24 Nov
Sistemas de Comunicación Óptica
Un sistema óptico de comunicaciones es un sistema electrónico que utiliza la luz como portador de información.
Componentes Fundamentales de un Enlace Óptico
Un enlace básico de comunicaciones ópticas consta de tres bloques fundamentales:
- Emisor: la fuente productora de luz, generalmente un diodo láser (LD) o un diodo emisor de luz (LED).
- Medio: el medio por excelencia es la fibra óptica, siendo la sílice el material más empleado.
- Receptor: es el elemento más complejo, consta de un detector optoelectrónico y una serie de circuitos recuperadores de señal: amplificador, filtro, comparador, etc.
Espectro de Frecuencias Luminosas
El espectro de frecuencias luminosas se divide en tres bandas:
- Infrarrojo: banda de longitudes de onda de luz demasiado grandes para ser percibidas por el ojo humano.
- Visible: banda de longitudes de onda de luz a las que responde el ojo humano.
- Ultravioleta: banda de longitudes de onda de luz demasiado cortas para ser percibidas por el ojo humano.
Configuración Típica de un Cable de Fibra Óptica
(Sección para incluir imagen o diagrama de un cable de 6 fibras ópticas)
Ventajas de los Sistemas de Fibra Óptica
- Mayor capacidad de información.
- Inmunidad a la diafonía.
- Inmunidad a la interferencia por estática.
- Inmunidad a los agentes ambientales.
- Seguridad.
- Confidencialidad.
- Mayor durabilidad.
- Economía.
Desventajas de los Sistemas de Fibra Óptica
- Costos de interconexión.
- Resistencia.
- Potencia eléctrica remota.
- Tecnología relativamente nueva (“no añejados”).
- Herramientas, equipo y adiestramiento especializados.
Propagación de la Luz en Fibras Ópticas
- Propagación Multimodo con Índice de Refracción Escalonado.
- Propagación Multimodo con Índice de Refracción Gradual.
- Propagación Monomodo con Índice de Refracción Escalonado.
FTP o Par Trenzado de Fibra Óptica
Es la combinación del par trenzado y de la fibra óptica, empleado principalmente en instalaciones científico-militares debido a su alta velocidad de transmisión (10 Gb/s). Actualmente no está disponible para el mercado civil y su costo es tres veces mayor al de la fibra óptica convencional. Para las comunicaciones se emplean fibras multimodo (hasta 500 m) y monomodo (larga distancia).
Demodulador Óptico o Detector Óptico
La función del demodulador o detector óptico es convertir los impulsos luminosos recibidos en impulsos eléctricos. Los dispositivos detectores más utilizados son el fotodiodo PIN y el fotodiodo de avalancha. En un fotodiodo PIN típico, los fotones incidentes generan pares electrón-hueco a una velocidad máxima de un par por fotón.
Proceso de Fabricación de la Fibra Óptica
La fabricación es un proceso continuo que se puede describir en tres etapas:
- Fabricación de la preforma.
- Estirado de la preforma.
- Pruebas y mediciones.
Métodos de Fabricación de la Preforma
- MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition): desarrollado originalmente por Corning Glass y modificado por los Laboratorios Bell Telephone.
- VAD (Vapor Axial Deposition): técnica desarrollada por la Nippon Telephone and Telegraph (NTT).
- OVD (Outside Vapor Deposition): desarrollado por Corning Glass Work.
- PCVD (Plasma Chemical Vapor Deposition): desarrollado por Philips.
Tipos de Fibra Óptica
Fibra Unimodal de Índice Escalonado
Ventajas:
- Mínima dispersión.
- Mayor ancho de banda y mayor transmisión de datos.
Desventajas:
- Núcleo central muy pequeño, dificultando el acoplamiento de la luz.
- Requiere una fuente luminosa muy direccional.
- Costosas y difíciles de fabricar.
Fibra Multimodo de Índice Escalonado
Ventajas:
- Poco costosas y de fabricación sencilla.
- Fácil acoplamiento de la luz, con una gran abertura numérica.
Desventajas:
- Los rayos luminosos siguen trayectorias distintas, resultando en grandes diferencias en tiempos de propagación.
- Menor ancho de banda y capacidad de transferencia de información.
Fibra Multimodal de Índice Graduado
No tiene ventajas ni desventajas sobresalientes.
Pérdidas en Fibra Óptica
- Pérdidas por Absorción.
- Pérdidas por Dispersión en el Material.
- Pérdidas por Dispersión Cromática.
- Pérdidas por Radiación.
- Pérdidas por Dispersión Modal.
- Pérdidas por Acoplamiento.
Receptor en un Sistema de Comunicaciones Ópticas
El receptor está formado por dos bloques:
- El bloque detector, cuyo componente principal es un detector de luz (generalmente un dispositivo optoelectrónico semiconductor).
- El circuito de recepción, que amplifica y depura la señal recibida. Consta de módulos como amplificador, filtro, comparador, etc.
Canal Óptico
La señal de entrada puede ser analógica o digital.
Modulación y Detección Electro-Óptica
La conversión electro-óptica consiste fundamentalmente en la modulación ON/OFF de una fuente luminosa, empleada para la transmisión de señales digitales binarias. El modulador electro-óptico contiene una interfaz eléctrica para adecuar el mensaje al canal óptico, incorporando a menudo un convertidor de código.
Ángulo de Aceptación y Cono de Aceptación
La luz que entra a la interfaz aire-vidrio se propaga desde un medio menos denso a uno más denso, refractándose y cambiando de dirección hacia el núcleo.
Abertura Numérica
Se relaciona estrechamente con el ángulo de aceptación y describe la capacidad de la fibra para reunir la luz. A mayor abertura numérica, mayor cantidad de luz aceptada.
Ángulo Crítico y Reflexión Total
Según la ley de Snell, un haz luminoso con cualquier ángulo de incidencia se puede desdoblar en una parte reflejada y otra transmitida, siempre que el índice de refracción del medio incidente sea inferior al del medio transmitido.
Factores que Limitan la Transmisión
Dispersión y atenuación.
Fuentes Ópticas
Condiciones para un Dispositivo Emisor de Luz
Para que un dispositivo emisor de luz se pueda emplear para transmitir información, debe cumplir las siguientes condiciones:
- Producir un haz monocromático.
- Radiación fácilmente acoplable a la fibra óptica.
- Potencia óptica modulable por medios electrónicos.
- Respuesta suficientemente rápida.
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