones para provocar el fenómeno TIR.

Los conectores son interconexiones fibra-a-fibra que alinean el núcleo de ambas fibras y la principal diferencia entre ellos es el tipo de enganche mecánico y su tamaño. Los cables se terminan en diferentes terminaciones que permiten conectarlos a los paneles y bandejas de fibras existentes en los armarios de comunicaciones.

Si se corta un cable de fibra óptica, y es necesario repararlo, el proceso, consiste en la unión de ambos extremos del cable y su fusión posterior. El proceso es técnicamente complejo y requiere maquinaria y personal altamente especializados.

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
  • El detector

El medio de transmisión es la propia fibra de vidrio, la fuente de luz suele ser un láser, y el receptor un elemento fotosensible. La información se codifica de modo que un pulso de luz indique un 1 y la ausencia del mismo un 0.

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 que se describen en los siguientes subapartados.

Cable de fibra óptica
Cable de fibra óptica