Problemas

Carta de Smith

Proyecto final

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD ZACATENCO

ONDAS ELECTROMAGNETICAS GUIADAS

BRITO RODRIGUEZ ROLANDO

DETECTOR DE PULSOS CARDIACOS

IPIÑA GIRON DAVID

MENA MORENO SUSANA GABRIELA

GRUPO 4CM8

ÍNDICE

Introducción………………………………………………………………………………..3

Objetivo……………………………………………………………………………………..3

Marco teórico……………………………………………………………………………….3

Material……………………………………………………………………………………..5

Costos………………………………………………………………………………………5

Desarrollo…………………………………………………………………………………..6

Conclusiones……………………………………………………………………………..10

Referencias bibliográficas……………………………………………………………….10

INTRODUCCIÓN

En al amplio campo de la electrónica médica, hay diversas maneras en la cual se puede medir la mayoría de cambios originados en el cuerpo de una persona, esto debido a que la persona para poder contar con estado de salud optimo, internamente a nivel celular, ocurren diversos cambios químicos, debido a la cantidad de sales y otros elementos que hay en nuestro cuerpo; la Ing. Electrónica se encarga de observar estos cambios químicos y diseña dispositivos capaces de medir estos cambios internos, para que de esta manera ver si una persona está en un estado óptimo (saludable) o está fuera de estos parámetros (padeciendo una enfermedad), esto ayuda bastante al médico al momento de recetar un medicamento, y cada vez estos equipos se hacen más sofisticados debido al avance de la tecnología que ocurre en el mundo.

Tomar el pulso cardiaco es algo realmente sencillo, sólo basta que coloques un dedo sobre tu cuello o muñeca y midas el tiempo de los pulsos con un cronómetro. Pero si deseas grabar esa información o usarla para activar eventos, necesitas convertir esos pulsos mecánicos en señales eléctricas.  Este sensor se coloca sobre la yema del dedo y utiliza la cantidad de luz infrarroja reflejada por la sangre que circula por el interior, para hacer precisamente eso.

OBJETIVO

Crear un dispositivo que ayude a censar y monitorear el pulso cardiaco que, aunque no cumple las rigurosas normas establecidas para dispositivos médicos, sea capaz de ayudarnos a saber cómo está nuestro pulso cardiaco.

MARCO TEÓRICO

El sensor consiste en un emisor infrarrojo y un detector montado a un lado y debe estar presionado contra la piel. Cuando el corazón bombea, la presión arterial se eleva considerablemente y lo mismo ocurre con la cantidad de luz infrarroja procedente del emisor que se refleja en el detector. El detector deja pasar más corriente cuando recibe más luz, que a su vez provoca una caída de tensión para entrar al circuito amplificador. Este diseño utiliza dos amplificadores operacionales consecutivos (op-amps) para establecer un punto de referencia estable para la señal, destacando los picos y filtrando el ruido. Ambos amplificadores operacionales están dentro de un circuito integrado (IC o chip) y engancharlos es sólo una cuestión de la interconexión correcta de los pines.

Un amplificador operacional (A.O. también op-amp), es un amplificador de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con fuentes positivas y negativas, lo cual permite que obtenga excursiones tanto por arriba como por debajo de masa o punto de referencia que se considere. Se caracteriza especialmente porque su respuesta en: frecuencia, cambio de fase y alta ganancia que se determina por la realimentación introducida externamente. Por su concepción, presenta una alta impedancia (Z) de entrada y muy baja de salida.

El pulsímetro calcula la saturación de oxígeno y el latido cardiaco (pulso) a través del dedo del paciente. El pulsímetro realiza la medición no invasiva del oxígeno transportado por la hemoglobina en el interior de los vasos sanguíneos. Detecta los bombeos de sangre como cambios de más o menos absorción.

El pulsímetro se utiliza en el hospital, la clínica, en domicilio, en la actividad deportiva, en cualquier lugar donde sea necesario recurrir a este tipo de diagnóstico.  La mayor parte de la luz es absorbida por el tejido conectivo, piel, hueso y sangre venosa en una cantidad constante, produciéndose un pequeño incremento de esta absorción en la sangre arterial con cada latido, lo que significa que es necesaria la presencia de pulso arterial para que el aparato reconozca alguna señal mediante la comparación de la luz que absorbe. 

La medición se basa en el hecho de que durante la sístole, habiendo sido el volumen de sangre expulsada a la aorta genera la onda del pulso (a principios de pico sistólico). Esta onda de pulso se agota y se refleja en la bifurcación de la aorta, la creación de una segunda ola (pico sistólico tardío). El tiempo de retorno (RT S35) es la diferencia (ms) entre la primera y la onda reflejada sistólica. RT S35 está relacionado con la rigidez de la aorta. La diferencia de las amplitudes de la onda sistólica primera y segunda (AIx) depende del tono de las arterias periféricas (función endothel). Sobre la base de estos, la velocidad de la onda de pulso (VOP S35) se puede calcular si se mide la distancia entre el Jugulum y de la sínfisis (Jug-Sy). Ver figura 1.

Figura 1 Nomenclatura de las ondas del electrocardiograma

El flujo sanguíneo pulsátil de los dedos de la mano tiene su origen en las contracciones cardiacas, pero además viene condicionado por el cambios activos en la contracción o relajación del músculo liso de los vasos precapilares de las pequeñas arteria y/o arteriolas, que son al final los responsables de los cambios de volumen de la sangre del lecho vascular del cada dedo. 

El pulsímetro es básicamente la interpretación de la coloración sanguínea que depende de la SaO2. El cambio de color de la sangre al saturarse de oxígeno, es debido a las propiedades ópticas de la molécula de Hemoglobina (específicamente de la porción heme). A medida que la sangre se desoxigena se vuelve menos permeable a la luz roja, el tejido pierde entonces su apariencia rosada, tomando un tinte azulado; de manera que visto de una manera simplista, el oxímetro sólo tiene que medir lo rojo de la sangre arterial e interpretarlo en términos de saturación, pudiendo entonces establecer que el pulsímetro mide la absorción de luz de longitudes de onda específicas que dependerá de la proporción existente entre Hemoglobina  oxigenada y Hemoglobina  desoxigenada.

MATERIAL

1    Resistencias: 100 Ω, 470 Ω, 1k Ω, 10k Ω, 47k Ω, 100k Ω
2Capacitor: 1uF de 10 a 50v
3Circuito integrado: LM358
4Led emisor infrarrojo
5Receptor infrarrojo
6Potenciómetro 100k Ω
7Diodo led
8Placa
9Pin torneados
1Zócalo
1Borneras
1Caja de anillo
1Cable para puentes

COSTOS

Material	Costo
Resistencias	$6
Capacitor	$3
Circuito integrado	$12
Led emisor y receptor infrarrojo	$10
Potenciómetro	$10
Diodo led	$3
Placa	$25
Pin torneado	$25
Zócalo	$4
Borneras	$4
Caja para anillo y cable para puentes	$0
Total	$102

DESARROLLO

Para hacer el pulsímetro, se usaron los principios de la luz al atravesar un material (Figura 2), si este es muy oscuro, la cantidad de luz que sale es más opaca, y si el material es muy claro, habrá mayor paso de intensidad de luz. 

Estos principios fueron usados y la toma de señales fue en el dedo, debido a que en ese lugar se pueden tomar datos más precisos debido a que no hay muchos obstáculos para la luz; en cualquier parte del cuerpo de una persona, circula la sangre que es bombeada por el corazón, y cada vez que es bombeada hay un flujo de sangre oxigenada y también de sangre desoxigenada, estas dos variaciones hace que el dedo permita el paso de más cantidad o menos de luz, y debido a eso, nosotros podemos tomar esos datos y verlo en un osciloscopio y ver como es el paso de la sangre en nuestro cuerpo. 

El dedal consta de LEDs infrarrojos (uno emisor y otro receptor), el cual estos están colocados de manera que al ingresar el dedo debe ubicarse la uña en el receptor y el emisor estaría en el lado opuesto de la uña. Ver figura 3.

Figura 3 Oximetría de pulso

Se implementó un dedal con una caja de anillos, la cual se encarga de mantener fijos los infrarrojos (Figura 4), y también para que el dedo pueda entrar y permanecer ahí mientras se analiza las señales (Figura 5).

       

Figura 4 Dedal

Figura 5 Uso del dedal

Figura 6 Esquema del dedal

En la figura 7 se puede ver el diagrama lógico de nuestro sensor de pulsos cardiacos, el cual se alimenta de una fuente de voltaje directa de 5 volts. Está compuesto por un led infrarrojo el cual pasa a través del dedo y recibe la señal el fototransistor, esta señal es enviada al circuito integrado (LM358) el cual es un amplificador de señales y en su salida va el led indicador de los pulsos.

Figura 7 Diagrama lógico

En la figura 2, se tiene el circuito simulado en computadora (Proteus-Isis), con el que se puede verificar el funcionamiento de nuestro circuito.

Figura 8 Simulación

En la figura 3, se muestra el diagrama impreso para realizar la placa.

Figura 9 Diagrama impreso

Finalmente, así es como quedo el pulsímetro terminado. Ver figura 10.

Figura 10 Circuito terminado

CONCLUSIONES

Debido a la estructura del dedal, en ocasiones se perdía la señal o se movía el dedo, fueron muchos los factores que afectaba la detección de la señal.

Para una buena toma de la señal se requiere que el dedo se mantenga quieto sin movimiento para evitar oscilaciones en el sistema o que la señal se pierda.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1.    “Microntroladores PIC Diseño practico de aplicaciones 2da parte”

José María Angulo Usategui y otros

McGraw Hill, 2da edición, 2006, p. 143

2.    “Telecomunications System Engineering”

Roger L. Freeman

John Wiley & Sons Inc., 2004, p. 268

3.    “Robótica Manipuladores y robots móviles”

Anibal Ollero Baturone

Alfaomega- Marcombo, 2001, p.55

Aplicación de la fibra óptica

Maxcom

Maxcom es un prestador de servicios integrados de telecomunicaciones que se constituyó en 1996 e inició sus operaciones comerciales en mayo de 1999. Brinda conectividad de “última milla” a micro, pequeñas y medianas empresas, así como a clientes residenciales en México.

Entre los principales productos / servicios podemos mencionar:

1. Segmento Residencial: Telefonía fija, televisión de paga, Internet y telefonía celular (a través de un operador móvil virtual)
2. Segmento Mayorista: Terminación de llamadas de larga distancia internacional, interconexión y renta de frecuencias.
3. Segmento Comercial: 

• Telefonía: troncales analógicas y digitales, FlashMax (ISDN) y números 800s nacionales e internacionales
• Servicios de datos: Internet dedicado, clean pipe, IPV6 y soluciones avanzadas
• Enlaces privados: Red IP convergente, enlace Max y Carrier Ethernet
• Otros: Hosted IP PBX, mensajería SMS, bláster, audioconferencia, Microsoft Suite, PBX administrado, data bonding, centro de continuidad de negocios, centro de datos, PenTest y maxSecurity.

Maxcom cuenta con 7,659 km de fibra óptica con 2 puntos de entrada a Estados Unidos (Laredo y McAllen) y 4,859 km de cobre en 5 ciudades. Maxcom tiene presencia en 73 ciudades e interconexión local con Telmex (nodos) en 23 áreas metropolitanas.

Maxcom cuenta con las siguientes concesiones:

a) Punto a punto nacional en las frecuencias de 15 GHz y 23 GHz

b) Punto a multipunto regional en la frecuencia de 10.5 GHz

Fibra Óptica

Una fibra óptica consiste en dos regiones concéntricas. La región interna es un filamento transparente llamado núcleo, cuyo diámetro suele estar comprendido entre 8 y 600 micras dependiendo del tipo de fibra óptica, y su índice de refracción es superior a la región externa. La región exterior consiste de un revestimiento de cuarzo o plástico al igual que el núcleo. Resultando que la luz inyectada en un extremo de la fibra, dentro de un determinado ángulo conocido como abertura numérica, es totalmente reflejada cada vez que incide en límite del núcleo/revestimiento. La luz continua reflejándose múltiples veces a través de la fibra por esta reflexión interna total, hasta que sale por el otro extremo.

El revestimiento se encuentra rodeado de una tercera capa, la cubierta protectora, de material plástico. 

Mecanismos ópticos básicos

Una fuente luminosa (una linterna) situada para iluminar el extremo final de un tubo, del cual asumimos que su superficie interna es reflectante. El haz luminoso es divergente, entonces no todos los rayos serán acoplados en el interior del tubo. Bajo estas condiciones hay una pérdida de energía en el extremo final del tubo. 

Se inserta una lente entre la fuente luminosa y el tubo para enfocar la luz en un haz más estrecho. Aunque el diámetro interior del tubo no ha variado, ahora se acopla más energía dentro del tubo y llega más energía al final del tubo. 

Por lo tanto, cualquier fuente luminosa que emita un haz estrecho de luz puede

acoplarse dentro de una guía luminosa (o sea, el tubo) de forma eficiente. El término que

describe la capacidad de recoger luz de una guía luminosa es la abertura numérica (NA) la

cual se aplica en fibras ópticas.

Propagación

A las ondas luminosas se les referencia por su longitud de onda, que está relacionada con la frecuencia mediante la expresión λ= c/f, donde λ es la longitud de onda, c la velocidad de la luz y f es la frecuencia.

Como la luz es una forma de onda electromagnética, sus propiedades han de ser descritas a partir de las ecuaciones de Maxwell. El método riguroso de cálculo de la intensidad y la fase de una onda luminosa implica, entonces, utilizar dichas ecuaciones.

Ahora bien, debido a que la longitud de ondas de las ondas electromagnéticas que se propagan (infrarrojo y visible) es muy pequeña, el estudio de la propagación en el interior de la fibra puede efectuarse con el modelo simplificado de rayos luminosos y leyes de la óptica geométrica.

 De esta forma, el estudio de la llegada de la onda o rayo luminosos a la superficie de separación entre dos medios con diferente índice de refracción, se puede realizar de dos formas:

• Como una onda óptica, donde deberá resolverse la ecuación de onda, la cual impone las condiciones de contorno.
•  Como un rayo luminoso, mediante la ley de Snell y la reflexión total.

TIPOS DE FIBRA ÓPTICA

 Dependiendo del tipo de propagación de la señal luminosa en el interior de la fibra, Éstas se clasifican en los siguientes grupos:

•  Multimodo
•  Monomodo

En una fibra monomodo, la luz puede tomar un único camino a través del núcleo, que mide alrededor de 10 micras de diámetro. Las fibras multimodo tienen núcleos entre 50 y 1000 micras. Las fibras monomodo son más eficaces a largas distancias, pero el pequeño diámetro del núcleo requiere un alto grado de precisión en la fabricación, empalme y terminación de la fibra.

La fibra óptica también se clasifica en función del índice de refracción, siendo de dos

tipos:

• Salto de índice
• Índice gradual

En las fibras de índice gradual, el índice de refracción es inferior en las proximidades del revestimiento que en el eje de la fibra. Las ondas luminosas se propagan ligeramente más lentas en las proximidades del eje del núcleo que cerca del revestimiento.

Atendiendo al material de la fibra, éstas pueden clasificarse:

•  Fibras de vidrio
•  Fibras de material plástico

Estas últimas se utilizan para comunicaciones a muy cortas distancias. Suelen emplearse para interconexión de equipos situados en un mismo edificio, conexión de equipos digitales de audio y en pequeñas redes de ordenadores.

Dentro de las dos primeras clasificaciones generales (tipo de propagación e índice de refracción), tenemos tres tipos básicos de fibra óptica:

• Fibra multimodo de salto de índice
• Fibra multimodo de índice gradual
• Fibra monomodo

Generalmente se utilizan las fibras multimodo en la primera y segunda ventanas, y monomodo en la segunda y tercera ventanas. 

Museo del Telégrafo

Originalmente era el Palacio de Comunicaciones, el cual fue construido entre el año 1904 y 1911, por decreto del presidente José López Portillo, el edificio fue destinado al Instituto Nacional de Bellas Artes para crear el Museo Nacional de Arte.

En el 2005 el MUNAL permite la creación en un ala del Palacio, la instalación permanente de una muestra con la historia de la Telegrafía en México 

En el museo podremos encontrar la historia de las comunicaciones y su rol en el desarrollo de la humanidad; en el museo aun siendo aún más específico se enfoca a la historia de las comunicaciones en nuestro país (México), desde  la reforma, el porfiriato, revolución y el México contemporáneo. 

Las comunicaciones pareciese ser la arma más poderosa usada en la segunda guerra mundial, pues fueron de suma importancia en este acontecer, ya que fue una de las épocas con mayor desarrollo en esta tecnología, fue así como se dio paso a las comunicaciones por teléfono, radio televisión, microondas, satélites, marcaron el fin para la era del telégrafo y se dio pauta para nuevas tecnologías como: el uso del radar, radio, celulares, computadoras, fibra óptica y la red mundial, etc.

En el museo podemos apreciar cómo se dio la historia de telégrafos de México (hoy día TELECOMM TELEGRAFOS) la importancia en el desarrollo de nuestro país en materia de comunicaciones, así como el uso de la clave morse, podemos observar telégrafos, instrumentos de medición, telegramas, una sala de telégrafos todo de la época de 1860 aproximadamente y una sala de interacción donde podemos comprobar el funcionamiento de los telégrafos.

La historia del telégrafo en México, empieza con la llegada del español Juan de la granja, gracias a su llegada a Estados Unidos (Nueva York) donde descubrió la invención  del estadounidense Samuel Morse “El telégrafo”, después de participar en un diario en español independiente en estados unidos, después decide llevar el invento a México, donde crea la primer línea telegráfica del puerto de Veracruz a la ciudad de México, y en el año de 1851 envía el primer telégrafo de nopalucan a la ciudad de México, dando paso así al código morse en nuestro país. 

Siendo así el instrumento de comunicaciones más versátil de esa época, no tardó mucho en que la política de nuestro país hiciera uso de este instrumento.

También en el museo podemos encontrar más sobre la historia de las comunicaciones, en donde nos habla (en forma virtual) más a fondo sobre las tecnologías que se desarrollaron y se desarrollan en este ámbito; tales tecnologías como: El telégrafo, El teléfono, Microondas, Satélites, Internet etc. También nos encontramos con la historia de cada una de estas tecnologías, el inventor y cómo funcionaba y/o funciona. 

El museo nos invita a llegar a la conclusión de que la ciencia de la comunicación es pieza clave en el desarrollo del país pues sin esta, toda sociedad estaría destinada a su destrucción y fracaso.

COMUNICACIONES POR FIBRA ÓPTICA (RESUMEN)

Enlace al documento

Apuntes de fibra óptica

INTRODUCCIÓN

 Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano. Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de elaboración es controlado por medio de computadoras, para permitir que el índice de refracción de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y evite las desviaciones, entre sus principales características se puede mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia capacidad de transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son inmunes a las interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia.

Las fibras ópticas no conducen señales eléctricas por lo tanto son ideales para incorporarse en cables sin ningún componente conductivo y pueden usarse en condiciones peligrosas de alta tensión. Tienen la capacidad de tolerar altas diferencias de potencial sin ningún circuito adicional de protección y no hay problemas debido a los cortos circuitos Tienen un gran ancho de banda, que puede ser utilizado para incrementar la capacidad de transmisión con el fin de reducir el costo por canal; De esta forma es considerable el ahorro en volumen en relación con los cables de cobre.

Fibra Óptica Como Portadora de Información.

El modelo de red y las  exigencias de una red actual

El personal   del  área de operaciones de las empresas de telecomunicaciones esta dividida en dos áreas: Conmutación y Transmisión. De estos dos grupos se derivan cuatro bloques importantes para una red de telecomunicaciones y son los siguientes:

• Transmisión o Transporte: la forma de conectar  los elementos  de conmutación entre si, puede ser local o de larga distancia.
• 
  
• Conmutación: los equipos responsables de establecer la comunicación entre dos extremos es decir los usuarios o los clientes.
•  
• Acceso: La forma de conectar las instalaciones del usuario con la empresa que le prestara el servicio.
•  
• Equipo Terminal: equipo situado en las instalaciones del cliente para aprovechar  un servicio de telecomunicaciones.

En la figura tenemos un  ejemplo del modelo, la red de  telecomunicaciones  más antigua y grande del mundo: la red telefónica pública conmutada o por sus siglas en inglés PSTN (Public Switched Telefone Network).

En esta red los elementos que corresponden al modelo de red son  el teléfono como  equipo terminal, el par de cobre como medio de acceso de conmutación y los enlaces de microondas y fibra óptica como medio de transporte.

El elemento de conmutación es el más importante, pues este es quien define  que tipo de servicio se brinda.

El elemento de Conmutación.

El elemento de conmutación  es quien propiamente se encarga de establecer la comunicación  entre un punto con otro, dependiendo como sea llevado acabo esta tarea será el servicio ofrecido.

En  general  existen tres tipos de elementos de conmutación  y en consecuencia tres tipos de servicios de telecomunicaciones. 

Central telefónica

El servicio que se ofrece es conmutado porque en la contratación del mismo solo  se especifica un extremo de la comunicación, el otro extremo será definido de manera dinámica mediante un plan de numeración  y algún esquema de marcación.

Los servicios ofrecidos a través de este elemento se  conocen como servicios dedicados, y a diferencia de los servicios conmutados, en la contratación del servicio se definen los extremos que estarán  en comunicación, reservando así canales exclusivos y permanentes a lo largo de la red de transporte.

Conmutador de paquetes

  

La conmutación de paquetes  parte de principios totalmente diferentes  a los utilizados en la conmutación de circuitos, utilizada para construir una red telefónica. Y esto no es de extrañar pues, ambos principios fueron diseñados para redes que transportarían tráficos totalmente diferentes y por lo tanto con demanda de recursos diferentes. Estamos hablando de tráficos de voz y datos.

El primer tipo de tráfico demanda un retardo mínimo  y en principio ganara una cantidad de  información constante. Por otro lado los datos no son tan sensibles con respecto al retardo y la cantidad de información que normalmente se genera es variable.

Este principio de conmutación consiste en etiquetar la información  de los usuarios y hacerla viajar del mismo medio de comunicación, aprovechando los instantes en que un usuario no envía información  para enviar la de otro, claro con el compromiso de experimentar congestión o retardo en ciertos momentos pero a un bajo costo.

El elemento de transporte

Un enlace de transporte se distingue por dos elementos. El primero que nos define fisicamente el medio de transmisión que será utilizado para llevar la información, como lo puede ser la fibra óptica (FO), las  microondas (MO), el satélite, el par de cobre o cable coaxial.

 El segundo elemento  es el modo de transmisión, este nos define de qué forma será llevada la información, así como la cantidad de información que podrá transportarse de manera simultánea. En formato analógico o digital  y con técnicas de múltiplexación FDM o     TDM (PDH y SDH).

Las redes de transporte pueden clasificarse en redes de transporte de larga distancia y redes de transporte local. La red de transporte de larga distancia es aquella que se encarga de transportar información entre dos equipos de conmutación  que se encuentran en dos ciudades, estados o países diferentes. Una red de transporte local es aquella que se encarga de transportar información entre dos elementos de conmutación  que se encuentran dentro de  una misma ciudad.

 El elemento de acceso

La red de acceso es la que permite a un usuario  de un servicio de telecomunicaciones conectarse a una red para hacer uso de dicho servicio. La red de acceso tradicional es la que encontramos en la red telefónica pública. Nos referimos a la red constituida por todos los pares de  cobre  que permiten al aparato telefónico conectarse a una central telefónica local.

Dentro de las  nuevas tecnologías  que se presentan en la actualidad para accesar a los usuarios podemos identificar diversas tendencias:

Nueva red de acceso por cobre

En este tipo de redes se pretende eliminar el par de cobre como alternativa única para llegar al usuario. En algunos casos se implementa fibra óptica en los segmentos principales y el par de cobre se utiliza en él ultimo tramo. Otra alternativa es usar las redes de teléfonos por cable (CATV) mediante el cable coaxial para ofrecer servicios de telefonía y acceso a Internet, además de los de distribución  de video. Finalmente, nuevas tecnologías que permiten el uso del par de cobre a mayores velocidades (ADSL  y HDSL).

Redes de acceso inalámbricas fijas

Las telecomunicaciones ya han demostrado su capacidad de contribuir al desarrollo económico de una nación. Por esta razón se han desarrollado tecnologías que permiten una eficiente y rápida implementación de redes de telefonía que ofrecen el servicio. Encontramos a las redes   de telefonía inalámbrica o fija o en ingles WLL (Wireless Local Loop). Con estas tecnologías se permite una rápida implementación de red de telefonía básica y además la inversión que se debe realizar es proporcional a la demanda existente, por lo que es posible llegar de una manera eficiente a lugares en donde se carece del servicio.

Redes de acceso inalámbricas móviles

Otra forma es permitir la movilidad, pues él poder estar comunicados en cualquier lugar y en cualquier momento resulta cada día más importante. Es por esto que el concepto de sistemas personales de comunicación o en ingles PCS es cada vez mas utilizado, pues hay un clara tendencia  a crear dispositivos que permitan comunicaciones de voz y datos.

Redes de acceso de banda ancha alámbricas e inalámbricas

Otra forma  es el implementar redes que permiten el acceso de banda ancha para nuevas aplicaciones. Por banda ancha entendemos velocidades entre 2 Mbps y 155 Mbps, para permitir acceso a Internet de alta velocidad, distribución de vídeo, vídeo en demanda, educación a distancia  y teletrabajo. En esta clase de redes encontramos las redes alambricas implementadas mediante fibra óptica y por redes inalámbricas mediante enlaces de microondas punto a punto y también punto a multipunto, como es el caso de la tecnología LMDS.

OPCIONES PARA EL TRANSPORTE

Exigencias en la actualidad para las redes de transporte. Una red de transporte debe de cubrir las siguientes cuatro condiciones:

Capacidad

Calidad

Confiabilidad

Costo.

Integración de servicios y tipos de información

En comunicaciones existen diferentes tipos de tráfico.

Encontramos los tráficos de velocidad constante como la voz y el video, los cuales son sensibles a los retardos y requieren una velocidad binaria constante para su transmisión.

Después tenemos a los tráficos de velocidad variable como las imágenes y el texto (datos), los cuales no son altamente sensibles a los retardos pero si a los errores en la comunicación y requieren una velocidad binaria variable o poco ráfagas.

Mayor capacidad de transmisión

En general la necesidad de mayores anchos de banda o capacidades en el transporte sé esta viendo acotada por dos aspectos:

Incremento de tráfico multimedia sobre las redes de telecomunicaciones.

Incremento del número de usuarios de las redes de telecomunicaciones.

Fibra Óptica Como Portadora de Información.

Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano. Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de elaboración es controlado por medio de computadoras, para permitir que el índice de refracción de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y evite las desviaciones, entre sus principales características se puede mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia capacidad de transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son inmunes a las interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia.

Las fibras ópticas no conducen señales eléctricas por lo tanto son ideales para incorporarse en cables sin ningún componente conductivo y pueden usarse en condiciones peligrosas de alta tensión. Tienen la capacidad de tolerar altas diferencias de potencial sin ningún circuito adicional de protección y no hay problemas debido a los cortos circuitos Tienen un gran ancho de banda, que puede ser utilizado para incrementar la capacidad de transmisión con el fin de reducir el costo por canal; De esta forma es considerable el ahorro en volumen en relación con los cables de cobre.

Incremento de la calidad

Las comunicaciones digitales se basan en la transmisión  de bits “1” y “0”  por lo que la calidad consiste en recibir  el digito binario originalmente transmitido. Se considera una comunicación con alta calidad cuando se comete un error de entre 10⁹ (1x10⁹) y el mínimo esperado es un error entre un millón de bits (1x10^-6).A es te parámetro para medir la calidad  se le conoce como Tasa de Errores de Bit o en ingles BER (Bit Error Rate)

Incremento de la confiabilidad

Los requerimientos de disponibilidad de los sistemas, así como las redes de telecomunicaciones se vuelven cada vez más exigente. Esto de debe a la creciente dependencia de las empresas sobre estos elementos para sus operaciones.

Es por esto que la confiabilidad que se tiene sobre las redes de telecomunicaciones debe ser cada vez más alta. Esto se logra mediante la implementación  de equipos con duplicidad de elementos, equipos y rutas redundantes.

Mayor cobertura

La globalización de la economía  y la ausencia de fronteras entre los países exige servicios de telecomunicaciones acordes. Esto hace que las redes tengan que expandir sus servicios a distancias cada vez mayores (incluso entre continentes)pero esta expansión de cobertura no debe de disminuir la calidad de los servicios prestados.

Actualmente existe un fuerte movimiento  en materia de alianzas de empresas de telecomunicaciones  con el fin de consolidar una mayor cobertura, al mismo tiempo se encuentran realizando alianzas con empresa de otros sectores para aumentar la cartera de servicios. La meta de una empresa de telecomunicaciones se encuentra en contar con la mayor cobertura y  la mayor cantidad de servicios.

Facilidad para su gestión

Es necesario contar con mecanismos que permitan la fácil configuración, el monitoreo de toda la red y  todas las funciones que generen la información acerca del estado de los signos vitales de red. De esta manera será más sencillo el aprovisionamiento, operación, la anticipación a posibles problemas, así como   la pronta respuesta a fallas para la recuperación de la red.

Opciones de medios para el transporte

El objetivo general de las telecomunicaciones es permitir comunicaciones de voz, datos, video a distancia de alta calidad, sin importar  la localización de los extremos. Para determinar el tipo de medio que se debe utilizar es considerar dos aspectos en general: el primero la distancia que existe entre los extremos: y el segundo la cantidad de información que se desea transmitir. Esto de alguna manera va asociado con el costo para cada opción de comunicación. Otro factor que también puede influir es el tiempo en el que se desea contar con los medios de comunicación.

Existen diversas opciones  de medios de transporte, pero definitivamente las fibras ópticas cuentan con el mejor escenario para la implementación de redes de transporte. Proveen  la mayor capacidad, la mayor distancia entre repetidores, la mejor calidad y por lo tanto relación costo beneficio. En la siguiente figura  se comparan los diferentes medios de transporte desde diferentes medios de transporte desde diferentes puntos de vista.

ASPECTOS GENERALES DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

Existen diversas razones que apuntalan a las fibras ópticas como el medio por excelencia para redes de transporte, entre ellas la gran disponibilidad de materia prima; el silicio. Las grandes distancias que se pueden conseguir entre repetidores. En la actualidad una distancia promedio es de 200 km. y se hablan ya de distancias por encima de los 600 km. La inmunidad al ruido e interferencia electromagnéticas al ser un medio no conductor, al mismo tiempo no genera radiaciones electromagnéticas. Las dimensiones de las fibras son pequeñas y por lo tanto los cables fabricados son más ligeros y fáciles de manejar. El tiempo de vida se entiende por encima de los 25 años y en realidad se asume como indeterminado pues no ha transcurrido el tiempo desde que se instalaron las primeras fibras ópticas. Por ultimo la gran capacidad, que como dijimos antes, permite en   la actualidad transportar mas de un millón de llamadas a través un par de fibras ópticas.

Sin embargo y a pesar de todas las ventajas de las fibras ópticas existen ciertas desventajas. Como el requerimiento de derecho de vía, la exposición a accidentes y actos vandálicos. Procesos de fabricación muy estrictos y complicados, equipo de transmisión costoso y tiempo de instalación alto y dependiente del terreno. También el proceso de instalación debe realizarse  con equipo y conocimiento especial.

En telecomunicaciones las fibras ópticas son utilizadas tanto para redes de larga distancia como para redes de acceso y transporte local. Redes trasatlánticas mediante cables submarinos. También son utilizadas para establecer enlaces dedicados y en redes de datos LAN y MAN.

Entre los elementos que componen un enlace mediante fibras ópticas encontramos las fuentes de transmisión LED y LASER, los foto detectores, los regeneradores, amplificadores ópticos, acopladores, multiplexores, equipo de medición y equipo para WDM.

LAS FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN

VENTAJAS  DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

Tenemos  diversas ventajas que favorecen la utilización de las fibras óptica sobre redes de telecomunicaciones.

• Muy altas capacidades, en el orden de los  Tbps.
• Calidad en transmisión, en el orden de BER=10^-12
• Niveles bajos de atenuación, en el orden de 0.2 dB/km.
• Respuesta a la frecuencia plana dentro de las ventanas ópticas, por lo tanto se prescinde
• prácticamente de ecualización.
• Distancia grande entre repetidores, entre 150 y 600 kms.
• Inmunidad a ruidos e interferencias.
• Menor costo por circuito que cualquier otro medio.
• Cables más ligeros, pequeños y flexibles.
• No generan interferencia y por lo tanto no existe la diafonía.
• Seguridad en la transmisión.
• Facilidad de mantenimiento.

DESVENTAJAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

ATENUACIÓN

La curva tiene tres características principales. Una gran tendencia de atenuarse conforme se incrementa la longitud de onda (Dispersión Rayleigh),  Atenuación en los picos de absorción asociados con el ión hidroxyl (OH-), y  Una tendencia por la atenuación para incrementar las longitudes de onda por arriba de los 1.6 um, debidas a las pérdidas inducidas por la absorción del silicio.

Nuevos sistemas de transmisión usan fibras multimodo, operadas en la primera ventana de longitud de onda cercana a las .85 um, mostrado en la figura 3, y después en la segunda ventana cerca de 1.3 um. Una fibra de modo simple primeramente opera en la segunda ventana, donde la atenuación de la fibra es típicamente menor que 0.35 dB/Km. Sin embargo la región de menos pérdida ( típicamente pérdidas cercanas a las 0.20 dB/Km) permanece en una longitud de onda amplia y los laceres y receptores operan en esa ventana cercanos a 1.55 um, estos llegaron a ser disponibles a finales de los 80´s. 

DISPERSIÓN

La dispersión cromática describe la tendencia para diferentes longitudes de onda que viajan a diferentes velocidades en una fibra. En longitudes onda donde la dispersión cromática es alta, los pulsos ópticos tienden a expandirse en el tiempo y provocar interferencia, lo cual puede producir una inaceptable velocidad del bit. La dispersión cromática de una fibra consiste de dos componentes - Material y Guía de  Onda, el componente material depende de las características de dispersión de los dopantes y del silicio de construcción. Estos materiales no ofrecen mucha flexibilidad a ajustes significantes en la dispersión de la fibra, así que ese esfuerzo se ha enfocado en alterar la dispersión de guías de ondas de las fibras ópticas. 

POLARIZACIÓN

Polarización es la propiedad de la luz la cual está relacionada con la dirección de sus vibraciones, el viaje de la luz en una fibra típica puede vibrar en uno o dos modos de polarización

 Los dos modos principales de una fibra asimétrica que es uniforme a lo largo de su longitud. El modo en el eje X es arbitrariamente etiquetado con un modo lento, mientras que en el eje Y es etiquetado en el modo rápido. La diferencia en los tiempos de arribo en los modos de dispersión por polarización (PMD), es típicamente medida en pico segundos. Sino es propiamente controlado, PMD puede producir errores excesivos en los bits para  la   transmisión   en  sistemas  digitales  y  que   pueden  distorsionar  señales  de  video trasmitidos usando formato de modulación de amplitud analógico.

NO LINEALIDAD

Niveles de alta potencia de la fibra óptica disponibles y amplificadores ópticos provocan señales que interactúan con la fibra en las cuales produce una variedad de efectos no lineales, sino son controlados propiamente, estas no linealidades pueden afectar de forma adversa al desarrollo del sistema, las no linealidades de la fibra caen dentro de dos categorías:-dispersión estimulada e índices de fluctuación refractivos.

Los niveles de potencia en los cuales los diferentes fenómenos no lineales se manifiestan ellos mismos, son conocidos como thresholds.

Dispersión

Estimulada

(StimulatedScattering).

        Esta no linealidad ocurre en sistemas de modulación intensos cuando las señales ópticas interactúan con las ondas acústicas o con vibraciones moleculares en la fibra de Si. Esta interacción dispersa la luz y la cambia a una longitud de onda mayor.

Hay dos formas de dispersión estimulada: -Stimlated Brillouin Scattering y Stimulated Raman Scattering- Índices de Fluctuaciones Refractivas ( Refractive Index Fluctuations).

Aunque el índice de refacción de una fibra óptica de Si presenta una constante a bajos niveles de potencia óptica, las altas potencias relacionadas con los amplificadores ópticos pueden modular el índice variando la intensidad óptica de la señal de transmisión.

Los efectos de la no linealidad de los índices refractivos caen dentro de tres categorías:-Self -Phase Modulation, Croos-Phase Modulation y Four-Wave Mixing.

COMPONENTES DE LA FIBRA ÓPTICA

La fibra es tan pequeña y frágil, que se le ubica dentro de un cable.

El núcleo que consiste de vidrio de cuarzo, tiene un índice de refracción más alto que el revestimiento de vidrio, cuarzo o plástico que lo rodea. A su vez la superficie del revestimiento esta protegida por una cubierta primaria de acrilato. La fibra esta protegida contra esfuerzos mecánicos debidos al cableado, instalación, cambios de temperatura, etc., ya que usualmente se coloca libre en el tubo que forma la cubierta secundaria.

Los aspectos principales para la propagación de luz en las fibras ópticas son:

Que la pureza del material del núcleo sea tan alta, que la atenuación se mantenga dentro de los límites razonables.

Que los rayos, que por una razón u otra tiendan a cambiar su dirección de propagación, se mantengan dentro del núcleo de la fibra.

La alta pureza fue un problema en el procesamiento del material de la fibra que ya ha sido resuelto. Se debe tener en cuenta que tanto el índice de refracción como la transparencia, varían con la longitud de onda y la temperatura. Una cierta pérdida por dispersión de la fibra no puede ser evitada por razones teóricas. A mayores longitudes de onda las perdidas aumentan debido a la absorción de rayos infrarrojos (absorción del calor). Los rayos son mantenidos en el núcleo debido a que el índice de refracción disminuye cuando aumenta la distancia desde el centro de una sección transversal imaginaria del núcleo de la fibra. Por esto el índice de refracción puede disminuir por pasos, como en la fibra con índice escalonado o hacerlo gradualmente como en la fibra con índice gradual. Las fibras ópticas son también unos medios especialmente adecuados para el transporte de impulsos digitales de alta velocidad.

       

Formados por finos tubos de vidrio plástico o cuarzo fundido metidos de varias milésimas de milímetro. Su nombre deriva del hecho de que son excelentes guías de onda para los impulsos lumínicos, y se emplean para transmitir informaciones de cualquier naturaleza transformadas en bits, en forma de ondas electromagnéticas de elevadísimas frecuencias, iguales a la de la luz.

Se utilizan concretamente frecuencias cercanas de infrarrojo, de unos 300 billones de hertzios, para las cuales tanto el vidrio como el cuarzo fundido son perfectamente transparentes, mientras que la envoltura de plástico es completamente opaca: de esta forma, las fibras ópticas tienen la gran ventaja de evitar los fenómenos de interferencia electromagnética, lo que las hace inmunes a las escuchas abusivas.

Las fibras se reúnen en cables, que poseen un número variable de ellas. Los más difundidos llevan 216 fibras, reagrupadas tres veces de seis en seis. Estos cables resultan incluso más baratos que los cables de cobre clásicos, y también son más ligeros manejables y fáciles de instalar. Para empalmar los cables ópticos hay que fundir con un equipo especial.

A pesar de todas las ventajas de que existen también hay ciertas desventajas que deben ser consideradas al momento de tomar la decisión de instalar un enlace mediante fibras ópticas; ya que dependiendo del escenario podría resultar que la utilización de otro medio de transmisión  sea más rentable .A continuación las principales desventajas de las fibras ópticas:

Por el tipo de tecnología utilizada los sistemas de transmisión todavía  son más caros.

Los conectores utilizados sobre fibras ópticas son muy caros actualmente.

El costo-beneficio que se puede obtener depende de la distancia a cubrir, así como el ancho de banda a utilizar.

Las canalizaciones para redes de larga distancia tiene complicaciones dependiendo del tipo de terreno.

La conectorización exige nuevas técnicas y herramientas.

El manejo de las fibras ópticas requiere mayor adiestramiento y capacitación del personal.

Hay  demasiado cobre instalado en la última milla como para pensar que la fibra óptica lo sustituya en corto plazo. La instalación de los cables es más sensible a las curvaturas.

LAS FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN

En telecomunicaciones, las fibras ópticas se presentan como el medio más adecuado para las redes de larga distancia y de gran capacidad. Es en ese terreno en donde ningún otro medio puede competir contra las fibras ópticas. Sin embargo en otros elementos del modelo de red como el acceso no es siempre posible justificar la utilización de fibras ópticas, o bien cuando se desea movilidad, o que diversos usuarios reciban la misma señal en diversas ubicaciones geográficas.

Otra área en donde se siguen utilizando los satélites es en la transmisión de señales de vídeo entre televisoras, pues en ocasiones es necesario generar señales desde algún punto remoto o cambiante a través del tiempo, por lo que resulta necesario contar con unidades móviles satelitales capaces de transmitir  desde cualquier punto.

APLICACIONES PRINCIPALES DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

Las aplicaciones  de las fibras ópticas van más allá del campo de las telecomunicaciones .De hecho, las fibras ópticas y las tecnologías relacionadas como el LASER están revolucionando diversos ámbitos de la actividad humana.

Se mencionan algunas de las principales aplicaciones de las fibras ópticas en las siguientes áreas: Telecomunicaciones, Redes de Computadoras, Medicina e Industria.

Telecomunicaciones

En telecomunicaciones el papel de las fibras ópticas ha sido clave. Su utilización la encontramos en redes de larga distancia, redes submarinas, redes de acceso, redes de televisión por cable (CATV).Debido a su gran ancho de banda, el uso de las fibras ópticas dentro de las telecomunicaciones está permitiendo las comunicaciones multimedia de alta velocidad y calidad. Es decir, se están logrando comunicaciones a distancia con la misma sensación y a través de todos los medios que podrían tener dos o más personas, cuando llevan a cabo una comunicación presencial; lo cual esta transformando todas las actividades humanas, como la educación, el trabajo, el entretenimiento. etc.

En redes de larga distancia el uso de fibras ópticas es el preferido, pues provee la mejor relación costo beneficio, gracias a la gran  capacidad de información y a las grandes distancias entre repetidores.

Redes de computadoras

En redes LAN la utilización del par trenzado tiene gran aceptación, pues es mucho más económico para el cableado horizontal en donde se requieren distancias menores a los 100 m y con lo que se obtienen velocidades en el orden de los  Mbps. Para el cableado vertical se prefiere la utilización de fibras ópticas.

Aplicaciones médicas

Hoy a través del LASER es posible realizar operaciones que tenían antes demasiado riesgo o en donde los tiempos de recuperación eran demasiado prolongados con el uso de Endoscopios que son dispositivos construidos a base de fibras ópticas.

Aplicaciones Industriales

Las fibras ópticas encuentran aplicación dentro de la industria debido a su característica de inmunidad al ruido, porque en ambientes industriales hay altos niveles de interferencias.

 PROPAGACIÓN DE LA LUZ

ESTRUCTURA DE LA FIBRA ÓPTICA

Para describir la estructura de las fibras, debemos saber las dimensiones de ellas. Es un hilo de vidrio de hasta 15 kilómetros de largo y de 125 micrómetros de diámetro. Tan delgado como el cabello humano de tan sólo 70 micrómetros o micras de diámetro. Este hilo de vidrio esta conformado por dos elementos, el núcleo y el recubrimiento.

Los dos elementos son de vidrio, específicamente de sílice (óxido de silicio) y de una pureza muy elevada. Este sílice como el resto de los vidrios, tiene un Índice de Refracción de  1.47.La causa por la cual se construyen las fibras ópticas con dos elementos concéntricos es para formar un tubo con Índice de Refracción menor al cilindro que contiene, cuyo Indice de Refracción es mayor. De tal forma el Recubrimiento tiene un Índice de Refracción de 1.47 y el Núcleo tiene un Indice de refracción de 1.5.con esto se obtiene la Reflexión Interna Total dentro de la fibra.

PROPAGACIÓN DE LA LUZ EN LAS FIBRAS ÓPTICAS.

Dado que hay una frontera, entonces existe un ángulo critico que depende de n₀ y de n₁, para que el haz de luz en el punto A pueda traspasar al núcleo es necesario que incida en esta frontera con un ángulo menor a ese ángulo crítico determinado por n₀  y n_1. Requerimos de una refracción en el punto A

Una vez que el haz de luz ha entrado en el núcleo, éste debe incidir en la frontera horizontal formada por el núcleo y el revestimiento, de tal forma que haya una reflexión total interna. Para que eso sea posible el ángulo de incidencia en el punto B debe ser mayor al ángulo crítico determinado por n₁ y n_2.

Dado que el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia, el haz de luz saldrá del punto B con la misma dirección con la que llego y llegará al siguiente punto de la frontera núcleo-recubrimiento con las mismas condiciones y se tendrá en ese siguiente punto otra vez una  reflexión interna total.

ATENUACIÓN Y DISPERSIÓN

Al propagarse la luz a lo largo de la fibra va a sufrir algunos fenómenos o cambios debidos a características de la fibra óptica los cuales son:

La Atenuación: es la pérdida de potencia conforme la luz se propaga, entre más camino recorra la luz, mayor será la atenuación y por lo tanto menor será la potencia de luz a su llegada al otro extremo del enlace.

La Dispersión: consiste en el retardo que toma parte de la luz al viajar a lo largo de la fibra óptica. Por ejemplo si un pulso de segundo de duración y ese pulso lo hacemos entrar a un extremo de la fibra, del otro extremo obtendremos ese pulso con menor potencia, debido a la atenuación. La dispersión es el ensanchamiento en el tiempo de la luz.

Entre más camino recorra la luz, mayor será el ensanchamiento y por lo tanto mayor será la duración del pulso de la luz a su llegada al otro extremo del enlace.

Factores que propician la atenuación

Existen tres causas de perdida de potencia en un enlace óptico, que son por absorción, por empalmes y por curvaturas.

Perdida por absorción: es por el simple hecho de propagarse la luz por un medio se perderá potencia irremediablemente .Hay absorción intrínseca y extrínseca.,la primera no se puede evitar y la otra se debe a que la naturaleza del vidrio sino a la forma en que fueron fabricadas..Las impurezas o pequeñas burbujas  de aire o de otro material que puedan quedar como remanentes de impureza serán la causa de que los fotones choquen y se desvíen, perdiéndose así energía.

Perdidas en un enlace óptico: son los elementos de unión que pueden ser los conectores o los empalmes. Los conectores son empleados para unir una fibra con un equipo, y los empalmes son usados para unir dos fibras y hacer una más grande. La causa de porque los conectores o empalmes introducen perdidas es que para la luz esto significa pasar por una frontera y recordando la ley de Snell, de reflexiones y refracciones. Por diferentes métodos  de fabricación de conectores y métodos de empalmado, se han mejorado sustancialmente estas pérdidas.

Perdidas por curvaturas: Siempre que haya una curvatura en un cable de fibra óptica habrán perdidas. Hay dos tipos de curvaturas, las macro curvaturas y las micro curvaturas. Las primeras son apreciadas a simple vista y pueden despreciarse si no se excede un radio de curvatura igual a 20 veces el diámetro del cable. Y las segundas las macro curvaturas, son apreciables a simple vista, son pequeñas torceduras o presiones que sufre la fibra y que también introducen perdidas. Este tipo de curvaturas ocurren cuando se sujeta demasiado fuerte una fibra.

Existen dos causas principales, la dispersión modal y la dispersión intramodal o cromática.

Dispersión modal:es cuando se tiene una onda electromagnética que se radia para su propagación en una guía de onda, la onda viajera encontrara varios caminos para propagarse a lo largo de la guía. A estos caminos se les llama modos de propagación dependiendo de las dimensiones de la guía de onda y de la frecuencia o longitud de onda se podrán propagarse uno o más modos.

Dispersión intramodal o cromática:esta dispersión de debe a que el índice de refracción del material no es independiente de la longitud de onda de la luz que viaja por dicho material..Al variar el índice de refracción y de  acuerdo a la Ley de Snell se varía también el ángulo con el que la luz incide a la  frontera núcleo-cubierta y por lo tanto esa componente de luz seguirá una trayectoria propia.En las fuentes LED que se emplean,se tiene un ancho espectral del haz de luz de aproximadamente 40 nm,lo que genera una dispersión cromática fuerte.Para evitar este problema se han desarrollado fuentes como las Láser tipo DFB (distributed feedback) con anchos menores a 1 nm que reducen notablemente la dispersión cromática.

Efectos de la atenuación y la dispersión en un sistema de Telecomunicaciones

En un sistema de telecomunicaciones a base de enlaces ópticos,la atenuación es muy importante ya que de ella dependerá el alcance que tenga dicho alcance..Si en el enlace se emplea fibra con un coeficiente de atenuación muy malo,la distancia del enlace será muy pequeña. Por lo contrario si se emplean fibras con un buen coeficiente de atenuación,la distancia será mayor. Actualmente la distancia máxima de un enlace óptico es de 600 km.

EL PRODUCTO DE ANCHO DE BANDA POR DISTANCIA

Los fabricantes de fibras ópticas o bien los cables ópticos proporcionan especificaciones de la fibra, entre esas especificaciones se encuentran los coeficientes de atenuación y de dispersión. Con estos datos se pueden hacer los cálculos correspondientes para saber si esa fibra le servirá en su enlace o no.

Las unidades de este parámetro son los GHzKm. Un ejemplo de este tipo tenemos que una fibra tiene un producto de 1000 GHzKm, lo que significa que puede transportar una velocidad de 1000 Gbps sobe una distancia de 1 kilómetro bien esa misma fibra puede emplear en un enlace una velocidad de 100 Gbps en una distancia  de 10 Km. Cualquier combinación siempre y cuando la multiplicación de la velocidad por la distancia  no exceda este valor.

TIPOS DE FIBRAS ÓPTICAS

Existen  dos  tipos de fibras ópticas, las cuales son las fibras multimodo y las fibras monomodo. Por sus características particulares cada tipo se utilizan en aplicaciones diferentes.

PERFIL DE INDICE DE REFRACCIÓN

El Perfil de Índice de Refracción muestra  los diferentes valores del Índice de Refracción a lo ancho de una fibra, mostrando también sus dimensiones de diámetros.

FIBRAS MULTIMODO

Este tipo de fibras fueron las primeras que se fabricaron para uso comercial en la época de los 80´s.Este nombre se le atribuyo a su funcionamiento interno. Cuando un haz de luz entra refractado al núcleo de una fibra, no toda la energía se propaga por la misma trayectoria, algunos fotones tomarán una trayectoria, otros tomarán otra y otros otra. Puede haber cientos de trayectorias  dentro de  ese tipo de fibras.

Fibras Multimodo de Índice Escalonado

En este subtipo de fibras multimodo su núcleo esta ligeramente dopado, lo que hace que su índice de refracción sea ligeramente mayor que el Indice de Refracción del recubrimiento. Ese dopado es constante en todo el núcleo, en la frontera, el valor del Indice de Refracción cambia abruptamente, disminuyendo al valor del índice del recubrimiento. Este cambio abrupto en el valor de los Indices y su representación gráfica en el perfil del índice es lo que da nombre a este subtipo de fibras. Las dimensiones del diámetro del núcleo han variado y se han fabricado núcleos de 62.5 micras y de 50 micras, seindo más comunes las primeras.

Características de las fibras de índice escalonado:

• Fuerte dispersión modal
• Producto Ancho de Banda por Distancia Pequeño.
• Uso de LED´s como fuentes ópticas.
• Apertura Numérica grande.
• Requerimientos mas holgados para conectores.
• Aplicaciones pasadas:LAN´s distancias cortas, velocidades pequeñas, hoy en día en desuso.

Fibras multimodo de Índice Gradual

Este tipo de fibras esta dopado en el núcleo y va cambiando conforme nos alejamos del eje de la fibra; justo en el centro habrá  un nivel n1 que irá  descendiendo hasta llegar al nivel n2 correspondiente al recubrimiento. El dopado no es constante en el núcleo, su valor de índice de refracción va descreciendo en forma gradual hasta llegar al índice del recubrimiento,donde ya permanece constante.Este cambio gradual en  el valor de los índices y su representación gráfoca en el perfil del índice,es lo que da nombre a este tipo de fibras.Las dimensiones del diámetro son las mismas que las del de Índice Escalonado.

Características de las fibras multimodo de índice gradual

• Producto de Ancho de Banda por Distancia mayor que las de índice escalonado.
• Dispersión modal 10 veces menor que las de índice escalonado.
• Uso de LED`s como fuentes ópticas.
• Apertura Numérica grande.
• Requerimientos más holgados para conectores.
• Aplicaciones LAN´s;distancias cortas,velociodades pequeñas

FIBRAS MONOMODO

Este nombre reciben las fibras porque solamente un rayo o haz de luz entra refractado al núcleo de una fibra y toda la energía se propaga por la misma trayectoria  y solo hay un modo o trayectoria dentro de este tipo de fibras. Este tipo de fibras fueron construidas con el fin de evitar el alto índice de  dispersión causada por los múltiples modos.

Características de las fibras monomodo

• Produce  mejor producto de ancho de banda por distancia.
• Solo se presenta dispersión cromática.
• Se requieren conectores muy adecuados.
• Se requieren fuentes de luz precisas.
• Se aplican para altas velocidades y redes de larga distancia.

FABRICACIÓN DE UNA FIBRA ÓPTICA

Para el proceso de fabricación de una fibra óptica tenemos dos etapas:

La primera es la preforma la cual es un tubo de vidrio de alta pureza,y la segunda es el estiramiento de la preforma.

La Preforma: La preforma es un tubo de vidrio de óxido de silicio o silice de gran pureza y con dimensiones de un metro de longitud y 5 cm de diámetro.

Con la preforma ya hecha esta lista para empezar el proceso de dopado (OH) el cual consiste en dejar al tubo libre de impurezas,se pone a una temperatura de1300 ^oC con una flama que se pasa alrededor del tubo el cual se mantiene girando sobre su propio eje.

Despues de esto se introducen vapores al tubo y al calentarse estos se depositan en el interior del tubo hueco,adhiriendosele y formando parte de la cara cilíndrica interior.En este paso de deja el tiempo necesario para alcanzar el índice de refracción deseado.

Entonces que ya se ha calculado el índice de refracción deseado de dejan de introducir los vapores y comienza un calentamiento más intenso a 1900^ºC.

DISEÑO DE ENLACES

Describiremos el funcionamiento de este sistema; por el lado izquierdo una señal eléctrica que puede ser analógica o digital entra en  el equipo de transmisión óptico. Este equipo adecua la señal para su transmisión a través de la fibra óptica, convirtiendo la señal eléctrica a una señal óptica. La señal ya en forma de luz pasa a la fibra óptica la cual se conecta al equipo de transmisión con el cable de fibras ópticas que se usara posteriormente para el enlace exterior.

Este enlace esta formado por varios segmentos, cada segmento consta de una emisión de luz, un tramo de fibra óptica y un regenerador. Por causa de la atenuación tenemos que regenerar la señal cada cierta distancia en el enlace para que no pierda su potencia y llegue la señal completa hasta el otro extremo.

Dentro de cada segmento hay empalmes que estos se utilizan para unir dos tramos de fibra a cada cierta distancia.

Una vez que ha llegado al otro extremo el mismo sistema de transmisión recibe la señal y ahora la convierte de óptica a eléctrica para dar por terminada la tarea de todo el sistema de comunicaciones.

SISTEMA DE TRANSMISIÓN

Este es el primer elemento del sistema de comunicaciones basado en fibras ópticas y a continuación se muestra un proceso de transmisión y recepción que simultáneamente se lleva a cabo dentro del sistema de transmisión:

Etapa de transmisión

Posteriormente, lo primero que se hace con la señal eléctrica es agregar información adicional. El propósito de agregar información esta en la necesidad de incorporar funciones que permitieran una mejor administración del enlace como son las siguientes:

• Canal de voz para comunicación de los usuarios de terminal a terminal (order wire)
• Canal de datos para el usuario. Canales de control para la operación del sistema de control de potencia para casos de corte de fibra. Estructura de una trama propia del sistema.

Palabra de sincronía propia del sistema.

El siguiente paso se le llama aleatorización y codificación, en este proceso se utilizan códigos binarios “0” y “1”.Si se trata de un 1 esto se representa con un nivel alto de potencia óptica y si se trata de un cero, esto representa un nivel bajo o de plano ausencia de señal. Si en la señal óptica se presenta una secuencia muy larga de unos y de ceros, eso podría redundar en un tiempo demasiado largo sin cambios en el nivel de la señal óptica con la consecuente posibilidad de perder sincronía. Para evitar lo anterior se tiene este proceso de aleatorización, mediante el cual se manipula la señal para evitar que se presente una combinación demasiado larga de unos y de ceros. Después de esto se somete a un proceso de codificación  en el cual se utilizan códigos como 5B6B que consisten en que cada combinación de 5 bits de la señal original se generan 6 bits de manera que este 20% de información adicional facilita la detección y corrección de errores en la comunicación.

Posteriormente se tiene el proceso de modulación directa en el que, los unos se codifican con un nivel alto y los ceros con un nivel bajo de potencia  óptica.

Etapa de recepción

Consiste en revertir lo realizado en la etapa de transmisión. Primeramente se tiene la interfaz  de línea en la que al igual que en la etapa de transmisión se conecta al cable de fibra óptica exterior, con el foto detector, este tiene una misión de convertir la energía de luz percibida en impulsos eléctricos cuya amplitud es proporcional a la intensidad de la luz, el ser excitado con una intensidad alta de luz, el foto detector generará un nivel alto de señal eléctrica lo que significará un uno.

Posteriormente sigue la etapa de decodificación o desaleatorización, estos dos procesos se llevaran a cabo solo si sucedieron en la etapa de transmisión. De ser así, es necesario para que el efecto neto sobre la información real sea nulo. Asimismo, si en la etapa de transmisión de dio el agregado de información se procederá de retirar esta a fin de dejar únicamente la señal eléctrica que originalmente se alimento. Por ultimo se resta el adecuar la señal eléctrica al código de línea que corresponda la interfaz eléctrica en cuestión.

Tipos de fuentes ópticas

Tenemos dos tipos de fuentes ópticas:

1.     -Fuentes tipo LED (Light-Emiting Diode)

Transmisores Ópticos

Muchas de las propiedades del láser no pueden aun ser explotadas, por ejemplo, el pequeño ancho de banda y la coherencia de la luz del mismo. En la actualidad los láser son usualmente fabricados a partir de materiales semiconductores (Diodo láser, LD).

Además de los laceres, también se usan los diodos emisores de luz, LED. Ellos fueron desarrollados en la década de los 70's y son sencillos y baratos. Lamentablemente emiten una luz de gran ancho de banda y como irradian en forma esférica, solamente una pequeña parte de la potencia puede ser introducida en la fibra.

Diferentes LED

Estas son las fuentes más usuales cuando se requiere de un bajo costo y las aplicaciones no son tan demandantes en términos de distancia y ancho de banda. Una de las ventajas de las fuentes tipo LED es su alta estabilidad en el nivel de emisión contra el tiempo, su vida útil y su comportamiento prácticamente lineal en cuanto al nivel de potencia con relación a la corriente eléctrica de excitación.

2. -Fuentes tipo LASER (Llght Amplification by Simulated Emision of Radiation)

Estas fuentes son las ideales para aplicaciones de alta capacidad y velocidad como las que corresponden a las fibras monomodo. Normalmente se trabaja con estas fuentes en la 2^ª y 3^ª  ventanas ópticas a 1310 y 1550 nm respectivamente.

Las fuentes tipo LASER ofrecen la posibilidad de potencias bastantes mayores, el ancho espectral de la fuente es bastante pequeño y soportan velocidades de modulación muy altas. Uno de los inconvenientes  es que no son tan lineales. Esto significa que la curva de potencia de luz emitida contra corriente de excitación presenta un punto de quiebre en donde se pierde completamente la linealidad.

Con este comportamiento resulta difícil la modulación del LASER para la transmisión de señales. Esto también ocasiona que el LASER nunca se apague. Cuando se transmite un uno se tiene una potencia alta y cuando se transmite un cero se tiene una potencia baja, pero nunca nula.

Tipos de foto detectores

Estos dispositivos tienen la función de generar una señal eléctrica al ser excitados por una fuente de luz. Existen dos tipos de fotodetectores, tenemos a los tipo PIN   y a los APD.

Foto detectores tipo PIN

Este tipo de foto detectores  tienen una vida mayor útil que los de tipo APD y son más estables. No son muy sensibles. El nombre PIN de deriva de la estructura de estos fotodiodos,están conformados por una placa de material P otra de material intrínseco  I y una tercera de material tipo N. La sensibilidad y sobre todo la longitud de onda a la que se obtiene mejor sensibilidad depende del material con el que este fabricado.

Foto detectores tipo APD

Los foto detectores APD deben su nombre al funcionamiento del diodo que los constituye APD (Avalanche Photodiode).Lo que ocurre con este tipo de diodos cuando se les aplica un voltaje externo adicional tienen un efecto de ganancia interna que redunda en que ofrezcan una sensibilidad más alta. Esto quiere decir que la foto detectora responde a intensidades de luz más tenues, lo que puede operar en enlaces de mayor distancia lo  que trae consigo más luz atenuada.

RECEPTORES ÓPTICOS

En las comunicaciones por fibra óptica se usan como detectores de luz, principalmente los diodos PIN y APD. El comportamiento de estos semiconductores ha sido constantemente mejorado, especialmente en los que se refiere al tiempo de elevación del pulso y sensibilidad. En la actualidad se presentan en tamaños adecuados para ser acoplados en las fibras ópticas.

EMPALMES Y CONECTORES DE FIBRAS ÓPTICAS

Conectores: Estos se utilizan para conectar a la fibra óptica a un equipo óptico. Existe una gran variedad de conectores en el mercado. En la siguiente figura se muestran los principales componentes de un empalme:

 Existen dos versiones de conectores;el conector macho y el conector hembra.La función del conector hembra es la de proveer el mecanismo que pone en contacto a los conectores machos.En cuanto a los componentes de un conector la férula cuenta con un orificio de gran precisión justo en el centro a través del cual se conduce la fibra óptica.Este orificio tiene un díametro  de 125 m por lo que pasa la fibra desnuda incluyendo solamente a l núcleo y a la cubierta.Justo en el centro del conector hembra se pone en contacto,frente a frente,las dos ferulas con lo que se logra el contacto también entre las dos fibras.Es evidente que este contacto es de mucha presición,pues cualquier falla en el alineamiento o cualquier separación de más entre las mismas fibras provoca una atenuación y una reflexión que afecta al desempeño de todo el sistema.

A continuación se dan a conocer algunos de los conectores más comunee en aplicaciones relacionadas con telecomunicaciones:

Conector tipo ST (Straight Tip)

Este conector fue diseñado por la compañía Lucent y es de uso bastante común en sus sistemas de cableado estructurado.

Conector tipo SC (Subscriber Conector)

Este tipo de conector tiene una fijación del tipo “empujar y jalar” conocida en inglés como Push Pull debido a que en esa forma es como se fijan el conector hembra con el macho.Debido a que no requiere del espacio necesario para el movimiento de los dedos alrededor del conector,se le utiliza para paneles de alta densidad en donde hay que acomodar muchos conectores juntos.

Conector tipo FC (Fiber Conector)

Este conector es bastante común en aplicaciones de telecomunicaciones.Muchos de los primeros sistemas de transmisión para fibras ópticas que se instalaron  en México en redes publicas empleaban este conector.Su fijación es mediante una rosca entre el conector hembra y el macho.Cuenta con una muesca que permite que el contacto se haga siempre en la misma posición.

Conector tipo MT-RJ de SIECOR

Este nuevo conector permite la conexión de dos fibras de manera simultánea.Funciona con el mecanismo push-pull.Son tan buenas las caracteristicas de este conector que incluso existe un grupo de empresas que conformarón un grupo llamado MT-RJ Alliance para impulsar su estandarización.El conector ocupa la mitad del espacio requerido por un conector SC.Este conector se usa tanto para fibras monomodo como multimodo.

Empalmes

Estos se utilizan para las conexiones que se pretenden ser permanentes.Estas uniones permiten unir los rollos de cable en un tendido de larga distancia.El numero de empalmes necesarios en un cierto segmento dependerá de la distancia a cubrir y de la cantidad de cable por cada rollo.

Existen dos tipos de empalmes:los mecánicos y los de fusión.Los primeros son más sensillos,de menor costo pero con ciertas deficiencias que los hacen comunes en aplicaciones dentro de redes LAN pero no en redes de alta capacidad para redes de telecomunicaciones públicas.Por el contrario los empalmes de fusión son los más utilizados en los enlaces de larga distancia y para redes metropolitanas MAN,SDH y WDM.

CABLES DE FIBRAS ÓPTICAS

Los cables de fibra óptica son muy faciles de quebrar y por esto se tiene la necesidad de darles protección con una o dos cubiertas.

Protección básica

La estructura básica de la fibra comprende el núcleo y la cubierta con un díametro exterior de 125 mm,a esto se le conoce como fibra desnuda;sin protección alguna.La protección básica que lleva la fibra óptica dentro de la estructura de los distintos tipos de cables consiste en una protección primaria y en otra conocida como secundaria.

La protección primaria consta de una cubierta a base de un material acrílico con un diámetro exterior de 250 mm.En muchas ocaciones este material se tiñe con colores para pder identificar a las diferentes fibras dentro de un mismo cable.Esta cubierta está bien pegada a la fibra y además de la protección le da rigidez para su manejo.

La cubierta secundaria tiene sus variantes.En general consta de una protección a base de un material polimérico con un diámetro exterior hasta de 900 mm.

Las variaciones residen en la forrna de conducir la fibra dentro de esta protección secundaria.En la siguiente figura se muestran las fibras con protecciones primaria y secundaria:

ESTRUCTURA Y HACES DE FIBRA ÓPTICA

 Existen una multitud de tipos y estructuras de cables ópticos, daremos algunos ejemplos y clasificación elemental.

Conjunto de fibras. Es un cable compuesto por un gran número de fibras yuxtapuestas y enceradas en una cubierta protectora, por lo que es el más simple de los cables. En un haz de fibras, estas se utilizan en paralelo. Hay dos tipos de haces de fibras:

El primero se compone de un gran número de fibras (200 a 400) y tiene una gran atenuación (de 400 a 1000 dB/km.) y una gran apertura numérica (de 0.5 a 0.6). La ventaja de un haz como este es el tamaño de la superficie efectiva que facilita el acoplamiento con emisores de gran superficie emisiva. Se utiliza en enlaces muy cortos.

El segundo tipo de haz esta constituido por 6 a 40 fibras más eficientes, atenuación de aproximadamente 20 dB/km. y con una apertura numérica alrededor de 0.2. Un haz como este, tiene un diámetro exterior de unos cuantos milímetros, lo que facilita el acoplamiento entre le emisor y la fibra.

En los haces, las fibras no están protegidas contra las microcurvaturas y contra las altas tensiones; sin embargo, dado el gran numero de fibras, la ruptura de una de ellas tiene menos consecuencias. Es necesario tener en cuanta esta pérdida para el acoplamiento entre el emisor y la fibra, ya que no se propaga la luz inyectada fuera de los núcleos de las fibras. 

Cables ópticos.

a) Cable con 7 unidades de 7 fibras.

b) Cable con repartición concéntrica de fibras

Estructura de cinta. Los laboratorios Bell fueron los primeros que estudiaron este tipo de estructuras en las que las cintas están contra-pegadas sobre 12 fibras, después agrupadas y retorcidas en grupos de 12. Se tienen así 144 fibras en una sola estructura

Cable con estructura de cinta.

       

En las estructuras de cinta, las fibras pueden tener revestimiento apretado (fibras contra-pegadas) o revestimiento flojo (fibras colocadas en tubos de aluminio y recubiertas con polietileno). La ventaja primordial de una estructura como esta es el gran numero de fibras que se pueden agrupar (144 fibras para un cable de diámetro exterior de 12 mm).

Estructuras cilíndricas ranuradas. Esta estructura, elaborada en Francia por el CNET, permite utilizar fibras provistas solo de su revestimiento primario; después se depositan, libres y sin tensión, en las ranuras helicoidales de un soporte central

 La función principal de la protección secundaria es el de cuidar a la fibra de los esfuerzos mecánicos derivados del manejo cotidiano de los cables de fibra óptica durante la instalación.Con esta protección se disminuyen las microcurvaturas.

a).-Protección secundaria holgada.

Una de las protecciones más utilizadas consiste en que la estructura de la protección secundaria sea un tubo hueco en cuyo interior descansa el cable de fibra óptica.El espacio de aire dentro del tubo permite amortiguar los esfuerzos sobre la fibra.Uno de los inconvenientes que en este caso es que la pared interna de la protección no es completamente lisa por lo que se pueden generar fricciones y curvaturas indeseables en la fibra.Una variante para evitar esto consiste en rellenar el vacio con una sustancia gelatinosa que evita la fricción y repele la humedad.Otra forma es darle un acabado acanalado a la pared interna del tubo y en forma de hélice porque la fibra tiene una superficie de contacto con la pared interna mucho menor.

b).-Protección secundaria ajustada.

En esta segunda capa existe un espacio hueco entre la fibra y la pared interna de la protección secundaria.Este espacio esta relleno por el mismo material de la protección secundaria por lo que ahora la fibra se encuentra firmemente rodeada por dicho material sin posibilidad de movimiento.El resto de la estructura varia de acuerdo a ala aplicación que tendrá cada cable de fibra óptica.

Cables para interconexión en interiores

Estos cables se utilizan en el interior de una sala de comunicaciones.Sirven para efectuar conexiones entre los puntos de distribución y de consumo en los paneles de parcheo y también entre el panel de parcheo y los equipos de comunicaciones.

Estos cables se pueden presentar en un formato individual,conocido como simplex o en formato duplex con dos cables unidos.En este tipo de cable es bastante común que cuando se use el color amarillo para las fibras monomodo y el color anaranjado para las fibra multimodo.

Cables con múltiples fibras para interiores

Estos cables son de aplicación amplia en la construcción de redes dorsales,en redes LAN corporativas.Se usan por ejemplo para hacer la red que conecta varios pisos dentro de un edificio o en un estadio.

El numero de fibra contenidas en este tipo de cable siempre son de un número par y algunos de los cables más usados tienen 6,12 ó 18 fibras.

Cables para exteriores en ducto y de inmersión directa

Estos cables se utizan para comunicar sitios distantes entre sí.Son los que se emplean para la construcción de redes metropolitanas o de larga distancia.Estan clasificados en dos grupos.Primero están los cables diseñados para ser conducidos através de los ductos.Es decir,primero se entierra el ducto y posteriormente a través del mismo se inserta a los cables de fibra.El ducto provee un cierto nivel de protección.Por otra parte,cuando no se usan ductos,el cable se entierra directamente por lo que se requiere de una mayor protección contra los agentes externos que se pueden presentar.

Cables submarinos

Una de las aplicaciones mas fabulosas de las fibras ópticas es el tendido de sistemas de comunicación entre continentes por debajo del mar.En estas aplicaciones se requiere que las fibras ópticas esten bien protegidas contra la enorme presión que el mar tierne.Estos cable deben llevar elementos metálicos para la alimentación que energiza a los amplificadores ópticos que están bajo el agua también.Estos cables llevan un número reducido de fibras pues el número de amplificadores que se pueden encapsularno es muy alto.

Cables de tendido aéreo

En otras ocaciones  es mejor hacer un tendido aéreo del cable en lugar de abrir zanjas en la tierra para su inmersión.En redes MAN se pueden colocar postes y de ahí colgar los cables de fibra.Otra aplicación es en las redes WAN o de larga distancia,está en el tendido del cable apoyándose del hilo de guarda que hay entre las torres que llevan cables de alta tensión.

La atenuación que se presenta en el enlace se debe a los siguientes factores:

Atenuación debida a la fibra óptica.

Atenuación debida a los conectores.

Atenuación debida a los empalmes.

a).Atenuación debida a la fibra óptica

Para conocer el valor del coeficiente de atenuación se debe multiplicar el valor del coeficiente  atenuación por la longitud del tramo de la fibra. Por ejemplo si a=0.2 dB/km y la distancia del enlace o del segmento es de 100 km, entonces la atenuación de la fibra óptica será de 20 dB.

b).-Atenuación causada por  conectores

La unión entre dos férulas que se da en los conectores crea un pequeñísimo  espacio de aire que a su vez implica una atenuación. El valor de esta atenuación depende de las características de cada conector, siendo valores típicos entre 0.2 y 1 dB.

c).-Atenuación causada por empalmes

Para calcular la atenuación se debe conocer la atenuación planeada por cada empalme y se multiplica por el número de empalmes que se tengan. El valor de atenuación para cada empalme se especifica de acuerdo al tipo de empalme (fusión o mecánico) y en su caso la herramienta a utilizar. Sus valores típicos de atenuación están alrededor de 0.05 a 0.2 dB. La cantidad de empalmes que serán necesarios depende de la relación entre la distancia a cubrir y la longitud de los carretes de fibra que se requieran.

MEDICIONES ÓPTICAS

CUANDO Y QUÉ SE DEBE MEDIR

Las mediciones en fibras son evaluaciones que hacemos a las fibras y a los equipos como respuesta a la longitud de onda, al tiempo y la distancia.

En la siguiente tabla se tiene una referencia en donde encontramos en la primera columna, todas las mediciones que se llevan a acabo en el ámbito de las fibras ópticas, después en cada una de las posteriores columnas se tienen las etapas en la que se llevan acabo tales mediciones.

En la segunda columna, I + D, se refiere a la investigación y al Desarrollo. Es en esta etapa cuando los científicos desarrolladores buscan disminuir la atenuación a y la dispersión s debida a la propia fibra óptica, que puede acercarse al cero dispersión:

En la tercera columna tenemos a la Producción, que es la etapa de fabricación de las fibras y durante la cual, también de debe de supervisar con cuidado las características que presenta el producto final, asegurando así su nivel de  calidad.

La cuarta columna, Instalación, es el momento en que se implementa una red óptica y se están manejando tanto los cables como los equipos; cuando sé conecta, las características tanto de uno como de otros deben de ser iguales para el buen funcionamiento de la red.

Finalmente en la quinta columna, se tiene al Mantenimiento. Una vez que se ha hecho funcionar la red en la etapa anterior se debe tener un cuidado continuo para mantener ese buen funcionamiento y si se presenta el caso de una falla, detectarla y repararla lo antes posible.

Atenuación óptica

Esta prueba se realiza a un carrete de fibra o cable para medir el coeficiente de atenuación en una fibra justo después de su fabricación. Esta medición permitirá evaluar el método de fabricación que se esta empleando.

El objetivo es medir el coeficiente a de un segmento óptico.

Los métodos empleados son normalmente dos: por medición de potencias o por gráfica del  presupuesto d e potencia.

Medición de Potencia: en este tipo de método se inyecta una señal óptica de potencia conocida, en un extremo de la fibra y después se mide la potencia en el otro extremo del carrete con un equipo medidor de potencia. En este tipo de mediciones se debe tener cuidado con las lecturas tomadas de los equipos, ya que esta medición incluye la perdida que hay en los conectores de los propios equipos de medición.

Presupuesto de Potencia: en este método se hace uso de un OTDR. En esta medición el equipo OTDR tiene como función medir la longitud de la fibra a la cual se esta conectado, y graficar como se va perdiendo potencia. En el eje horizontal se mide la distancia en kilómetros y en el eje vertical se mide la potencia en dB. Conociendo la potencia inicial y la potencia final y la distancia medida, es posible deducir el valor del coeficiente de atenuacióna.

Nivel de emisión

Esta prueba se hace sobre el equipo de transmisión en un enlace. El nivel de emisión o potencia de Tx en un equipo óptico puede ser variable o fija. El objetivo de esta medición es vigilar la estabilidad de esta potencia de transmisión  y detectar si hay variaciones. Si hay, se debe investigar a que son debidas  para que un equipo mantenga siempre su valor de potencia de emisión.

Esta es una medición sencilla que se realiza con un medidor de potencia óptica conectado justo a la salida de la interfase óptica  del Tx del equipo, que para redes de transporte es el multiplexor SDH. El equipo de Tx introduce cierta perdida en su conector.

Reflexiones

Esta medición se realiza en un extremo de un enlace óptico. El cual es un trayecto donde se han empalmado varios segmentos de fibra mediante empalmes. Las distancias que se pueden alcanzar son de hasta cientos de kilómetros. El objetivo de esta medición es saber cuanta potencia sé esta reflejando del total de la potencia emitida. La forma de hacer esta medición es con un OTDR o con un equipo medidor universal con la función de back-reflections.

La medición se puede hacer sobre todo el enlace óptico que resulta de varios segmentos de fibra empalmados, por ejemplo cada 10 o 15 kilómetros. Entre las principales causas de las reflexiones tenemos a los empalmes y a los conectores.

Rango Dinámico

Esta medición se realiza sobre el equipo de recepción o Rx.Los dispositivos foto detectores tienen  un máximo  de potencia y un mínimo: sí reciben más potencia de lo especificado se pueden quemar y si reciben menor potencia no tienen la capacidad de detectar la señal binaria. El objetivo de esta prueba es verificar que el equipo de Rx trabaje con la misma calidad BER, en todo el  margen de potencia especificado por el fabricante.

Para realizar esta prueba sobre el equipo de Rx, se recurre a un atenuador que hará las funciones de una fibra óptica de longitud variable y de un equipo analizador digital eléctrico. Como se muestra en la siguiente figura:

Ancho Espectral

Esta medición se realiza sobre los equipos de transmisión ,los dispositivos fotoemisores trabajan en una longitud de onda con una Dl.Entre más pequeña sea esta Dl ,hablamos de una señal coherente, y entre más grande sea, hablamos de una señal incoherente. El objetivo de esta medición es saber que tan grande es ese Dl y ver como se puede reducir cada vez más.

Se emplea un analizador de espectro óptico ( OSA, Optical Spectrum Analyzer) que nos mostrará directamente en la pantalla el contenido de longitudes de frecuencia que esta emitiendo la fuente a la cual esta conectado. En la pantalla del analizador de espectro óptico se verá gráficado cuanta potencia se emite en función de la longitud de onda.

Dispersión Cromática

Una vez medido el ancho espectral de la fuente, podemos medir cuanta dispersión representará ese ancho espectral. El objetivo es medir cuanto se ensancha un pulso de duración conocida, para así poder determinar cuál será la velocidad máxima que soporta esa fibra. Teniendo la información de ese ensanchamiento se pueden hacer más análisis e investigaciones para reducirlo cada vez más. La forma de medir la dispersión en una fibra es con un equipo generador de una señal patrón en el tiempo y con un osciloscopio. Se introduce en la fibra que se va a medir y del otro extremo se conecta el osciloscopio. En la pantalla aparecerá información del pulso inicial y la señal que se recibe realmente.

MEDICIONES DURANTE LA INSTALACIÓN Y EL MANTENIMIENTO

Se subdivide en dos etapas; cuando se trabaja ya con una red óptica, en la Instalación y el Mantenimiento.

 Prueba de Continuidad

Esta prueba se realiza en dos grandes partes de un enlace, primero en las puntas del cable donde ya han sido separadas todas las fibras, después en las fibras dentro de los cables que pueden ir enterrados, aéreos o submarinos. El propósito de estas pruebas es detectar donde ha ocurrido un corte para proceder a repararlo inmediatamente. Un enlace se compone de dos fibras aunque hay veces que se puede realizar con una sola, a lo largo de estos kilómetros puede ocurrir un corte y hay que detectarlo.

Se procede a hacer pruebas sobre los extremos del cable para lo que se utilizan  equipos detectores de falla como clip o visualizadores. Así se prueban todos los cables de parcheo o pigtails como se les conoce.

Localización de Fallas

Mas que verificar la simple integridad de la fibra nos interesa ver que no haya ninguna falla a lo largo del enlace. Los eventos llamados eventos ópticos, pueden ser conectarizaciones, empalmes de fusión, mecánicos, microcurvaturas, segmentos de fibra y cortes, en la pantalla de un OTDR se muestran  todos los eventos. El fin de esta medición es obtener un resultado gráfico real del presupuesto de potencia. Esto es parte del mantenimiento

Trazador o Clip

Equipo manual operado con baterías, indica en su panel si hay tráfico en la fibra. Algunos pueden incluso, indicar el sentido del tráfico.

Su funcionamiento se basa en hacer doblar la fibra más del límite de curvatura establecido para hacer que la luz escape por  la cubierta y poder entonces detectarla.

Talkset

Es un dispositivo el cual tiene la forma de un teléfono digital óptico, ya que cuenta con las interfases del auricular, digitaliza la voz y la convierte a una señal óptica, que envía y recibe por una sola fibra.

Fuentes

Estos son equipos generadores de señales de prueba, como transmisores ópticos, son manuales y operados por baterías; apropiados para su propio campo. Su funcionamiento es sencillo, generan una señal eléctrica que puede ser una señal de corriente continua o puede ser  una señal senoidal de 2 KHz, por lo general. Posteriormente convierten esa señal en una señal óptica a cierta potencia, esa señal óptica puede acoplarse a una fibra mediante un conector. Entre sus características técnicas podemos incluir: tipo de fuente: LED ó LASER; longitud de onda de operación: 850,1350,1550nm; potencia de transmisión, tipo de conector.

Medidor de Potencia

El equipo de complemento de una fuente es el medidor de potencia, nos indicará la potencia en dB que tiene la luz que sé esta recibiendo en el equipo. En su interior cuenta con detectores de luz fotosensible  porque convierten la luz que les llega en una corriente eléctrica que es completamente medible con un amperímetro. Después  esta cantidad es calibrada para medir la luz en dB ópticos y este valor es el que se puede leer en la pantalla de cristal líquido. Entre sus características técnicas podemos mencionar: posibilidad de manejar valores de referencia, para fibras monomodo y multimodo, longitud de operación.

Atenuador

En algunas ocasiones es  necesario atenuar la señal que llega a un equipo en particular, para ello se utiliza este equipo que se inserta en un punto de medición. El objetivo de este atenuador es similar a una fibra de cierta longitud. Entre sus características de funcionamiento esta el hecho de       que puede actuar como atenuador variable o de un valor fijo. Al igual que las fuentes y los medidores tienen un rango de operación para la longitud de onda, los tenemos para fibras monomodo y multimodo.

Medidor de BER

Este medidor de la tasa de error, BER, no es del todo un equipo de medición óptica, sino que es un equipo de mediciones digitales. Su función es detectar cuantos errores ocurrieron debido a una señal que viajó en el plano óptico y fue reconvertida al plano eléctrico. Entre sus características contamos a la velocidad binaria que puede manejar. Algunos modelos cuentan ya con interfaces ópticas.

Medidor  OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)

La función de este equipo es supervisar toda una sección óptica, resultado de haber empalmado  varios segmentos de fibra óptica. El OTDR presenta en pantalla una representación gráfica de cómo se va perdiendo potencia a lo largo de esta sección. Entre sus características principales de operación se indica la distancia a medir y la resolución en sus mediciones.

Dado su funcionamiento, un OTDR puede emplearse en mediciones que tengan que ver con atenuación, longitud, pérdidas, localización de fallas y potencia de recepción. Su funcionamiento se basa en la emisión de un pulso que recorre la FO y en cada evento (empalme, conector, corte) que se encuentra se refleja un poco; esas reflexiones son estudiadas cuando llegan de regreso al OTDR, y analizando el tiempo en que llegaron y la potencia con que llegaron se puede deducir a que distancia ocurrió una pérdida.