Introducción al cable de fibra óptica

En los últimos años, el precio de la fibra óptica, tanto la fibra óptica como el cableado de fibra óptica, ha disminuido, lo que la hace asequible para muchas más aplicaciones de telecomunicaciones y redes de datos. Como resultado, la fibra óptica se ha generalizado y constituye la columna vertebral de la mayoría de las redes de telecomunicaciones y muchas redes de datos de área local.

Si bien hay muchos componentes utilizados en la construcción de un enlace de fibra óptica , el cableado de fibra óptica es obviamente el elemento clave.

Construcción de fibra óptica

La tecnología de fibra óptica se basa en la posibilidad de enviar un haz de luz a través de una fibra delgada adecuadamente construida. Un cable de fibra óptica consta de un núcleo de vidrio o sílice. El núcleo de la fibra óptica está rodeado por un material similar, es decir, vidrio o sílice, llamado revestimiento, cuyo índice de refracción es ligeramente inferior al del núcleo. Se ha comprobado que incluso cuando el revestimiento tiene un índice de refracción ligeramente superior, la luz que pasa por el núcleo experimenta una reflexión interna total y, por lo tanto, queda contenida dentro del núcleo de la fibra óptica.

En el exterior del revestimiento se coloca una funda de plástico. Esta se utiliza para proteger la propia fibra óptica. Además, las fibras ópticas suelen agruparse en haces, protegidos por una funda exterior. Esta no solo proporciona mayor protección, sino que también mantiene unidas las fibras ópticas.

Tipos de fibra óptica

Existe una variedad de tipos de cable de fibra óptica que se pueden utilizar, y existen diversas maneras de diferenciarlos. Existen dos categorías principales:

• Cableado de fibra óptica con índice escalonado
• Cableado de fibra óptica de índice graduado

El cable de índice escalonado se refiere a un cable en el que existe un cambio brusco en el índice de refracción entre el núcleo y el revestimiento. Este tipo es el más común. El otro tipo, como su nombre indica, cambia más gradualmente a lo largo del diámetro de la fibra. Con este tipo de cable, la luz se refracta hacia el centro del cable.

Las fibras ópticas también se pueden dividir en monomodo y multimodo. Tanto la fibra monomodo como la multimodo se mencionan con frecuencia en la literatura.

Este tipo de fibra óptica es el que se utiliza prácticamente en exclusiva actualmente. Se ha comprobado que si el diámetro de la fibra óptica se reduce a unas pocas longitudes de onda, la luz solo puede propagarse en línea recta y no rebota de un lado a otro de la fibra. Dado que la luz solo puede viajar en este modo único, este tipo de cable se denomina fibra monomodo. Normalmente, el núcleo de la fibra monomodo tiene un diámetro de entre ocho y diez micras, mucho más pequeño que un cabello.

La fibra monomodo no sufre dispersión multimodal, lo que significa que tiene un ancho de banda mucho mayor. La principal limitación del ancho de banda es la denominada dispersión cromática, donde los diferentes colores, es decir, las longitudes de onda, se propagan a diferentes velocidades. La dispersión cromática del cable de fibra óptica se produce en el centro de la propia fibra. Se ha observado que es negativa para longitudes de onda cortas y se vuelve positiva para longitudes de onda más largas. Como resultado, existe una longitud de onda para la fibra monomodo donde la dispersión es cero. Esto generalmente ocurre a una longitud de onda de alrededor de 1310 nm, razón por la cual esta longitud de onda se utiliza ampliamente.

La desventaja de la fibra monomodo es que requiere una alta tolerancia de fabricación, lo que incrementa su coste. Por otro lado, su rendimiento superior, especialmente para tiradas largas, ha llevado a un gran desarrollo de la fibra monomodo para reducir costes.

Fibra multimodo      Esta forma de fibra tiene un diámetro mayor que la fibra monomodo, siendo típicamente alrededor de 50 micrones de diámetro, y esto las hace más fáciles de fabricar que las fibras monomodo.

La fibra óptica multimodo presenta diversas ventajas. Al tener un diámetro mayor que la fibra monomodo, puede captar la luz de la fuente y transmitirla al receptor con gran eficiencia. Por lo tanto, puede utilizarse con diodos emisores de luz (LED) de bajo coste. Además, su mayor diámetro permite prescindir de conectores de alta precisión. Sin embargo, este tipo de cableado de fibra óptica presenta mayores pérdidas que la fibra monomodo, por lo que su uso resulta más costoso de lo que cabría esperar a primera vista. También presenta dispersión modal multimodo, lo que limita considerablemente el ancho de banda utilizable. Por ello, su uso no se ha generalizado desde mediados de la década de 1980. El cable de fibra monomodo es el preferido.

Atenuación dentro de una fibra óptica

Si bien los cables de fibra óptica ofrecen un rendimiento muy superior al que se puede lograr con otros tipos de cable, sufren ciertos niveles de atenuación. Esto se debe a varios efectos:

• Pérdida asociada a las impurezas.      Siempre habrá algún nivel de impureza en el núcleo de la fibra óptica. Esto provocará cierta absorción de luz dentro de la fibra. Una impureza importante es el agua que permanece en la fibra.
• Pérdida asociada al revestimiento.      Cuando la luz se refleja en la interfaz entre el revestimiento y el núcleo, recorre una pequeña distancia dentro del núcleo antes de reflejarse de vuelta. Este proceso causa una pérdida pequeña, pero significativa, y es uno de los principales factores que contribuyen a la atenuación general de la señal a lo largo de un cable de fibra óptica.
• Pérdida asociada a la longitud de onda.      Se ha comprobado que el nivel de atenuación de la señal en la fibra óptica depende de la longitud de onda utilizada. El nivel aumenta a ciertas longitudes de onda debido a ciertas impurezas.

A pesar de que la atenuación es un problema, es posible transmitir datos a través de fibras monomodo a distancias considerables. Las líneas con velocidades de datos de hasta 50 Gbps pueden cubrir distancias de 100 km sin necesidad de amplificación.

Materiales utilizados para fibras ópticas

Existen dos tipos principales de materiales utilizados para las fibras ópticas: el vidrio y el plástico. Ofrecen características muy diferentes, por lo que las fibras fabricadas con estas dos sustancias se utilizan en aplicaciones muy diversas.