Tipos de Cables de Fibra Óptica

La fibra óptica

 

Monomodo y Multimodo

Con esta entrada vamos a empezar una serie de post dedicados a un medio de transmisión básico y fundamental para las actuales telecomunicaciones, y que utiliza la luz como portadora de información, la fibra óptica. Veamos como funciona y los tipos que tenemos.

Lo habitual es que la fibra este fabricada de cristal de silicio. La fibra tiene un núcleo central y alrededor del mismo un revestimiento de un material de cristal ligeramente diferente. Estos están protegidos por una cubierta de plástico. El tamaño de la fibra óptica está determinado por el diámetro del núcleo y el revestimiento, expresado en micrones (µm). Un micrón es la millonésima (1/1.000.000) parte de un metro. Un cable de fibra óptica con un núcleo de 62,5 µm y una cubierta de 125 µm es designado por 62,5/125 µm.

Propagación de la luz en la fibra óptica.

La luz utilizada para transmitir las señales en la fibra óptica puede ser visible o invisible como la infrarroja o la ultravioleta. Sin embrago, sólo a ciertas frecuencias es adecuada para ser utilizada con la fibra óptica, dado que la atenuación de la señal varia con la longitud de onda. Las longitudes de onda de 850nm y 1300 nm poseen la atenuación más baja, por lo que estas son las longitudes de ondas más utilizadas.

Bandwidth.

La luz viaja en el vacio a la velocidad de 300.000.000 m/s. En cristal la velocidad es menor, 200.000.000 m/s. Normalmente el ancho de banda para las fibras ópticas se expresa en MHz-km. Un ancho de banda de 500MHz-km denota que a 500MHz la señal pude ser transmitida sobre un km de distancia. Este es el ancho de banda común para fibras multimodo. El ancho de banda de las fibras monomodo está en el rango de los GHz, normalmente 100GHz sobre 1 km de distancia. Utilizando frecuencias más bajas podemos enviar las señales de luz, o pulsos, sobre distancias mayores.

Modos de transmisión.

Existen dos modos de transmisión o de señalización óptica que podemos utilizar para enviar señales de luz a través de una fibra óptica: Monomodo y Multimodo. El término modo está relacionado con el número y variedad de longitudes de onda que pueden ser propagadas a través del núcleo de la fibra. Describe la ruta de propagación de un rayo de luz en el núcleo de una fibra óptica.

Cuando el núcleo tiene mayor diámetro, los rayos de luz entran en la fibra en diferentes ángulos respecto al eje central del núcleo. Estos rayos de luz son reflejados desde el interface del  núcleo y el revestimiento y sus caminos  por el núcleo siguen un patrón de zig-zag. También hay rayos de luz que entran en el núcleo paralelos al eje central. Estos rayos siguen un camino recto a través del núcleo. Tenemos por tanto varios rayos de luz viajando por la fibra óptica en diferentes modos. Esto es la transmisión multimodo.

Los núcleos con un diámetro más pequeño sólo permiten que los rayos de luz que son casi paralelos al eje central entren en la fibra. Luego tenemos muy pocos modos viajando por la fibra. Este es el modo de transmisión monomodo, donde únicamente una frecuencia de luz o modo es propagado. 

Las fibras para cada uno de los modos se denominan igual que el modo. Estas fibras ópticas tienen  dimensiones físicas y características de transmisión de luz diferentes. Veamos en detalle cada una de los fibras:

Fibra Monomodo

Una fibra monomodo tiene habitualmente un núcleo de 8 micrones  y una cubierta de 125 micrones de diámetro. La fuente de luz utilizada para las fibras ópticas monomodo es un laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Este laser es generado por un diodo laser semiconductor. La distancia máxima para un enlace de fibra óptica monomodo es de 20km.

Fibra Multimodo

Una fibra multimodo tiene un núcleo de 50 ó 62,5 micrones y una cubierta de 125 micrones de diámetro. La fuente de luz que suele utilizarse con las fibras multimodo es un LED (Light Emitting diode). La distancia máxima para un enlace de fibra óptica multimodo (62.5/125) es de 3 km.

La fibra multimodo permite transportar simultáneamente haces de luz sobre numerosos modos o caminos. Dependiendo del índice de refracción podemos distinguir dos tipos de fibra multimodo:

Step Index (Indice Escalonado). En estas fibras el núcleo tiene un índice uniforme pero hay un cambio abrupto en el índice de refracción entre el núcleo y el revestimiento.  Este tipo de fibras multimodo que está en desuso tiene una alta atenuación, alrededor de 30dB/km las fabricadas en vidrio y 100 dB/km las fabricadas en plástico.

Graded Index (Indice  Gradual). En este tipo de fibras el índice de refracción va decreciendo gradualmente desde el centro del núcleo hacia la frontera  del revestimiento lo que reduce la dispersión entre los diferentes modos de propagación. 

El estándar ISO/IEC 11801 clasifica las fibras multimodo:

OM1. Fibra multimodo con núcleo de vidrio y 62,5 micrones de diámetro. Ancho de banda de 200 Mhz  y atenuación de 3,5 dB en longitud de onda de 850 nm.

OM2. Fibra multimodo con núcleo de vidrio y 50  micrones de diámetro. Ancho de banda de 500 Mhz y atenuación de 3,5 dB en longitud de onda de 850 nm.

OM3. Fibra multimodo optimizada con núcleo de vidrio y 50 micrones de diámetro. Ancho de banda de 1500 Mhz y atenuación de 3,5 dB en longitud de onda de 850 nm.

OM4. Estándar utilizado por TIA (Telecommunications Industry Association) pero sin adoptar aún por ISO International Organization for Standardization). Fibra multimodo optimizada de núcleo de vidrio que permite transportar 10 Gigabit Ethernet hasta 550 metros.

Las fibra multimodo OM1 y OM2 están muy extendidas y son ideales para utilizar con transmisores LED para velocidades de transmisión entre 10Mbps y 1000Mbps. Últimamente se impone la utilización de la fibra multimodo optimizada para laser, OM3. La fibra multimodo optimizada para laser (LOMMF) está diseñada para utilizarse con VCSELs (Vertical Cavity Surface-Emitting Lasers) de 850 nm y permite la  transmisión de 10GbE sobre 300 metros de distancia. 

El color de la cubierta exterior  suele utilizarse para identificar si un cable es monomodo o multimodo, pero este no es un método fiable. El estándar TIA-598C sugiere que la cubierta exterior sea amarilla para la fibra monomodo, y naranja para la fibra multimodo. El método más fiable es leer las especificaciones del cable impresas en la cubierta.