I INTRODUCCION
En poco más de 10 años la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías más avanzadas que se utilizan como medio de transmisión de información. Este novedoso material vino a revolucionar los procesos de las telecomunicaciones en todos los sentidos, desde lograr una mayor velocidad en la transmisión y disminuir casi en su totalidad los ruidos y las interferencias hasta multiplicar las formas de envío en comunicaciones y recepción por vía telefónica.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.
Con un cable de seis fibras se puede transportar la señal de más de cinco mil canales o líneas principales, mientras que se requiere de 10,000 pares de cable de cobre convencional para brindar servicio a ese mismo número de usuarios, con la desventaja que este último medio ocupa un gran espacio en los ductos y requiere de grandes volúmenes de material, lo que también eleva los costos.
Comparado con el sistema convencional de cables de cobre donde la atenuación de sus señal, (Decremento o reducción de la onda o frecuencia) es de tal magnitud que requieren de repetidores cada dos kilómetros para regenerar la transmisión, en el sistema de fibra óptica se pueden instalar tramos de hasta 70 km. Sin que halla necesidad de recurrir a repetidores lo que también hace más económico y de fácil mantenimiento este material.
Originalmente, la fibra óptica fue propuesta como medio de transmisión debido a su enorme ancho de banda; sin embargo, con el tiempo se ha planteado para un amplio rango de aplicaciones además de la telefonía, automatización industrial, computación, sistemas de televisión por cable y transmisión de información de imágenes astronómicas de alta resolución entre otros.
Fibra Óptica Como Portadora de Información.
EL MODELO DE RED Y LAS EXIGENCIAS DE UNA RED ACTUAL
Dentro de una red de telecomunicaciones existe una gran cantidad de equipos y funcionalidades.
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.
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.
Los elementos que componen el modelo de red, todos son de suma importancia en el proceso de comunicación, pues si alguno de ellos faltara simplemente no se podría dar la misma.
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. En la siguiente tabla se muestran los diferentes elementos de conmutación, así como los servicios que de estos se desprenden.
Tabla 1.2.-Elementos de conmutación y servicios de telecomunicaciones
Central telefónica
Mediante este elemento de conmutación es posible establecer conexiones dinámicas basadas en circuitos de 64 kps. Cuando se establece una llamada telefónica de un extremo a otro, se establece una conexión de 64 kps en ambos sentidos, la cual es reservada para uso exclusivo de los dos extremos en comunicación mientras la llamada dure.
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.
Este elemento establece conexiones permanentes entre los dos extremos de la comunicación, utilizando el mismo principio y tecnología que una central telefónica. Los crossconectores dentro de una red de transporte pueden establecer conexiones a diferentes velocidades, comenzando en 64 kps (E0) ,2.048 Mbps (E1) y en la actualidad también a velocidades de la jerarquía digital SDH como 155 Mbps (STM-1)
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.
Dicho de otra manera se establece una conexión dedicada punto a punto, se reservan ancho de banda y se paga una renta mensual fija, sin importar si se usa el 100% del ancho de banda disponible y contar con este tipo de elementos dentro de una red de telecomunicaciones, donde se permite usar de manera más flexibles los medios de transmisión, optimizando los recursos disponibles y reduciendo así los costos de los servicios.
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.
Debido a esta situación no resultaba eficiente ni económico establecer una comunicación de larga distancia a través de la red telefónica, pues se reserva un recurso el cual no es utilizado todo el tiempo debido a la naturaleza variable del tráfico de datos.
Mediante este elemento de conmutación es posible establecer conexiones dinámicas basadas en circuitos de 64 kps. Cuando se establece una llamada telefónica de un extremo a otro, se establece una conexión de 64 kps en ambos sentidos, la cual es reservada para uso exclusivo de los dos extremos en comunicación mientras la llamada dure.
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.
Este elemento establece conexiones permanentes entre los dos extremos de la comunicación, utilizando el mismo principio y tecnología que una central telefónica. Los crossconectores dentro de una red de transporte pueden establecer conexiones a diferentes velocidades, comenzando en 64 kps (E0) ,2.048 Mbps (E1) y en la actualidad también a velocidades de la jerarquía digital SDH como 155 Mbps (STM-1)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.
Dicho de otra manera se establece una conexión dedicada punto a punto, se reservan ancho de banda y se paga una renta mensual fija, sin importar si se usa el 100% del ancho de banda disponible y contar con este tipo de elementos dentro de una red de telecomunicaciones, donde se permite usar de manera más flexibles los medios de transmisión, optimizando los recursos disponibles y reduciendo así los costos de los servicios.
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.
Debido a esta situación no resultaba eficiente ni económico establecer una comunicación de larga distancia a través de la red telefónica, pues se reserva un recurso el cual no es utilizado todo el tiempo debido a la naturaleza variable del tráfico de datos.
Con este tipo de elementos se pueden establecer conexiones dinámicas y permanentes, sin embargo estas se realizan de una manera virtual pues solo existen en el momento en el que un usuario desea enviar información.
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).
En términos de la capacidad de las redes de transporte han ido evolucionando a través del tiempo. Situemos dicha operación a partir de la era digital. Esta comienza cuando resulta posible transmitir por un par de cobre 30 llamadas simultáneas. A esta capacidad se le denomino primera jerarquía digital plesiocrona o simplemente E1.
Por razones evidentes esto siguió avanzando a siguientes jerarquías E2, E3 y E4 como se muestra en la tabla.
Adicionalmente a la capacidad era necesario satisfacer otras necesidades (cantidad y confiabilidad) por lo que a principios de los 90`s se presentó una nueva jerarquía digital conocida como SDH promoviendo capacidades mucho mayores que las existentes.
Norma europea.
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.
Aunque existe esta clasificación los modos y medios de transmisión utilizados en ambos casos son los mismos, probablemente la capacidad requerida puede diferir.
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.
La implementación de redes de acceso representa uno de los grandes retos para las empresas del sector de las telecomunicaciones. Por un lado, esto permite el acceso a usuarios que no cuentan con los servicios básicos. Tal vez para el segundo caso la dificultad no sea tan grande, pues estos servicios serán llevados a zonas en donde la rentabilidad económica esté más o menos garantizada, Sin embargo para el primer caso, la situación es totalmente opuesta, pues las empresas deben llevar los servicios a lugares en donde la rentabilidad probablemente ni siquiera exista, por lo que se requieren de incentivos y condiciones que lo permitan. Aquí el papel importante del gobierno como entidad reguladora.
En la actualidad existe una gran demanda por nuevos servicios y aplicaciones.
La red de cobre los ha limitado y en consecuencia se ha provocado el surgimiento de nuevas alternativas de acceso para estas nuevas aplicaciones. Sin embargo debido a su gran valor también se han desarrollado nuevas tecnologías que permiten la utilización del dicho par de cobre a velocidades mayores, tal es el caso de las tecnologías ISDN, HDSL, y ADSL. Esta última permite transmitir señales digitales del orden de los 6 Mbps en el sentido de la red al usuario. Para aplicaciones de acceso e Internet de alta velocidad y vídeo en demanda (VoD).
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
En la actualidad son diversas las exigencias para las redes de transporte.
También existen diversas opciones de medios de transporte, pero la fibra es el medio que mejor satisface dichas exigencias.
Exigencias en la actualidad para las redes de transporte. Una red de transporte debe de cubrir las siguientes cuatro condiciones:
Capacidad
Calidad
Confiabilidad
Costo.
Sin embargo podemos distinguir aspectos más específicos a continuación se describen:
Figura 1.9.-Integración de servicios
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.
Actualmente utilizar diferentes tipos de redes para transportar cada tipo de trafico de manera eficiente y económica. Hacia el futuro se persigue integrar ambos tipos de trafico en una misma plataforma de conmutación y transmisión. Este es el concepto propuesto por la Red Digital de Servicios Integrados de Banda Ancha (Broadband Integrated Digital Network) en donde se propone la utilización de ATM (Asynchornous Transfer Mode) como tecnología de conmutación y transporte de medios de fibra óptica.
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.
En todos los ambientes de comunicaciones existe una fuerte migración hacia los ambientes gráficos y el contenido multimedia. Esto es de esperarse pues lo que se pretende es lograr una comunicación con todos los medios que pueden ser utilizados cuando dos personas se comunican de manera presencial, pero ahora a distancia.
Por otro lado, cada vez es mas necesario trasladar la información y no a las personas desde diferentes puntos de vista, como sociales, económicos. Esto trae como resultado el crecimiento de usuarios de redes de telecomunicaciones y cuando estas tienen contenido como el caso de Internet como se ve en la figura.
Fibra Óptica Como Portadora de Información.
En poco más de 10 años la fibra óptica se ha convertido en una de las tecnologías más avanzadas que se utilizan como medio de transmisión de información. Este novedoso material vino a revolucionar los procesos de las telecomunicaciones en todos los sentidos, desde lograr una mayor velocidad en la transmisión y disminuir casi en su totalidad los ruidos y las interferencias hasta multiplicar las formas de envío en comunicaciones y recepción por vía telefónica.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.
Con un cable de seis fibras se puede transportar la señal de más de cinco mil canales o líneas principales, mientras que se requiere de 10,000 pares de cable de cobre convencional para brindar servicio a ese mismo número de usuarios, con la desventaja que este último medio ocupa un gran espacio en los ductos y requiere de grandes volúmenes de material, lo que también eleva los costos.
Comparado con el sistema convencional de cables de cobre donde la atenuación de sus señal, (Decremento o reducción de la onda o frecuencia) es de tal magnitud que requieren de repetidores cada dos kilómetros para regenerar la transmisión, en el sistema de fibra óptica se pueden instalar tramos de hasta 70 km. Sin que halla necesidad de recurrir a repetidores lo que también hace más económico y de fácil mantenimiento este material.
Originalmente, la fibra óptica fue propuesta como medio de transmisión debido a su enorme ancho de banda; sin embargo, con el tiempo se ha planteado para un amplio rango de aplicaciones además de la telefonía, automatización industrial, computación, sistemas de televisión por cable y transmisión de información de imágenes astronómicas de alta resolución entre otros
Incremento de la calidad
Hoy día las telecomunicaciones se han convertido en la herramienta estratégica para las empresas y en un facilitador de toda actividad humana. Se presentan como el medio del futuro para el intercambio de bienes y servicios, manejando toda la información estratégica y critica involucrada en las diferentes actividades.
Por estas razones contar con redes de telecomunicaciones capaces de garantizar que la información en sus diversos formatos será transmitida libre de errores, en otras palabras con 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.
Las empresas prestadoras de servicios de telecomunicaciones ofrecen niveles de disponibilidad cercanos al 100%. Un nivel de cinco nueves (99.999%) es altamnte deseable para las redes de transporte de la actualidad.
En la tabla siguiente se muestran los niveles de disponibilidad que se pueden conseguir, junto con la indisponibilidad y en porcentaje con respecto a un año.
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.
Cuando comenzaron las redes de larga distancia el medio utilizado era el par de cobre aéreo (open wire), el cual podría llevar una sola llamada a la vez y con muy baja calidad. Después vinieron los enlaces de microondas y satelitales analógicos. Cuando se inventaron los primeros sistemas digitales se utilizó el par de cobre y el cable coaxial para llevar treinta llamadas de voz simultaneas por un mismo medio, pero con una necesidad de repetidores cada 2 km. aproximadamente. Hoy existen las microondas digitales con capacidades hasta de 1920 llamadas de voz, así como enlaces satelitales de la misma capacidad. Sin embargo las fibras ópticas son el medio que en la actualidad, mediante sistemas SDH y WDM, permiten más de 1, 000,000 de llamadas de voz sobre una misma fibra óptica.
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.
Aunque las fibras ópticas presentan la mejor relación costo beneficio, esto solo ocurre cuando realmente se necesita la capacidad que estas pueden soportar, así como distancias encima de los 100 km. En situaciones en donde la capacidad es menor la utilización de sistemas de microondas y en algunos satelitales pueden ser una mejor alternativa, sobre todo cuando se trata de terrenos accidentados o muy apartados de las zonas urbanas. El tiempo de implementación es otro factor de decisión, el cual en algunos casos puede ser determinante para elegir un medio diferente a las fibras ópticas.
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.
TEMAS ACTUALES EN LAS FIBRAS ÓPTICAS
A partir de los 80 ´s se habían logrado grandes avances en todo lo relacionado con fibras ópticas. Por ejemplo la atenuación por kilómetro se ha logrado reducir de niveles alrededor de 1000 dB/km. a 0.2 dB/km. A pesar de esto, aún faltan muchos aspectos por desarrollar y otros nuevos derivados de las necesidades de mayor ancho de banda a menor costo. La Internet y las aplicaciones multimedia serán detonadores exponenciales de las necesidades de mayor ancho de banda.
Hoy se comienza a utilizar la cuarta y la quinta ventanas ópticas, nuevos estándares ópticos se empiezan a establecer, redes ópticas en configuración de anillos auto restaurables, la utilización de técnicas WDM y DWDM para el uso más eficiente y el uso de los cables de fibra óptica instalados y por instalar. Finalmente hoy se empieza a instalar redes ópticas con cross conectores y multiplexores ópticos de nivel físico. Todos coinciden en que el protocolo IP será el protocolo de interfaz para todas las aplicaciones de los usuarios, el protocolo de convergencia como se le ha llamado. Algunos proponen IP/ATM/SDH/WDM, otros IP/SDH/WDM/ y finalmente IP/WDM realizando funciones de conmutación en el nivel óptico.
2 LAS FIBRAS ÓPTICAS COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN
2.1 MARCO HISTÓRICO
Las comunicaciones por ondas de luz guiadas fueron consideradas por primera vez hace más de 100 años. En 1854 John Tyndall expuso los conceptos en donde se discutía la reflexión interna de la luz, principio fundamental para las comunicaciones mediante señales de luz guiadas por fibras ópticas.
En 1880, Alexander Graham Bell hablo de la posibilidad de transmitir señales usando un haz de luz y en 1884 invento el fotófono, con el cual logro una transmisión a una distancia de 200 metros.
En 1934,AT&T obtiene la patente para una guía de onda óptica y al inicio de los años 60 se inventas el LASER (Light Amplification by Simulated Emision of Radiation). Hasta antes de 1970 la implementación de comunicaciones ópticas mediante guías de onda de luz estuvo restringida a distancias muy cortas, debido a las altas atenuaciones de la guía de onda óptica.
En 1966 se implementan las primeras fibras ópticas de forma experimental y operando con atenuaciones de 1000 dB/km.En 1970 la compañía Corning Glass logró producir una fibra de silicio (SiO2), con atenuaciones de 20 dB/km aproximadamente. Por otro lado, el desarrollo de las fuentes de luz LED y LASER comenzaron a madurar por esas fechas, esto permitió la transmisión de señales sobre unos cuantos kilómetros.
A partir de 1970 el desarrollo tecnológico había experimentado una curvatura de crecimiento muy acelerada. Hoy se cuenta con fibras ópticas con atenuaciones del orden de los 0.2 dB/km. con capacidades en el orden de los Gbps y Tbps, mediante tecnologías SDH y DWDM. En 1999 se presentó un multiplexor capaz de transmitir a una capacidad de 1.28 Tbps sobre una fibra óptica, lo cual significa más de un millón de voz simultáneas.
Hoy las fibras ópticas se utilizan para enlaces de larga distancia terrestres y transoceánicos, se espera que algún día la conexión de una milla sea también mediante fibra óptica. Ello permite comunicaciones multimedia de alta capacidad y calidad entre todos los habitantes de la tierra.
A partir de 1990 se han logrado varias mejoras sobre las tecnologías de fibras ópticas que han permitido incrementar la capacidad y reducir el costo de las redes ópticas de hoy.
Los primeros trabajos de WDM (Wavelenght Division Multiplexing) fueron realizados en 1994,cuando se utilizaron acopladores bicónicos para combinar dos señales sobre la misma fibra. Otro pilar dentro de las comunicaciones ópticas son los amplificadores del tipo EDFA (Erbium Dopped Fiber Amplifier), pues permiten que la señal sea amplificada sin necesidad de convertirla a una señal eléctrica para su regeneración. Por otro lado reducen enormemente los costos en enlaces de largas distancias en contraste a la utilización de regeneradores eléctricos.
La utilización de amplificadores ópticos dopados con erbio (EDFA)permite la implementación de WDM para el incremento de la capacidad de una fibra, pues este tipo de amplificadores tiene una respuesta plana en el espectro óptico. En los sistemas actuales se utilizan 40,80 y 128 longitudes de onda sobre la misma fibra óptica, a esto ya se le conoce como DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing).
Otro elemento que permite el incremento de la capacidad lo encontramos en los emisores LASER con ancho de banda angosto, los cuales permiten la combinación de diversas longitudes de onda sobre una la misma fibra; además de lograr mayores distancias entre repetidores.
Actualmente se logra visualizar la revolución que provocarán los Láser sintonizables, los multiplexores WDM y los Cross conectores ópticos sobre las redes basadas en fibras ópticas. Se manejarán capacidades inimaginables, además de que se podrán proveer servicios de longitud de onda punto a punto, en donde el protocolo utilizado sobre dicha longitud de ondas será independiente.
Figura.2.3-Servicios de longitud de onda de punto a punto.
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.
La alta capacidad que se consigue sobre las fibras ópticas se debe al gran ancho de banda que estas pueden manejar. En la figura anterior se compara la capacidad de un enlace de radio digital frente a uno con fibra óptica, en función del ancho de banda de la portadora y la frecuencia de operación.
Para el radio digital tenemos un ancho de banda para un enlace de 140 Mbps, mediante modulación 16 QAM (Quadrature Amplitud Modulation)de 35 MHz y una frecuencia de portadora de 7 GHz, logrando así una relación de 200 a 1.Para el caso de las fibras ópticas tenemos que un enlace de la misma capacidad pero con una modulación OOK (On Off Keying) de 140 MHz, una portadora en la banda de 193 THz (1550 nm) y con una relación de 1.382,488 a 1.Esto nos da una idea del número de portadoras que pueden manejarse o del ancho de banda que resta a las fibras ópticas para su utilización.
Los cables de fibras ópticas son más ligeros pequeños y flexibles. En la figura siguiente se muestra un cable de 900 pares de cobre con capacidad para un número igual de llamadas; por otro lado el cable de fibra óptica puede transportar miles (30,000 sobre redes con señales SDH STM-16) de llamadas pero con un peso del cable de hasta 60 veces menor, mayor flexibilidad, manejabilidad y por supuesto menor costo. Los cables de fibras ópticas ofrecen una muy alta baja atenuación, en el rango de 0.2 dB/km. Esto permite manejar grandes distancias entre repetidores, en el rango de los 150 km y los 600 km dependiendo de la capacidad del enlace.
DESVENTAJAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS
ATENUACIÓN
La figura 1 muestra el espectro de la curva de atenuación de una típica fibra óptica hecha de silicio. 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.
Figura 1 Atenuación de una Típica Fibra Óptica hecha de Silicio
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 figura 2 muestra como la dispersión cromática cambia con la longitud de onda para tres diferentes tipos de fibra. La dispersión cromática de una fibra consiste de dos componentes - Material y Guía de Onda- como se muestra en la figura 3, 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
La figura 4 muestra 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 IndexFluctuations).
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, como se ve en la figura.
Cable de una fibra
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.Las diferencias que existen entre el satélite y las fibras ópticas son: En materia de enlaces transoceánicos las fibras ópticas han desplazado al satélite por diversas razones. En la figura se compara un enlace entre continentes mediante el satélite y fibras ópticas. Un enlace mediante fibras ópticas es capaz de transportar más de 30,000 canales de voz por una sola fibra, mientras que el satélite solo puede transportar 1440 canales de voz por cada traspondedor. Otro factor de diferencia se refiere al retardo de transmisión, en el satélite es necesario que la señal viaje 36,000 km de subida aproximadamente, y la misma cantidad de bajada, lo cual produce un retardo promedio de 0.75 seg por este simple hecho, mediante fibras ópticas la distancia es mucho menor y el retardo es imperceptible. Finalmente, en cuanto a calidad se refiere indudablemente las fibras ópticas ofrecen la mejor relación, ya que el satélite esta expuesto tanto a factores climáticos como interferencias, las fibras ópticas no se ven afectados por esos factores.
Las fibras ópticas no tienen competencia en los enlaces de muy larga distancia, ¿pero que hay en el acceso?, es aquí en donde los satélites encuentran hoy su mayor aplicación y por lo tanto curva de crecimiento. Por ejemplo en redes de televisión restringida DTH la única forma viable para llegar a todos los usuarios es mediante el satélite, la solución con fibra óptica simplemente no es costearle. Otro ejemplo son las redes de voz y datos que requieren movilidad, como los sistemas PCS satelitales IRIDIUM, GLOBALSTAR y TELEDESIC.
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.
Ahora veamos que pasa con las microondas digitales y las fibras ópticas. En los años 70 el principal medio de transporte para las redes de larga distancia eran las microondas, inicialmente sistemas analógicos utilizando técnicas de multiplexación FDM y posteriormente sistemas digitales con técnicas de multiplexación TDM. En sistemas PDH y señales STM-1 para sistemas SDH; las fibras ópticas pueden soportar hasta señales STM-64 de la SDH, sin mencionar el incremento sustancial que además se obtiene con WDM.
En términos de distancia, los repetidores entre sitios de microondas para la regeneración de señales no deben estar separados mas allá de 79 km típicamente, dependiendo d diversos factores de diseño; las fibras ópticas soportan cuando menos 150 km como distancia mínima entre repetidores.
La utilización de un enlace de microondas en lugar de uno con fibras ópticas solo se justifica cuando la capacidad requerida es poca, digamos menos de un E3 y a distancias entre 3 y 15 km. Este es el caso precisamente cuando se prefieren las microondas como acceso para usuarios que desean estar conectados a algún tipo de servicio de telecomunicaciones. Por ejemplo troncales digitales, acceso permanente a redes de Frame Relay o Internet o como última milla de enlaces dedicados punto a punto.
En cuanto a calidad tenemos existe misma situación que en enlaces satelitales, existe una dependencia a factores climáticos y a interferencias.
La utilización de cables de cobre y las fibras ópticas. Realmente tanto el cable coaxial como el par de cobre como medio de transporte han quedado fuera de toda posibilidad, debido a las diferencias con medios como las fibras ópticas y las microondas con respecto a calidad, atenuación, tamaño, costo por circuitos, etc. son sustanciales.
Sin embargo en el segmento de acceso y debido a la gran infraestructura instalada en la planta externa de redes de telefonía local y de televisión por cable (CATV),los pares de cobre y el cable coaxial se siguen utilizando y desarrollando.
Para el par de cobre se han desarrollado nuevas tecnologías que permiten utilizarlo a grandes velocidades, en el orden de los Mbps .Por lo que permite su uso para nuevas aplicaciones hasta que la instalación de fibras ópticas hasta el usuario sea viable. A estas nuevas tecnologías de cobre se les agrupa como tecnologías xDSL, y encontramos entre ellas a HDSL,ADSL,VDSL,RADSL,ISDL,etc.
2.5 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.
Actualmente, cualquier empresa que planea implementar una red de larga distancia de gran capacidad incluye a las fibras ópticas como un elemento estratégico para su éxito. Sin embargo, las inversiones son cuantiosas y su implementación sólo es justificada si se tienen relativamente altos volúmenes de información.
El costo de implementación de fibra óptica por kilómetro oscila entre los $10,000 y los $20,000 USD, dependiendo del tipo de terreno. Por lo tanto una red de apenas 1000 km se encuentra por arriba de los millones de dólares.
En la tabla se muestran las principales redes de larga distancia instaladas en México antes y después de la apertura de las telecomunicaciones en 1997.Los datos que se presentan en dicha tabla corresponden a cifras oficiales en 1997 presentada en las concesiones otorgadas a cada una de las empresas respectivamente, sin embargo las cifras reales se han ido modificando por diferentes causas.
Por otro parte en redes de acceso las fibras ópticas también se están implementando a gran escala. La estrategia consiste en establecer anillos metropolitanos como red primaria, enlazando sitios o edificios estratégicos y de a partir de ahí derivar diversos anillos secundarios para contar con varios puntos de presencia, también sobre edificios estratégicos.
Los objetivos son poder brindar servicio a las empresas localizadas en los edificios incluidos en los anillos y tener un punto cercano a muchos otros edificios, en donde la implementación de enlaces de microondas punto a punto (PAP) o punto a multipunto (PAM) y enlaces por cobre con tecnologías xDSL sea factible.
En México, dentro del marco de la apertura y adicionalmente a la red de TELMEX, se están implementando redes de acceso local basadas en fibra óptica, tanto para nuevos operadores de redes de acceso o CAPs (Competitive Access Provider) o bien operadores de telefonía local o CLEC (Competitive Local Exchange Carrier).Como ejemplo de estos nuevos operadores encontramos a AXTEL, ALESTRA, AVANTEL, MAXCOM, MCM, MetroRed, Metronet, PEGASO, UNEFON etc. Las cuales comenzaron en 1999.
En redes submarinas el uso de fibra óptica ha sido un factor importante dentro del concepto de la globalización, haciendo desaparecer las fronteras, pues con ellas las comunicaciones entre continentes de gran capacidad, de gran calidad y de bajo costo han sido posibles.
Existen decenas de cables submarinos instalados y decenas de proyectos por instalar. Por mencionar algunos sistemas de cable submarinos tenemos al sistema Columbus 11, con 12,300 km entre América y Europa y en donde México tiene participación a través de TELMEX. Otro proyecto importante es el de OXYGEN el cual se perfila como una plataforma para la INTERNET2.La última aplicación de las fibras ópticas dentro del ámbito de las telecomunicaciones se refiere a las redes d e televisión por cable (CATV).
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.
3 PROPAGACIÓN DE LA LUZ
3.1 CONCEPTUALIZACIONES FÍSICAS
Definición de la luz
La luz es una emisión continua de partículas de energía llamadas fotones. La emisión de estos fotones se hace en forma analógica, por tanto tiene una potencia que puede ser medida en decibeles (dB) y una frecuencia que puede medirse en Hertz (Hz)
En la figura anterior se muestra un esquema representativo muy sencillo de cómo una fuente emite constantemente cantidades de fotones, mismos que forman un flujo constante de energía que es lo que nosotros llamamos luz.
Ya que hemos visto la emisión de luz a través de una fuente de luz veamos una representación más formal en función del tiempo. En la siguiente figura aparece la luz como una señal analógica con una potencia Pot, en todo momento, cada cierto periodo se repite la emisión de esa potencia.
La luz tiene una frecuencia y se le llama señal analógica, esa frecuencia corresponde al número de veces que se repite cierta cantidad de fotones por. segundo.
La frecuencia en señales ópticas
Las señales ópticas pueden ser vistas en función de su frecuencia, junto con las señales de radio. En la siguiente figura se muestra la representación del espectro ubicando todo tipo de señales según el valor de su frecuencia.
En estas figura tenemos indicados a la derecha algunos valores claves en el orden de magnitud de algunas señales, como por ejemplo, para las señales de radiofrecuencia, su valor más alto es alrededor de 1 Ghz (109 Hz) mientras que las microondas se ubican hasta el orden de las decenas de GHz.Para la luz que el ojo humano percibe, los valores de las frecuencias de sus señales van de 1014 a 1016 Hz.Para las ondas de radio, se tendrán valores de longitudes de onda mayores a 10 cm. Para las M.O se tendrán longitudes de onda de alrededor de 1 cm y para la luz visible al ojo humano se tendrán longitudes de onda de entre 770 y 390 nm.
La longitud de onda
La letra griega Landa representa la longitud de onda .Y su ecuación es la siguiente:
Figura.3.4.-Expresión de la Longitud de Onda.
La Longitud de Onda indica cuanto mide esa señal en el espacio, y se mide en metros (m) o más formalmente en nanómetros (nm).
Este fenómeno se observará sobre distancias del orden de los kilómetros. La longitud de onda es un parámetro que puede percibirse en la luz visible, ya que este parámetro el que determina el color de la luz. Así cuando hablamos de luz a cierta longitud de onda, estamos hablando de una luz a cierto color. Cuando hablamos de luz blanca, en realidad se trata de una suma de luces de todos los colores.Recordemos que el blanco es la suma de todos los colores.En la siguiente figura se muestra la luz blanca y todos sus componentes.
La luz viaja a 300,000 km./s, donde C es la constante universal de celeridad de la luz en el vacío. Sin embargo, no siempre viaja a esa velocidad. Esa velocidad corresponde al vacío, cuando la luz alcanza su máxima velocidad.
En otros medios, como el aire, la luz viajara a otra velocidad que será menor a C. Aproximadamente la luz viaja en el aire a una velocidad de 290,000 km./s; en el vidrio viaja a una velocidad de 200,000 km./s. Cada cuerpo tiene una resistencia natural al paso de la luz, entre más opaco sea un material mayor resistencia tendrá al paso de la luz y menor será la velocidad de la luz en ese medio.
Este parámetro de cada cuerpo que determina la velocidad de la luz en él, se llama Índice de Refracción. Este Índice de Refracción indica cuantas veces es menor la velocidad de la luz en ese cuerpo, con relación a la velocidad de la luz en el vacío. Su notación es la siguiente:
Por ejemplo el caso del aire. La velocidad de la luz en el aire es Caire =290,000 km./s; y C=300,000 Km./s. Entonces, el Índice de Refracción del aire naire es naire =1.03.Para el vidrio, Cvidrio =200,000 km./s, entonces vidrio =1.5.
Todos los índices de refracción son mayores a 1, solo para el vacío que este es igual a 1.Entre más grande sea el Índice de Refracción de un material, menor será la velocidad de la luz en ese medio.
LA LEY DE SNELL
Cuando hablamos de dos medios con diferente Índice de Refracción, implícitamente hablamos de la frontera que se forma entre esos dos medios. Para ver en que consiste la Ley de Snell., tenemos la siguiente figura:
Frontera con un ángulo øi medido a partir de una línea normal o perpendicular a la frontera, este haz de lu7z se dividirá en dos partes: Una parte del haz de luz incidente se quedará en el mismo medio y regresará con un ángulo ør. Decimos que aquí hay una reflexión. El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia y el ángulo de refracción toma otro valor. Las relaciones entre los ángulos participantes en este fenómeno están perfectamente determinadas y expresadas en la Ley de Snell que iguala el ángulo de incidencia con el ángulo de reflexión. Para el ángulo de refracción tendremos:
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