Fibra òptica
De Wikipedia, l'enciclopèdia lliure
La fibra òptica és un mitjà de transmissió emprat per a INTERNET habitualment en xarxes de dades; un fil molt fi de material transparent, vidre o materials plàstics, pel qual s'envien premos de llum que representen les dades a transmetre. El feix de llum queda completament confinat i es propaga pel nucli de la fibra amb un angle de reflexió per sobre de l'angle límit de reflexió total, en funció de la llei de Snell. La font de llum pot ser làser o un LED.
Les fibres s'utilitzen àmpliament en telecomunicacions, ja que permeten enviar gran quantitat de dades a una gran distància, a la velocitat de la llum. Són el mitjà de transmissió per excel·lència en ser immune a les interferències electromagneticas, també s'utilitzen per a xarxes locals, on es necessiti una alta confiabilitat i fiabilitat.[cita requerida]
Contingut |
Història
L'ús de la llum per a la codificació de senyals no és nou, els antics grecs usaven miralls per transmetre informació, de manera rudimentària, usant llum solar. En 1972, Claude Chappe va dissenyar un sistema de telegrafia òptica, que mitjançant l'ús d'un codi i torres i miralls distribuïts al llarg dels 200 km que separen Lille i París, aconseguia transmetre un missatge en tan sols 15 minuts.
La gran novetat aportada en la nostra època és l'haver aconseguit “domar” la llum, de manera que sigui possible que es propagui dins d'un cable tendit per l'home. L'ús de la llum guiada, de manera que no expandeixi en totes adreces, sinó en una molt concreta i predefinida s'ha aconseguit mitjançant la fibra òptica, que podem pensar com un conducte de vidre -fibra de vidre ultra prima- protegida per un material aïllant que, serveix per transportar el senyal lumínic d'un punt a un altre.
A més té moltes altres avantatges, com a baixes pèrdues de senyal, grandària i pes reduït, immunitat enfront d'emissions electromagnètiques i de radiofreqüència i seguretat. Tots aquests apartats es descriuran a continuació, obrint-nos les portes al descobriment d'un nou món: el món de la informació sense límit d'ample de banda
Com a resultat d'estudis en física enfocats de la òptica, es va descobrir una nova manera d'ocupació per a la llum anomenat rac làser. Aquest últim és usat amb major vigor a l'àrea de les telecomunicacions, a causa del factible que és enviar missatges amb altes velocitats i amb una àmplia cobertura. No obstant això, no existia un conducte per fer viatjar els fotons originats pel làser.
La possibilitat de controlar un raig de llum, dirigint-ho en una trajectòria recta, es coneix des de fa molt temps. En 1820, Augustin-Jean Fresnel ja coneixia les equacions per les quals regeix la captura de la llum dins d'una placa de cristall llisa. La seva ampliació al que llavors es coneixia com a cables de vidre va ser obra de D. Hondros i Peter Debye en 1910. El físic irlandès John Tyndall va descobrir que la llum podia viatjar dins d'un material (aigua), corbant-se per reflexió interna, i en 1870 va presentar els seus estudis davant els membres de la Reial Societat. A partir d'aquest principi es van dur a terme una sèrie d'estudis, en els quals van demostrar el potencial del cristall com a mitjà eficaç de transmissió a llarga distància. A més, es van desenvolupar una sèrie d'aplicacions basades en aquest principi per il·luminar corrents de l'aigua en fonts públiques. Més tard, J. L. Baird va registrar patents que descrivien la utilització de bastons sòlids de vidre en la transmissió de llum, per a la seva ocupació en un primitiu sistema de televisió de colors. El gran problema, no obstant això, és que les tècniques i els materials usats no permetien la transmissió de llum amb bon rendiment. Les pèrdues eren tan grans i no hi havia dispositius d'acoblament òptic.
Solament en 1950 les fibres òptiques van començar a interessar als investigadors, amb moltes aplicacions pràctiques que estaven sent desenvolupades. En 1952, el físic Narinder Singh Kapany, recolzant-se en els estudis de John Tyndall, va realitzar experiments que van conduir a la invenció de la fibra òptica.
Un dels primers usos de la fibra òptica va ser emprar un feix de fibres per a la transmissió d'imatges, que es va usar en el endoscopio mèdic. Usant la fibra òptica, es va aconseguir un endoscopio semiflexible, el qual va ser patentat per la Universitat de Michigan en 1956. En aquest invent es van usar unes noves fibres folrades amb un material de baix índex de refracció, ja que abans s'impregnaven amb olis o ceres. En aquesta mateixa època, es van començar a utilitzar filaments prims com el pèl que transportaven llum a distàncies curtes, tant en la indústria com en la medicina, de manera que la llum podia arribar a llocs que d'una altra forma serien inaccessibles. L'únic problema era que aquesta llum perdia fins al 99% de la seva intensitat en travessar distàncies de fins a de 9 metres de fibra.
Xerris K. Kao, en la seva tesi doctoral de 1956, va estimar que les màximes pèrdues que hauria de tenir la fibra òptica, perquè resultés pràctica en enllaços de comunicacions, eren de 20 dB/km.
En 1966, en un comunicat dirigit a la Associació Britànica per a l'Avanç de la Ciència, els investigadors Xerris K. Kao i G. A. Hockham, dels laboratoris de Standard Telecommunications, a Anglaterra, van afirmar que es podia disposar de fibres d'una transparència major i van proposar l'ús de fibres de vidre i llum, en lloc de electricitat i conductors metàl·lics, en la transmissió de missatges telefònics. L'obtenció de tals fibres va exigir grans esforços dels investigadors, ja que les fibres fins llavors presentaven pèrdues d'ordre de 100 dB per quilòmetre, a més d'una banda pasante estreta i una enorme fragilitat mecànica. Aquest estudi va constituir la base per millorar les pèrdues dels senyals òptics que fins al moment eren molt significatives i no permetien l'aprofitament d'aquesta tecnologia. En un article teòric, van demostrar que les grans pèrdues característiques de les fibres existents es devien a impureses diminutes intrínseques del cristall. Mentrestant, com a resultat dels esforços, es van fer noves fibres amb atenuació de 20 dB per quilòmetre i una banda pasante d'1 GHz per a un llarg d'1 km, amb la perspectiva de substituir els cables coaxials. La utilització de fibres de 100 µm de diàmetre, embolicades en nylon resistent, permetrien la construcció de fils tan forts que no podien trencar-se amb les mans. Avui ja existeixen fibres òptiques amb atenuacions tan petites de fins a 1 dB per quilòmetre, la qual cosa és moltíssim menor a les pèrdues d'un cable coaxial.
L'article de Kao-Hockman va estimular a alguns investigadors a produir aquestes fibres amb baixes pèrdues. El gran avanç es va produir en 1970, quan els investigadors Maurer, Keck, Schultz i Zimar que treballaven per Corning Glass, van fabricar la primera fibra òptica aplicant impureses de titani en sílice, amb centenars de metres de llarg amb la claredat cristal·lina que Kao i Hockman havien proposat. Les pèrdues eren de 17 dB/km. Durant aquesta dècada les tècniques de fabricació es van millorar, aconseguint pèrdues de tan sol 0,5 dB/km.
Poc després, Panish i Hayashi, dels laboratoris Bell, van mostrar un làser de semiconductors que podia funcionar contínuament a temperatura ambienti. En 1978 ja es transmetia a 10 Gb km/segons. A més, John MacChesney i els seus col·laboradors, també dels laboratoris Bell, van desenvolupar independentment mètodes de preparació de fibres. Totes aquestes activitats van marcar un punt decisiu ja que ara, existien els mitjans per portar les comunicacions de fibra òptica fos dels laboratoris, al camp de l'enginyeria habitual. Durant la següents dècada, a mesura que continuaven les investigacions, les fibres òptiques van millorar constantment la seva transparència.
El 22 d'abril de 1977, General Telephone and Electronics va enviar la primera transmissió telefònica a través de fibra òptica, en 6 Mbit/s, en Long Beach, Califòrnia.
L'amplificador que va marcar un abans i un després en l'ús de la fibra òptica en connexions interurbanes, reduint el cost d'elles, va anar el amplificador òptic inventat per David Payne, de la Universitat de Southampton, i per Emmanuel Desurvire en els Laboratoris Bell. A ambdós se'ls va concedir la medalla Benjamin Franklin en 1988.
En 1980, les millors fibres eren tan transparent que un senyal podia travessar 240 quilòmetres de fibra abans d'afeblir-se fins a ser indetectable. Però les fibres òptiques amb aquest grau de transparència no es podien fabricar usant mètodes tradicionals. El gran avanç es va produir quan es van adonar que el cristall de sílice pur, sense cap impuresa de metall que absorbís llum, solament es podia fabricar directament a partir de components de vapor, evitant d'aquesta forma la contaminació que inevitablemnte resultava de l'ús convencional dels gresols de fosa. El progrés se centrava ara a seleccionar l'equilibri correcte de components del vapor i optimitzar les seves reaccions. La tecnologia en desenvolupament es basava principalment en el coneixement de la termodinàmica química, una ciència perfeccionava per tres generacions de químics des de la seva adopció original per part de Willard Gibbs, al segle XIX.
També en 1980, AT&T va presentar a la Comissió Federal de Comunicacions dels Estats Units un projecte d'un sistema de 978 quilòmetres que connectaria les principals ciutats del corredor que anava de Boston a Washington. Quatre anys després, quan el sistema va començar a funcionar, el seu cable, de menys de 25 centímetres de diàmetre, proporcionava 80.000 canals de veu per a converses telefòniques simultànies. Per llavors, la longitud total dels cables de fibra únicament als Estats Units aconseguia 400.000 quilòmetres (prou per arribar a la lluna).
Aviat, cables similars van travessar els oceans del món. El primer enllaç transoceànic amb fibra òptica va ser el TAT-8 que va començar a operar en 1988, usant un cristall tan transparent que els amplificadors per regenerar els senyals febles es podien col·locar a distàncies de més de 64 quilòmetres. Tres anys després, un altre cable transatlàntic va duplicar la capacitat del primer. Els cables que creuen el Pacífic també han entrat en funcionament. Des de llavors, s'ha emprat fibra òptica en multitud d'enllaços transoceànics o entre ciutats, i paulatinament es va estenent el seu ús des de les xarxes troncals de les operadores cap als usuaris finals.
Avui dia, a causa de les seves mínimes pèrdues de senyal i a les seves òptimes propietats d'ample de banda, la fibra òptica pot ser usada a distàncies més llargues que el cable de coure. A més, la fibres pel seu pes i grandària reduïda, fa que sigui molt útil en entorns on el cable de coure seria impracticable .
Procés de fabricació
Una vegada obtinguda mitjançant processos químics la matèria de la fibra òptica, es passa a la seva fabricació.Procés continu en el temps que bàsicament es pot descriure a través de tres etapes; la fabricació de la preforma, l'estiratge d'aquesta i finalment les proves i mesuraments. Per a la creació de la preforma existeixen quatre processos que són principalment utilitzats.
L'etapa de fabricació de la preforma pot ser a través d'algun dels següents mètodes:
- M.C.V.D Modifield Chemical Vapor Deposition
Va ser desenvolupat originalment per Corning Glass i modificat pels Laboratoris Bell Telephone per al seu ús industrial. Utilitza un tub de quars pur d'on es parteix i és dipositat en el seu interior la barreja de diòxid de silici i additius de dopat en forma de capes concèntriques. A continuació en el procés industrial s'instal·la el tub en un torn giratori. El tub és escalfat fins a aconseguir una temperatura compresa entre 1.400ºC i 1.600ºC mitjançant un cremador d'hidrogen i oxigen.En girar el torn el cremador comença a desplaçar-se al llarg del tub. Per un extrem del tub s'introdueixen els additius de dopat, part fonamental del procés, ja que de la proporció d'aquests additius dependrà el perfil final de l'índex de refracció del nucli.La deposició de les successives capes s'obtenen de les successives passades del cremador, mentre el torn gira; quedant d'aquesta forma sintezado el nucli de la fibra òptica. L'operació que resta és el col·lapse, s'aconsegueix igualment amb el continu desplaçament del cremador, solament que ara a una temperatura compresa entre 1.700ºC i 1.800ºC. Precisament és aquesta temperatura la que garanteix l'estovament del quars, covirtiéndose així el tub en el cilindre massís que constitueix la preforma. Les dimensions de la preforma solen ser d'un metre de longitud útil i d'un centímetre de diàmetre exterior.
- V.A.D Vapor Axial Deposition
El seu funcionament es basa en la tècnica desenvolupada per la Nippon Telephone and Telegraph (N.T.T), molt utilitzat en japón per compañias dedicades a la fabricaición de fibres òptiques.La matèria primera que utilitza és la mateixa que el metodo M.C.V.D, la seva diferència amb est radica, que en aquest últim solament es dipositava el nucli, mentre que en aquest a més del nucli de la FO es diposita el revestiment.Per aquesta raó ha de cuidar-se que a la zona de deposició axial o nucli, es dipositi més diòxid de germani que en la perifèria, la qual cosa s'aconsegueixen a través de la introducció dels paràmetres de disseny al programari que serveix de recolzo en el procés de fabricació. A partir d'un cilindre de vidre auxiliar que serveix de suport per la preforma, s'inicia el procés de creació d'aquesta, depositandose ordenadamente els materials, a partir de l'extrem del cilindre quedant així conformada la trucada "preforma porosa".Conformi la seva taxa de creixement es va desprenent del cilindre auxiliar de vidre.El següent pas consisteix en el col·lapsat, on se sotmet la preforma porosa a una temperatura compresa entre els 1.500ºC i 1.700ºC, aconseguint-se així el reblandamiento del quars.Quedant convertida la preforma porosa hueca en el seu interior en el cilindre massís i transparent, mitjançant el qual se sol descriure la preforma.
Entre els seus avantatges, comparat amb el métdodo anterior (M.C.V.D) permet obtenir preformas amb major diàmetre i major longitud alhora que precisa una menor aportació energètica.Com a inconvenient es destaca com un el de major cognotación, la sofisticació que requereix en equip necessaris per a la seva realització.
- O.V.D Outside Vapor Deposition
Desenvolupat per Corning Glass Work.Part d'una vareta de substrat ceràmica i un cremador.En la flama del cremador són introduïts els clorurs vaporosos i aquesta caldea la vareta.A continuació es realitza el procés denominat síntesi de la preforma, que consisteix en l'assecat de la mateixa mitjançant clor gasós i el corresponent col·lapsat de forma anàloga als realitzats amb el mètode V.A.D, quedant així sintetitzats el nucli i revestiment de la preforma.
Entre els Avantatges, és de citar que les taxes de deposició que s'aconsegueixen són de l'ordre de 4.3g / min, la qual cosa representa una taxa de fabricació de FO de 5km / h, havent estat eliminades les pèrdues inicials en el pas d'estiratge de la preforma. També és possible la fabricació de fibres de molt baixa atenuació i de gran qualitat mitjançant l'optimització en el procés d'assecat, perquè els perfils així obtinguts són llisos i sense estructura anul·lar recognoscible.
- P.C.V.D Plasma Chemical Vapor Deposition
És desenvolupat per Philips, es caracteritza per l'obtenció de perfils llisos sense estructura anul·lar recognoscible.El seu principi es basa en l'oxidació dels clorurs de silici i germani, creant en aquests un estat de plasma, seguit del procés de deposició interior.
L'etapa d'estiratge de la preforma
Sigui qualsevol que s'utilitzi de les tècniques que permeten la construcció de la preforma és de comuna a totes el procés d'estiratge d'aquesta.Consisteix bàsicament en l'existència d'un forn tubular obert, en l'interior del qual se sotmet la preforma a una temperatura de 2.000ºC, aconseguint així el reblandamiento del quars i quedant fixat el diàmetre exterior de la FO. Aquest diàmetre s'ha de mantenir constant mentre s'aplica una tensió sobre la preforma, per aconseguir això precisament la constància i uniformitat en la tensió de tracció i l absència de corrents de convecció a l'interior del forn, són els factors que ho permeten. En aquest procés s'ha de cuidar que en l'atmosfera interior del forn estigui aïllada de partícules provinents de l'exterior per evitar que la superfície reblandecida de la FO pugui ser contaminada, o es puguin crear microfisuras, amb la conseqüent i inevitable trencament de la fibra.També és aquí on s'aplica a la fibra un material sintètic, que generalment és un polimerizado viscós, el qual possibilita les elevades velocitats d'estiratge, compreses entre 1m / sg i 3m / sg, conformant-se així una capa uniforme sobre la fibra totalment lliure de bombolles i impureses.Posterioremente es passa a l'endureciemiento de la protecció abans descrita quedant així la capa definitiva de polímer elàstic.Això es realitza habitualment mitjançant processos tèrmics o a trávés de processos de reaccions químicas mitjançant l'ocupació de radiacions ultraviolades.
Aplicacions
El seu ús és molt variat: des de comunicacions digitals, passant per sensors i arribant a usos decoratius, com a arbres de Nadal, veladores i altres elements similars. Aplicacions de la fibra monomodo: Cables submarins, cables interurbans, etc.
Comunicacions amb fibra òptica
La fibra òptica s'empra com a mitjà de transmissió per a les xarxes de telecomunicacions, ja que per la seva flexibilitat els conductors òptics poden agrupar-se formant cables. Les fibres usades en aquest camp són de plàstic o de vidre, i algunes vegades dels dos tipus. Per a usos interurbans són de vidre, per la baixa atenuació que tenen.
Per a les comunicacions s'empren fibres multimodo i monomodo, usant les multimodo per a distàncies curtes (fins a 5000 m) i les monomodo per a acoblaments de llarga distància. A causa que les fibres monomodo són més sensibles als entroncaments, soldadures i connectors, les fibres i els components d'aquestes són de major cost que els de les fibres multimodo.
Sensors de fibra òptica
Les fibres òptiques es poden utilitzar com a sensors per mesurar la tensió, la temperatura, la pressió i altres paràmetres. La grandària petita i el fet que per elles no circula corrent elèctric li dóna certs avantatges respecte al sensor elèctric.
Les fibres òptiques s'utilitzen com hidrófonos per als sismes o aplicacions de sónar. S'ha desenvolupat sistemes hidrofónicos amb més de 100 sensors usant la fibra òptica. Els hidrófonos són usats per la indústria de petroli així com les marines de guerra d'alguns països. La companyia alemanya Sennheiser va desenvolupar un micròfon que treballava amb un làser i les fibres òptiques.
Els sensors de fibra òptica per a la temperatura i la pressió s'han desenvolupat per a pous petrolífers. Aquests sensors poden treballar a majors temperatures que els sensors de semiconductors.
Un altre ús de la fibra òptica com un sensor és el giroscopi òptic que usa el Boeing 767 i l'ús en microsensores de l'hidrogen.
Il·luminació
Un altre ús que li podem donar a la fibra òptica és el d'il·luminar qualsevol espai. A causa dels avantatges que aquest tipus d'il·luminació representa en els últims anys ha començat a ser molt utilitzat.
Entre els avantatges de la il·luminació per fibra podem esmentar:
- Absència d'electricitat i calor: Això es deu al fet que la fibra només té la capacitat de transmetre els hazes de llum a més de que el llum que il·lumina la fibra no està en contacte directe amb la mateixa.
- Es pot canviar de color la il·luminació sense necessitat de canviar el llum: Això es deu al fet que la fibra pot transportar el feix de llum de qualsevol color sense importar el color de la fibra.
- Amb un llum es pot fer una il·luminació més àmplia per mitjà de fibra: Això és a causa que amb un llum es pot il·luminar diverses fibres i col·locar-les en diferents llocs.
Més usos de la fibra òptica
- Es pot usar com una guia d'ona en aplicacions mèdiques o industrials en les quals és necessari guiar un feix de llum fins a un blanc que no es troba en la línia de visió.
- La fibra òptica es pot emprar com a sensor per mesurar tensions, temperatura, pressió així com altres paràmetres.
- És possible usar latiguillos de fibra juntament amb lents per fabricar instruments de visualització llargs i prims anomenats endoscopios. Els endoscopios s'usen en medicina per visualitzar objectes a través d'un forat petit. Els endoscopios industrials s'usen per a propòsits similars, com per exemple, per inspeccionar l'interior de turbines.
- Les fibres òptiques s'han emprat també per a usos decoratius incloent il·luminació, arbres de Nadal.
- Línies d'abonat
- Les fibres òptiques són molt usades en el camp de la il·luminació. Per a edificis on la llum pot ser recollida en el terrat i ser portada mitjançant fibra òptica a qualsevol part de l'edifici.
- També és utilitzada per trucar el sistema sensorial dels taxis provocant que el taxímetro (alguns li criden cuentafichas) no marqui el cost real del viatge.
- S'empra com a component en la confecció del formigó translúcido, invenció creada per l'arquitecte hongarès Ron Losonczi, que consisteix en una barreja de formigó i fibra òptica formant un nou material que ofereix la resistència del formigó però addicionalment, presenta la particularitat de deixar traspassar la llum de bat a bat.
Característiques
La fibra òptica és una guia d'ones dielèctrica que opera a freqüències òptiques.
Cada filament consta d'un nucli central de plàstic o cristall (òxid de silici i germani) amb un alt índex de refracció, envoltat d'una capa d'un material similar amb un índex de refracció lleugerament menor. Quan la llum arriba a una superfície que limita amb un índex de refracció menor, es reflecteix en gran part, com més gran sigui la diferència d'índexs i major l'angle d'incidència, es parla llavors de reflexió interna total.
Així, a l'interior d'una fibra òptica, la llum es va reflectint contra les parets en angles molt oberts, de tal forma que pràcticament avança pel seu centre. D'aquesta manera, es poden guiar els senyals lluminosos sense pèrdues per llargues distàncies.
Al llarg de tota la creació i desenvolupament de la fibra òptica, algunes de les seves característiques han anat canviant per millorar-la. Les característiques més destacables de la fibra òptica en l'actualitat són:
- Cobertura més resistent: La coberta conté un 25% més material que les cobertes convencionals.
- Ús dual(interior i exterior): La resistència a l'aigua i emissions ultraviolada, la coberta resistent i el funcionament ambiental estès de la fibra òptica contribueixen a una major confiabilitat durant el temps de vida de la fibra.
- Major protecció en llocs humits: Es combat la intrusió de la humitat a l'interior de la fibra amb múltiples capes de protecció al voltant d'aquesta, la qual cosa proporciona a la fibra, una major vida útil i confiabilitat en llocs humits.
- Empaquetat d'alta densitat: Amb el màxim nombre de fibres en el menor diàmetre possible s'aconsegueix una més ràpida i més fàcil instal·lació, on el cable ha d'enfrontar dobleces aguts i espais estrets. S'ha arribat a aconseguir un cable amb 72 fibres de construcció súper densa el diàmetre de la qual és un 50% menor al dels cables convencionals.
Funcionament
Els principis bàsics de funcionament es justifiquen aplicant les lleis de l'òptica geomètrica, principalment, la llei de la refracció (principi de reflexió interna total) i la llei de Snell.
El seu funcionament es basa a transmetre pel nucli de la fibra un feix de llum, tal que aquest no travessi el revestiment, sinó que es reflecteixi i se segueixi propagant. Això s'aconsegueix si l'índex de refracció del nucli és major a l'índex de refracció del revestiment, i també si l'angle d'incidència és superior a l'angle limiti.
Avantatges
Fibre Channel, una norma ANSI de gran abast, econòmica i pràcticament es reuneix el desafiament amb els següents avantatges:
- Preu de rendiment Lideratge - Fibre Channel ofereix solucions rendibles d'emmagatzematge i xarxes.
- Solucions de Lideratge - Fibre Channel proporciona connectivitat versàtil, amb un rendiment escalable.
- Confiable - Fibre Channel, una forma més fiable de les comunicacions, mantenir una empresa amb el lliurament d'informació segura.
- Gigabit d'ample de banda Ara - solucions Gigabit estan en el seu lloc avui! En la 4-gig/sec horitzó es perfila com la tecnologia SANT dominant per a la propera generació de discos i sistemes d'emmagatzematge en cinta. De quatre canals de fibra Gigabit és altament rendible i garanteix la compatibilitat amb versions anteriors, permetent als usuaris de preservar existeix 2-Gigabit i 1-Gigabit Fibra Canal de les inversions.
- Topologies múltiples - exclusiu punt a punt, els bucles compartits, i escala topologies de commutació complir els requisits d'aplicació.
- Múltiples protocols - Fibre Channel de lliurament de dades. SCSI, TCP / IP, video o dades en brut poden prendre avantatge d'alt rendiment, fiable la tecnologia Fibre Channel.
- Escalable - Des d'un punt únic d'enllaços punt a Gigabit integrada a les empreses amb centenars de servidors, de canal de fibra proporciona un rendiment inigualable.
- Congestió de Lliure - Fibre Channel de crèdit, basat en el control de flux proporciona dades tan ràpid com el búfer de destinació és capaç de rebre-ho.
- Alta eficiència - Real comportament dels preus està directament relacionada amb l'eficiència de la tecnologia. Fibre Channel ha aeris de transmissió molt poc. El més important és el protocol de canal de fibra, està específicament dissenyat per a una operació altament eficient utilitzant el maquinari.
- El seu ample de banda és molt gran, gràcies a tècniques de multiplexación per divisió de freqüències (X-WDM), que permeten enviar fins a 100 feixos de llum (cadascun amb una longitud d'ona diferent) a una velocitat de 10 Gb/s cadascun per una mateixa fibra, s'arriben a obtenir velocitats de transmissió totals d'1 Tb/s.
- És immune totalment a les interferències electromagnètiques.
- És segura. En romandre el feix de llum confinat en el nucli, no és possible accedir a les dades transmeses per mètodes no destructius.
- És segura, ja que es pot instal·lar en llocs on puguin haver-hi substàncies perilloses o inflamables, ja que no transmet electricitat.
- És lleugera. El pes d'un rodet no és ni la desena part d'un de cable coaxial.
- Lliure de Corrosió. Són pocs els agents que ataquen al cristall de silici.
- Baixa Atenuació. La fibra òptica aconsegueix atenuacions de l'ordre de 0.15 dB/Km.
Desavantatges
Malgrat els avantatges abans enumerats, la fibra òptica presenta una sèrie de desavantatges enfront d'altres mitjans de transmissió, sent les més rellevants les següents:
- L'alta fragilitat de les fibres.
- Necessitat d'usar transmissors i receptors més cars.
- Els entroncaments entre fibres són difícils de realitzar, especialment en el camp, la qual cosa dificulta les reparacions en cas de ruptura del cable.
- No pot transmetre electricitat per alimentar repetidorés intermedis.
- La necessitat d'efectuar, en molts casos, processos de conversió elèctrica-òptica.
- La fibra òptica convencional no pot transmetre potències elevades.[1]
- No existeixen memòries òptiques.
Així mateix, el cost de la fibra només es justifica quan la seva gran capacitat d'ample de banda i baixa atenuació són requerits. Per a baix ample de banda pot ser una solució molt més costosa que el conductor de coure.
La fibra òptica no transmet energia elèctrica, això limita la seva aplicació on el terminal de recepció ha de ser energizado des d'una línia elèctrica. L'energia ha de proveir-se per conductors separats.
Les molècules d'hidrogen poden difondre's en les fibres de silici i produir canvis en l'atenuació. L'aigua corroeix la superfície del vidre i resulta ser el mecanisme més important per a l'envelliment de la fibra òptica.
Incipient normativa internacional sobre alguns aspectes referents als paràmetres dels components, qualitat de la transmissió i proves.
Tipus
Les diferents trajectòries que pot seguir un feix de llum a l'interior d'una fibra es denominen maneres de propagació. I segons la manera de propagació tindrem dos tipus de fibra òptica: multimodo i monomodo.
Fibra multimodo
Una fibra multimodo és aquella en la qual els feixos de llum poden circular per més d'una manera o camí. Això suposa que no arriben tots alhora. Una fibra multimodo pot tenir més de mil maneres de propagació de llum. Les fibres multimodo s'usen comunament en aplicacions de curta distància, menors a 1 km; és simple de dissenyar i econòmic.
La seva distància màxima és de 2 km i usen díodes làser de baixa intensitat.
El nucli d'una fibra multimodo té un índex de refracció superior, però del mateix ordre de magnitud, que el revestiment. A causa de la gran grandària del nucli d'una fibra multimodo, és més fàcil de connectar i té una major tolerància a components de menor precisió.
Depenent el tipus d'índex de refracció del nucli, tenim dos tipus de fibra multimodo:
- Índex escalonat: en aquest tipus de fibra, el nucli té un índex de refracció constant en tota la secció cilíndrica, té alta dispersió modal.
- Índex gradual: mentre en aquest tipus, l'índex de refracció no és constant, té menor dispersió modal i el nucli es constitueix de diferents materials.
A més, segons el sistema ISO 11801 per a classificació de fibres multimodo segons el seu ample de banda les fibres poden ser OM1, OM2 o OM3.
- OM1: Fibra 62.5/125 µm, suporta fins a Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), usen LED com a emissors
- OM2: Fibra 50/125 µm, suporta fins a Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), usen LED com a emissors
- OM3: Fibra 50/125 µm, suporta fins a 10 Gigabit Ethernet(300 m), usen làser com a emissors.
Fibra monomodo
Una fibra monomodo és una fibra òptica en la qual només es propaga una manera de llum. S'aconsegueix reduint el diàmetre del nucli de la fibra fins a una grandària (8,3 a 10 micrones) que només permet una manera de propagació. La seva transmissió és paral·lela a l'eix de la fibra. A diferència de les fibres multimodo, les fibres monomodo permeten aconseguir grans distàncies (fins a 300 km màxim, mitjançant un làser d'alta intensitat) i transmetre elevades taxes d'informació (desenes de Gb/s)..
Tipus segons el seu disseny
D'acord al seu disseny, existeixen dos tipus de cable de fibra òptica
Cable d'estructura folgada
És un cable emprat tant per a exteriors com para interiors que consta de diversos tubs de fibra envoltant un membre central de reforç i proveït d'una coberta protectora. Cada tub de fibra, de dues a tres mil·límetres de diàmetre, porta diverses fibres òptiques que descansen folgadament en ell. Els tubs poden ser buits o estar plens d'un gel hidrófugo que actua com a protector antihumedad impedint que l'aigua entri en la fibra. El tub folgat aïlla la fibra de les forces mecàniques exteriors que s'exerceixin sobre el cable.
El seu nucli es complementa amb un element que li brinda resistència a la tracció que bé pot ser de vareta flexible metàl·lica o dielèctrica com a element central o de filatures d'Aramida o fibra de vidre situades perifèricament.
Cable d'estructura ajustada
És un cable dissenyat per a instal·lacions a l'interior dels edificis, és més flexible i amb un radi de curvatura més petit que el que tenen els cables d'estructura folgada.
Conté diverses fibres amb protecció secundària que envolten un membre central de tracció, tot això cobert d'una protecció exterior. Cada fibra té una protecció plàstica extrusionada directament sobre ella, fins a aconseguir un diàmetre de 900 µm envoltant al recobriment de 250 µm de la fibra òptica. Aquesta protecció plàstica a més de servir com a protecció addicional enfront de l'entorn, també proveeix un suport físic que serviria per reduir el seu cost d'instal·lació en permetre reduir les safates d'entroncaments.
Components de la fibra òptica
Dins dels components que s'usen en la fibra òptica calen destacar els següents: els connectors, el tipus d'emissor del feix de llum, els convertidors de llum, etc.
Transmissor d'energia òptica. Porta un modulador per transformar el senyal electrònic entrant a la freqüència acceptada per la font lluminosa, la qual converteix el senyal electrònic (electrons) en un senyal òptic (fotons) que s'emet a través de la fibra òptica.
Detector d'energia òptica. Normalment és un fotodíode que converteix el senyal òptic rebut en electrons (és necessari també un amplificador per generar el senyal)
Fibra Òptica. El seu component és el silici i es connecta a la font lluminosa i al detector d'energia òptica. Aquestes connexions requereixen una tecnologia complexa.
Tipus de connectors
Aquests elements s'encarreguen de connectar les línies de fibra a un element, ja pot ser un transmissor o un receptor. Els tipus de connectors disponibles són molt variats, entre els quals podem trobar es troben els següents:
- FC, que s'usa en la transmissió de dades i en les telecomunicacions.
- FDDI, s'usa per a xarxes de fibra òptica.
- LC i MT-Array que s'utilitzen en transmissions d'alta densitat de dades.
- SC i SC-Dúplex s'utilitzen per a la transmissió de dades.
- ST o BFOC s'usa en xarxes d'edificis i en sistemes de seguretat.
Emissors del feix de llum
Aquests dispositius s'encarreguen d'emetre el feix de llum que permet la transmissió de dades, aquests emissors poden ser de dos tipus:
- LEDs. Utilitzen un corrent de 50 a 100 dt., la seva velocitat és lenta, solament es pot usar en fibres multimodo, però el seu ús és fàcil i el seu temps de vida és molt gran, a més de ser econòmics.
- Lasers. Aquest tipus d'emissor usa un corrent de 5 a 40 dt., són molt ràpids, es pot usar amb els dos tipus de fibra, monomodo i multimodo, però per contra el seu ús és difícil, el seu temps de vida és llarg però menor que el dels LEDs i també són molt més costosos.
Convertidors llum-corrent elèctrica
Aquest tipus de convertidors converteixen els senyals òptics que procedeixen de la fibra en senyals elèctrics. Es limiten a obtenir un corrent a partir de la llum modulada incident, aquest corrent és proporcional a la potència rebuda, i per tant, a la forma d'ona del senyal moduladora.
Es fonamenta en el fenomen oposat a la recombinació, és a dir, en la generació de parells electró-buit a partir dels fotons. El tipus més senzill de detector correspon a una unió semiconductora P-N.
Les condicions que ha de complir un fotodetector per a la seva utilització en el camp de les comunicacions, són les següents:
- El corrent invers (en absència de llum) ha de ser molt petita, per així poder detectar senyals òptics molt febles (alta sensibilitat).
- Rapidesa de resposta (gran ample de banda).
- El nivell de soroll generat pel propi dispositiu ha de ser mínim.
Hi ha dos tipus de detectors: els fotodíodes PIN i els de devessall APD.
- Detectors PIN: El seu nom ve que es componen d'una unió P-N i entre aquesta unió s'intercala una nova zona de material intrínsec (I), la qual millora l'eficàcia del detector.
S'utilitza principalment en sistemes que permeten una fàcil discriminació entre possibles nivells de llum i en distàncies curtes.
- Detectors APD: El mecanisme d'aquests detectors consisteix a llançar un electró a gran velocitat (amb l'energia suficient), contra un àtom perquè sigui capaç d'arrencar-li un altre electró.
Aquests detectors es poden classificar en tres tipus:
- de silici: presenten un baix nivell de soroll i un rendiment de fins al 90% treballant en primera finestra. Requereixen alta tensió d'alimentació (200-300V).
- de germani: aptes per treballar amb longituds d'ona compreses entre 1000 i 1300 nm i amb un rendiment del 70%.
- de compostos dels grups III i V.
Cables de fibra òptica
Un cable de fibra òptica aquesta compost per un grup de fibres òptiques pel qual es transmeten senyals lluminosos. Les fibres òptiques comparteixen el seu espai amb hiladuras d'aramida que li confereixen la necessària resistència a la tracció.
Els cables de fibra òptica proporcionen una alternativa sobre els coaxials en la indústria de l'electrònica i les telecomunicacions. Així, un cable amb 8 fibres òptiques té una grandària bastant més petit que els utilitzats habitualment, pot suportar les mateixes comunicacions que 60 cables de 1623 parells de coure o 4 cables coaxials de 8 tubs, tot això amb una distància entre repetidorés molt major.
D'altra banda, el pes del cable de fibra òptica és moltíssim menor que el dels coaxials, ja que una bobina del cable de 8 fibres abans citat pot pesar de l'ordre de 30 kg/km, la qual cosa permet efectuar esteses de 2 a 4 km d'una sola vegada, mentre que en el cas dels cables de coure no són pràctiques distàncies superiors a 250 - 300 m.
La “fibra òptica” no se sol emprar tal com s'obté després del seu procés de creació (tan sols amb el revestiment primari), sinó que cal dotar-la de de més elements de reforç que permetin la seva instal·lació sense posar en risc al vidre que la conforma. És un procés difícil de dur a terme, ja que el vidre és trencadís i poc dúctil. A més, la secció de la fibra és molt petita, per la qual cosa la resistència que ofereix a trencar-se és pràcticament nul·la. És per tant necessari protegir-la mitjançant l'estructura que denominem cable.
Les funcions del cable
Les funcions del cable de fibra òptica són vàries. Actua com a element de protecció de la fibra/s òptica/s que hi ha en el seu interior enfront de danys i fractures que puguin produir-se tant en el moment de la seva instal·lació com al llarg de la vida útil d'aquesta. A més,proporciona suficient consistència mecànica perquè pugui manejar-se en les mateixes condicions de tracció, compressió, torsió i mediambientals que els cables de conductors. Per a això incorporen elements de reforç i aïllament enfront de l'exterior.
Instal·lació i explotació
Referent a la instal·lació i explotació del cable, ens trobem enfront de la qüestió essencial de quina tensió és la màxima que ha d'admetre's durant l'estesa perquè el cable no es trenqui i es garanteixi una vida mitjana d'uns 20 anys.
Tècniques d'entroncament: Els tipus d'entroncaments poden ser:
- Entroncament mecànic amb el qual es poden provocar pèrdues de l'ordre de 0.5 dB.
- Entroncament amb coles amb el quin es poden provocar pèrdues de l'ordre de 0.2 dB.
- Entroncament per fusió d'arc elèctric amb el quin s'aconsegueixen pèrdues de l'ordre de 0.2 dB.
Elements i disseny del cable de fibra òptica
L'estructura d'un cable de fibra òptica dependrà en gran mesura de la funció que hagi d'exercir aquesta fibra. Malgrat això, tots els cables tenen uns elements comuns que han de ser considerats i que comprenen: el revestiment secundari de la fibra o fibres que conté; els elements estructurals i de reforç; la funda exterior del cable, i les proteccions contra l'aigua. Existeixen tres tipus de “revestiment secundari”:
- “Revestiment cenyit”: Consisteix en un material (generalment plàstic dur com el nylon o el poliester) que forma una corona anular massisa situada en contacte directe amb el revestiment primari. Això genera un diàmetre extern final que oscil·la entre 0’5 i 1 mm. Això proporciona a la fibra una protecció contra microcurvaturas, amb l'excepció del moment del seu muntatge, que cal vigilar que no les produeixi ella mateixa.
- “Revestiment folgat buit”: Proporciona una cavitat sobredimensionada. S'empra un tub buit extruido (construït passant un metall candent pel plàstic) de material dur, però flexible, amb un diàmetre variable d'1 a 2 mm. El tub aïlla a la fibra de vibracions i variacions mecàniques i de temperatura externes.
- “Revestiment folgat amb farcit”: El revestiment folgat anterior es pot emplenar d'un compost resistent a la humitat, amb l'objectiu d'impedir el pas de l'aigua a la fibra. A més ha de ser suau, dermatológicamente innocu, fàcil d'extreure, autorregenerativo i estable per a un rang de temperatures que oscil·la entre els ¬ 55 i els 85 ºC És freqüent l'ocupació de derivats del petroli i compostos de silicona per a aquesta comesa.
Elements estructurals
Els elements estructurals del cable tenen com a missió proporcionar el nucli al voltant del com se sustenten les fibres, ja siguin trenades al voltant d'ell o dispersant-se de forma paral·lela a ell en ranures practicades sobre l'element a aquest efecte.
Elements de reforç
Tenen per missió suportar la tracció a la qual aquest es veu sotmès perquè cap de les seves fibres sofreixi una elongació superior a la permesa. També ha d'evitar possibles torsions. Han de ser materials flexibles i, ja que s'empraran quilòmetres d'ells han de tenir un cost assequible. Se solen utilitzar materials com l'acer, Kevlar i la fibra de vidre.
Funda
Finalment, tot cable posseeix una funda, generalment de plàstic que el seu objectiu és protegir el nucli que conté el mitjà de transmissió enfront de fenòmens externs a aquest com són la temperatura, la humitat, el foc, els cops externs, etc. Depenent de para quins sigui destinada la fibra, la composició de la funda variarà. Per exemple, si va a ser instal·lada en canalitzacions de planta exterior, a causa del pes i a la tracció bastarà amb un revestiment de polietilè extruido. Si el cable va a ser aeri, on només importa la tracció en el moment de la instal·lació ens preocuparà més que la funda ofereixi resistència a les gelades i al vent. Si va a ser enterrat, voldrem una funda que, encara que sigui més pesada, suporti cops i aixafaments externs. En el cas de les fibres submarines la funda serà una complexa superposició de diverses capes amb diverses funcions aïllants.
Pèrdua en els cables de Fibra Òptica
A la pèrdua de potència a través del mitjà es coneix com a Atenuació, és expressada en decibeles, amb un valor positiu en dB, és causada per diferents motius, com la disminució en l'ample de banda del sistema, velocitat, eficiència. La fibra de tipus multimodal, té major pèrdua a causa que lq oneq lluminosa es dispersa originada per les impureses. Les principals causes de pèrdua en el mitjà són:
-Pèrdues per absorció -Pèrdua de Rayleigh -Dispersió cromàtica -Pèrdues per radiació -Dispersió modal -Pèrdues per acoblament
Pèrdues per absorció Ocorre quan les impureses en la fibra absorbeixen la llum, i aquesta es converteix en energia calorífica; les pèrdues normals van d'1 a 1000 dB/Km.
Pèrdua de Rayleigh En el moment de la manufactura de la fibra, existeix un moment on no és líquida ni sòlida la tensió aplicada durant el refredament provoca microscòpiques irregularitats que es queden permanentment; quan els rajos de llum passen per la fibra, aquests es difracten fent que la llum vagi en diferents adreces.
Dispersió cromàtica Aquesta dispersió només s'observa en les fibres tipus unimodal, ocorre quan els rajos de llum emesos per la font i es propaguen sobre el mitjà, no arriben a l'extrem oposat en el mateix temps; això es pot solucionar canviant l'emissor font.
Pèrdues per radiació Aquestes pèrdues es presenten quan la fibra sofreix de dobleces, això pot ocórrer en la instal·lació i variació en la trajectòria, quan es presenta discontinuidad en el mitjà.
Dispersió modal És la diferència en els temps de propagació dels rajos de llum.
Pèrdues per acoblament Les pérdias pora acoblament es donen quan existeixen unions de fibra, es deuen a problemes d'alineament.
Connectors
Els connectors més comuns usats en la fibra òptica per a xarxes d'àrea local són els connectors ST i SC.
El connector SC (Set and Connect) és un connector d'inserció directa que sol utilitzar-se en commutadors Ethernet de tipus Gigabit. El connector ST (Set and Twist) és un connector similar al SC, però requereix un gir del connector per a la seva inserció, de manera similar als connectors coaxials. tambien es pot veure com un punt de feixos de llums que emeten una quantitat d'informacion molt gran en massa temps
Estàndard i protocol de canal de fibra
L'estàndard de Canal de Fibra
L'estàndard Fibre Channel FCS per les seves sigles en anglès, defineix un mecanisme de transferència de dades d'alta velocitat, que pot ser usat per connectar estacions de treball, mainframes, supercomputadoras, dispositius d'emmagatzematge, per exemple. FCS està dirigit a la necessitat de transferir a molt alta velocitat un gran volum d'informació i pot reduir als sistemes de manufactura, de la càrrega de suportar una gran varietat de canals i xarxes, així mateix proveeix d'un sol estàndard per a les xarxes, emmagatzematge i la transferència de dades.
Protocol Canal de Fibra
És la interface entre el protocol SCSI i el canal de fibra.
Les principals característiques són les següents:
- Duu a terme de 266 megabits/seg. a 4 gigabits/seg.
- Suporta tant mitjans òptics com a elèctrics, treballant de 133 Megabits/seg a 1062 Megabits amb distàncies d'a dalt de 10 km.
- Suport per a múltiples nivells de cost i performance.
- Habilitat per transmetre múltiples jocs de comandos, inclosos IP, SCSI, IPI, HIPPI-FP, àudio i video.
El canal de fibra consisteix en les següents capes:
- FC-0 – La interface cap a la capa física
- FC-1- La codificació i decodificación de les dades capa d'enllaç.
- FC-2- La transferència de trames, seqüències i intercanvi, comprèn el protocol d'unitat d'informació (PDU´s).
- FC-3- Serveis comuns requerits per a les característiques avançades com el desarmat de trames i multicast.
- FC-4- Interface d'aplicació que pot executar-se sobre el canal de fibra com el protocol de canal de fibra per SCSI (FCP)
Tipus de Dispersió
La dispersió és la propietat física inherent de les fibres òptiques, que defineix l'ample de banda i la interferència ínter simbòlica (ISI).
- Dispersió intermodal: També conosida com a dispersió modal és causada per la diferència en els temps de propagació dels rajos de llum que prenen diferents trajectòries per una fibra. Aquest tipod de dispersió solament afecta a les fibres multimodo.
- Dispersió intramodal del material: això és el resulta per la diferents longituds d'ona de la llum que es propaguen a diferents velocitats a travéz d'un mig dau.
- Dispersió intramodal de la guia d'ona: És funció de l'ample de banda del senyal d'informació i la configuració de la guia generalment és més petita que la dispersió anterior i per la qual cosa es pot menysprear.
Vegeu també
Referències
Enllaços externs
Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Fibra òptica.Commons
- Definició i Conceptes Generals de fibra òptica
- Articles i tutorials de fibra òptica
- La Fibra Òptica i les Telecomunicacions
- Fibra òptica fins a la llar (UOC)
- [5] Capes del protocol Fibre Channeldóna:Lyslederaneu:Serat optikel seu:Serat optik
