Fibra óptica, parte 2

12 junio 2009 at 12:51 1 comentario

¡Volvemos con la fibra óptica!

Modos

Al igual que las guías de onda, las fibras ópticas pueden ser monomodo o multimodo, según cuántos modos TE y TM dejen pasar (recordemos que TE0 siempre pasará). Sin embargo, la fórmula empleada para averiguar si una fibra es monomodo o multimodo difiere de la usada en guía de onda:

El valor νes un parámetro a considerar cuando tratamos de ver si la fibra es monomodo o multimodo. Para que la fibra sea monomodo, su valor erá menor que 2,405. Eso sí: para estas cosas podría ser necesario, por ejemplo, un radio menor para la fibra óptica, lo cual podría resultar complejo, por lo que sería más aconsejable conseguir una longitud de onda mayor.

Para ν>10, el número de modos será:

Fabricación

En un principio, la fabricación de fibra óptica se hacía con un crisol a temperaturas de aproximadamente 1000ºC donde se introducían los materiales y, una vez pastoso, dejarlo bajar, diferenciándose el núcleo del cladding. Sin embargo, esta técnica tenía el problema de poseer una baja calidad y sólo crear fibras escalonadas y, ciertamente, las graduales están ganando más peso.

Así es como van surgiendo nuevos métodos. En la actualidad, digamos que existen cuatro métodos principales para crear fibras ópticas:

MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition): Se utiliza un tubo hueco de unos 2 metros de largo y 25 cm de diámetro o menos puesto en un torno y con una llama por debajo recorriéndolo. En este tubo se van colocando los materiales (sílice y dopantes como germanio, fosfatos o bromuro de cloro). En realidad, lo que aquí obtendríamos es la preforma, que más tarde pasará por una torre de estirado para conseguir las fibras ópticas que deseamos a través de procesos de estiramiento.

Los materiales proceden de unos burbujeadores a los que se les va añadiendo oxígeno para extraer el sílice y los dopantes, cuya proporción varía según el índice de refracción que queramos dar.

La fibra obtenida con este método es muy pura, pero para ello es necesario que el entorno donde se fabrique y los materiales también lo sean. De hecho, la pureza debe ser de casi el 100%, y eso sería prácticamente trabajar en el vacío.

PCVD (Plasma Chemical Vapor Deposition): El proceso es muy similar al MCVD, pero en el tubo para la preforma se coloca una bola de plasma que va moviéndose a gran velocidad. La ventaja sobre el MCVD consiste en obtener fibras con un perfil más gradual para el índice de refracción, mientras que en el MCVD sigue habiendo ciertos escalones.

Por lo demás, todo lo dicho para MCVD en cuanto a fabricación se aplica a PCVD.

OVD (Outside Vapor Deposition): En este caso, el proceso es bien distinto. Se utiliza una varilla que llamaremos cebo y sobre ésta se van depositando los materiales (sílice y dopantes) utilizando una llama. Así, los materiales van creando sobre el cebo una varilla algo más gorda conocida como soot.

Este soot se introduce más tarde en un horno, a alta temperatura (alrededor de 2000ºC) para obtener la preforma que más tarde dará lugar a la fibra óptica.

En este caso obtenemos un proceso mucho más rápido que en MCVD y PCVD, pero es muy importante que la preforma esté en todo tiempo lo más seca posible. Esto se debe a que la humedad puede hacer que la atenuación dnetro de la fibra aumente y, precisamente, lo que caracteriza a la fibra óptica es tener una alta velocidad de transmisión con una atenuación muy pequeña.

AVD (Axial Vapor Deposition): Los métodos anteriores son del mundo occidental, y éste es el modelo japonés. En esencia, se parece bastante al OVD, pero con dos diferencias notables:

Es un proceso menos limpio, lo que lleva a mayores pérdidas.

Las preformas son muchísimo más largas, lo que permite crear fibras de mayor longitud sin empalmes (los empalmes crean atenuación), siendo los mejores para cables submarinos (y, de hecho, la industria de la fibra óptica en Japón se centra más en clabes submarinos).

Dispersión

Cuando se trabaja en comunicaciones ópticas, hay dos longitudes de onda principales: 1300 nm (segunda ventana) y 1550 nm (tercera ventana). Para 1330 nm no hay dispersión, pero sí un nivel bastante notable de atenuación; para 1550 nm, se puede usar amplificación óptica y el ancho de banda es mayor, pero para las fibras convencionales sí que habrá atenuación.

Es por eso que existen varios tipos de fibras que tratan de acercarse a los 1550 nm para aprovecharse de sus ventajas y librarse de la dispersión.

DSF (Dispersion Shifted Fiber): Consigue una dispersión de aproximadamente 0 alrededor de los 1500 nm (muy cerca de nuestro objetivo), pero al usar multiplexación por longitud de onda en las comunicaciones ópticas, tendremos un problema con esta dispersión nula al aparecer efectos no lineales que enturbien la comunicación.

NZ-DSF (Non-zero DSF): Similar a DSF, pero no da una atenuación de 0, pero sí una muy pequeña, lo suficiente para evitar efectos no lineales.  Para distancias de entre 60 y 80 km funciona perfectamente, pero con una distancia mayor empiezan a notarse los efectos de dispersión y no linealidad, por lo que son necesarias fibras compensadoras (DCF).

NZ-DSF-RS (NZ-DSF Reduced Slope): Este tipo permite obtener una pendiente muy pequeña de dispersión, pero para ello es necesaria un área efectiva mayor (es decir, la fibra tendría un mayor diámetro).

Otras fibras:

  • LEAF, tiene área efectiva y pendiente grandes, pero son muy útiles si los efectos no lineales son muy elevados.
  • True-wave, tienen pendiente más pequeñas.

Cabe destacar una cosa sobre las curvas de dispersión: estas curvas, una vez sumados los efectos cromáticos y de guía onda, son de pendiente positiva, pero con una parte de la curva positiva y otra negativa. Es posible, sin embargo, conseguir una pendiente negativa, pero sólo con valores negativos. Hasta el momento, es imposible conseguir pendiente negativa con valores positivos.

Y creo que por el momento es suficiente sobre fibra óptica…

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Justificando una ausencia SMO

1 comentario Add your own

  • 1. ANINIMO  |  30 diciembre 2010 a las 04:53

    EXCELENTE INFORMACION

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