¿Qué es la Fibra Óptica?

Introducción

La fibra óptica es posiblemente el mejor medio comercial para transmitir información en la actualidad pudiendo alcanzar velocidades de un gigabyte por segundo, de hecho, la fibra óptica utiliza el principio de interpretar la luz como información de esa forma logra transmitir a una gran velocidad.

La fibra está hecha de hebra de vidrio o silicio fundido, a través de esta pequeña figura de un octavo de milímetro de diámetro se transmiten impulsos moderados de luz es decir que están controlados, la luz se transmite ya se a través de led o laser y viaja a través de toda la fibra para finalmente llegar a su destino, para esto se requieren dos filamentos.

Uno que transmita la información y uno que la reciba, para hacer esto posible se utilizó un principio de la física, “La luz puede viajar a través del vidrio” pero claramente no se puede usar cualquier vidrio, porque incluso en experimentos pasados se perdía información y no se sabía el porque hasta que se descubrió que debían eliminarse todas las impurezas posibles que se hallen en el vidrio para así evitar la pérdida de información y claramente eso se hizo, además de hacer el vidrio maleable para poderse utilizar en cables.

Además de esto es claro hay un punto en el que la luz desaparece, la luz es rápida pero no infinita por tanto para distancias muy grandes se deben utilizar cierta clase de repetidores que logran hacer que la luz no se pierda y siga su curso para llegar a su destino.

La fibra óptica tiene más ventajas además de la velocidad, es mucho más liviana que el cobre por tanto es más fácil de transportar y lo mejor de todo es que no se ve afectada por los impulsos electromagnéticos, aunque si un poco por el ambiente, la mayor desventaja actual es su fabricación, al ser tan difícil es muy caro producirla y por tanto no se ha podido expandir a todo el mundo, pero claramente las grandes empresas lo han aprovechado para tener sus servidores y redes mucho más rápidas.

Objetivos generales

En este ensaño pretendemos poder conocer a profundidad todo lo que es la fibra óptica:

  • Las aplicaciones que se le puede dar para poder comunicar redes entre sí.
  • Los diferentes tipos de materiales que lo componen.
  • Y todo lo relacionado a poder comunicarnos utilizando este medio en particular.

Con este conocimiento podríamos comparar los beneficios de la fibra óptica en relación con el cobre y viceversa.

Objetivos Específicos

Con este conocimiento podemos entender como poder aplicarlo a proyectos de redes en las empresas guatemaltecas, también se podría entender en que momento es factible el uso de esta tecnología, sabiendo sus carteristas, fortalezas, debilidades y precio.

Antecedentes

En Guatemala se cuenta con un gran número de empresas que hacen implementaciones de fibra óptica para conectar redes privadas utilizando enlaces punto a punto, los enlaces dedicaos son por mucho la opción más utilizada para la fibra óptica, pero actualmente hay empresas que están prestando el servicio de fibra óptica residencial, el cual según comentarios de los usuarios es igual que el ADSL (cobre).

Eso quiere decir que la fibra óptica en guatemala es aplicada solamente en gran medida a la empresas grandes y medianas, ya que los usuarios todavía no pueden acceder a un servicio de conexión de fibra óptica, por el costo de instalación y más que todo, porque guatemala no cuenta con la infraestructura necesaria, ya que la infraestructura que se utiliza es la misma infraestructura que se hizo cuando se creó la red telefónica, y los IPS no han querido invertir en crear un nueva infraestructura que pueda soportar la fibra óptica.

A continuación, algunas empresas en Guatemala que prestan el servicio de fibra óptica por medio de enlaces dedicados.

  • Tigo
  • Claro
  • Tecnología avanzada en redes
  • Plus Network
  • Telefónica

Fibra óptica

La fibra óptica es un medio de transmisión, empleado habitualmente en redes de datos y telecomunicaciones, consistente en un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser un láser o un diodo led.

Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de la radio y superiores a las de un cable convencional. Son el medio de transmisión por cable más avanzado, al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, y también se utilizan para redes locales donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión.

Historia

En 1950 las fibras ópticas comenzaron a interesar a los investigadores, con muchas aplicaciones prácticas que estaban siendo desarrolladas. En 1952, el físico Narinder Singh Kapany, apoyándose en los estudios de John Tyndall, realizó experimentos que condujeron a la invención de la fibra óptica.

Uno de los primeros usos de la fibra óptica fue emplear un haz de fibras para la transmisión de imágenes, que se usó en el endoscopio. Usando la fibra óptica, se consiguió un endoscopio semiflexible, el cual fue patentado por la Universidad de Míchigan en 1956. En este invento se usaron unas nuevas fibras forradas con un material de bajo índice de refracción, ya que antes se impregnaban con aceites o ceras. En esta misma época, se empezaron a utilizar filamentos delgados como el cabello que transportaban luz a distancias cortas, tanto en la industria como en la medicina, de forma que la luz podía llegar a lugares que de otra forma serían inaccesibles. El único problema era que esta luz perdía hasta el 99 % de su intensidad al atravesar distancias de hasta 9 metros de fibra.

Charles K. Kao, en su tesis doctoral de 1956, estimó que las máximas pérdidas que debería tener la fibra óptica, para que resultara práctica en enlaces de comunicaciones, eran de 20 decibelios por kilómetro.

En 1966, en un comunicado dirigido a la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, los investigadores Charles K. Kao y George Hockham, de los laboratorios Standard Telecommunications, en Inglaterra, afirmaron que se podía disponer de fibras de una transparencia mayor y propusieron el uso de fibras de vidrio y de luz, en lugar de electricidad y conductores metálicos, en la transmisión de mensajes telefónicos. La obtención de tales fibras exigió grandes esfuerzos de los investigadores, ya que las fibras hasta entonces presentaban pérdidas del orden de 100 dB/km, además de una banda pasante estrecha y una enorme fragilidad mecánica. Este estudio constituyó la base para reducir las pérdidas de las señales ópticas que hasta el momento eran muy significativas y no permitían el aprovechamiento de esta tecnología. En un artículo teórico, demostraron que las grandes pérdidas características de las fibras existentes se debían a impurezas diminutas intrínsecas del cristal. Como resultado de este estudio fueron fabricadas nuevas fibras con atenuación de 20 dB/km y una banda pasante de 1 GHz para un largo de 1 km, con la perspectiva de sustituir los cables coaxiales. La utilización de fibras de 100 µm de diámetro, envueltas en fibras de nylon resistente, permitirían la construcción de hilos tan fuertes que no podían romperse con las manos. Hoy ya existen fibras ópticas con atenuaciones tan pequeñas de hasta 1 dB/km, lo que es muchísimo menor a las pérdidas de un cable coaxial.

En 1970, los investigadores Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz, además de Frank Zimar que trabajaban para Corning Glass, fabricaron la primera fibra óptica aplicando impurezas de titanio en sílice, con cientos de metros de largo con la claridad cristalina que Kao y Hockman habían propuesto, aunque las pérdidas eran de 17 dB/km. ​Durante esta década, las técnicas de fabricación se mejoraron, consiguiendo pérdidas de tan solo 0,5 dB/km.

Poco después, los físicos Morton B. Panish e Izuo Hayashi, de los Laboratorios Bell, mostraron un láser de semiconductores que podía funcionar continuamente a temperatura ambiente. Además, John MacChesney y sus colaboradores, también de los laboratorios Bell, desarrollaron independientemente métodos de preparación de fibras. Todas estas actividades marcaron un punto decisivo ya que ahora, existían los medios para llevar las comunicaciones de fibra óptica fuera de los laboratorios, al campo de la ingeniería habitual. Durante la siguiente década, a medida que continuaban las investigaciones, las fibras ópticas mejoraron constantemente su transparencia.

El 22 de abril de 1977, General Telephone and Electronics envió la primera transmisión telefónica a través de fibra óptica, en 6 Mbit/s, en Long Beach, California.

Cable submarino de fibra óptica.

En 1980, las mejores fibras eran tan transparentes que una señal podía atravesar 240 kilómetros de fibra antes de debilitarse hasta ser indetectable. Pero las fibras ópticas con este grado de transparencia no se podían fabricar usando métodos tradicionales. Otro avance se produjo cuando los investigadores se dieron cuenta de que el cristal de sílice puro, sin ninguna impureza de metal que absorbiese luz, solamente se podía fabricar directamente a partir de componentes de vapor, evitando de esta forma la contaminación que inevitablemente resultaba del uso convencional de los crisoles de fundición. La tecnología en desarrollo se basaba principalmente en el conocimiento de la termodinámica química, una ciencia perfeccionada por tres generaciones de químicos desde su adopción original por parte de Willard Gibbs, en el siglo XIX.

También en 1980, AT&T presentó a la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos un proyecto de un sistema de 978 kilómetros que conectaría las principales ciudades del trayecto de Boston a Washington D. C. Cuatro años después, cuando el sistema comenzó a funcionar, su cable, de menos de 25 centímetros de diámetro, proporcionaba 80 000 canales de voz para conversaciones telefónicas simultáneas. Para entonces, la longitud total de los cables de fibra únicamente en los Estados Unidos alcanzaba 400 000 kilómetros.

El primer enlace transoceánico con fibra óptica fue el TAT-8 que comenzó a operar en 1988, usando un cristal tan transparente que los amplificadores para regenerar las señales débiles se podían colocar a distancias de más de 64 kilómetros. Tres años después, otro cable transatlántico duplicó la capacidad del primero. Desde entonces, se ha empleado fibra óptica en multitud de enlaces transoceánicos o entre ciudades, y paulatinamente se va extendiendo su uso desde las redes troncales de las operadoras hacia los usuarios finales.

Hoy en día, debido a sus mínimas pérdidas de señal y a sus óptimas propiedades de ancho de banda, además de peso y tamaño reducidos la fibra óptica puede ser usada a distancias más largas que el cable de cobre.

Proceso de fabricación

Para la creación de la preforma existen cuatro procesos que son principalmente utilizados.

M.C.V.D (Deposición química modificada de vapor)

Fue desarrollado originalmente por Corning Glass y modificado por los Laboratorios Bell para su uso industrial. Utiliza un tubo de cuarzo puro de donde se parte y es depositada en su interior la mezcla de dióxido de silicio y aditivos de dopado en forma de capas concéntricas.

V.A.D (Vapor Axial Deposition)

Su funcionamiento se basa en la técnica desarrollada por la Nippon Telephone and Telegraph (N.T.T), muy utilizado en Japón por compañías dedicadas a la fabricación de fibras ópticas. La materia prima que utiliza es la misma que el método M.C.V.D, su diferencia con éste radica, que en este último solamente se depositaba el núcleo, mientras que en este además del núcleo de la FO se deposita el revestimiento.

O.V.D (Deposición de vapor exterior)

Desarrollado por Corning Glass Work. Parte de una varilla de substrato cerámica y un quemador. En la llama del quemador son introducidos los cloruros vaporosos y ésta caldea la varilla. A continuación, se realiza el proceso denominado síntesis de la preforma, que consiste en el secado de la misma mediante cloro gaseoso y el correspondiente colapsado de forma análoga a los realizados con el método V.A.D, quedando así sintetizados el núcleo y revestimiento de la preforma.

P.C.V.D (Deposición de vapor químico plasmático)

Es desarrollado por la empresa holandesa Philips y se caracteriza por la obtención de perfiles lisos sin estructura anular reconocible. Su principio se basa en la oxidación de los cloruros de silicio y germanio, creando en éstos un estado de plasma, seguido del proceso de deposición interior.

Aplicaciones de la fibra óptica

Su uso es muy variado: desde comunicaciones digitales y joyas, pasando por sensores y llegando a usos decorativos, como árboles de Navidad, veladores y otros elementos similares. Aplicaciones de la fibra monomodo: Cables submarinos, cables interurbanos, etc.

La fibra óptica se emplea como medio de transmisión en redes de telecomunicaciones ya que por su flexibilidad los conductores ópticos pueden agruparse formando cables. Las fibras usadas en este campo son de plástico o de vidrio y algunas veces de los dos tipos. Por la baja atenuación que tienen, las fibras de vidrio son utilizadas en medios interurbanos.

Red de fibra óptica

Las redes de área local de FO son ampliamente utilizadas para comunicación a larga distancia, proporcionando conexiones transcontinentales y transoceánicas, ya que una ventaja de los sistemas de fibra óptica es la gran distancia que puede recorrer una señal antes de necesitar un repetidor o regenerador para recuperar su intensidad. En la actualidad, los repetidores de los sistemas de transmisión por FO están separados entre sí unos 100 km, frente a aproximadamente 1,5 km en los sistemas eléctricos. Los amplificadores ópticos recientemente desarrollados pueden aumentar todavía más esta distancia.

Recursos informáticos conectados son las redes de área amplia (WAN) y las centralitas particulares (PBX). Las WAN son similares a las LAN, pero conectan entre sí computadoras separadas por distancias mayores, situadas en distintos lugares de datos de corta duración empleados por la mayoría de las aplicaciones informáticas. Al momento de conectar las WAN se hace a través de sus interfaces seriales, más luego para conectar router con pc a través de las interfaces ethernet.

Tipos de Cable de Fibra Óptica

Cable Auto Soportado ADSS

Es un cable diseñado para ser utilizado en estructuras aéreas, comúnmente redes eléctricas o de distribución energética (postes o torres), posee características técnicas que permiten soportar condiciones ambientales extremas y la forma de instalación es a través de soportes y abrazaderas especiales.

Cable Submarino

Es un cable diseñado para permanecer sumergido en el agua. Estos cables logran alcanzar grandes distancias, por lo que son muy utilizados para conectar continentes. Adentro, en su composición, disponen de cables de energía para alimentar los amplificadores ópticos que normalmente hacen parte de sistema de comunicaciones y, al encontrarse ubicados a grandes profundidades, se imposibilita su mantenimiento.

Cable OPGW

El cable OPGW (Optical Ground Wire) es un cable que tiene fibras ópticas insertadas dentro de un tubo, en el núcleo central del cable de tierra de los circuitos eléctricos. Sus fibras ópticas están completamente protegidas y rodeadas por pesados cables a tierra. Es utilizado por las compañías eléctricas para suministrar comunicaciones a lo largo de las rutas de las líneas de alta tensión y poseen gran disponibilidad en el servicio de transmisión de información.

Conclusiones

Podemos decir que la fibra óptica es el medio más rápido que existe en la actualidad hablando comercialmente, ya que hay una nueva tecnología que se está desarrollando llamada Light fi, pero hablando propiamente de Guatemala la tecnología más rápida de comunicación es la fibra óptica.

Lamentablemente en guatemala no existe la infraestructura para poder tener fibra óptica en todas las conexiones, ya que en la actualidad la fibra se instala a demanda, es decir que cuando se necesita un enlace dedicado, se solicita no es que exista una infraestructura como tal y que las redes de los ISP estén capacitadas para tener fibra óptica como red residencial o inclusive red comercial.

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