¿Cómo funcionan los cables de fibra óptica?

Por Jim Zimnicki

A medida que aumenta el uso de la fibra, el sector siente más curiosidad por ella. Como resultado, estamos recibiendo más preguntas sobre la funcionalidad de la fibra. Una pregunta que escuchamos con relativa frecuencia es la siguiente: «¿Cómo funcionan los cables de fibra óptica?».

Vamos a responder a esa pregunta.

Pero antes, definamos lo que entendemos por «cable de fibra óptica». El cable de fibra óptica se define por una fibra óptica, unos elementos de refuerzo y una cubierta exterior. La fibra óptica transmite la señal, el elemento de refuerzo proporciona resistencia a la tracción y al aplastamiento, y la cubierta protege el cable del entorno.

A diferencia del cobre utilizado en los cables de categoría o Ethernet, que transmiten datos mediante señales eléctricas, la fibra óptica utiliza vidrio como medio de transmisión para los impulsos de luz que viajan a gran velocidad. El proceso básico de transmisión de señales requiere un transmisor, un receptor y una fibra óptica de vidrio para transmitir la luz del transmisor al receptor.

La fibra óptica se fabrica en dos etapas. El primer paso consiste en producir vidrio puro para crear una preforma. Para ello, se utilizan varios gases dopantes para añadir capas de vidrio puro a un cilindro. La pureza del vidrio es fundamental para que pueda transmitir la luz a largas distancias sin perder información.

El segundo paso se llama «estirado de la fibra». Aquí, la preforma se calienta y se tira de ella para reducir el diámetro y convertirla en una fibra óptica fina. El tamaño de una fibra óptica estándar es de 250 micras. Como referencia, un cabello humano mide unas 100 micras. Este proceso es similar a la forma en que los confiteros hacen pequeños diseños con sus caramelos enrollados a mano, excepto que el gran cilindro de vidrio se calienta hasta su punto de fusión y se tira de él, no se enrolla, para obtener las geometrías deseadas.

Las fibras ópticas resultantes se disponen en paquetes o conjuntos con elementos de refuerzo y/o materiales amortiguadores dentro de una cubierta exterior.

Cómo se construyen los cables de fibra óptica

¿Qué componentes se unen para que funcionen los cables de fibra óptica?

La fibra óptica se compone de un núcleo, un revestimiento y un recubrimiento. Son las llamadas «tres C».

Núcleo
En primer lugar está el «núcleo» o estructura de vidrio, que es la forma en que la luz viaja por el cable hasta un dispositivo receptor. En su recorrido, la señal óptica se propaga en el núcleo a través de la reflexión interna total. La luz se refleja en la interfaz entre el núcleo y el revestimiento (que es el componente del que hablaremos a continuación).

Las señales luminosas se transportan en trayectorias que el haz de luz sigue al viajar por la fibra. Estas trayectorias también se denominan «modos».

Recubrimiento
Envolviendo el núcleo hay una fina capa de vidrio llamada «revestimiento». Actúa como un límite que mantiene las señales de luz dentro del núcleo. Es como una superficie de espejo perfectamente reflectante. Esto permite que los datos viajen por toda la longitud de la fibra hasta llegar al receptor.

Revestimiento
En muchos casos, se aplican dos capas de revestimiento curadas con UV en la parte superior del revestimiento. Esta doble capa, denominada «revestimiento», protege el vidrio de arañazos, flexiones microscópicas y contaminantes. Las fibras son de vidrio, y este material extremadamente fino y frágil requiere estos materiales protectores para sobrevivir tanto a la fabricación como a la manipulación por parte del usuario final.

A continuación, la construcción general del cable empaqueta la fibra óptica para cumplir los requisitos, que varían en función de las aplicaciones y las regiones.

Los cables de fibra óptica también incluyen otros dos componentes:

Elementos de refuerzo
Para dar resistencia a un cable durante su instalación, se utilizan materiales como el acero, la fibra de aramida, el hilo de fibra de vidrio o una varilla de fibra de vidrio rígida para mejorar la resistencia a la tracción y al aplastamiento. Ayudan al cable de fibra óptica a resistir tirones, flexiones, enrollamientos, torsiones y otras fuerzas.

Cubierta
Como capa exterior del cable, la cubierta actúa como primera línea de defensa del cable frente al entorno que lo rodea. Existen diferentes cubiertas para proteger el cable de factores externos como objetos afilados. También pueden ser ignífugas, dependiendo de la aplicación, como los tubos ascendentes interiores o las cámaras de aire.

Cómo funciona cada tipo de cable de fibra

Existen dos tipos de cable de fibra óptica: monomodo y multimodo, y cada una de estas fibras ópticas funciona de forma ligeramente diferente.

La fibra multimodo tiene un núcleo cuyo diámetro es de cinco a seis veces mayor que el de la fibra monomodo (de la que hablaremos a continuación).

Debido al tamaño de su núcleo, la fibra multimodo ofrece una capacidad de captación de luz mucho mayor. Esto significa que por ese único núcleo de fibra pueden viajar a la vez «múltiples modos» o múltiples trayectorias de luz. Cuanto mayor sea el núcleo, más fácil será acoplar la luz a la fibra para transmitir datos.

Los tipos de fibra multimodo que se utilizan en los proyectos actuales, como OM3, OM4 y OM5, son fibras optimizadas para láser, lo que significa que se puede utilizar un láser LED o VCSEL como luz para alcanzar velocidades de datos más altas. Con OM5 -el tipo más nuevo de fibra multimodo- también llega una nueva tecnología, llamada multiplexación por división de longitud de onda corta, que permite enviar varias señales por la fibra en un solo punto en el tiempo, lo que aumenta el rendimiento de la transmisión. Es como tener cuatro canales láser individuales en la misma fibra, que pueden funcionar de forma independiente.

La fibra monomodo tiene un núcleo más pequeño que la fibra multimodo. Como resultado, transporta la luz directamente por la fibra (sólo permite que el modo fundamental de la luz se transmita por la fibra). La reflexión de la luz que se crea durante la transmisión de la luz disminuye, lo que reduce la atenuación y permite que la señal viaje con éxito a distancias más largas. Los tipos de cable de fibra monomodo incluyen OS1 y OS2.

En lugar de pensar en un tipo de fibra óptica como «mejor» que el otro, es mejor pensar en ellos como dos tipos distintos creados para propósitos diferentes.

Dado que por una fibra multimodo viajan múltiples trayectorias de luz, sólo ofrece un gran ancho de banda en distancias cortas. Estos modos diferentes viajan por la fibra a velocidades diferentes y llegan al detector ligeramente desviados entre sí. Piénsalo como una cámara de eco: cuantos más modos haya, más largo será el eco. Esto hace que sea más difícil entender dónde empiezan y acaban las palabras, ya que empiezan a confundirse unas con otras.

En la fibra monomodo, toda la luz viaja aproximadamente a la misma velocidad y llega más o menos al mismo tiempo, lo que elimina los efectos de la dispersión modal que se encuentran en la fibra multimodo. Esto permite mayores niveles de ancho de banda con menos pérdida de señal en distancias más largas, lo que hace que la fibra monomodo sea ideal para aplicaciones de transmisión de señales de larga distancia, como a través o entre campus, bajo el mar o en oficinas remotas.

Nuestro equipo está aquí para ayudarle a tomar las decisiones correctas sobre sus sistemas de cable de fibra óptica. Si tiene más preguntas sobre el cable de fibra óptica, necesita ayuda para tomar la decisión correcta o busca información más detallada sobre cómo funciona el cable de fibra óptica, estaremos encantados de responder a sus preguntas.

Esta es una traducción y adaptación del articulo original de Belden , todos los derechos reservados .

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