Fibra Óptica

La fibra óptica es una guía de ondas luminosas, constituidas por dos dieléctricos de sílice cilíndricos coaxiales de distinto índice de refracción, denominados núcleo y revestimiento.
En toda fibra óptica podemos distinguir entre la fibra, propiamente dicha, y las protecciones de ésta.
En cuento a los elementos que constituyen la fibra óptica podemos decir que generalmente son:
- Núcleo
- Revestimiento
- Protección primaria o revestimiento
- Protección secundaria

Núcleo.

Es el elemento interior y se encarga de conducir la señal óptica.
Tiene un diámetro nominal de 10 o 50 micrometros, según se trate de fibras ópticas monomodo o multimodo.

Revestimiento.

Es el elemento que rodea al núcleo y su misión es la de confinar la señal óptica en le mismo, por ello su índice de refracción es menor que el del núcleo.
Tiene un diámetro nominal de 125 micrometros.

Protección primaria o recubrimiento.

Es un barniz de acrilato o silicona, que se aplica a la fibra en el proceso de fabricación y cuya misión consiste en preservar a la fibra de ataques químicos y dotarla de mayor resistencia mecánica.
Tiene un diámetro nominal de   500 micrometros en los cables monofibra y de 250 micrometros en los cables multifibra con protección secundaria holgada.
Según el tipo de cable puede ir coloreada o no. Ver "Identificación de las fibras.".

Protección secundaria.

La primera protección no es suficiente para que la fibra soporte la manipulación que se produce en su instalación. Para ello se le dota de una segunda protección mecánica adicional, ésta es de material plástico.
La segunda protección siempre aparece coloreada según un código que se detalla en "Código de colores para fibras multimodo" e "Identificación de los tubos."
Dependiendo del diámetro de la protección secundaria o de la forma de aplicarla, las fibras se clasifican en:
 Fibras con protección secundaria ajustada
La protección secundaria ajustada está formada por una o varias capas superpuestas de material plástico que forman una estructura compacta con la protección primaria.
Normalmente se emplea tanto en los monomodo como en los multimodo.

 Fibras con protección secundaria holgada.

En estas fibras la segunda protección no está íntimamente unida a la primera, es decir, la fibra queda libre en su interior.
Cuando la segunda protección es de este tipo también se la conoce como "tubo". Este tubo esta relleno de un compuesto de relleno hidrófugo que , generalmente será silicona líquida.
Normalmente se emplea en las fibras monomodo.

Constitución de los cables de F.O.

En general los cables de fibra óptica están compuestos de los siguientes elementos:
§  Fibras ópticas
§  Elementos de relleno
§  Compuestos de relleno
§  Cintas de envoltura del núcleo
§  Elemento de refuerzo
§  Ligaduras
§  Hilo de rasgado
§  Cubierta
·   Fibra óptica.

Las fibras ópticas con sus protecciones están dispuestas en una o dos capas concéntricas alrededor de un elemento central en paso de hélice o S-Z( cambia la dirección del trenzado después de un número determinado de vueltas, cada 90 cm aproximadamente), constituyendo el conjunto el núcleo del cable.

El número de fibras ópticas que puede tener el cable( su capacidad), será variable y dependerá del tipo de cable.
Podemos distinguir los siguientes tipos de cables de fibra óptica:
- Cables ópticos multifibras.
- Cables ópticos monofibra.
Cables ópticos multifibra multimodo.

Existen cables con numeroso número de fibras, pero quizás el que presenta mejores características desde el punto de vista de atenuación y ancho de banda es el de 16 fibras.

Cables ópticos multifibra monomodo.
En este tipo de cables la protección secundaria es holgada, pudiendo tener cada cable 1, 2, 4 u 8 fibras cada uno. Cabe decir que en la actualidad ya se utilizan cables de 128 fibras.
Cables ópticos monofibra (multimodo y monomodo).

En estos cables la protección secundaria siempre es ajustada. El elemento de refuerzo está formado por hilaturas de fibra de aramida dispuestas longitudinalmente sobre la segunda protección.

Luego se dispone una cubierta termoplástica compuesta de material ignífugo que suele ser poliuretano o similar. Destacar que en los cables monofibra multimodo la cubierta termoplástica es verde, mientras que en los monomodo es amarilla.
·   Elementos de relleno.

Generalmente son tubos de material plástico de color negro, similares a los utilizados para albergar las fibras y que se emplean para rellenar los espacios vacíos del núcleo.

·    Compuestos de relleno.

El cable está relleno de un compuesto hidrófugo, normalmente petrolato, que se dispondrá en los espacios vacíos del núcleo y entre éste y la cubierta.

·   Cintas de envoltura del núcleo.

El núcleo del cable se cubre con una o varias cintas dieléctricas de poliéster o material similar, de espesor suficiente para garantizar la debida protección térmica del núcleo durante el proceso de extrusión de la cubierta del cable.

·  Elemento de refuerzo.

Su misión fundamental es la de proporcionar al cable un elemento apto para soportar la tensión de tiro durante la instalación. Su ubicación en el cable y su composición depende del tipo de cable.

En los cables metálicos el elemento de refuerzo está constituido por una sirga de acero de 19 hilos. Está situado en la parte central, axial, del cable y está recubierto por una capa de polietileno negro de baja densidad. Sobre este elemento se dispondrán las fibras ópticas, en paso de hélice, formando el conjunto del núcleo del cable.

En los cables no metálicos o dieléctricos el elemento de refuerzo está constituido por hilaturas de fibra de aramida dispuestas en hélice sobre la cubierta interior de polietileno, poliuretano o termoplástico, según el tipo de cable.

Los cables dieléctricos tienen un elemento central no metálico que sirve de soporte para posicionar las fibras ópticas y así configurar el núcleo del cable.

·  Ligaduras.

Son ataduras plásticas o hilos de nylon dispuestas en hélice y colocadas debajo y sobre la envolvente del núcleo.

·  Hilos de rasgado.

Hilos de poliamida o similar dispuestos longitudinalmente entre el núcleo y la cubierta interior y entre las dos cubiertas de los cables. Se emplean para facilitar el rasgado de las cubiertas de los cables para conseguir su eliminación.

·    Cubierta.

Es la parte exterior del cable y sirve para proteger el núcleo del mismo de los agentes externos.

La cubierta de los cables multifibra monomodo en función de su aplicación o lugar de instalación, pueden ser de los siguientes tipos:

 - PEAP

 - PESP
 - PKP
 - PKESP
 - PKCP
 - PUKPU
 - TKT
 - KT

·   Cables con cubierta PEAP.

La cubierta PEAP está formada por:

- Polietileno de baja densidad.
- Estanca Aluminio.
- Polietileno de alta densidad.

Este tipo de cable no se instala actualmente. El elemento de refuerzo está constituido por una sirga de acero situada en la parte central, axial del cable.

·         Cables con cubierta PESP.

La cubierta está formada por:

- Polietileno de baja densidad.
- Estanca Acero.
- Polietileno de alta densidad.

Este tipo de cable tampoco se instala actualmente. El elemento de refuerzo y su disposición en el cable es igual que en el cable PEAP.

·     Cables con cubierta PKP.

La cubierta PKP está formada por:

- Polietileno de baja densidad.
- Fibras de aramida.
- Polietileno de alta densidad.

Este cable es el que más se utiliza actualmente. El elemento de refuerzo está constituido por hilaturas de fibras de aramida dispuestas en hélice sobre la cubierta interior de polietileno.

·     Cables con cubierta PKESP o PKASP.

La cubierta está formada por:

- Polietileno de baja densidad.
- Fibras de aramida.
- Estanca Acero.
- Polietileno de alta densidad.

En la actualidad ha sido sustituido por los cables auto soportados PKCP.

El elemento de refuerzo está constituido por hilaturas de fibra de aramida, distribuidas en capas y dispuestas en paso de hélice sobre la cubierta interior de polietileno. Éstas tienen un gran poder de absorción de los impactos por lo que también se la conoce como "cubierta anti cazadores".

·  Cables con cubierta PKCP.

Está formada por:

- Polietileno de baja densidad.
- Fibras de aramida.
- Cintas de material antibalístico.
- Polietileno de baja densidad.

El elemento de refuerzo está constituido por hilaturas de fibra de aramida dispuestas en hélice sobre la cubierta interior de polietileno, sobre las fibras de aramida se colocan una o varias cintas de material resistente a impactos balísticos.

Los tubos que contienen las fibras van en paso S-Z, sustituyendo estos cables a los PKESP. Este cable es auto soportado.

·         Cables con cubierta PUKPU.

Formada por:

- Poliuretano.
- Fibras de aramida.
- Poliuretano.

El elemento de refuerzo está formado por hilaturas de aramida dispuestas en forma de hélice sobre la cubierta interior de poliuretano. La cubierta exterior de estos cables es de color naranja. Este cable sólo se utiliza en labores de conservación.

·    Cables con cubierta TKT.

Formada por:

- Termoplástico.
- Fibras de aramida.
- Termoplástico.

El elemento de refuerzo está formado por hilaturas de aramida dispuestas en forma de hélice sobre la cubierta interior de termoplástico. El termoplástico será de un material ignífugo, poliuretano o similar. La cubierta exterior de estos cables es de color amarillo en los cables de fibra óptica monomodo, y verde en los multimodo. A estos cables se los denomina cables " para interiores".

·   Cables con cubierta KT.

Formados por:

- Fibras de aramida.
- Termoplástico.

El elemento de refuerzo está formado por hilaturas de fibra de aramida dispuestas en forma de hélice sobre el núcleo. La cubierta exterior de éstos es de color negro. También son denominados "cables de acometida".

Los cables monofibra también tienen este tipo de cubierta, dependiendo de si son monomodo o multimodo la cubierta exterior ignífuga será amarilla o verde. Estos cables monofibra se utilizan en las centrales, en los puntos de red, y en general, en aquellos lugares que donde se requiera disponer de conectores para efectuar medidas o tener flexibilidad en la red.

La segunda protección de las fibras ópticas de los cables de acometida es holgada, mientras que la de los cables monofibra es ajustada.

·    Identificación de las fibras.

Después de identificar los tubos es necesario identificar las fibras que contiene cada uno. Éstas se identifican por el color de su protección primaria y por la posición que ocupan en el cable, que viene dada por el tubo en el que se encuentra.

Los códigos de colores que se emplean en la primera protección dependen del número de fibras que albergue cada tubo, y son:

§  Cables con 1 fibra por tubo:

La primera protección presentará un color transparente.

§  Cables con 2 fibras por tubo:

Fibra: 1 ----> color: verde

Fibra: 2 ----> color: rojo

En algunos cables instalados, la fibra 1 puede presentar color transparente.

§  Cables con 4 fibras por tubo:

Fibra: 1 ----> color: verde
Fibra: 2 ----> color: rojo
Fibra: 3 ----> color: azul
Fibra: 4 ----> color: amarillo

Algunos cables instalados pueden presentar la siguiente coloración:

- transparente,
- rojo,
-azul
-verde.
§  Cables con 8 fibras por tubo:

Fibra: 1 ----> color: verde

Fibra: 2 ----> color: rojo
Fibra: 3 ----> color: azul
Fibra: 4 ----> color: amarillo
Fibra: 5 ----> color: gris
Fibra: 6 ----> color: violeta
Fibra: 7 ----> color: marrón
Fibra: 8 ----> color: naranja

En algunos cables instalados, la fibra 8 puede presentar color transparente.

Identificación de los tubos.

Los códigos de colores que se emplean en la 2ª protección o tubo, independientemente del número de fibras que contenga, son:

§  Cables con 4 tubos:

Tubo: 1 ----> color: blanco

Tubo: 2 ----> color: rojo
Tubo: 3 ----> color: azul
Tubo: 4 ----> color: verde

§  Cables con 6 tubos:

Tubos: 1, 2 ----> color: blanco

Tubos: 3, 4 ----> color: rojo
Tubos: 5, 6 ----> color: azul

§  Cables con 8 tubos:

Tubos: 1, 2 ----> color: blanco

Tubos: 3, 4 ----> color: rojo
Tubos: 5, 6 ----> color: azul
Tubos: 7, 8 ----> color: verde

§  Cables con 12 tubos:

Tubos: 1, 2, 3 ----> color: blanco

Tubos: 4, 5, 6 ----> color: rojo
Tubos: 7, 8, 9 ----> color: azul
Tubos: 10, 11, 12 ----> color: verde

§  Cables con 16 tubos ( 1 capa):

Tubos: 1, 2, 3, 4 ----> color: blanco

Tubos: 5, 6, 7, 8 ----> color: rojo
Tubos: 9, 10, 11, 12 ----> color: azul
Tubos: 13, 14, 15, 16 ----> color: verde

§  Cables con 16 tubos ( 2 capas):

Capa: 1; tubo: 1 ----> color: blanco

Capa: 1; tubo: 2 ----> color: rojo
Capa: 1; tubo: 3 ----> color: azul
Capa: 1; tubo: 4 ----> color: verde
Capa: 2; tubos: 5, 6, 7 ----> color: blanco
Capa: 2; tubos: 8, 9, 10 ----> color: rojo
Capa: 2; tubos: 11, 12, 13 ----> color: azul
Capa: 2; tubos: 14, 15, 16 ----> color: verde

Identificación del cable de F.O.

Los cables multifibra presentarán en el exterior de la cubierta la siguiente identificación:

§  Nombre del fabricante (siglas).
§  Año de fabricación (últimas 2 cifras).
§  Número de fibras ópticas (p .e.: 2 F.O.).
§  Tipo de fibra:
§  Monomodo (número 10).
§  Multimodo (número 50).
§  Monomodo en cinta (10/CINTA).
§  Metraje (excepto en el cable de acometida).

¿Qué hay dentro de un LED?

Los LED son diodos especiales que emiten luz cuando se les conecta a un circuito. Son empleados frecuentemente como luces “piloto” en dispositivos electrónicos para indicar si un circuito está cerrado o no. Encapsulado en una pequeña cúpula de resina de color claro (aunque puede ser oscura) se encuentra el corazón del LED, el chip semiconductor.

Los dos cables que se extienden bajo la cubierta de resina, o “bombilla”, indican el modo en que el LED debe conectarse al circuito. El cable correspondiente al lado negativo de un LED se distingue por dos rasgos: 1) sale del interior del lado plano inferior de la bombilla (el positivo sale desde el borde), 2) su extensión es más corta que la del cable positivo. El polo negativo debe conectarse al Terminal negativo de la batería. Los LED operan a voltajes relativamente bajos, entre 1 y 4 voltios, y conducen corrientes entre 10 y 40 miliamperios. Si se aplican voltajes o corrientes por encima de estos valores, el chip del LED se puede derretir.

La parte más importante de un diodo emisor de luz (LED) es el chip semiconductor ubicado en el centro de la bombilla tal y como se muestra a la derecha. El chip tiene dos regiones separadas por un empalme. La región p está dominada por las cargas eléctricas positivas, mientras que en la región n dominan las negativas. El empalme actúa como una frontera para los electrones entre las regiones n y p. Solo cuando se aplica el voltaje suficiente al chip semiconductor, logra fluir la corriente, y es entonces cuando los electrones cruzan el empalme y llegan a la región p.

En ausencia de una diferencia de potencial eléctrica (voltaje) lo bastante grande, llegando a través de los polos del LED, el empalme actúa como una barrera para el flujo de electrones.

¿Qué causa la emisión de luz de un LED y qué determina el color de esta?

Cuando se aplica al chip un voltaje suficiente mediante los polos del LED, los electrones pueden moverse con facilidad en solo una dirección a través del empalme entre las regiones p y n. En la región p existen muchas más cargas positivas que negativas. En la región n los electrones son más numerosos que las cargas eléctricas positivas. Al aplicarse un voltaje suficiente, la corriente empieza a fluir, los electrones de la región n adquieren suficiente energía como para moverse a través del empalme hacia la región p. Una vez que los electrones llegan a la región p son atraídos inmediatamente por las cargas positivas debido a las mutuas fuerzas de atracción de Coulomb entre partículas con carga opuesta. Cuando un electrón pasa lo suficientemente cerca de una carga positiva de la región p, las dos cargas se “recombinan”.

Cada vez que un electrón se recombine con una carga positive, la energía potencial eléctrica se convierte en energía electromagnética. Por cada recombinación de una carga negativa y positiva, se emite un cuanto de energía electromagnética, en forma de fotón lumínico, con una frecuencia característica del material semiconductor (normalmente una combinación de los elementos químicos: galio, arsénico y fósforo). Cada material emite fotones únicamente en un rango de frecuencia muy estrecho. Los diodos que emiten luces de colores distintos están realizados con otros materiales semiconductores y requieren diferentes energías para iluminarse.

LED LASER -LD

•Para convertir un LED en un LED LASER relacionemos la teoría del LED con la teoría de láser:

•El LED está formado por una juntura PN de material semiconductor directo como el Arseniuro de Galio Ga As.
•En un LED la corriente de polarización directa que es la que produce una inyección de portadores minoritarios que se recombinan produciendo la emisión de fotones y que es una emisión espontánea produciendo emisión incoherente.
•Para el LED la respuesta espectral determina el ancho de línea, que es bastante angosta, casi monocromática
•La respuesta en frecuencia está determinada por los tiempos de conmutación try tfde los parámetros eléctricos (capacidades)
•Para obtener un LASER (Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación) se necesitan tres condiciones básicas:
•El medio activo en condiciones.
•La excitación o Bombeo para producir la inversión de población
•La cavidad resonante
•Al medio activo lo provee el material semiconductor de la juntura P-N.
•La excitación o Bombeo la produce la corriente que inyecta portadores minoritarios de muy alto nivel.
•La cavidad resonante formada por los espejos reflectores la forma las paredes espejadas del LED
•Para que la corriente directa produzca la inversión de la población, o sea tener una región del dispositivo donde existan gran cantidad de electrones libres y estados vacantes o huecos disponibles en menor proporción, se logra en una juntura altamente contaminada N y P. Esta juntura está formada por materiales degenerados por su alta contaminación.
•Se puede observar en las figuras en condiciones de equilibrio y con polarización directa.
•Cuando se tiene polarización directa, justo en la juntura se logra la inversión de población.
•La oscilación láser se logra cuando la ganancia a lo largo del recorrido del has en el LD es mayor que las perdidas sufridas en el camino.
•Es importante destacar que la acción de amplificación óptica es transversal al sentido de circulación de corriente.
•Otra cuestión importante a destacar es que las densidades de corriente que se manejan son muy altas del orden de 400A/cm2 . Esto hace que este LD no pueda funcionar en forma continua por la gran disipación de energía que provoca. Debe Trabajar en forma pulsante.
•Otra cuestión a destacar es la radiación o potencia lumínica emitida en función la corriente de polarización. Se observa netamente una corriente de umbral, llamada corriente de laseo a partir de la cual aparece el efecto láser, o sea que el haz de luz es coherente. Por debajo de este valor de corriente umbral de laseo, la emisión es espontánea, o sea luz incoherente. En esta región el diodo no es mas que un LED de potencia.
•Se observa que el índice de refracción en la zona activa o zona de inversión de población es mayor comportándose como una guía de onda dentro del materia

Fotodetector

La definición básica de un fotodetector radica en su funcionamiento como transductor de luz que proporciona una señal eléctrica como respuesta a la radiación óptica que incide sobre la superficie sensora. Existen dos tipos fundamentales de detectores de luz, los térmicos y los fotónicos que operan con mecanismos de transducción diferentes. Los detectores térmicos absorben (detectan) la energía de los fotones incidentes en forma de calor con lo que se produce un incremento en la temperatura del elemento sensor que implica también un cambio en sus propiedades eléctricas como por ejemplo la resistencia. El cambio en esta propiedad eléctrica en función del flujo radiante recibido es lo que permite su medida a través de un circuito exterior. La mayoría de esta clase de fotodetectores son bastante ineficientes y relativamente lentos como resultado del tiempo requerido para cambiar su temperatura, lo que les hace inadecuados para la mayor parte de las aplicaciones fotónicas.

Los detectores fotónicos no utilizan la energía del fotón en forma de calor, sino que la invierten en incrementar la energía de sus portadores de carga, con lo que se modifican las propiedades de conducción eléctrica de los sistemas detectores en función del flujo de fotones recibido. Este proceso de conversión implica la transformación de los fotones incidentes en electrones, pero esta respuesta simple no tendría ninguna relevancia si esos electrones no se ponen en movimiento para generar una corriente, que es la magnitud que realmente podemos medir, para ello en ocasiones hay que aplicar un campo eléctrico,  Dado su origen, la corriente así generada recibe el nombre de fotocorriente.