6. Fibra óptica

1 Características generales

La fibra óptica es un medio de transmisión guiado que transporta información mediante pulsos de luz. A diferencia del par trenzado y del cable coaxial, que utilizan señales eléctricas sobre conductores metálicos, la fibra emplea radiación óptica confinada dentro de una guía dieléctrica.

Las principales características que distinguen a la fibra óptica son:

  • Mayor capacidad de transmisión.
  • Menor atenuación.
  • Inmunidad frente a interferencias electromagnéticas.
  • Menor peso y tamaño respecto de cables metálicos equivalentes.
  • Mayor distancia entre repetidores o regeneradores.
  • Mayor seguridad frente a inducciones eléctricas y descargas atmosféricas.
  • Aptitud para enlaces de larga distancia y muy alta velocidad.

La fibra óptica es uno de los pilares de las redes modernas. Se utiliza en redes troncales, redes metropolitanas, enlaces rurales, redes submarinas, datacenters, FTTH, redes móviles, redes empresariales y sistemas de transporte de alta capacidad.

Desde el punto de vista de comunicaciones, la fibra óptica permite trabajar con frecuencias extremadamente elevadas. Esto se traduce en una enorme capacidad potencial para transportar información.

2 Aplicaciones de la fibra óptica

La fibra óptica se utiliza en una amplia variedad de escenarios:

Enlaces de larga distancia

Permite transportar grandes volúmenes de tráfico entre ciudades, provincias y países. Es el medio dominante en redes troncales de operadores.

Cables submarinos

Los cables submarinos interconectan continentes y constituyen la infraestructura física principal de Internet global. Transportan tráfico internacional de datos, servicios en la nube, comunicaciones empresariales, video, voz y servicios críticos.

Redes metropolitanas

Las redes metropolitanas utilizan fibra para interconectar nodos dentro de una ciudad o región. Estas redes pueden transportar tráfico de proveedores de Internet, empresas, organismos públicos, cámaras, datacenters y servicios móviles.

Redes rurales

En zonas rurales, la fibra permite transportar capacidad desde nodos principales hacia localidades alejadas, donde luego puede distribuirse mediante FTTH, radioenlaces, redes inalámbricas o redes mixtas.

Bucles de abonado

La fibra reemplaza total o parcialmente el cobre en el acceso al usuario final. En FTTH, la fibra llega directamente hasta el domicilio del cliente.

Redes de área local

En redes LAN, la fibra se utiliza para backbone entre racks, enlaces entre edificios, uplinks de switches, salas técnicas, datacenters y ambientes con alta interferencia electromagnética.

3 Composición física de la fibra óptica

Una fibra óptica básica está formada por tres elementos principales:

  1. Núcleo óptico, core.
  2. Revestimiento óptico, cladding.
  3. Recubrimiento de protección, coating.

También pueden agregarse otras capas según el tipo de cable: buffer, tubo holgado, elementos de tracción, armadura, gel, cubierta exterior y protecciones adicionales.

Núcleo óptico

El núcleo es la región central de la fibra por donde se propaga la luz. Tiene un índice de refracción mayor que el revestimiento.

En fibras típicas:

  • fibra monomodo: núcleo aproximado de 8 a 10 µm;
  • fibra multimodo: núcleo de 50 µm o 62,5 µm.

El núcleo puede estar fabricado en sílice, cuarzo fundido o materiales plásticos especiales.

Revestimiento óptico

El cladding rodea al núcleo. Su función es mantener la luz confinada dentro del núcleo mediante el fenómeno de reflexión interna total.

Para que esto ocurra, el índice de refracción del núcleo debe ser mayor que el del revestimiento:

n_1 > n_2

Donde:

  • n_1 es el índice de refracción del núcleo.
  • n_2 es el índice de refracción del revestimiento.

Recubrimiento de protección

El coating es una primera protección mecánica. No participa directamente en la propagación óptica, pero protege la fibra frente a microcurvaturas, humedad, roce y manipulación.

Diámetros típicos

Una especificación común de fibra multimodo es:

50/125 \mu m

Esto indica:

  • núcleo de 50 µm;
  • revestimiento de 125 µm.

Otra especificación común es:

62.5/125 \mu m

En fibra monomodo puede encontrarse:

9/125 \mu m

4 Principios físicos de propagación

La propagación de la luz en una fibra óptica se basa en la reflexión interna total.
Cuando un rayo de luz pasa de un medio con índice de refracción n_1 hacia otro medio con índice n_2, se producen reflexión y refracción. El comportamiento del rayo se describe mediante la Ley de Snell.

Ley de Snell

n_1 \sin(\theta_1) = n_2 \sin(\theta_2)

Donde:

  • n_1 es el índice de refracción del primer medio.
  • n_2 es el índice de refracción del segundo medio.
  • \theta_1 es el ángulo de incidencia.
  • \theta_2 es el ángulo de refracción.

Para que exista reflexión interna total, la luz debe pasar desde un medio de mayor índice de refracción hacia uno de menor índice, y además el ángulo de incidencia debe superar el ángulo crítico.

Ángulo crítico

\theta_c = \sin^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right)

Condición:

n_1 > n_2

Si:

\theta_i > \theta_c

Entonces se produce reflexión interna total.

En una fibra óptica, este fenómeno permite que la luz permanezca confinada dentro del núcleo y avance a lo largo del cable.

5 Apertura numérica

La apertura numérica, o NA, indica la capacidad de una fibra para aceptar luz desde una fuente externa.

Define el ángulo máximo con el que un rayo puede ingresar a la fibra y seguir propagándose correctamente por el núcleo.

Para una fibra rodeada de aire, la apertura numérica puede expresarse como:

NA = \sqrt{n_1^2 - n_2^2}

Donde:

  • NA es la apertura numérica.
  • n_1 es el índice de refracción del núcleo.
  • n_2 es el índice de refracción del revestimiento.

Si el medio externo tiene índice $n_0$, se cumple:

NA = n_0 \sin(\theta_{max})

Por lo tanto:

\theta_{max} = \sin^{-1}\left(\frac{NA}{n_0}\right)

Donde:

  • $\theta_{max}$ es el ángulo máximo de aceptación.
  • n_0 es el índice del medio exterior.

Una apertura numérica mayor facilita el acoplamiento de luz, pero también puede aumentar la cantidad de modos propagados en fibras multimodo, lo que incrementa la dispersión modal.

6 Atenuación en fibra óptica

La atenuación es la pérdida de potencia óptica a lo largo de la fibra. Se expresa normalmente en:

dB/km

La atenuación se debe a varios fenómenos:

  • dispersión de Rayleigh;
  • absorción del material;
  • impurezas;
  • curvaturas;
  • microcurvaturas;
  • conectores;
  • empalmes;
  • pérdidas por instalación;
  • envejecimiento o daño mecánico.

Atenuación en dB

A_{dB} = 10 \log_{10}\left(\frac{P_{in}}{P_{out}}\right)

Donde:

  • A_{dB} es la atenuación en decibeles.
  • P_{in} es la potencia de entrada.
  • P_{out} es la potencia de salida.

Atenuación por kilómetro

\alpha = \frac{A_{dB}}{L}

Donde:

\alpha es la atenuación en dB/km.
A_{dB} es la atenuación total.
L es la longitud en km.

Potencia de salida

P_{out} = P_{in} \cdot 10^{-\frac{A_{dB}}{10}}

Potencia óptica en dBm

En fibra óptica es muy común expresar la potencia en dBm:

P_{dBm} = 10 \log_{10}\left(\frac{P_{mW}}{1 ; mW}\right)

Para convertir de dBm a mW:

P_{mW} = 10^{\frac{P_{dBm}}{10}}

7 Ventanas de transmisión

Las ventanas de transmisión son rangos de longitud de onda donde la fibra presenta baja atenuación y comportamiento adecuado para transmitir señales ópticas.


Las principales ventanas son:

Ventana

Longitud de onda típica

Uso general

Primera ventana

850 nm

Multimodo, LED/VCSEL, distancias cortas

Segunda ventana

1310 nm

Monomodo y multimodo, baja dispersión en monomodo convencional

Tercera ventana

1550 nm

Monomodo, largas distancias, menor atenuación

Cuarta ventana

1625 nm / 1650 nm

Monitoreo, pruebas, OTDR y mantenimiento en algunas redes

La elección de la ventana depende de:

  • tipo de fibra;
  • distancia;
  • velocidad;
  • fuente óptica;
  • presupuesto óptico;
  • tecnología de transmisión;
  • disponibilidad de transceptores;
  • uso de WDM o DWDM.

Frecuencia óptica

La relación entre frecuencia y longitud de onda es:

f = \frac{c}{\lambda}

Donde:

  • f es la frecuencia óptica.
  • c es la velocidad de la luz en el vacío.
  • \lambda es la longitud de onda.

Ejemplo conceptual: una longitud de onda de 1550 nm corresponde a una frecuencia óptica muy elevada, del orden de cientos de THz.

8 Perturbaciones en fibra óptica

Aunque la fibra óptica es inmune a interferencias electromagnéticas externas, no está libre de limitaciones físicas.

Las principales perturbaciones son:

Dispersión de Rayleigh

Es una dispersión causada por fluctuaciones microscópicas del índice de refracción del material. Contribuye a la atenuación intrínseca de la fibra.

Dispersión cromática

Ocurre porque distintas longitudes de onda viajan a velocidades ligeramente diferentes. Como las fuentes reales no son perfectamente monocromáticas, un pulso óptico puede ensancharse durante la propagación.

La dispersión cromática puede estimarse mediante:

\Delta t = D \cdot \Delta \lambda \cdot L

Donde:

  • \Delta t es el ensanchamiento temporal del pulso.
  • D es el coeficiente de dispersión cromática.
  • \Delta \lambda es el ancho espectral de la fuente.
  • L es la longitud del enlace.

Dispersión modal

Aparece principalmente en fibras multimodo. Los distintos modos recorren caminos diferentes y llegan al receptor en tiempos distintos. Esto ensancha el pulso y limita la velocidad máxima.

Dispersión por modo de polarización

La PMD, o Polarization Mode Dispersion, aparece por pequeñas asimetrías en la fibra. Hace que dos estados de polarización se propaguen a velocidades diferentes.

Birrefringencia

Es la diferencia entre índices de refracción para distintos ejes de propagación. Puede generar que una componente óptica viaje más rápido que otra.

9 Sistema de transmisión óptico

Un sistema básico de comunicación por fibra óptica posee:

  1. Señal eléctrica de entrada.
  2. Interfaz electrónica.
  3. Fuente óptica.
  4. Fibra óptica.
  5. Detector óptico.
  6. Interfaz electrónica de recepción.
  7. Señal eléctrica de salida.

El transmisor convierte la señal eléctrica en luz. Esa luz se propaga por la fibra y llega al receptor, donde se convierte nuevamente en señal eléctrica.

Transmisor óptico

Puede estar basado en:

  • LED;
  • láser;
  • VCSEL;
  • diodo láser DFB;
  • diodo láser FP;
  • módulos SFP, SFP+, SFP28, QSFP, QSFP28, QSFP-DD u otros formatos.

Receptor óptico

El receptor utiliza un fotodetector, típicamente:

  • fotodiodo PIN;
  • fotodiodo APD.

Su función es convertir potencia óptica recibida en corriente eléctrica.

Operación full duplex

La comunicación full duplex puede lograrse de dos maneras:

Dos fibras: una fibra transmite y otra recibe.
Una fibra BiDi: se transmite y recibe por la misma fibra usando longitudes de onda diferentes.

Ejemplo conceptual de BiDi:

TX = 1310 nm

RX = 1550 nm

En el extremo opuesto se invierten las ventanas.

10 Tipos de fibra óptica

Las fibras se clasifican principalmente en monomodo y multimodo.

Fibra monomodo

La fibra monomodo posee un núcleo pequeño. Permite la propagación de un solo modo principal, reduciendo la dispersión modal.

Características:

  • núcleo típico cercano a 9 µm;
  • gran distancia;
  • alta capacidad;
  • uso con láser;
  • adecuada para redes troncales, metropolitanas, FTTH y enlaces de larga distancia.

Las fibras monomodo modernas se normalizan en familias como:

  • ITU-T G.652;
  • ITU-T G.657;
  • fibras para baja atenuación;
  • fibras optimizadas para curvatura;
  • fibras para redes de acceso.

Fibra multimodo

La fibra multimodo posee un núcleo mayor. Permite múltiples modos de propagación.

Características:

  • núcleo de 50 µm o 62,5 µm;
  • distancias más cortas;
  • menor costo de transceptores en algunos escenarios;
  • uso frecuente en datacenters y redes LAN;
  • operación típica a 850 nm.

Multimodo de índice escalonado

En la fibra de índice escalonado, el índice de refracción cambia bruscamente entre núcleo y revestimiento. Produce mayor dispersión modal.

Multimodo de índice gradual

En la fibra de índice gradual, el índice de refracción varía progresivamente desde el centro del núcleo hacia el revestimiento. Esto reduce la dispersión modal y mejora el ancho de banda.

(University Physics with Modern Physics, 14th ed, Young, Freedman, 2016)

Frecuencia normalizada

La frecuencia normalizada de una fibra se expresa como:

V = \frac{2 \pi a}{\lambda} NA

Donde:

  • V es la frecuencia normalizada.
  • a es el radio del núcleo.
  • \lambda es la longitud de onda.
  • NA es la apertura numérica.

Una condición aproximada para comportamiento monomodo es:

V < 2.405

11 Fuentes ópticas

Las fuentes ópticas convierten energía eléctrica en luz modulada.

LED

Los LED emiten luz no coherente y con mayor ancho espectral. Son simples, económicos y útiles para distancias cortas, especialmente en fibras multimodo.

Diodo láser

El diodo láser genera luz más coherente, con menor ancho espectral y mayor potencia acoplable. Se utiliza para mayores velocidades y distancias.

VCSEL

El VCSEL es un láser de emisión superficial utilizado frecuentemente en aplicaciones multimodo de alta velocidad, especialmente a 850 nm en datacenters.

Comparación básica

Fuente

Coherencia

Ancho espectral

Distancia típica

Uso

LED

Baja

Mayor

Corta

Multimodo, baja velocidad

Láser FP

Media

Medio

Media

Enlaces ópticos generales

Láser DFB

Alta

Menor

Larga

Monomodo, alta capacidad

VCSEL

Alta/moderada

Bajo

Corta/media

Multimodo, datacenter

12 Propiedades cuánticas de la luz

Para entender el funcionamiento del láser es necesario introducir algunos conceptos básicos de interacción luz-materia.

Absorción

Un electrón puede absorber energía y pasar a un nivel energético superior.

Emisión espontánea

Un electrón excitado puede volver a un nivel inferior y emitir un fotón de manera espontánea.

Emisión estimulada

Un fotón incidente puede inducir a un electrón excitado a emitir otro fotón con la misma frecuencia, fase, dirección y polarización. Este fenómeno es la base del láser.

Inversión de población

Para que exista amplificación láser, debe haber más electrones en estado excitado que en estado fundamental. A esta condición se la denomina inversión de población.

Luz coherente

La luz láser se caracteriza por su coherencia, direccionalidad y menor ancho espectral en comparación con fuentes LED.

13 Partes de un láser

Un láser básico está formado por:

  • Medio activo.
  • Fuente de bombeo.
  • Cavidad resonante.
  • Espejo de alta reflectancia.
  • Espejo parcialmente reflectante.
  • Haz de salida.

La fuente de bombeo entrega energía al medio activo. La cavidad resonante permite que los fotones se reflejen múltiples veces, estimulando nuevas emisiones. Una parte de la luz sale por el espejo parcialmente reflectante y forma el haz láser.

La palabra LASER proviene de: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
En español: Amplificación de luz por emisión estimulada de radiación.

14 Estructura de cables ópticos

Una cosa es la fibra óptica individual y otra el cable óptico completo. El cable debe proteger una o más fibras durante instalación y operación.

Estructura ajustada, tight buffered

En cables de estructura ajustada, la fibra posee una cubierta más adherida. Son comunes en interiores, patch cords, pigtails y distribución dentro de edificios.

Características:

  • buena manipulación;
  • facilidad de conectorización;
  • uso interior;
  • menor protección frente a humedad exterior;
  • adecuada para racks y salas técnicas.

Estructura holgada, loose tube

En estructura holgada, las fibras se alojan dentro de tubos con cierta libertad mecánica. Estos tubos pueden contener gel o elementos secos bloqueantes de humedad.

Características:

  • adecuada para exteriores;
  • mejor protección mecánica;
  • mayor tolerancia a temperatura;
  • uso en tendidos aéreos, subterráneos o canalizados;
  • apta para cables de muchas fibras.

Elementos de protección

Un cable óptico puede incluir:

  • cubierta exterior;
  • elemento central de tracción;
  • aramida;
  • armadura metálica o dieléctrica;
  • bloqueo de humedad;
  • tubos holgados;
  • fibras coloreadas;
  • cubierta antiroedor;
  • protección UV;
  • cubierta LSZH para interiores.

Radio mínimo de curvatura

La fibra no debe curvarse en exceso. Un criterio general de instalación es:

R_{min} = k \cdot D

Donde:

  • R_{min} es el radio mínimo de curvatura.
  • D es el diámetro del cable.
  • k depende del tipo de cable y de si está bajo tensión o instalado.

Como regla práctica, durante la instalación se suele exigir un radio mayor que en condición permanente.

15 Comparativa entre fibra óptica y coaxial

Criterio

Fibra óptica

Cable coaxial

Señal transportada

Luz

Señal eléctrica/RF

Medio físico

Dieléctrico

Conductores metálicos

Atenuación

Muy baja

Mayor, aumenta con frecuencia

Inmunidad EMI

Muy alta

Media/alta por blindaje

Capacidad

Muy alta

Alta en RF, menor que fibra en largas distancias

Distancia

Muy larga

Limitada, requiere amplificación

Peso

Bajo

Mayor

Seguridad eléctrica

Excelente

Puede conducir corrientes

Aplicaciones

Backbone, FTTH, submarino, datacenter

CATV, RF, cablemódem, laboratorio

Empalmes

Fusión o mecánicos

Conectores/empalmes RF

Medición

OLTS, VFL, OTDR

TDR, analizador de red, medidor RF

La fibra óptica no reemplaza al coaxial en todas las aplicaciones, pero en redes de datos de alta capacidad y larga distancia es claramente superior.

16 Prácticas sobre fibra óptica

Para consolidar la unidad, se proponen prácticas de observación, medición e interpretación. Utilice la Web para identificar cada práctica.

Práctica 1: identificación de componentes

Objetivo: reconocer núcleo, revestimiento, coating, buffer, conectores, patch cords, pigtails, bandejas y ODF.

Actividades:

  1. Observar distintos cables ópticos.
  2. Identificar conectores SC, LC, ST o FC.
  3. Distinguir patch cord, pigtail y cable de distribución.
  4. Verificar colores de fibras y buffers.
  5. Relacionar cada elemento con su función.

Práctica 2: limpieza e inspección de conectores

Objetivo: comprender la importancia de la limpieza óptica.

Actividades:

  1. Inspeccionar conectores.
  2. Limpiar con elementos apropiados.
  3. Comparar una conexión limpia y una contaminada.
  4. Analizar efectos sobre pérdida de inserción y reflectancia.

Práctica 3: empalme mecánico y empalme por fusión

Objetivo: comparar técnicas de unión de fibras.

Actividades:

  1. Preparar la fibra.
  2. Retirar cubierta.
  3. Cortar con cleaver.
  4. Alinear fibras.
  5. Realizar empalme.
  6. Medir pérdida estimada.
  7. Proteger el empalme.

Práctica 4: medición con fuente de luz y medidor de potencia

Objetivo: medir pérdida total de enlace.

Fórmula:

IL_{dB} = P_{TX,dBm} - P_{RX,dBm}

Donde:

  • IL_{dB} es la pérdida de inserción.
  • P_{TX,dBm} es la potencia transmitida.
  • P_{RX,dBm} es la potencia recibida.

Práctica 5: uso de OTDR

Objetivo: interpretar una traza OTDR.

Un OTDR permite localizar:

  • conectores;
  • empalmes;
  • eventos reflectivos;
  • eventos no reflectivos;
  • cortes;
  • macrocurvaturas;
  • longitud del enlace;
  • pérdida aproximada por tramo.

El OTDR no reemplaza todas las mediciones de pérdida de inserción, pero es muy útil para diagnóstico, documentación y localización de fallas.

17 Fibra óptica y conectividad global

La fibra óptica es la infraestructura central de la conectividad global.

Internet no es una nube abstracta: está soportada por cables terrestres, cables submarinos, datacenters, puntos de intercambio de tráfico, redes troncales, routers, sistemas ópticos DWDM y estaciones de aterrizaje.

Cables submarinos

Los cables submarinos transportan tráfico entre continentes. Están diseñados para soportar presión, corrosión, tracción, fallas mecánicas, movimientos del lecho marino y ataques de fauna marina o actividades humanas.

Landing stations

Las landing stations son estaciones donde los cables submarinos llegan a tierra y se conectan con redes terrestres.

Las Toninas
En Argentina, Las Toninas es un punto estratégico de llegada de cables submarinos. Su importancia radica en la concentración de infraestructura internacional y la posibilidad de interconectar el país con otros continentes.

Redundancia

La redundancia es esencial. Si un cable falla, el tráfico debe poder redirigirse por rutas alternativas.

Firmina

Firmina es un cable submarino impulsado por Google que conecta la costa este de Estados Unidos con Las Toninas, Argentina, con derivaciones hacia Brasil y Uruguay. Es relevante para estudiar conectividad internacional, baja latencia, resiliencia y crecimiento de la demanda de servicios en la nube.

18 Sitios de información técnica

Para estudiar fibra óptica con enfoque profesional conviene consultar fuentes técnicas, normas y mapas de infraestructura.

Sitios recomendados:

  • ITU-T para recomendaciones de fibras ópticas monomodo y fibras insensibles a curvatura.
  • FOA para fundamentos, instalación, pruebas y presupuestos ópticos.
  • IEEE 802.3 para estándares Ethernet sobre fibra óptica.
  • TeleGeography Submarine Cable Map para cables submarinos.
  • PeeringDB para conocer datacenters, IXPs, redes y políticas de interconexión.

Ejercicios propuestos

Ejercicio 1: cálculo de atenuación total

Un enlace de fibra óptica monomodo tiene:

L = 25 km

La atenuación de la fibra es:

\alpha = 0.35 dB/km

Calcular la pérdida por fibra.

Fórmula:

A_{fibra} = \alpha \cdot L

Resolución:

A_{fibra} = 0.35 \cdot 25

A_{fibra} = 8.75 dB

Resultado:

A_{fibra} = 8.75 dB

Ejercicio 2: presupuesto óptico

Un enlace tiene:

  • longitud: 20 km;
  • atenuación de fibra: 0.35 dB/km;
  • 4 conectores de 0.5 dB cada uno;
  • 6 empalmes de 0.1 dB cada uno;
  • margen de diseño: 3 dB.

Calcular la pérdida total.

Fórmulas:

A_{fibra} = \alpha \cdot L

A_{conectores} = N_c \cdot A_c

A_{empalmes} = N_e \cdot A_e

A_{total} = A_{fibra} + A_{conectores} + A_{empalmes} + M

Resolución:

A_{fibra} = 0.35 \cdot 20 = 7 dB

A_{conectores} = 4 \cdot 0.5 = 2 dB

A_{empalmes} = 6 \cdot 0.1 = 0.6 dB

A_{total} = 7 + 2 + 0.6 + 3

A_{total} = 12.6 dB

Resultado:

A_{total} = 12.6 dB

Ejercicio 3: potencia recibida

Un transmisor óptico entrega:

P_{TX} = 0 dBm

La pérdida total del enlace es:

A_{total} = 12.6 dB

Calcular la potencia recibida.

Fórmula:

P_{RX} = P_{TX} - A_{total}

Resolución:

P_{RX} = 0 - 12.6

P_{RX} = -12.6 dBm

Resultado:

P_{RX} = -12.6 dBm

Ejercicio 4: margen respecto de sensibilidad

Un receptor tiene sensibilidad mínima:

S_{RX} = -18 dBm

La potencia recibida calculada es:

P_{RX} = -12.6 dBm

Calcular el margen.

Fórmula:

Margen = P_{RX} - S_{RX}

Resolución:

Margen = -12.6 - (-18)

Margen = 5.4 dB

Resultado:

Margen = 5.4 dB

El enlace tiene margen positivo.

Ejercicio 5: apertura numérica

Una fibra tiene:

n_1 = 1.48

n_2 = 1.46

Calcular la apertura numérica.

Fórmula:

NA = \sqrt{n_1^2 - n_2^2}

Resolución:

NA = \sqrt{1.48^2 - 1.46^2}

NA \approx 0.242

Resultado:

NA \approx 0.242

Ejercicio 6: retardo de propagación

Un enlace de fibra tiene:

L = 50 km

Considerar:

n = 1.5

La velocidad en la fibra es:

v = \frac{c}{n}

Fórmula del retardo:

t_p = \frac{L}{v}

Resolución:

v = \frac{3 \times 10^8}{1.5}

v = 2 \times 10^8 m/s

L = 50 km = 50000 m

t_p = \frac{50000}{2 \times 10^8}

t_p = 2.5 \times 10^{-4} s

Resultado:

t_p = 250 \mu s

Ejercicio 7: dispersión cromática

Un enlace tiene:

D = 17 ps/(nm \cdot km)

\Delta \lambda = 0.1 nm

L = 80 km

Calcular el ensanchamiento temporal.

Fórmula:

\Delta t = D \cdot \Delta \lambda \cdot L

Resolución:

\Delta t = 17 \cdot 0.1 \cdot 80

\Delta t = 136 ps

Resultado:

\Delta t = 136 ps

Preguntas de repaso

  1. ¿Por qué la fibra óptica es inmune a interferencias electromagnéticas?
  2. ¿Qué diferencia existe entre núcleo, cladding y coating?
  3. ¿Qué condición debe cumplirse para que exista reflexión interna total?
  4. ¿Qué representa la apertura numérica?
  5. ¿Por qué una apertura numérica alta facilita el acoplamiento pero puede aumentar la dispersión modal?
  6. ¿Cuáles son las ventanas de transmisión más utilizadas?
  7. ¿Qué diferencia existe entre fibra monomodo y multimodo?
  8. ¿Por qué la fibra monomodo permite mayores distancias?
  9. ¿Qué diferencia existe entre LED, VCSEL y diodo láser?
  10. ¿Qué mide un OTDR?
  11. ¿Por qué un empalme por fusión suele tener menor pérdida que un empalme mecánico?
  12. ¿Qué es un presupuesto óptico?
  13. ¿Por qué se deja margen de diseño en un enlace óptico?
  14. ¿Qué importancia tienen los cables submarinos para Internet?
  15. ¿Por qué Las Toninas es un punto estratégico para Argentina?

Ideas clave de la unidad

  • La fibra óptica transmite información mediante luz.
  • Está formada por núcleo, revestimiento y recubrimiento.
  • La propagación se basa en la reflexión interna total.
  • La apertura numérica define el ángulo máximo de aceptación.
  • La atenuación se expresa en dB/km.
  • Las ventanas principales son 850 nm, 1310 nm, 1550 nm y 1625/1650 nm.
  • La fibra monomodo es adecuada para largas distancias y alta capacidad.
  • La fibra multimodo se usa principalmente en distancias cortas y datacenters.
  • Las fuentes ópticas pueden ser LED, VCSEL o láser.
  • Los enlaces ópticos deben diseñarse con presupuesto de potencia y margen.
  • El OTDR permite localizar eventos y documentar enlaces.
  • La fibra óptica es la base de redes troncales, FTTH, datacenters y cables submarinos.

RESOLUCIÓN DE LOS EJERCICIOS 

Resolución de ejercicios con Python