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¿Qué son los componentes de la fibra óptica? Una fibra óptica típica consta de tres componentes principales: el núcleo, que transporta la luz; el revestimiento, que rodea el núcleo con un índice de refracción más bajo y contiene la luz; y el recubrimiento, que protege la frágil fibra que contiene.
Centro
El núcleo , que transporta la luz, es la parte más pequeña de la fibra óptica. El núcleo suele estar hecho de vidrio, aunque algunos son de plástico. El vidrio utilizado en el núcleo es dióxido de silicio (SiO₂) extremadamente puro, un material tan transparente que se podría ver a través de él a 8 kilómetros de distancia como si se mirara desde una ventana.
En el proceso de fabricación se utilizan dopantes como germania, pentóxido de fósforo o alúmina para aumentar el índice de refracción en condiciones controladas.
Los núcleos de fibra óptica se fabrican en diferentes diámetros para distintas aplicaciones. Los núcleos de vidrio típicos varían desde 3,7 µm hasta 200 µm. Los tamaños de núcleo más comunes en telecomunicaciones son 9 µm, 50 µm y 62,5 µm. Los núcleos de fibra óptica de plástico pueden ser mucho más grandes que los de vidrio. Un tamaño popular de núcleo de plástico es 980 µm.
Revestimiento
El revestimiento rodea el núcleo y proporciona el índice de refracción más bajo para el funcionamiento de la fibra óptica. Cuando se utiliza un revestimiento de vidrio, este y el núcleo se fabrican juntos a partir del mismo material a base de dióxido de silicio en un estado de fusión permanente. El proceso de fabricación añade diferentes cantidades de dopantes al núcleo y al revestimiento para mantener una diferencia de índice de refracción de aproximadamente el 1 %.
Un núcleo típico puede tener un índice de refracción de 1,49 a 1300 nm, mientras que el revestimiento puede tener un índice de refracción de 1,47. Sin embargo, estos valores dependen de la longitud de onda. El núcleo de la misma fibra tendrá un índice de refracción diferente a una longitud de onda distinta.
Al igual que el núcleo, el revestimiento se fabrica en diámetros estándar. Los dos diámetros más comunes son 125 µm y 140 µm. El revestimiento de 125 µm suele ser compatible con tamaños de núcleo de 9 µm, 50 µm, 62,5 µm y 85 µm. El revestimiento de 140 µm suele tener un núcleo de 100 µm.
Revestimiento
El recubrimiento es la capa protectora natural de la fibra óptica. Absorbe golpes, rasguños, raspaduras e incluso la humedad que podrían dañar el revestimiento. Sin el recubrimiento, la fibra óptica es muy frágil. Una sola muesca microscópica en el revestimiento podría provocar su rotura al doblarse. El recubrimiento es esencial para las fibras de vidrio, y no se venden sin él.
El recubrimiento es puramente protector. No contribuye en absoluto a la capacidad de la fibra óptica para transportar luz. El diámetro exterior del recubrimiento suele ser de 250 µm o 500 µm. Generalmente, el recubrimiento es incoloro. Sin embargo, en algunas aplicaciones, el recubrimiento es coloreado para que se puedan identificar las fibras ópticas individuales dentro de un grupo.
El recubrimiento de una fibra óptica se selecciona para un tipo específico de rendimiento o entorno. Uno de los tipos de recubrimiento más comunes es el acrilato. Este recubrimiento se aplica típicamente en dos capas. El recubrimiento primario se aplica directamente sobre el revestimiento. Este recubrimiento es suave y proporciona una amortiguación a la fibra óptica al doblarse. El recubrimiento secundario es más duro que el primario y proporciona una superficie exterior dura. Sin embargo, el acrilato tiene un rendimiento térmico limitado. Un acrilato típico puede funcionar a temperaturas de hasta 125 °C.
El silicio, el carbono y la poliimida son recubrimientos que se pueden encontrar en fibras ópticas utilizadas en entornos hostiles, como los asociados con la aviónica, la industria aeroespacial y el espacio. También se pueden utilizar en fibras ópticas diseñadas para la minería o la perforación de pozos de petróleo y gas.
Normas
Si bien existen numerosas combinaciones de tamaños de núcleo y revestimiento, es necesario contar con estándares para garantizar la correcta compatibilidad de conectores y equipos. Esto es especialmente importante al trabajar con componentes tan pequeños como los utilizados en fibra óptica, donde incluso una ligera desalineación puede inutilizar todo el sistema.
Dos organizaciones publican estándares que definen el rendimiento de las fibras ópticas utilizadas en la industria de las telecomunicaciones: la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA) y la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). Si bien la TIA y la UIT publican numerosos estándares sobre fibra óptica, los estándares clave que debe conocer son ANSI/TIA-568-C.3, ITU-TG.653, ITU-TG.655 y ITU-T G.657.
La norma ANSI/TIA-568-C.3 se aplica a los componentes de cableado de fibra óptica en instalaciones. Las normas de la UIT se aplican a la fibra óptica monomodo y al cable. A continuación, se describen:
>ITU-TG.652: Características de una fibra óptica monomodo y un cable
>ITU-T G.655: Características de una fibra óptica monomodo con dispersión desplazada y un cable
>ITU-T G.657: Características de una fibra óptica monomodo con dispersión desplazada distinta de cero y un cable
Estas normas contienen información importante que define el rendimiento de la fibra óptica, el cable de fibra óptica y componentes como conectores y empalmes.
Materiales
Las fibras ópticas suelen fabricarse con un núcleo y un revestimiento de vidrio, pero se pueden utilizar otros materiales si se requiere un equilibrio entre el rendimiento de la fibra y el coste de su instalación, la instalación de conectores y la protección adecuada contra daños. En muchos casos, las fibras solo deben recorrer distancias cortas, y las ventajas de una fibra de vidrio de alta calidad pasan a ser menos importantes que el simple ahorro económico. También existen circunstancias en las que las fibras están expuestas a condiciones adversas, como vibraciones, temperaturas extremas, manipulación repetida o movimiento constante. Se han desarrollado diferentes clasificaciones de fibras para adaptarse a diferentes condiciones, factores de coste y requisitos de rendimiento.
Las principales clasificaciones de fibras por material son :
Fibras de vidrio : Tienen un núcleo y un revestimiento de vidrio. Se utilizan cuando se requieren altas velocidades de datos, largas distancias de transmisión o una combinación de ambas. Las fibras de vidrio son las más frágiles de los tipos disponibles, por lo que deben instalarse en entornos donde no estén sometidas a un uso intensivo, o deben protegerse con cables o carcasas especiales para garantizar su integridad.
Las fibras de vidrio se encuentran comúnmente en aplicaciones de datos de larga distancia y en redes entre edificios y entre oficinas.
Sílice revestida de plástico (PCS) : Estas fibras tienen un núcleo de vidrio y un revestimiento de plástico. El núcleo es más grande que la fibra de vidrio; típicamente, 200 µm con un espesor de revestimiento de 50 µm. Al igual que la fibra óptica de vidrio revestida de silicona, el revestimiento de plástico de una fibra óptica PCS se utiliza típicamente con una capa protectora termoplástica que rodea el revestimiento de plástico. Una especificación típica de fibra PCS sería de 200/300 µm. El revestimiento de plástico también sirve como capa protectora para el núcleo de vidrio, por lo que el revestimiento que normalmente se encuentra en la fibra de vidrio no está incluido en las fibras PCS. Las fibras PCS se utilizan típicamente para aplicaciones de detección industrial y aplicaciones médicas/dentales.
Sílice con revestimiento duro (HCS) : Estas fibras son similares a la fibra PCS, pero tienen un núcleo de vidrio con un revestimiento de polímero duro u otro material, generalmente más resistente que otros materiales de revestimiento. La fibra de sílice con revestimiento duro se utiliza comúnmente en entornos donde la robustez es un factor clave, como la fabricación, la automatización industrial y otras áreas donde los impactos y las vibraciones harían poco fiables las fibras de vidrio estándar. Las fibras ópticas HCS suelen ser mucho más grandes que las fibras ópticas de vidrio. Un tamaño muy común es el de 200/230 µm.
Fibra plástica : Estas fibras tienen un núcleo y un revestimiento de plástico. Se seleccionan por su bajo costo, robustez y facilidad de uso, y se instalan donde no se requieren un alto ancho de banda ni largas distancias de transmisión. Si bien las fibras plásticas no son adecuadas para transmisiones de alto rendimiento a larga distancia, pueden transportar señales con velocidades de datos útiles a distancias inferiores a 100 m. Un tamaño muy común es el de 980/1000 µm. La fibra plástica suele estar diseñada para longitudes de onda visibles en el rango de 650 nm. Algunas ubicaciones típicas para la fibra plástica incluyen sistemas de entretenimiento doméstico, automoción y sistemas de control de fabricación. También se pueden utilizar en enlaces entre computadoras y periféricos, así como en equipos médicos.
Las ventajas de la fibra óptica de plástico de núcleo grande
Es fácil entusiasmarse con el alto ancho de banda y la capacidad de transmisión a larga distancia de la fibra óptica de vidrio. Supera claramente a cualquier otro medio. Sin embargo, muchas aplicaciones no requieren un alto ancho de banda a grandes distancias. La fibra óptica tiene múltiples aplicaciones en el hogar. Quizás ya tenga un sistema de entretenimiento en casa que utiliza fibra óptica plástica, o tal vez tenga un coche que utiliza fibra óptica plástica para conectar dispositivos de audio o un cambiador de DVD. Ninguna de estas aplicaciones requiere un alto ancho de banda a grandes distancias. Estas aplicaciones son ideales para la fibra óptica plástica de núcleo grande. La fibra óptica plástica suele estar diseñada para operar en una longitud de onda visible de alrededor de 650 nm. Poder ver la luz al salir de la fibra óptica tiene una ventaja significativa: no se requieren costosos equipos de prueba. Se necesita un medidor de potencia para medir la luz que sale de una fibra óptica de vidrio que opera en el rango infrarrojo. Los medidores de potencia pueden ser más costosos que su sistema de entretenimiento en casa.
El gran núcleo de la fibra óptica de plástico ofrece otra ventaja sobre las fibras de vidrio más pequeñas: es fácil de alinear con otra fibra, una fuente de luz o un detector. Imagine alinear dos cabellos humanos de modo que sus extremos se toquen y queden perfectamente centrados. Ahora imagine hacer lo mismo con dos espaguetis crudos.
La fibra óptica plástica es una excelente opción para los dispositivos electrónicos de audio y video que se integran en hogares y vehículos.
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