Fibra Óptica

Trabajo monográfico sobre la fibra óptica.

Se trata de una fibra o varilla de vidrio (u otro material transparente un un índice de refracción alto), que se emplea para transmitir luz.
La Luz se mueve a velocidad de la luz en el vacío, sin embargo cuando se propaga por cualquier otro medio, la velocidad es menor. Así, cuando la luz pasa de propagarse de un cierto medio a propagarse por otro determinado medio, su velocidad cambia, sufriendo además efectos de reflexión, (la luz rebota en el cambio de medio como la luz reflejada en los cristales) y de refracción (la luz además de cambiar el módulo de su velocidad, cambia de dirección de propagación, por eso vemos una cuchara como doblada cuando está en un vaso de agua, la dirección de donde nos viene la luz en la parte que está al aire no es la misma que la que está metida en el agua).

Dependiendo de la velocidad con que se propague la luz en un medio o material, se le asigna un Índice de Refracción “n”, un número deducido de dividir la velocidad de la luz en el vacío entre la velocidad de la luz en dicho medio. Los efectos de reflexión y refracción que se dan en la frontera entre los dos medios dependen de sus Índices de Refracción.
Atendiendo a la fórmula:

Esta fórmula nos dice que “el índice de refracción del primer medio, por el seno del ángulo con el que incide la luz en el segundo medio, es igual al índice del segundo medio por el seno del ángulo con el que se propaga la luz en el segundo medio”. Esto nos sirve para conocer que dados dos medios con índices “n” y “n'”, si el haz de luz incide con un ángulo mayor que el ángulo límite que obtenemos al aplicar la ecuación mencionada, el haz siempre se reflejará en la superficie de separación de ambos medios. De esta forma se puede guiar la luz de forma controlada tal y como podemos observar en el siguiente esquema.

Como se ve en el dibujo, tenemos un material envolvente con índice “n” y un material interior con índice “n'” , de forma que se consigue guiar la luz por el cable.

Los circuitos de fibra óptica son filamentos de vidrio (compuestos de cristales naturales), o de plástico (cristales artificiales), del espesor de un pelo (entre 10 y 300 micrones). Llevan mensajes en forma de luz que pasan a través de ellos de un extremo a otro. donde quiera que el filamento vaya (incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción.


Las fibras ópticas pueden usarse ahora como los conductores de cobre convencionales, ya que los materiales que componen la fibra son mucho más económicos que los convencionales de cobre usados en telefonía. Hoy en día es fácilmente utilizable la instalación de fibra óptica desde pequeñas infraestructuras de telecomunicaciones, donde se necesite obtener unos excelentes resultados en las transmisiones, como en grandes infraestructuras de redes de comunicación intercontinentales.
El principio en el que se basa la transmisión de la luz por fibra óptica es la reflexión interna total. La luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra, el núcleo de fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un índice de refracción mucho menor. Las reflexiones se producen en la superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento.

En las fibras ópticas la señal no se atenúa tanto como en el conductor de cobre, ya que en las fibras no se pierde información por refracción o dispersión de la luz consiguiéndose unos excelentes rendimientos. En el cobre las señales se ven atenuadas por la resistencia del material a la propagación de las ondas electromagnéticas.

La fabricación de la fibra óptica se realiza en una serie de etapas encadenas, de tal forma que en una primera, consiste en el ensamblado de un tubo y una barra de vidrio cilíndrico montados concéntricamente. Se calienta el todo para asegurar la homogeneidad de l barra de vidrio.


La barra así obtenida será instalada verticalmente en una torre situada en el primer piso y calentada por las rampas a gas. El vidrio se va estirar y colar en dirección de la raíz para ser enrollado en una bobina. Se mide el espesor de la fibra (+/-10um) para ajustar la velocidad del motor del enrollador, a fin de aseguras un diámetro constante. Una barra de vidrio de 1m de longitud y de un diámetro de 10cm, permite obtener una fibra monomodo de una longitud aproximada de 150Km.

Casi la totalidad de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima abundante en comparación con el cobre. Los dos constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo y el revestimiento. El núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que conduce la luz, consiste en una o varias hebras delgadas de vidrio o de plástico con diámetro de 50 a 125 micras . El revestimiento es la parte que rodea y protege al núcleo. El conjunto de núcleo y revestimiento está a su vez rodeado por un forro o funda de plástico u otros materiales que lo resguardan contra la humedad, el aplastamiento, los roedores, y otros riesgos del entorno.

En un sistema de transmisión por fibra óptica existe un transmisor que se encarga de transformar las ondas electromagnéticas en energía óptica o en luminosa, por ello se le considera el componente activo de este proceso. Una vez transmitida la señal luminosa por las minúsculas fibras, en el otro extremo del circuito se encuentra un tercer componente al que se le denomina detector óptico o receptor, cuya misión consiste en transformar la señal luminosa en energía electromagnética, similar a la señal original. El sistema básico de transmisión se compone de los siguientes elementos: señal de entrada, amplificador, fuente de luz, corrector óptico, receptor, amplificador y señal de salida.
Las fibras ópticas utilizadas actualmente en el área de las telecomunicaciones se clasifican fundamentalmente por:

  • su composición:
  1. Fibras ópticas con núcleo y revestimiento de plástico.
  2. Fibras ópticas con núcleo de vidrio y revestimiento de plástico (PCS plastic clad silica).
  3. Fibras ópticas con núcleo y revestimiento de vidrio (SCS silica clad silica).

Adicionalmente, los conductores tienen un revestimiento de color que siguen un código de identificación o numeración, el cual varia según el febicante o norma.

  • Según el índuce de refracción dentro del núcleo, y según la cantidad de MODOS (haces de luz):
  1. Fibra óptica multimodo de índie escalonado (multimode step index) MM menor ancho de banda AB= 20 a 200MHz/Km
  2. Fibra óptica multimodo de índice gradual (multimode graded index) MM ancho de banda medio A= 500 a 1500MHz/Km.
  3. Fibra óptica monomodo (índice escalonao) (single mode step index) SM mayor ancho de abnda AB> 10GK/Km

en dos grupos según el modo de propagación: en fibras ópticas multimodo y fibras ópticas monomodo.
Fibras ópticas multimodo, son aquellas que pueden conducir y transmitir varios rayos de luz por sucesivas reflexiones, (modos de propagación). Los modos son formas de ondas admisibles, la palabra modo significa trayectoria.
Fibras ópticas monomodo, son aquellas que por su diseño pueden conducir y transmitir un solo rayo de luz (un modo de propagación) y tiene la particularidad de poseer un ancho de banda enfadadísimo. En estas fibras monomodo cuando se aplica el emisor de luz, el aprovechamiento es mínimo, el costo es más elevado, la fabricación difícil y los acoples deben de ser perfectos.
La cantidad de modos no es infinita y se puede calcular en base al radio del núcleo, la longitud de onda que se propaga por la fibra y la diferencia de índices de refracción del núcleo y revestimiento.