La
fibra óptica es una delgada hebra de vidrio o silicio fundido que conduce la
luz. Se requieren dos filamentos para una comunicación bi-direccional: TX y RX.
El
grosor del filamento es comparable al grosor de un cabello humano, es decir,
aproximadamente de 0,1 mm. En cada filamento de fibra óptica podemos apreciar 3
componentes:
- La
fuente de luz: LED o laser.
- el
medio transmisor : fibra óptica.
- el detector de luz: fotodiodo.
Un
cable de fibra óptica está compuesto por: Núcleo, manto,recubrimiento, tensores
y chaqueta.
Las
fibras ópticas se pueden utilizar con LAN, así como para transmisión de largo
alcance, aunque derivar en ella es más complicado que conectarse a una
Ethernet. La interfaz en cada computadora pasa la corriente de pulsos de luz
hacia el siguiente enlace y también sirve como unión T para que la computadora
pueda enviar y recibir mensajes.
Convencionalmente,
un pulso de luz indica un bit 1 y la ausencia de luz indica un bit 0. El
detector genera un pulso eléctrico cuando la luz incide en él. Éste sistema de
transmisión tendría fugas de luz y sería inútil en la práctica excepto por un
principio interesante de la física. Cuando un rayo de luz pasa de un medio a
otro, el rayo se refracta (se dobla) entre las fronteras de los medios.
El
grado de refracción depende de las propiedades de los dos medios (en
particular, de sus índices de refracción). Para ángulos de incidencia por
encima de cierto valor crítico, la luz se refracta de regreso; ninguna función
escapa hacia el otro medio, de esta forma el rayo queda atrapado dentro de la
fibra y se puede propagar por muchos kilómetros virtualmente sin pérdidas. En
la siguiente animación puede verse la secuencia de transmisión.
CÓMO
ESTÁ COMPUESTALA FIBRA ÓPTICA
Al
ver con detalle cómo está compuesta la fibra óptica, vamos a comprender sus
ventajas y desventajas, así también, tendremos una visión global de este medio.
Este
ejemplo es sobre un cable compuesto de muchas partes, hay que entender que hay
muchos tipos de cables que se adaptan a distintas ocasiones (interior,
exterior, etc.) pero tomamos este como referencia porque se pueden ver con
detalle que elementos puede contener.
Esto
les servirá porque comúnmente en los catálogos de cables de fibra óptica, se
especifican de que están compuestos, por lo tanto, conociendo los componentes y
para que funcionan.
Cable
de Fibra Óptica desde el interior al exterior.
- Elemento
central dieléctrico:este
elemento central que no está disponible en todos los tipos de fibra
óptica, es un filamento que no conduce la electricidad (dieléctrico), que
ayuda a la consistencia del cable entre otras cosas.
- Hilo
de drenaje de humedad:su
fin es que la humedad salga a través de el, dejando al resto de los
filamentos libres de humedad.
- Fibras: parte más importante del
cable, ya que es el medio por dónde se transmite la información. Puede ser
de silicio (vidrio) o plástico muy procesado. Aquí se producen los
fenómenos físicos de reflexión y refracción. La pureza de este material es
lo que marca la diferencia para saber si es buena para transmitir o no.
Una simple impureza puede desviar el haz de luz, haciendo que este se
pierda o no llegue a destino. En cuanto al proceso de fabricación es muy
interesante y hay muchos vídeos y material en la red, pero básicamente las
hebras (micrones de ancho) se obtienen al exponer tubos de vidrio al calor
extremo y por medio del goteo que se producen al derretirse, se obtienen
cada una de ellas.
- Loose
Buffers: es
un pequeño tubo que recubre la fibra y a veces contiene un gel que sirve
para el mismo fin haciendo también de capa oscura para que los rayos de
luz no se dispersen hacia afuera de la fibra.
- Cinta
de Mylar:es
una capa de poliéster fina que hace muchos años se usaba para transmitir
programas a pc, pero en este caso sólo cumple el rol de aislante.
- Cinta
antiflama:es
un cobertor que sirve para proteger al cable del calor.
- Hilos
sintéticos de Kevlar:estos
hilos ayudan mucho a la consistencia y protección del cable, teniendo en
cuenta que el Kevlar es un muy buen ignífugo, además de soportar el
estiramiento de sus hilos.
- Hilo
de degarre:son
hilos que ayudan a la consistencia del cable.
- Vaina: la capa superior del cable
que provee aislamiento y consistencia al conjunto que tiene en su
interior.
Ahora
que sabemos cómo está compuesto, vamos a ver cómo funciona. No se detallará
matemáticamente el funcionamiento, solamente los dos fenómenos de la óptica que
permiten la transmisión de los datos o información a través de este tipo de
tecnología.
Los
dos principios por los que la fibra funciona son la Reflexión y la Refracción.
Ellos son los culpables de llevar esto adelante.
- REFRACCIÓN:es el cambio de dirección que
llevan las ondas cuando pasan de un medio a otro. Sencillamente y para
mejor comprensión, esto se experimenta cuando metemos una cuchara en un
vaso con agua y pareciera que se desplaza dentro de este.
- REFLEXIÓN:también es el cambio de
dirección de la onda, pero hacia el origen. Esto sería lo que sucede
cuando nos miramos en el espejo...sin la reflexión, no podríamos vernos.
Ahora
que sabemos cuáles son los principios físicos que ocurren dentro de la fibra
óptica, vamos a una figura que detalla estos fenómenos en acción:
Ya
sabemos cómo funciona, así que vamos a hablar un poco de que tipos de fibra hay
y para qué sirve cada una. Para hacer esto vamos a agruparlas de dos maneras.
Una es la fibra Monomodo y la otra es Multimodo y este agrupamiento se debe en
la forma en que transmiten la luz por dentro de la fibra.
- MONOMODO:se transmite un sólo haz de
luz por el interior de la fibra. Tienen un alcance de transmisión de 300
km. en condiciones ideales, siendo la fuente de luz un láser.
- MULTIMODO:se pueden transmitir varios
haces de luz por el interior de la fibra. Generalmente su fuente de luz
son IODOS de baja intensidad, teniendo distancias cortas de propagación (2
o 3 Km), pero son más baratas y más fáciles de instalar.
Llegamos
al punto en que sabemos cómo es una fibra óptica, que materiales las componen y
que tipos hay. Es el momento de conocer como conectarlas entre los dispositivos
y cómo son las placas de red que tienen como misión “transformar” la luz en
código binario (fotosensores) para que el dispositivo pueda interpretar.
TIPOS
DECONECTORES
- FCque se usa en la transmisión
de datos y en las telecomunicaciones siempre.
- FDDIse usa para redes de fibra
óptica.
- LC
y MT-Arrayque
se utilizan en transmisiones de alta densidad de datos, más que nada usado
en servers o clústeres.
- SC
y SC Dúplexse
utilizan para la transmisión de datos.
- ST
o BFOCse usa
en redes de edificios y en sistemas de seguridad.
Una
vez que los tenemos conectados, las placas emiten luz por medio de distintos
dispositivos:
- LÁSER:el más potente y usado en el
cable monomodo.
- LED:son baratos, no tienen mucha
potencia y se usan en los cables multimodo.
- LAS
TARJETAS DE RED,
además de darnos la interfaz de conexión, son las encargadas de
“convertir” los impulsos de luz en binarios para la comprensión de la PC.
Básicamente toman los impulsos de esta manera: Impulso de Luz = 1 ,
oscuridad = 0. Así es como forma el binario.
TRASMISORESY
RECEPTORES
Los
transmisores ópticos más comúnmente utilizados son dispositivos semiconductores
como, por ejemplo, diodos emisores de luz y diodos láser. La diferencia entre
los diodos led y el láser es que los led producen una luz incoherente, la cual
se dispersa, y el láser produce una luz coherente, no dispersa. Para su uso en
comunicaciones ópticas los transmisores ópticos semicondutores deben ser
diseñados para ser compactos, eficientes y confiables, mientras se opera en un
rango de longitud de onda óptima y directamente modulada en altas frecuencias.
Las
fuentes ópticas se precisan para convertir las señales eléctricas en ópticas y
actúan como transductores electro-ópticos en los extremos de transmisión. Las
fuentes ópticas han de ser pequeñas y de bajo consumo pero capaces de ser
moduladas a altas velocidades y de buena estabilidad con la temperatura, alta
pureza espectral y capaces de generar la mayor potencia posible. Las fuentes
más comúnmente utilizadas son el LED y el LÁSER. Las diferencias más
significativas son las siguientes:
LED:
es un emisor de baja potencia y precio relativamente económico que se utiliza
para cortas y medias distancias. En general, se utiliza en primera ventana
(850nm) y segunda ventana (1300 nm) en fibras multimodo.
LÁSER:
es un dispositivo de alta potencia y por tanto utilizado para grandes
distancias, además de tener un precio más elevado que el del LED. Su aplicación
se centra en segunda ventana (1300 nm) en fibras monomodo.
El
detector óptico se encarga de convertir la señal óptica en eléctrica y por
tanto actúa como un transductor óptico-eléctrico. Estos dispositivos absorben
los fotones (luz) procedentes de la F.O. y generan una corriente eléctrica
sobre un circuito exterior. Existen básicamente dos tipos de detectores: PIN y
APD.
PIN:
se trata de una versión mejorada de una unión PN elemental que trabaja
polarizado en inversa. Son utilizadas de forma g3neral en 850 nm y 1300 nm, con
independencia del tipo de F.O.
APD:
También conocido por el nombre de fotodiodo de avalancha. Se trata de una unión
PN polarizada fuertemente en inversa cerca de la región de ruptura lo que
origina un efecto multiplicativo de la corriente generada. Su utilización es
escasa debido a las elevadas tensiones de polarización (centenares de voltios)
que lo hacen desaconsejable.
Los
transmisores ópticos más comúnmente utilizados son dispositivos semiconductores
como, por ejemplo, diodos emisores de luz y diodos láser. La diferencia
entre los diodos led y el láser es que los led producen una luz incoherente, la
cual se dispersa, y el láser produce una luz coherente, no dispersa. Para su
uso en comunicaciones ópticas los transmisores ópticos semicondutores deben ser
diseñados para ser compactos, eficientes y confiables, mientras se opera en un
rango de longitud de onda óptima y directamente modulada en altas frecuencias.
Los
transmisores-receptores video sobre fibra óptica pueden transmitir
simultáneamente de 1 a 64 canales digitales de video codificada de 8 bits, de
vuelta o bidireccionales de datos, de audio unidireccional o bidirecciona, de
Ethernet, de teléfono, de telemetría sobre una fibra óptica multimodo o
monomodo.
Estos
multiplexores se utilizan típicamente en sitios donde las cámaras tienen
capacidades de P/T/Z. Disponibles en versión rack o independiente.
Aplicación:
- Sistema
de transporte inteligente.
- Conexión
de red secundaria para centro de vigilancia.
- Vigilancia
y seguridad de sitios públicos y privados.
- Vigilancia
de autopistas y peajes.
- Circuito
privado de vigilancia para lugares industriales.
Receptores
El
principal componente de un receptor óptico es una célula fotoeléctrica, que
convierte la luz en electricidad mediante el efecto fotoeléctrico. El
fotodetector es generalmente un fotodiodo basado en semiconductores. Hay varios
tipos de fotodiodos, entre los que se incluyen: fotodiodos PN, fotodiodo PIN y
fotodiodos de avalancha. Los fotodetectores metal-semiconductor-metal (MSM)
también se utilizan debido a su idoneidad para la integración de circuitos
regeneradores y multiplexores de longitud de onda.
Los
convertidores ópticos eléctricos son, habitualmente, el agrupamiento de un
amplificador de transimpedancia y un amplificador de limitación para producir
una señal digital en el dominio eléctrico de la señal óptica de entrada, que
podrá ser atenuada y distorsionada al pasar por el canal. Además de
procesamiento de señales tales como la recuperación de reloj de datos (CDR) a
cargo de un bucle de enganche de fase, también puede aplicarse antes de que los
datos se transmitan.
Instalación
del cable de fibra óptica
Recepción
del cableado de fibra óptica y del equipo en el área de trabajo
Los
equipos y los componentes de fibra óptica pueden dañarse a través de una
manipulación o almacenamiento inadecuados y debe manipularse en la forma
correcta.
Recepción
La
entrega del cable de fibra óptica, los equipos y los insumos debería
programarse en el área de trabajo en la fecha más cercana posible al momento de
su uso, para reducir el riesgo de posibles daños por la construcción, el clima
o los robos. La coordinación de la entrega puede ser complicada, es por
ello que debe coordinarse en un área fuera de la construcción o en un depósito
de almacenamiento cerrado en el área de la construcción. Una vez que se
reciben, todos los componentes deben ser cuidadosamente revisados para ver que
no presenten ningún daño. Si se sospecha que están dañados, debe verificarse la
continuidad y si hay pérdidas.
Manejo
del cable de la fibra óptica
Las
bobinas de cable deben manipularse con cuidado. Todas las bobinas, sin importar
su tamaño o longitud, deben tener ambos extremos del cable disponibles para la
verificación de continuidad. Para la verificación de continuidad, pueden
utilizarse un trazador visual de continuidad o un localizador visual de fallos
y los adaptadores de fibra desnuda.
Las
bobinas de cable deben moverse cuidadosamente para evitar dañar el
cable. Las bobinas de cable de poco tamaño se mueven a mano. Las bobinas
grandes deben moverse con el equipo de elevación adecuado o por medio de dos o
más instaladores con experiencia en la operación del traslado. El equipo
de elevación debe mover las bobinas con un equipo de cabestrillo o eslingas que
coincidan junto con un tubo del tamaño adecuado insertado en el agujero del
centro de la bobina. Los cabestrillos y las eslingas nunca deben sujetarse
alrededor del área donde está el cable en la bobina.
Almacenamiento
Todo
el equipo y los cables deben ser almacenados en un lugar limpio y seco,
protegidos de ambientes hostiles como el frío o el calor extremos. A causa
del valor del cable y de las posibilidades de un robo, todos los componentes
deben estar guardados en un almacén seguro con guardias en el momento o lugar
que sea necesario.
Líneas
generales para la instalación del cable de fibra óptica
El
cable de fibra óptica puede instalarse en el interior o en el exterior,
utilizando diferentes procesos de instalación. En el exterior, los cables
pueden ser rectamente, tirados o soplados en los conductos o subductos corrugados,
o instalados de forma aérea en postes. Los cables en interiores pueden
instalarse en cable canales, en bandejas para cables arriba de los techos o
debajo de los pisos, tirados en conductos subterráneos o subductos corrugados,
o soplados en conductos especiales con gas comprimido.
Lineamientos
para la instalación
Verifique
la longitud del cable para asegurarse de que el cable que está siendo tirado es
lo suficientemente largo para el tendido de cable planeado. Si es posible,
trate de completar la instalación de una sola tirada.Antes de cualquier
instalación, evalúe la ruta cuidadosamente para determinar los métodos de
instalación y los obstáculos que puedan surgir.
Tensión
de tracción
El
cable de fibra óptica sólo debe tirarse mediante estos elementos de
resistencia, salvo que el diseño del cable permita tirar mediante mallas de
agarre. Cualquier otro método podría tensionar las fibras y
dañarlas.
Los
eslabones giratorios deben utilizarse para enganchar la cuerda o cinta de
tracción al cable para evitar que el cable se retuerza durante el arrastre del
cable.
No
debería tirarse de los cables por la chaqueta salvo que esté aprobado por los
fabricantes del cable y que la malla utilizada sea una aprobada, en general la
llamada “sujeción tipo Kellem”, también estas sujeciones suelen atarse a los
elementos de refuerzo.
Si
se utiliza una bobina grande (equivalente a 40 cm) como mandril para tirar del
cable, se puede tirar de la chaqueta de los cables de estructura ajustada en
las instalaciones de cableado en planta interna. Envuelva el cable
alrededor de la bobina 5 veces y sujétela suavemente cuando tire.
No
debe exceder el valor máximo de la tensión de tracción.
Al
tirar de cables de gran longitud en conductos o subductos corrugados , debe
utilizarse el lubricante de cable adecuado, pero asegúrese de que sea
compatible con la chaqueta del cable. En tendidos de cable de gran
longitud en planta externa (de más de 2.5 millas o 4 kilómetros) debe tirarse
desde el medio del cable hacia ambos extremos o utilizar un tirador de cable
automático en uno o varios puntos intermedios para una tirada continua.
Cuando
apoye los bucles de fibra sobre una superficie mientras se realiza una tirada,
debe apoyarse en forma de “figura de 8” para evitar retorcer el cable.
Pliegues
en el cable
No
se debe retorcer el cable, ya que esto puede tensionar las fibras. La
tensión y las cintas de tracción pueden provocar que el cable se
retuerza. Utilice un eslabón giratorio para enganchar la cinta de tracción
al cable para evitar la tensión del arrastre que causa fuerzas de tensión en el
cable.
Desenrolle
el cable de la bobina en lugar de tirar de él para evitar pliegues en el cable
cada vez que gire la bobina. Cuando apoye un cable para un tendido largo,
utilice una figura de 8 en el piso para evitar pliegues. La figura de 8 ubica
la mitad de una vuelta del cable en un lado del 8 y toma la otra mitad en el
otro lado, evitando pliegues.
Los
eslabones giratorios deben utilizarse para enganchar la cuerda o cinta de
tracción al cable para evitar que el cable se retuerza durante el arrastre del
cable.
Procedimiento
para instalar los eslabones giratorios:
Pele
la chaqueta del cable y corte todas las fibras hasta el final de la chaqueta,
dejando solamente los elementos de refuerzo de aramida.
Separe
los hilados de aramida en dos grupos y páselos a través del eslabón en
direcciones opuestas.
Ate
nudos en cada uno de los grupos en el eslabón y vuelva a poner los miembros de
resistencia dentro de la chaqueta del cable.
Encinte
los elementos de resistencia a lo largo de la chaqueta y hasta el eslabón
giratorio de enganche.
Cómo
realizar una “figura de 8” en un cable para arrastres intermedios en
instalaciones de planta externa.
En
tendidos de cable de gran longitud en planta externa de alrededor de 4
kilómetros, puede ser necesario utilizar un tirador de cable automático en uno
o más puntos intermedios para una tirada continua o arrastrar desde el medio
hacia ambos extremos (arrastre intermedio- midspan). La figura
de 8 ubica la mitad de una vuelta del cable en un lado del 8 y toma la otra
mitad en el otro lado, evitando pliegues.
Utilice
este procedimiento para arrastrar desde un extremo:
Tire
del cable fuera del conducto o del subducto corrugado y apóyelo en el piso en
forma de una gran figura de 8. El tamaño del 8 estará determinado por el tamaño
y la rigidez del cable, pero entre 2 y 4 metros es el tamaño común. El
extremo del cable estará en el piso (necesitará una lona o una lámina de plástico
para mantener limpio el cable). Tire suavemente y apoye el cable en forma
de figura de 8 para evitar que se retuerza.
Varios
instaladores deben levantar el cable y voltearlo para que el extremo que debe
tirarse quede arriba.
Enganche
el extremo de la cinta de tracción con el eslabón giratorio de enganche
adecuado y continúe con la tirada.
Radio
de curvatura
No
se debe exceder el radio de curvatura de los cables. El cable de fibra
óptica puede romperse cuando se retuerce o se dobla demasiado, en especial
durante el tirado. Si no hay recomendaciones específicas del fabricante
del cable, éste no debería tirarse a un radio de curvatura menor a 20 (veinte)
veces el diámetro del cable.
Al
terminar de tirar, el cable no debería tener ningún radio de curvatura menor a 10
(diez) veces el diámetro del cable.
Instalaciones
verticales de cable
Es
mejor tender los cables verticalmente hacia abajo que tirarlos hacia arriba. Se
deben sujetar los cables en intervalos frecuentes para evitar un exceso de
tensión en la chaqueta. Pueden sujetarse con sujetacables o con
sujeciones tipo Kellem.
Cableado
en planta interna con bandejas
RELl
cable de fibra óptica en los cableados en planta interna se instala en bandejas
de cable. Las bandejas de cable no deben tener también cables de
telecomunicaciones de cobre, ya que su peso podría dañar los cables de fibra. Del
mismo modo, una gran cantidad de cables de fibra en una misma bandeja podría
ejercer mucha presión a los cables que se encuentran en la base. En las
instalaciones donde las bandejas están ocupadas con cables de
telecomunicaciones de cobre, pueden suspenderse los cables de fibras livianas
debajo de las bandejas de cable.
Uso
de sujetacables
Los
cables de fibra óptica, como todos los cables de telecomunicaciones, son
sensibles a las cargas de compresión. Los sujetacables utilizados con muchos
cables, en especial cuando se ajustan con una herramienta de instalación, dañan
los cables de fibra óptica, debilitando el cable y posibilitando la rotura de
las fibras. Cuando se utilizan los sujetacables, deberían ajustarse a mano,
pero no tanto, permitiendo mover el sujetacables a lo largo del cable a
mano.
Corta
fuego
Los
cables de interiores deben cumplir con los códigos contra incendios y pasar
inspecciones, por lo que cada cable que ingresa un muro con riesgo de incendio,
debe tener sistemas corta fuegos. Todos los sistemas corta fuegos para las
telecomunicaciones deben cumplir con las normas y estándares. Todos los
ingresos deben estar protegidos con sistemas corta fuegos aprobados. Todos
los compuestos y dispositivos corta fuego deben ser utilizados cuando se
rompe una separación contra incendios con una instalación.
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