CONCEPTO GENERAL
La fibra óptica es un medio que nos permite transportar datos a mayores distancias, a mayores velocidades y con inmunidad a interferencias electromagnéticas. Lo que la convierten en un medio ideal para:
largas distancias,
velocidades altas ( troncales o conexiones a servidores)
entornos con un alto grado de interferencias electromagnéticas, como ambientes industriales o incluso en conductos ocupados por conductores de energía sin importarnos la cantidad de energía que estos cables transporten.
La fibra óptica es un medio de comunicación basado en la utilización de la luz, aprovechando para su uso óptimo dos características relacionadas con la propagación de luz:
LA REFRACCIÓN.
LA REFLEXIÓN.
La refracción.
Se basa en la velocidad de propagación de la luz por ese medio en relación con la velocidad de propagación de la luz en el vacío. Si dividimos la velocidad de la luz en el vacío entre la que tiene en un medio transparente obtenemos un valor que llamamos índice de refracción de ese medio.
La reflexión.
Se basa en el cambio de dirección que se produce cuando la luz pasa de un medio transparente a otro, debido a la distinta velocidad de propagación de la luz (refracción) a través de estos materiales, de tal forma que tiende a regresar al medio inicial, permitendo que la luz se siga propagando por el medio inicial más tiempo.
El confinamiento de la luz por refracción, el principio de que posibilita la fibra óptica, fue demostrado por Daniel Colladon y Jacques Babinet en París en los comienzos de la década de 1840.
Las fibras ópticas basan su funcionamiento en las leyes de la reflexión y de la refracción de la luz. Para ello se debe de tener en cuenta que cuando un rayo de luz incide sobre la superficie de separación de dos medios transparentes distintos, parte de la luz resulta reflejada permaneciendo en el primer medio y parte de la luz resulta refractada, penetrando en el segundo medio.
La ley de la reflexión de la luz establece que todo rayo de luz que incide en una superficie reflectante, saldrá reflejado con un ángulo igual al ángulo de incidencia y de tal forma que tanto el rayo incidente como el reflejado y la perpendicular a la superficie reflectante en el punto de incidencia están en el mismo plano.
Confeccionando materiales transparentes con características de refracción controladas se consiguen fibras ópticas que en la actualidad permiten que los haces de luz inyectados en las fibras puedan llegar más lejos con menos pérdidas y que se puedan transmitir más haces de luz por unidad de tiempo dándonos medios capaces de transportar datos a más velocidad y a mayores distancias que otros medios como pueden ser el cobre o los medios inalámbricos.
Si aplicamos estas características de reflexión y refracción a la fibra óptica nos encontramos con que un hilo de fibra óptica va a consistir básicamente de 2 materiales cilíndricos transparentes, uno central y otro exterior que envuelve al central en toda su trayectoria.
ESTRUCTURA DE LA FIBRA OPTICA
Al material central le llamamos núcleo (core).
Al material exterior le llamamos revestimiento (cladding).
Cada filamento consta de un núcleo central con un alto índice de refracción, rodeado de una capa de un material similar con un índice de refracción ligeramente menor. Cuando la luz llega a una superficie que limita con un índice de refracción menor, se refleja en gran parte, cuanto mayor sea la diferencia de índices y mayor el ángulo de incidencia, se habla entonces de reflexión interna total.
En el interior de una fibra óptica, la luz se va reflejando contra las paredes en ángulos muy abiertos, de tal forma que prácticamente avanza por su centro. De este modo, se pueden guiar las señales luminosas sin pérdidas por largas distancias.
Medidas del nucleo y del revestimiento.
En la práctica las fibras van a tener un diámetro medido en el revestimiento (cladding) de 125 µm. El núcleo va tener medidas distintas dependiendo del tipo de fibra.
Es en el núcleo que se inyectan los haces de luz y es por este núcleo que deben transitar. De acuerdo al diámetro del núcleo dividimos la fibra en Monomodo (Single Mode, SM) o Multimodo (Multi Mode, MM).
En una fibra monomodo el diámetro del núcleo está entre 8 y 10 µm.
En una fibra multimodo el diámetro del núcleo es de 50 ó 62,5 µm.
Monomodo. Fibra óptica en la que sólo se propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra hasta un tamaño (8,3 a 10 µm) que sólo permite un modo de propagación. Su transmisión es paralela al eje de la fibra. A diferencia de las fibras multimodo, las fibras monomodo permiten alcanzar grandes distancias (hasta 400 km máximo, mediante un láser de alta intensidad) y transmitir elevadas tasas de información (decenas de Gb/s).
MULTIMODO.
los haces de luz pueden circular por más de un modo o camino, debido al diámetro de su nucleo. Esto supone que no llegan todos a la vez, de hecho puede tener más de mil modos de propagación de luz, al inyectar los haces de luz en este tipo de fibra deben espaciarse pues de lo contrario podrían alcanzarse entre sí distorsionando la información que se pretende transmitir, limitando la cantidad de haces de luz es decir limitando la velocidad. Además un núcleo de mayor diámetro tiene como consecuencia mayores pérdidas, es decir cubre distancias más cortas que las monomodo.
El núcleo de una fibra MM tiene un índice de refracción superior, pero del mismo orden de magnitud, que el revestimiento. Por el gran tamaño del núcleo de la fibra MM, es más fácil de conectar y tiene una mayor tolerancia a componentes de menor precisión.
La electrónica necesaria no tiene porque ser tan precisa de hay que la electrónica de red para la fibra MM sea bastante más barata.
Dependiendo del tipo de índice de refracción del núcleo, tenemos dos tipos de fibra MM:
Índice escalonado(step index): en este tipo de fibra, el núcleo tiene un índice de refracción constante en toda la sección cilíndrica, tiene alta dispersión modal.
Índice gradual: mientras en este tipo, el índice de refracción no es constante, tiene menor dispersión modal y el núcleo se constituye de distintos materiales.
ISO 11801 clasificación de fibras multimodo.
OM1: Fibra 62.5/125µm Soporta 1 Gb/s a una distancia máxima de 550m.
OM2: Fibra 50/125µm Soporta 1 Gb/s a una distancia máxima de 550m .
OM3: Fibra 50/125µm Soporta 10 Gb/s a una distancia máxima de 300m.
OM4: Fibra 50/125µm, Soporta 10 Gb/s a una distancia máxima de 550m.
OM4 soportan velocidades de 40 Gb/s y 100Gb/s a 150m.
Tipos según su diseño
Cable de estructura holgada (Loose Tube).
Cable de estructura ajustada (tight buffer)
Cable de estructura holgada (Loose Tube).Es un cable empleado tanto para exteriores como para interiores que consta de varios tubos de fibra rodeando un miembro central de refuerzo y provisto de una cubierta protectora. Cada tubo de fibra, de dos a tres milímetros de diámetro, lleva varias fibras ópticas que descansan holgadamente en él. Los tubos pueden ser huecos o estar llenos de un gel hidrófugo que actúa como protector antihumedad impidiendo que el agua entre en la fibra. El tubo holgado aísla la fibra de las fuerzas mecánicas exteriores que se ejerzan sobre el cable.
Su núcleo se complementa con un elemento que le brinda resistencia a la tracción que bien puede ser de varilla flexible metálica o dieléctrica como elemento central o de hilaturas de Aramida o fibra de vidrio situadas periféricamente.
Cable de estructura ajustada (tight buffer)
Es un cable diseñado para instalaciones en el interior de los edificios, es más flexible y con un radio de curvatura más pequeño que el que tienen los cables de estructura holgada.
Contiene varias fibras con protección secundaria que rodean un miembro central de tracción, todo ello cubierto de una protección exterior. Cada fibra tiene una protección plástica extrusionada directamente sobre ella, hasta alcanzar un diámetro de 900 µm rodeando al recubrimiento de 250 µm de la fibra óptica. Esta protección plástica además de servir como protección adicional frente al entorno, también provee un soporte físico que serviría para reducir su coste de instalación al permitir reducir las bandejas de empalmes.
COMPONENTES DE LA FIBRA ÓPTICA
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Conectores.
Paneles de conexión de FO o Bandejas.
Acopladores
CONECTORES
SC (Set and Connect) es un conector de sección cuadrada de inserción directa, es el conector de uso más común en la actualidad.
ST (Set and Twist) es un conector de sección circular que requiere un giro del conector para su inserción tipo bayoneta.
LC es al igual que el SC de sección cuadrada pero con un tamaño muy inferior. Es el conector más nuevo y el cual parece que va a ser el de uso mayoritario, debido principalmente a su reducido tamaño.
FC es al igual que el ST de sección circular pero de inserción roscada. Normalmente nos los encontramos en instalaciones industriales que han sido realizadas hace bastante tiempo
MT-RJ ( Mechanical Transfer Registered Jack). Es un conector que no ha tenido aceptación en el mercado y su uso es escaso, se requiere normalmente debido a que se posee electrónica activa con este tipo de conector. Su diferencia principal con el resto es que en un solo conector porta las 2 fibras siendo necesario un solo conector por enlace.
PULIDO DE CONECTORES
Paneles de conexión de FO o Bandejas. Cuando el cable de fibra óptica no va a ser conectado directamente a la electrónica, nos ocurre al igual que con el cableado de cobre categoría 5,6 ó 7, que debemos instalar paneles de parcheo que en este caso pueden ser murales o de montaje en rack.
Acopladores. A los paneles o bandejas de parcheo le debemos instalar acopladores que son accesorios a los cuales les conectamos en sus 2 extremos los conectores de fibra. Por el lado de la manguera de fibra el conector ( pigtail o crimpado o pegado) por el otro lado el conector del latiguillo.
Haces de luz
LEDs. Utilizan una longitud de onda de 850nm se usan en fibras multimodo y son relativamente económicos.
Lasers. Este tipo de emisor usa una longitud de onda de 1310 ó 1550nm, son muy rápidos, se pueden usar con los dos tipos de fibra, monomodo y multimodo, su precio es muy superior a los emisores a base de leds.
LAS FUNCIONES DEL CABLE
Las funciones del cable de fibra óptica son varias. Actúa como elemento de protección de la(s) fibra(s) óptica(s) que hay en su interior frente a daños y fracturas que puedan producirse tanto en el momento de su instalación como a lo largo de la vida útil de ésta. Además, proporciona suficiente consistencia mecánica para que pueda manejarse en las mismas condiciones de tracción, compresión, torsión y medioambientales que los cables de conductores. Para ello incorporan elementos de refuerzo y aislamiento frente al exterior.
TIPOS DE MANGUERA O CABLES.
Uso Exterior:
Fibra Enterrada
Directamente. Requiere de protección adicional. Se usa una manguera de exterior que puede tener una protección de metal adicional (armada)
Bajo Tubo. Dependiendo del entorno y la facilidad para introducir la fibra en el tubo, se puede usar la misma fibra que en el punto anterior o fibra universal interior/exterior, con menos protección exterior pero mucho más maleable.
Sumergida. Es una fibra especial fabricada para estos fines aunque se suele emplear también la fibra para instalación soterrada directa.
Fibra tendida.
Autosostenida. No requiere que la fibra venga con elementos adicionales para su sujeción. Esta es la fibra adecuada para instalación aérea-
Mensajero. La manguera viene o se le instala un cable que es el que va a soportar toda la tensión de la tirada. Normalmente este tipo de fibra se usa en distancias cortas.
Uso Interior.
Se suele instalara mangueras para interior o fibra universal interior/exterior.
Técnicas de conectorización y empalme
Conector/Empalme mecánico
Conector/Empalme con pegamentos.
Empalme por fusión de arco eléctrico
Técnicas de conectorización y empalme
Conector/Empalme mecánico, fácil de realizar, este método requiere una inversión de entre 1.000,00€ y 3.000,00€ las herramientas para realizar este tipo de conexión son fáciles de emplear y con estas conexiones se pueden provocar pérdidas del orden de 0,5 a 1 dB por empalme o conector. La herramienta que se emplea son mecánicas, empalmadoras mecánicas, alicates de crimpado, accesorios soportes, etc. El conector o empalme es relativamente costoso con respecto a otros métodos.
Técnicas de conectorización y empalme
Conector/Empalme con pegamentos, es el método más antiguo y el más económico, a pesar de que ha evolucionado el sistema con respecto al método original sigue siendo el más laborioso y con el cual podemos cometer más errores. La calidad resultante depende de la habilidad del instalador, un buen instalador puede realizar conexiones con una media de 0,2 dB por conexión. La herramienta que se emplea consiste en un kit, compuesto por resina de pegado o epoxi, alicates de crimpado, soportes para conectores, spray catalizador, discos de pulido, microscopio, etc.
Técnicas de conectorización y empalme
Empalme por fusión de arco eléctrico, es el método más profesional con el cual se logran las menores pérdidas ,del orden de 0.02 dB por conexión, y es a su vez el que requiere una inversión mayor, entre los 4.000,00€ y 15.000,00€.
LOS MATERIALES QUE SE UTILIZAN EN LA CONEXIÓN DEPENDEN DEL MÉTODO QUE EMPLEEMOS.
Pigtail. Es un trozo de fibra que viene con el conector instalado. La instalación del pigtail se efectúa mediante un empalme realizado por fusión o por medios mecánicos. Este método es muy limpio y es el más utilizado en la actualidad. Lo ideal es que estos empalmes se instalen en bandejas portaempalmes para proteger el empalme de esfuerzos mecánicos y a su vez dejar la instalación organizada por si requiere de mantenimiento en el futuro.
Conector. El conector se fija en el extremo de la fibra instalada. En este caso debemos siempre adquirir los conectores dependiendo del sistema de conexión que vayamos a emplear. Es decir no sirve el mismo conector para instalar con un sistema de epoxi que con un sistema de crimpado. Algunos requieren ser pulidos tras fijarlo a la fibra otros viene ya
MPO SISTEMA DE CABLES PRECONECTORIZADOS
MPO es el acrónimo de la industria para los conectores multifibra “multi-fiber push on.
El sistema MPO se basa en componentes pre-conexionados y certificados en fábrica e incorpora el conector de alta densidad MPO como corazón del sistema. Este conector puede alojar 4, 8 12 ó 24 fibras. El más usual es el de 12 fibras.
El sistema está diseñado para rápidas y fiables operaciones en los centros de datos, donde los beneficios son evidentes por las necesidades de un espacio menor y una mejor escalabilidad.
Datos Claves
Totalmente compatible las aplicaciones Ethernet basadas en fibra óptica
Solución modular con cassettes y cables MPO reutilizables.
Sistema de alta densidad que permite ahorro de espacio en canalizaciones y mejora de la circulación de aire en los espacios.
Excelente para trabajar la sección de cableado en centros de datos.
Respecto con los sistemas habituales de fibra, la tecnología MPO permite un menor consumo de energía.
Los cables están pre-conexionados en fábrica a la longitud correcta con una conectividad de alta densidad MPO.
Puntos clave de los nuevos cables MPO optimizado
Ruta de migración a aplicaciones 40 Gb/s y 100 Gb/s
Los componentes son pre-conexionados y testeados en fábrica en un 100%
Permite diferentes diseños de centro de datos para canales de dos a seis cassettes
Soporta el diseño centralizado de electrónica de red
Pérdida de Inserción 0,35 dB máx. por cassette
Perdida de retorno > 35 dB (LC) y >28 dB (MPO)
Permite disponer de un diseño de infraestructura pasiva extremo a extremo según las normativas para centros de datos
