Las fibras ópticas son conductos, rígidos o flexibles, de plástico o de vidrio (sílice), que son capaces de conducir un haz de luz inyectado en uno de sus extremos, mediante sucesivas reflexiones que lo mantienen dentro de sí para salir por el otro. Es decir, es una guía de onda y en este caso la onda es de luz.
Las aplicaciones son muy diversas llendo desde la transmisión de datos hasta la conducción de la luz solar hacia el interior de edificios, o hacia donde pudiera ser peligroso utilizar la iluminación convencional por presencia de gases explosivos. También es utilizada en medicina para transmitir imágenes desde dentro del cuerpo humano.
Tipos de cable F.O.
El cable de fibra óptica se constituye principalmente de un núcleo rodeado de un revestimiento. La diferencia entre sus índices de refracción (indicados con n) es lo que hace que el haz de luz se mantenga dentro del núcleo (siempre que el haz haya entrado con el ángulo apropiado y el n del núcleo sea mayor que el del revestimiento).
Entonces habrá cables con:
núcleo y revestimiento de plástico
núcleo de vidrio y revestimiento de plástico (PCS=plastic clad silica)
núcleo y revestimiento de vidrio (SCS=silica clad silica)
Las fibras de plástico tienen ventajas sobre las fibras de vidrio por ser más flexibles y más fuertes, fáciles de instalar, pueden resistir mejor la presión, son menos costosas y pesan aproximadamente 60% menos que el vidrio. La desventaja es su característica de atenuación alta: no propagan la luz tan eficientemente como el vidrio. Por tanto las de plástico se limitan a distancias relativamente cortas, como puede ser dentro de un solo edificio.
Las fibras con núcleos de vidrio tienen baja atenuación. Sin embargo, las fibras PCS son un poco mejores que las fibras SCS. Además, las fibras PCS son menos afectadas por la radiación y, por lo tanto, más atractivas a las aplicaciones militares. Desafortunadamente, los cables SCS son menos fuertes, y más sensibles al aumento en atenuación cuando se exponen a la radiación.
Cable de fibra óptica disponible en construcciones básicas:
Cable de estructura holgada.
Consta de varios tubos de fibra rodeando un miembro central de refuerzo, y rodeado de una cubierta protectora. El rasgo distintivo de este tipo de cable son los tubos de fibra. Cada tubo, de dos a tres milímetros de diámetro, lleva varias fibras ópticas que descansan holgadamente en él. Los tubos pueden ser huecos o, más comúnmente estar llenos de un gel resistente al agua que impide que ésta entre en la fibra. El tubo holgado aísla la fibra de las fuerzas mecánicas exteriores que se ejerzan sobre el cable.
Cable de estructura ajustada.
Contiene varias fibras con protección secundaria que rodean un miembro central de tracción, y todo ello cubierto dc una protección exterior. La protección secundaria de la fibra consiste en una cubierta plástica de 900 μm de diámetro que rodea a! recubrimiento de 250 μm de la fibra óptica.
Fibras de índice gradual
Las fibras de índice gradual no tienen una índice de refracción constante en el núcleo, sino un índice que
va decreciendo desde el eje de la fibra hasta que alcanza el valor de la envoltura a una distanciaa (radio
del núcleo) desde el eje.
En la actualidad los perfiles de índice gradual que producen mejores resultados para propagación
multimodo son los que tienen un perfil cuasi parabólico con 2. Este tipo de fibras son tan usadas
que el término índice gradual normalmente se usa para determinar a las de índice parabólico.
Fibra Multimodo de Indice Escalonado.
En este tipo de fibra, el centro tiene un ´ındice refractivo uniforme a lo largo. Generalmente tiene un di´ametro de n´ucleo de 100µm a 500µm.
FIBRA DE INDICE DE ESCALÓN DE MODO SENCILLO:
Una fibra de índice de escalón de modo sencillo tiene un núcleo central, lo suficientemente pequeño, para que exista solo una trayectoria que la luz pueda tomar, conforme se propaga por el cable. En su forma más sencilla, la cubierta exterior es simplemente aire.
FIBRA DE INDICE GRADUADO MULTIMODO:
Una fibra de índice graduado multimodo se caracteriza por un núcleo central que tiene un índice refractivo que no es uniforme; está al máximo en el centro y disminuye gradualmente hasta la orilla exterior. La luz se propagará por este tipo de fibra por medio de la refracción.
ANGULO Y CONO DE ACEPTACIÓN:
Se entiende ángulo de aceptación como el máximo valor del ángulo "A", en el que los rayos incidentes al interior de la fibra pueden sufrir reflexión total interna.
La fibra óptica solo conducirá los rayos que estén dentro del cono de aceptación determinado.
Pérdidas de absorción
La pérdida por absorción en las fibras ópticas es analógica a la disipación de potencia en los cables de cobre; las impurezas, en la fibra absorben, la luz y la convierten en calor. El vidrio ultrapuro usado para fabricar las fibras ópticas es aproximadamente 99.9999% puro.
Pérdidas por dispersión de Rayleigh o materiales
Durante el proceso de fabricación, el vidrio es producido en fibras largas, de un diámetro muy pequeño. Durante este proceso, el vidrio está en un estado plástico (no líquido y no sólido). La tensión aplicada al vidrio durante, este proceso, causa que el vidrio se enfríe y desarrolle irregularidades submicroscópicas que se forman, de manera permanente, en la fibra. Cuando los rayos de luz que se están propagando por una fibra chocan contra una de estas impurezas, se difractan. La difracción causa que la luz se disperse o se reparta en muchas direcciones. Una parte de la luz difractada continua por la fibra y parte de ésta se escapa por la cubierta. Los rayos de luz que se escapan representan una pérdida en la potencia de la luz. Esto se llama pérdida por dispersión de Rayleigh.
Dispersión cromática o de longitud de onda
Como se estableció anteriormente, el índice refractivo del material es dependiente de la longitud de onda. Los diodos emisores de luz (LED) emiten luz que contiene una combinación de longitudes de onda. Cada longitud de onda, dentro de una señal de luz compuesta, viaja a una velocidad diferente. En consecuencia, los rayos de luz que simultáneamente se emiten de un LED y se propagan por una fibra óptica no llegan, al extremo lejano de la fibra, al mismo tiempo. Esto resulta en una señal de recepción distorsionada; la distorsión se llama, distorsión aromática. La distorsión cromática se puede eliminar usando una fuente monocromática tal corno un diodo de inyección láser (ILD).
Pérdidas de radiación
Las pérdidas de radiación son causadas por pequeños dobleces e irregularidades en la fibra. Básicamente, hay dos tipos de dobleces: microdobleces y dobleces de radio constante. El microdoblamiento ocurre como un resultado de las diferencias en las relaciones de la contracción térmica entre el núcleo y el material de la cubierta. Un microdoblez representa una discontinuidad en la fibra, en donde la dispersión de Rayleigh puede, ocurrir. Los dobleces de radio constante ocurren cuando las fibras se doblan durante su manejo o instalación.
Dispersión modal
La dispersión modal o esparcimiento del pulso, es causado por la diferencia en los tiempos de propagación de los rayos de luz que toman diferentes trayectorias por una fibra. Obviamente, la dispersión modal puede ocurrir sólo en las fibras de multimodo. Se puede reducir considerablemente usando fibras de índice graduado y casi se elimina totalmente usando fibras de índice de escalón de modo sencillo.
Pérdidas de acoplamiento
En los cables de fibra las pérdidas de acoplamiento pueden ocurrir en cualquiera de los tres tipos de uniones ópticas: conexiones de fuente a fibra, conexiones de fibra a fibra y conexiones de fibra a fotodetector. Las pérdidas de unión son causadas más frecuentemente por uno de los siguientes problemas de alineación: mala alineación lateral, mala alineación de separación, mala alineación angular y acabados de superficie imperfectos.
