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Actualidad de la Fibra Óptica y sus MejorasTecnológicas de Cara al Futuro

Alexander Bermeo Maldonado, e-mail:abermeom@est.ups.edu.ecMarco Fernando Bravo Guamán, e-mail:mbravog@est.ups.edu.ec

José Rafael Duchitanga González, e-mail:jduchitangag@est.ups.edu.ecUniversidad Politécnica Salesiana, Sede Cuenca

Medios de Transmisión

Abstract—This paper is a study of the optical fiber, presentit, technologies and future trends. It has made the art of opticalfiber also considering how to calculate different parameters. Itwill be unveiled existing new developing and testing technologies,so you get a visualization of trends in telecommunications withthis guided medium.

Index Terms—Optical fiber, refraction, reflection, FLEX GRID

I. INTRODUCCIÓN

Con el avance tecnológico y la gran cantidad de datos atransmitir ha ido siendo necesario tener un medio veloz detransmisión de datos, por lo que el más sobresaliente mediode transmisión en la actualidad es la fibra óptica, gracias asus características que superan a las del par trenzado y alcable coaxial. La fibra óptica en la actualidad es el mediode transmisión que constituye el eje del sistema global detelecomunicaciones.

El cable de fibra óptica es el medio de elección paralas aplicaciones exigentes con alta velocidad de datos, comoEthernet de 10 Gigabits dentro del centro de datos. Lasmejoras continuas en el rendimiento de las fibras ópticas, losdiseños de los cables, los componentes ópticos electrónicos,la tecnología de conectividad y los equipos de prueba hanlogrado que las redes LAN de fibra resulten menos costosas,más fáciles de instalar y capaces de cumplir con las exigenciascrecientes de ancho de banda.[1]

II. LA FIBRA ÓPTICA

Su nombre deriva del hecho de que son excelentes guías deonda para los impulsos lumínicos, y se emplean para transmitirinformación de cualquier naturaleza transformadas en bits, enforma de ondas electromagnéticas de elevadas frecuencias,iguales a las de la luz. Es tan pequeña y frágil, que se leubica dentro de un cable.

Como ya se ha mencionado, la fibra óptica es un mediofísico que transporta señales sobre la base de la transmisiónde luz, por lo que es necesario tener a los extremos de lamisma dispositivos electrónicos; en un lado que envíen lainformación en forma de rayos de luz y en el otro lado otrodispositivo que interprete la información que recibe y quedecodifique la señal.

El sistema de transmisión de fibra óptica consta de trescomponentes básicos: una fuente de luz o emisor óptico, un

receptor óptico y un medio óptico.

Figure 1. Sistema de transmisión por Fibra Óptica. [4]

Los filamentos de la fibra óptica fueron diseñados paratransportar grandes cantidades de datos que se pueden trans-mitir a través de la luz.

En general, el tipo de luz que viaja por una fibra es invisible,ya que las frecuencias empleadas corresponden al infrarrojocercano al infrarrojo lejano en el espectro electromagnético.

A. EstructuraLa fibra óptica se estructuran de filamentos de plástico

o vidrio de alta pureza, muy delgados y flexibles. Por logeneral está constituida por dos cilindros coaxiales de siliciode alta pureza, que por medio de la reflexión de a luz, permitetransmitir información [5].

Un cable de fibra óptica se compone de cinco partes, lascuales son: núcleo, el revestimiento, un amortiguador, unmaterial resistente y un revestimiento exterior.

Figure 2. Estructura de la fibra óptica. [5]

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B. Características

La fibra óptica es una guía de ondas dieléctrica que operaa frecuencias ópticas. Cada filamento consta de un núcleocentral de plástico o cristal (óxido de silicio y germanio)con un alto índice de refracción, rodeado de una capa deun material similar con un índice de refracción ligeramentemenor.

En el interior de una fibra óptica, la luz se va reflejandocontra las paredes en ángulos muy abiertos, de tal forma queprácticamente avanza por su centro. De este modo, se puedenguiar las señales luminosas sin pérdidas por largas distancias.

Las características más destacables de la fibra óptica en laactualidad son:

• Transmite luz, en consecuencia no se introduceinterferencia.

• Tiene gran capacidad de transmisión (180 a 200comunicaciones telefónicas a la vez) con respecto a losconductores de cobre.

• La transmisión no es interferida por campos eléctricos ymagnéticos

• La energía puesta en juego en la transmisión es muy baja

• Gran ancho de banda

• Diámetro y peso reducido

• Material totalmente dieléctrico: no existe posibilidadde tensiones inducidas que pueden producir chispas ocortocircuitos.

• Cobertura más resistente: La cubierta contiene un 25%más material que las cubiertas convencionales.

• Uso dual (interior y exterior): La resistencia al aguay emisiones ultravioleta, la cubierta resistente y elfuncionamiento ambiental extendido de la fibra ópticacontribuyen a una mayor confiabilidad durante el tiempode vida de la fibra.

• Mayor protección en lugares húmedos: Se combatela intrusión de la humedad en el interior de la fibracon múltiples capas de protección alrededor de ésta,lo que proporciona a la fibra, una mayor vida útil yconfiabilidad en lugares húmedos.

• Empaquetado de alta densidad: Con el máximo númerode fibras en el menor diámetro posible se consigueuna más rápida y más fácil instalación, donde el cabledebe enfrentar dobleces agudos y espacios estrechos.Se ha llegado a conseguir un cable con 72 fibras deconstrucción súper densa cuyo diámetro es un 50%menor al de los cables convencionales.

C. Ventanas de transmisión

La luz en el transporte de la información dentro de una fibraóptica es una onda electromagnética de la misma naturalezaque las ondas de radio, con la única diferencia que la longitudde las ondas es del orden de micrómetros en lugar de metroso centímetros [2].

Son longitudes de onda con una atenuación extremadamentereducida:

• Primera ventana: 850nm (Led, cortas distancias y multi-modo).

• Segunda ventana: 1310nm (Láser, distancias medias ymultimodo/monomodo)

• Tercera ventana: 1550 nm (Láser, largas distancias ymonomodo)

• Cuarta ventana: 1625 nm (Láser y monomodo. En fasede pruebas)

Para las transmisiones por fibra óptica se utilizan las longitudesde onda del infrarrojo, o sea 800 a 1600 nm, siendo los valorespreferidos los de 850, 1300,1550 nm que es donde están lasde menores interferencias.

Figure 3. Longitud de onda utilizadas en la fibra óptica.

III. TIPOS DE FIBRA ÓPTICA

La fibra óptica está clasificada en dos grupos fundamental-mente según el modo de propagación: Fibras Monomodo yFibras Multimodo.

En la terminología de la fibra óptica, la palabra modosignifica trayectoria. Si la luz toma una sola trayectoria enel cable se llama modo sencillo o monomodo. Si la luz tomamás de una trayectoria se llama Multimodo [1].

A. Monomodo

Las fibras monomodo son aquellas en las que la luz sepropaga en un solo camino o modo gracias a la disminucióndel diámetro del núcleo de la fibra, su transmisión es paralelaal eje de la fibra. Las fibras monomodo tienen núcleos muydelgados, aproximadamente 9 micrones de diámetro, ademáséste tipo de fibra permite alcanzar hasta cientos kilómetros dedistancia de cobertura, mediante un láser de alta intensidad ytransmitir elevadas tasas de información [6].

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Figure 4. Fibra Monomodo.

Características:

• Un único modo, llamado fundamental, se propaga en elinterior de la fibra, más allá de una longitud de onda decorte (1, 2µm).

• El ancho de la banda es superior a 10GHz/km.• El diámetro del núcleo (9µm) y la obertura numérica

son tan débiles que los rayos luminosos se propagan enparalelo con tiempos de trayectos similares.Se utiliza sobre todo en los servicios telefónicos paralargas distancias.

• Nodo 9-10 micras .• Láser con longitud de onda de 1300-1550 nm .• Perdidas por coeficiente de atenuación típica a 1310 nm:

9/125: 0,4 dB/Km. .• Usado en telefonia, CATV y en general largas distancias.• Una fibra monomodo típica es la de 8,1/125 micras.

B. Multimodo

La fibra multimodo son aquellas en las que la luz viaja através del núcleo en distintos modos o caminos debido a queel diámetro del núcleo es un poco más grande en comparacióncon la fibra monomodo, tiene un diámetro típico de 50micrones, pudiendo tener hasta 1000 modos de propagación.Las fibras multimodo se usan comúnmente en aplicaciones decorta distancia, menores a 2 km [6].

1) Fibra multimodo a índice graduado: Este tipo de fibraconsiste de un núcleo cuyo indice de refracción varía con ladistancia a lo largo del eje con el objetivo de disminuir losefectos de la dispersión modal.

Ofrece una buena aceptación de luz de banda, un diámetrodel núcleo moderado, bajo NA y atenuación moderada.

El índice de refracción núcleo/funda presenta una curvaparabólica con un máximo en torno al eje. Los rayos luminosossiguen un trayecto sinusoidal.

Figure 5. Fibra multimodo a índice graduado.

Características:

• Nodo 50-62,5 micras• El ancho de banda está comprendido entre 600 y

3000MHz/km.• LED con longitud de onda de 850 - 1300 nm• Perdidas por coeficiente de atenuación típica a 850 nm:

62,5/125: 3,5 dB/Km. —- 50/125: 3 dB/Km• Uso en LANs

2) Fibra multimodo a índice escalonado: Son aquellas enlas cuales el valor del indice de refracción en el núcleopermanece siempre constante y mayor que el valor del reves-timiento. El núcleo tiene un indice de refracción de n1 y elrevestimiento de n2.

Figure 6. Fibra multimodo a índice escalonado

El número máximo de modos de luz que pueden existir enel núcleo de una fibra depende de su apertura numérica, de sudiámetro y de la longitud de onda de la luz.

Figura 7 muestra una comparación entre las fibrasmonomodo y multimodo y en la figura 8, las principalescaracterísticas de las fibras monomodo de acuerdo a lasrecomendaciones de la UIT-T.

Figure 7. Comparación de las fibras ópticas.[2]

Figure 8. Características de las fibras ópticas según la UIT – T.[2]

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IV. PARÁMETROS ÓPTICOS

A. Atenuación

La atenuación es la pérdida de potencia luminosa a medidaque la luz viaja a lo largo de la fibra óptica, ésta pérdida depotencia es producida por fenómenos como absorción de luz,scattering, dispersión y otros.

Es la disminución de potencia de la señal óptica que setransmite, en proporción inversa a la longitud de fibra.

A = aL+ asx+ acy

a =Coeficiente de atenuación típico de los cables de fibraen un enlaceas =Atenuación media por empalme.x =Número de empalmes de un enlaceac =Atenuación media de los conectores de lineay =Numero de conectores de linea de un empalmeL =Longitud del enlace

La atenuación es el primer parámetro a tener en cuentaen cualquier cálculo de enlace, para el cálculo de enlace senecesitan conocer:

• Atenuación total del enlace• Longitud de onda a la cual fue medida la atenuación• Cantidad y atenuación de empalmes

En general las fibras multimodo tienden a tener mayorespérdidas de atenuación que los cables monomodos, debidoprincipalmente a la mayor dispersión de la onda producidapor las impurezas.

La energía que no alcanza la salida de la fibra se dispersapor:

1) Difusión: Debido a la falta de homogeneidad del ma-terial del núcleo, que difunde el rayo luminoso dispersándolohacia el recubrimiento.

2) Absorción: Parte de la energía luminosa que se propagaes absorbida por la fibra, que la transforma en calor.

B. Dispersión

Es producida por los ensanchamientos del pulso de luzprovocando una distorsión en la información.

1) Dispersión Cromática : Las fibras conservan una propie-dad bien conocida de la materia transparente: la de dispersarlos colores, dando como consecuencia el aumento del anchode los impulsos.

La dispersión cromática no se modifica con la instalación dela fibra en campo, basta tener el coeficiente de dispersión queespecifica nuestra fibra para conocer la dispersión cromáticadel enlace.

2) Dispersión por Modo de Polarización, PMD: Es unefecto de dispersión óptico, que limita la calidad de la transmi-sión en los enlaces de fibra óptica y depende de las condicionesfísicas del cable que pueden ser ambientales y mecánicas.

C. Longitud de onda de corte

La longitud de onda de corte, nos informa a partir deque longitud de onda es utilizable cada fibra óptica. Es unparámetro que señala el fabricante en su especificación y nose modifica con la instalación del cable.

La longitud de onda de corte en una fibra monomodo nosindica el límite superior de longitud de onda para la cual lafibra óptica se comporta como multimodo.

D. Pérdida por macro-reflexiones

La pérdida por macroflexiones varía con:• La longitud de onda• El radio de curvatura• El número de vueltas en el mandril con un radio especi-

ficado.La pérdida por macroreflexiones se hace importante para

las instalaciones dentro del hogar, donde la fibra es exigida aradios de curvatura mínimos.

E. Área efectiva y diámetro de campo modal

El área efectiva define la superficie real que el campoilumina dentro de la zona definida por el diámetro del campomodal. La multiplicación de la mitad del diámetro de campomodal al cuadrado por “PI”, nos resulta el área efectiva.

Es un valor que nos brinda el fabricante en su especifica-ción. El área efectiva se hace importante en los enlaces delargo alcance, sobre todo porque mientras mayor sea, permiteinyectar mayor potencia. El área efectiva está el denominadorde algunos efectos no lineales, lo cual nos dice que esinversamente proporcional con estos efectos.

F. Reflexión y refracción

El índice de refracción se define como la velocidad de laluz dividido por la velocidad de la luz en el medio.

1) Ley de Reflexión : Cuando un rayo de luz choca contrala superficie de separación entre dos medios transparentes, sedivide en una parte se refleja y otra se refracta.

Figura 9. Reflexión de onda [4].

El ángulo formado entre el rayo incidente y la perpendiculara la superficie de separación entre los dos medios, es igual alángulo formado entre el rayo reflejado y la misma normal.

• Ley de la reflexiónα = β (1)

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2) Ley de Snell: Al pasar de un medio con indice n1 aotro con un indice de refracción n2 distinto, un rayo luminosocambia de dirección, es decir se refracta.

El ángulo formado o entre el rayo refractado y la perpen-dicular a la superficie de separación depende de la variacióndel indice de refracción y el ángulo incidente.

• Ley de snell

n1senα = n2senγ (2)

V. CÁLCULOS

A. Calculo de una fibra de índice escalonado

Para el análisis se tiene la fibra de la figura 10.[7]

Figure 10. Fibra de índice escalonado [7].

• Frecuencia normalizada

V =

(2πa

λ0

)[n21 − n22

]1/2(3)

Vc = fc

[(2πa

c

)(NA)

](4)

• Frecuencia de corte real

fc =cVc

(2πa) (NA)(5)

c = velocidad− de− la− luz• Apertura numérica

NA =√n21 − n22 (6)

NA = senθa (7)

• Condición para la fibra monomodo(2πa

λ0

)[n21 − n22

]1/2< 2.405 (8)

• Número de modos

M =V 2

2(9)

B. Fibra multimodo de indice escalonado

• Diferencia entre índices4 =

n1 − n2n1

(10)

• Ángulo de aceptación2θa = 2 ∗ asenNA (11)

C. Fibra multimodo de indice gradual

• Frecuencia normalizada

V =2πan1

√24

λ0(12)

• Número de modos de Propagación

M =α

α+ 2

[V 2

2

](13)

α = 2

VI. BALANCE DE POTENCIAS

Escogida la potencia necesaria en el receptor (PR (dBm))y la potencia del transmisor (PT (dBm)) se tiene el siguientebalance, para calcular un Margen de Potencia (MP (dB)):[14]

MP (dB) = PT (dBm)− PR(dBm) (14)

El mencionado Margen será consumido por los siguientesfactores:

• Sumatoria de la atenuación en las uniones: AU(dB)• Sumatoria de la atenuación en los conectores: AC(dB)• Pérdida del acoplamiento del detector: AAD(dB)• Pérdida del acoplamiento del Emisor: AAE(dB)• Factor de pérdidas por temperatura (en fotoemisor):

AT(dB)• Degradación máxima transmisor (por envejecimiento):

AE(dB)• Margen de seguridad (prevé futuras rupturas): MS (dB)

Los tres últimos factores se agrupan en el Margen de SeguridadTotal (MST (dB)):[14]

MST (dB) = AT +AE +MS (15)

Si al Margen de Potencia le restamos todas las perdidasenumeradas, se tendrá la atenuación total máxima que sepuede llevar la fibra (ATF(dB)) que la podemos relacionarcon la atenuación por Kilómetro de la fibra (AF (dB/Km) paraobtener la Máxima longitud del Enlace sin Repetidores (MLE(Km)).[14]

ATF (dB) =MP−(AC+AU+AAD+AAE+MST ) (16)

MLE(Km) = ATF/AF (17)

Comparamos estos resultados con la longitud del enlace(L (Km)). Si MLE < L entonces se requerirá repetidoreso utilización de otra fibra con menor atenuación. Si MLE>> L seguramente se ha escogido muy generosamente elfotoemisor o el fotodetector.[14]

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El balance de potencias, en resumen, para un enlace de LKm es:

PR(dBm) = PT−(AF.L+AC+AU+AAD+AAE+MST )(18)

VII. MÓDULO SFPEl SFP en sus siglas en ingles Small Form Factor Pluggable

es un transceptor modular óptico de acoplamiento activode intercambio dinámico que admiten aplicaciones Ethernet,Sonet/SDH y Fiber Channel en todas las plataformas deconmutación y enrutamiento. Estos módulos son utilizadospara las telecomunicaciones y comunicaciones de datos. Estosse pueden conectar a un dispositivo de red, placa base auna fibra óptica o cobre cable de redes. Manejan diferentesvelocidades como 2Gb, 4Gb y 8Gb entre otros. Los SFP tienenuna gran variedad de receptores y transceptores como:

A. Para la fibra óptica multi-modo con negro o beige (palancade extracción)

Figure 11. SFP, para la fibra óptica multi-mod. [3]

1) 1000BASE-SX con una longitud de onda de 850 nm,con una longitud del cable de 220 a 550 m con 1,25Gbit / s (Gigabit Ethernet) o 150m a 4,25 Gbit / s

B. Para la fibra mono - modo, con el azul (palanca deextracción) Para el SFP de 100BASE-X de cisco este disponeseis configuraciones como:

Figure 12. SFP,SFP, para la fibra mono - modo. [3]

1) SFP de 100BASE-FX de Cisco2) SFP de 100BASE-LX10 de Cisco3) SFP de 100BASE-BX10 de Cisco4) SFP de 100BASE-EX de Cisco5) SFP de 100BASE-ZX de Cisco• Para par trenzado, conector RJ-451) 1000BASE-T, compatibles para interfaces que manejan

Gigabit Ethernet

VIII. OM1, OM2, OM3 Y OM4

El OM (multimodo óptica) es un prefijo por el cual adoptaTIA con la norma internacional ISO/IEC 11801 para distinguirque se trata de una fibra multimodo (MM) y que su numeraciónnos indica su rendimiento de canal óptico como: el tipode núcleo, la distancia máxima del segmento, la ventanade operación y el ancho de banda. Como podemos ver acontinuación.

1) OM1, con 200/500 MHz * km (Ancho de banda porlongitud), el efecto del ancho de banda de lanzamientolaser (OFL) es 850/1300nm y el diámetro de la fibra es62.5 /125(um).

2) OM2, con 500/500 MHz * km (ancho de banda porlongitud), OFL en 850/1300nm y el diámetro de la fibraes 50/125(um).

3) OM3, con 1500/500 MHz*km (ancho de banda porlongitud), para la fibra 50/125(um) optimizada para láserque tiene 2.000 MHz de ancho de banda * km modalefectivo (EMB, también conocido como ancho de bandade láser), diseñado para la transmisión de 10 Gb / s.

4) OM4, con 3500/500 MHz*km (ancho de banda porlongitud) para la fibra optimizada para láser 50/125(um)tener 4700 MHz * km de ancho de banda EMB diseñadopara 10 Gb / s, 40 Gb / s, y 100 de transmisión Gb / s.

El OM3 y OM4 son las mejores es el tipo de fibra recomen-dada en la actualidad en redes de área local (LAN) además enentornos de centros de datos (DC) unido de 850 rayos laser queemiten una superficial cavidad vertical (VCSEL nm). Estostrabajan a velocidades de Gigabits.

IX. TIPOS DE CONECTORES

Para poder conectar un cable de fibra óptica a un equipoes necesario que en cada fibra se arme un conector, o bien,cada fibra se empalme con un pigtail, que es un cable deuna sola fibra que posee un conector en una de sus puntasy viene armado de fábrica. De manera similar un jumper opatchcord es un cable de una sola fibra que posee un conectoren cada extremo y viene prefabricado. Las dimensiones deestos elementos dependen del tipo de aplicación.

Existe una gran variedad de conectores que se diferencianpor sus aplicaciones, normativa o simplemente por su diseño.La Identificación de conectores y adaptadores multimodo serepresentan por el color marfil; conectores y adaptadoresmonomodo se representan por el color azul.

Entre los principales tipos de conectores tenemos:

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A. Conector ST

Para fibra monomodo o multimodo con uso habitual enRedes de Datos y equipos de Networking locales en formamultimodo.

Figure 13. Conector ST [3]

B. Conector FC

Para fibra monomodo o multimodo con uso habitual entelefonía y CATV.

Figure 14. Conector FC [3]

C. Conector SC

Para fibra Monomodo y Multimodo con uso habitual entelefonía en formato monomodo.

Figure 15. Conector SC [3]

D. FDDI

Se usa para redes de fibra óptica.

Figure 16. Conector FDDI [6].

E. LC

Es un conector desarrollado por Lucent con formato RJ45.Presenta polarización. Existen versiones simplex y duplex ypueden colocarse en paneles RJ45 estándar.

Se utilizan en transmisiones de alta densidad de datos.

Figure 17. Conector LC [6].

F. ST o BFOC

Conector ST para fibra monomodo o multimodo con usohabitual en Redes de Datos y equipos de Networking localesen forma multimodo.

Fue el conector más popular para las redes multimodo. Esun conector de tipo bayoneta con un ferrule cilíndrico. Puedentener el ferrule cerámico, metálico o plástico. El diámetro dela ferrule es de 2.5 mm. Son fácilmente reconocibles por sucuerpo recubierto con un aro, con perfil helicoidal, de bloqueoa entalladura.

Figure 18. Conectores ST [6].

La atenuación nominal de estos conectores es de 0,5dB.

G. D4

Es un conector de presión y fijación por rosca empleadonormalmente en aplicaciones monomodo.

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Figure 19. Conector D4 [6].

H. Patchcords y Pigtails

Un patchcord o jumper es un cordón de fibra óptica queposee conectores en sus dos extremos. Y se utilizan paraconectar los equipos.

Figure 20. Patchcord [3]

En cada extremo de un enlace de fibra óptica se encuentranlos distribuidores en donde se empalma cada fibra a un cablede una fibra, conectorizado, denominado pigtail.

X. EMPALMES EN LA FIBRA ÓPTICA

Las perdidas pueden contribuir en forma considerable conel balance de potencia del sistema.

Las pérdidas se clasifican en intrínsecas y extrínsecas.Los empalmes se clasifican en:

A. Empalmes por fusión

Son empalmes permanentes y se realizan con máquinasempalmadoras, manuales o automáticas, que luego de cargarleslas fibras sin coating y cortadas a 90º realizan un alineamientode los núcleos de una y otra, para luego fusionarlas conun arco eléctrico producido entre dos electrodos, con unacorriente de aproximadamente 200mA. Estos empalmesllegan a producir atenuaciones casi imperceptibles (0.01 a0.10 dB) [8].

Es la unión permanente de las fibras mediante la fusión yunión de las mismas, esto se consigue uniendo las fibras a

una temperatura suficientemente alta, donde el proceso puedetardar 1 minuto, además la fibra debe ser limpiada para evitarlas impurezas, finalmente la zona empalmada se protege.Mediante un arco voltaico producen la fusión de la fibra sinaporte de material [8].

Figura 21. Empalme por fusión [8].

B. Empalmes adhesivos

Las fibras son insertadas en un mecanismo de alineacióny luego unidas con un adhesivo epóxico, el adhesivo epóxicoademas de servir como elemento de unión es adaptador deíndices de refracción.[8]

Se logran pérdidas de inserción de 0.1-0.5 dB

Figura 22. Empalme adhesivo [8].

C. Empalmes mecánicos

Producen atenuaciones altas, del orden de 0.20 a 1dB.Algunos de ellos vienen rellenos con gel para mejorar lacontinuidad de la luz. Pueden ser cilindros con un orificiocentral, o bandejitas cerradas con dos pequeñas llaves quenos permiten introducir las fibras.

Consiste en un tubo de vidrio dividido horizontalmente, laparte de abajo es una tipo V y la de arriba una tapa plana,donde el espacio entre ambas se llena de un gel adaptador, seinsertan las fibras cortadas y se cierra con grapas de presiónque empujan las fibras hasta juntarlas [8].

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Figura 23. Empalme mecánico [8].

XI. TABLA COMPARATIVA DE MEDIOS GUIADOSEXISTENTES

Figure 24. Tabla comparativa de medios guiados

XII. REFLECTÓMETRO ÓPTICO EN EL DOMINIO DELTIEMPO (OTDR)

Un OTDR es un instrumento de medición que envía pulsosde luz, a la longitud de onda deseada (ejemplo 3ra ventana:1550 nm), para luego medir sus “ecos”, o el tiempo quetarda en recibir una reflexión producida a lo largo de la fibraóptica. Estos resultados, luego de ser promediadas las muestrastomadas, se grafican en una pantalla donde se muestra el nivelde señal en función de la distancia. Luego se podrán mediratenuaciones de los diferentes tramos, atenuación de empalmesy conectores, atenuación entre dos puntos, etc. También seutiliza para medir la distancia a la que se produjo un corte, ola distancia total de un enlace.

Figure 25. OTDR

A. Principio de medida con el OTDR

La reflectometría óptica en el dominio del tiempo consisteen inyectar un impulso de luz bajo la fibra óptica que se analizay en el punto de la inyección observar la intensidad de laluz reflejada en la dirección contraria a la propagación delimpulso.

La luz se refleja debido al efecto backscattering; el cualse origina cuando la energía de la luz es dispersada entodas direcciones dentro de la fibra, algunos de los rayosde luz escapan del núcleo de la fibra. Una pequeña porciónde esta energía retorna por el núcleo y es conocido comobackscattering.

La señal reflejada o de retrodifusión que se detecta es unaexponencial decreciente, como la mostrada en la figura 26,con picos producidos por reflexión de conectores y desnivelescausados por empalmes y fallos de la fibra.

Figure 26. Traza de reflectancia.

La señal reflejada permite ante todo encontrar la posiciónde un segmento de la fibra en línea. El resultado de la medidadebe proporcionar:

• La atenuación.• La posición de fallos en términos de distancia desde un

punto definido.• La atenuación en proporción a la distancia (dB/Km).• La reflectancia de un evento o línea óptica.

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XIII. FUENTES ÓPTICAS

El laser de semiconductores (diodo laser) y el LED (diodoelectroluminiscente) se usan universalmente como fuentesluminosas en los sistemas de comunicaciones ópticas, debidoa ningún otro tipo de fuente óptica puede modularse directa-mente a las altas velocidades de transmisión requerida, contan baja excitación y tan baja salida.

La elección entre el laser y el LED es función del sistema:para anchos de banda grandes y largos enlaces, el laser ofreceun mejor rendimiento. Para distancias cortas y medias conanchos de banda escasos, en donde la baja potencia de salida,la respuesta en frecuencia o la gran anchura espectral no seanfactores limitativos, se suele escoger el LED, ya que tanto elcircuito de ataque como el de control son más sencillos.

A. Diodo emisor de luz (LED) (Light Emitting Diode).

Las fuentes de luz no coherente LED son una unión p-npolarizada que emiten radiación óptica de acuerdo con la in-tensidad eléctrica que se haga pasar por la misma. Básicamenteexisten tres clases de diodos LED utilizados en los sistemasde transmisión de fibra óptica y son:

1) LED de emisión lateral o por el borde, ELED: Este tipode LED presenta una superficie emisora de luz seméjate a unatira estrecha en el mismo plano de la unión p-n, consiguiendoasí que la luz radie de forma transversal haciéndose masdirectiva y las pérdidas de acoplamiento a la fibra seanmenores.

Figure 27. Estructura de un ELED [9].

2) LED súper luminiscente, SLD: Su particularidad radicaen que una de sus caras por donde va a salir la luz es talladay por tiene una cierta capacidad de reflexión, la otra cara noes tallada, de manera que el efecto laser no se presenta perohay una cierta amplificación.

Figure 28. Estructuras comunes de los diodos superluminiscente (SLD).(a) SLD con facetas hendidas recubiertas con recubrimientos antirreflectantes(AR). (b) SLD con troceados, facetas que reflejan y tira de contacto inyectandocorriente a lo largo de la longitud parcial del dispositivo. [10]

3) LED por emisión superficial, SLED: Este tipo de LEDfue desarrollado para aplicaciones con necesidades altas develocidad de transmisión (mayores a 100Mbps). Este tipo deLED emite luz en muchas direcciones pero concentrando la luzemitida en un área muy pequeña, lo que se conoce como diodode Burrus. Son más eficientes que los anteriores y permitenque se acople más potencia en la fibra óptica. Sin embargo,son más costosos y difíciles de elaborar.

Figure 29. Estructura de un SLED [9].

4) Proceso de emisión: El proceso de generación de la luzen un LED se basa en la recombinación de electrones y huecosen una unión p-n, lo que provoca emisión de fotones. A esteefecto se le llama electroluminiscencia. La longitud de ondade la luz emitida depende de la diferencia de energía E entrelos niveles energéticos:

λ =hc

E(19)

Donde h es la constante de Plank y c la velocidad dela luz. En un LED la luz se emite según los 360° que secorresponden en una radiación esférica, pero en la prácticaesto queda limitado por la construcción mecánica del diodo,la reflexión de la luz en el material metalizado y la absorciónen el metal semiconductor.

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La apertura numérica puede variar desde 0,9 para un LEDde gran ángulo hasta 0,2 para uno de estrecho ángulo. Aunquela apertura numérica de 0,2 es bastante pequeña, el áreade emisión es grande comparada con la de un laser. Labaja densidad de potencia resultante reduce enormemente lapotencia que se puede acoplar a una fibra de índice gradual yhace casi imposible el acoplo a una fibra monomodo.

Un ancho de banda típico para un buen diodo es de 200Mhz.Rendimientos de 50 µW/mA son usuales, y no se requierecorriente umbral.

La luz del diodo puede filtrarse, de modo que solamenteparte del espectro total pase a la fibra, pero esto se hace a costade una disminución de la potencia disponible de la fuente deluz.

B. LASER (Light Amplification by Simulated Emission ofRadiation).

Son Fuentes de luz coherente de emisión estimulada conespejos semireflejantes formando una cavidad resonante, lacual sirve para realizar la retroalimentación óptica, así comoel elemento de selectividad (igual fase y frecuencia).

El laser se caracteriza por emitir haces luminosos estimula-dos y por lo tanto coherentes, lo que produce que se aumentela potencia de salida, disminuyan los anchos espectrales y elhaz de luz sea mucho mas directivo.

Entre los principales tipos de diodos laser se tiene:1) Fabry Perot: Este diodo laser está constituido por dos

espejos en los extremos de la guía, constituyéndose en unacavidad resonante en donde la luz es reflejada y vuelta areflejar entre los dos espejos a ambos lados del semiconductor,presenta algo de inestabilidad en la potencia de salida y seutiliza para la transmisión de datos en el retorno.

Figure 30. estructura de un laser Fabry-Perot [11].

2) VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser): Ellaser emisor de superficie de cavidad vertical posee espejosresonadores arriba y abajo de la capa activa, lo que produceque la luz resuene perpendicular a la juntura y emerja a travésde un área circular en la superficie. Posee menor corriente deumbral a la cual se presenta el efecto laser, además consume

poca potencia y tiene mayor tiempo de vida útil. Se usacomúnmente con la fibra multimodo.

Figure 31. Estructura de un laser VCSEL [12].

3) DFB (Distributed FeedBack Laser): En el laser deretroalimentación distribuida la red de difracción se distribuyea lo largo de todo el medio activo. La longitud de onda de lared determina la longitud de onda emitida por el laser, en unalínea muy fina del espectro.

Figure 32. Estructura de un laser DFB-BA [13].

4) Proceso de emisión: El proceso de generación de luzes similar al del LED. Las diferencias radican en el volumende generación, más pequeño en los diodos laser, y en unaalta concentración de portadores inyectados. Se consigue asíuna ganancia óptica alta y un espectro muy estrecho que dalugar a luz coherente. La pastilla láser suele tener una longitudde 300µm, con dos caras cuidadosamente cortadas en ambosextremos a modo de espejos. El origen de la misión de fotoneses la recombinación directa electrón-hueco en la capa activa.En el plano vertical, confinamiento óptico y de los portadores

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se obtiene revistiendo la capa activa con capas pasivas (detipo p y de tipo n). Estas capas poseen un intervalo entrebandas superior al de la capa activa, formando así un pozo depotencial que impide a los portadores inyectados el escaparmediante difusión. Así mismo, las capas pasivas tienen uníndice de refracción inferior al de la capa activa, con lo quese forma una guía de ondas ópticas que confina la luz enel plano de la capa activa, al propagarse entre los espejos.Esta estructura da lugar a que la corriente en los lateralesde la zona activa sea muy pequeña. La zona activa tiene unasdimensiones típicas de 5nm a 10nm de ancho y 0,1nm a 0,2nmde espesor. En la región de emisión espontánea el espectro deun laser es muy parecido al de un LED, siendo la gananciatípica de 5µW/mA, menor que la ganancia típica de un LED.A partir de una cierta densidad de corriente en la zona activa,la ganancia óptica excede a las pérdidas y la emisión pasa deespontánea a estimulada. La corriente a la que se produce elcambio se denomina umbral. Esta corriente es baja en láser eheteroestructura, entre 50mA y 150mA.

XIV. FLEXGRID

Fue desarrollado por la empresa Alcatel, es un nuevo proto-colo que permite colocar varios canales de transmisión con lamisma conexión. El Alien Super Cannel está compuesto porsiete conexiones de 2000 Gbit/s, En concreto, en estas pruebasredujo el espacio entre canales de 50 GHz a 35 GHz, teniendoun incremento en su eficiencia del 42,5%. Es la conexión másrápida del mundo que alcanza velocidades de descargas de 1.4Terabits por segundo. Con esta velocidad se podría lograr unadescarga de la versión inglesa de la Wikipedia que se tardaría0.006 segundos en ser descargada por completo y cabe recalcarque se podría descargar 44 películas en alta definición en otrocaso.

Las pruebas efectuadas fue realizado mediante la imple-mentación de fibra óptica desde la Torre de Londres conuna distancia es de 145 kilómetros, mientras que el cabletenía una longitud de 410 kilómetros. Lo más importante esque esta tecnología en el ámbito empresarial como empresasde telecomunicaciones podría tener una mayor demanda coneste tipo de conexión de internet ya que este ofrece mayorvelocidad sin remplazar el cableado existente.

XV. CONCLUSIONES

La fibra óptica es el medio de transmisión con mejores car-acterísticas de transmisión, por lo que viene siendo tendenciasu uso, por todas sus características el estudio de ésta es degran importancia para poder así utilizarla a toda su capacidad.

Entre los nuevos avances tecnologicos, en cuanto a latransmisión de datos sobre fibra, uno de los mas destacados esFLEXGRID, que es un protocolo que permite alcanzar muyaltas velocidades de transmisión.

REFERENCES

[1] Noboa, R., Loor, M., & Vargas, G. (2011). Diseño de una redóptica pasiva de acceso para una urbanización ubicada en la víaSamborondón.

[2] http://www.itu.int[3] www.cisco.com

[4] Oscar M, Santa Cruz, Principios Generales del sistema de fibraóptica, 2002.

[5] Xavier Serrano G, julio Proaño O, Fibra Óptica, 2010.[6] Fibra Óptica, 2014[7] Rodolfo Neri Vela, Líneas de Transmisión, Primera Edición,

1999.[8] Carlos M. Bianchi E., Empalmes de fibra óptica, 2002[9] http://www.tpub.com/neets/tm/110-4.htm

[10] http://www.ecse.rpi.edu[11] http://slideplayer.pl/slide/59517/[12] http://en.rusnano.com/portfolio/companies/connector-optics[13] http://www.fbh-berlin.com/business-areas/diode-lasers/ba-

lasers-bars/cryolaser[14] Carlos M. Bianchi E.,Comunicaciones Ópticas, disponible

en:http://neutron.ing.ucv.ve/eiefile/Carlos%20Bianchi/09-Diseno.pdf