Tipos de fibras ópticas y fabricación

Diferentes tipos de fibra óptica

A menudo oímos hablar de "LA" fibra óptica, cuando en realidad, como se indica en el prólogo, coexisten varios tipos de fibra óptica claramente distintos y adaptados a necesidades diferentes. Si volvemos a la apertura digital (véase el capítulo Información general sobre fibras ópticas, sección Cómo funcionan las fibras ópticas), podemos decir lo siguiente:

Cuanto mayor sea la apertura digital, más luz podrá aceptar la fibra óptica. Por otro lado, la dispersión en la fibra será alta y afectará al ancho de banda.
Cuanto menor sea la apertura digital, menores serán las pérdidas. Pero para obtener la misma potencia lumínica, se necesita una fuente más precisa que emita en un cono más pequeño.

A continuación, se presentan las distintas fibras ópticas, incluidas las multimodales y las unimodales, fabricadas en sílice y/o plástico.

1. Fibras ópticas multimodales

Hay dos tipos principales en esta familia: las fibras ópticas multimodales de índice escalonado, que fueron las primeras en fabricarse y las fibras ópticas multimodales de índice graduado, con características de transmisión mucho mejores.

a. Fibras ópticas multimodales de índice escalonado

Fueron los primeros en producirse tras los trabajos de Charles Kuen Kao. Constan de un núcleo de índice uniforme n1 y un revestimiento óptico de índice n₂ , con n₁ mayor que n₂ y una ruptura de índice -conocida como salto de índice o índice escalonado- en el límite que separa el núcleo del revestimiento. De este modo, el haz de luz se propaga dentro del núcleo por reflexión interna total, en la interfaz núcleo-revestimiento.

Sin embargo, la propagación de los rayos de luz es tal que no todos...

Longitudes de onda operativas

1. Gama de longitudes de onda operativas

La gama de longitudes de onda operativas, es aquella para la que la fibra óptica será más operativa, generalmente entre el ultravioleta y el infrarrojo. De hecho, podemos observar que existe una curva de atenuación espectral, es decir, que una fibra óptica tiene diferentes valores de atenuación en función de la longitud de onda. Las zonas de menor pérdida se denominan ventanas o, más exactamente, ventanas de emisión. En estas ventanas es donde se emitirán los rayos de luz que se van a propagar, obteniendo así la máxima eficacia.

La primera generación de fibras ópticas de sílice funcionaba entre 820 y 850 nanómetros, emitiendo luz mediante un electroluminiscente (DEL o light emitting diode - LED). Después se utilizaron otras ventanas en torno a los 1.300 y 1.550 nanómetros, que exigían el uso de emisores más precisos, potentes y caros: los diodos láser (LD).

Principales ventanas de transmisión en fibras ópticas de sílice

Bosones y fermiones

Los objetos cuánticos se pueden clasificar en dos categorías: los bosones, que tienden a aglutinarse y a agruparse en el estado en el que son más numerosos (por ejemplo, el fotón) y los fermiones, de los que no puede haber más de uno en el mismo estado (por...

Principales características físicas

1. Características geométricas

a. Dimensiones clásicas

En el caso de las fibras ópticas, las principales características geométricas son el diámetro del núcleo, el diámetro del revestimiento y el diámetro del recubrimiento exterior.

La fibra se suele denominar 50/125, 62,5/125, etc., indicando los diámetros del núcleo y del recubrimiento sin especificar la unidad de medida, el micrómetro o la micra, es decir, la milésima parte de un milímetro.

Ejemplos de dimensiones de fibras ópticas

Para que conste, antes había fibras ópticas multimodales 200/250, pero prácticamente han desaparecido. Del mismo modo, las fibras multimodales 100/140 están en peligro de extinción. Y hoy en día, las fibras ópticas multimodales 62,5/125 dan paso progresivamente a las 50/125.

En las fibras ópticas unimodales, para determinadas aplicaciones, el núcleo se puede reducir a sólo 3 micras. Para otras, el revestimiento puede reducirse a 70 micras, como en los amplificadores ópticos.

b. Varios espesores de revestimiento

El revestimiento de polímero (coating) que recubre y protege las fibras ópticas unimodales, suele ser de 250 micras. Las fibras ópticas UIT-T G.657 se utilizan principalmente en edificios de viviendas, bloques de oficinas y centros de datos. Es decir, tienen que hacer frente a una restricción -se instalan en lugares donde el espacio suele ser limitado- y presentan una ventaja con respecto a las fibras instaladas en el exterior o en emplazamientos industriales: prácticamente no se ven afectadas por diversas agresiones químicas o físicas, variaciones de temperatura, etc.

Prácticamente todos los fabricantes de fibras ópticas de este tipo han seguido el mismo planteamiento: reducir el grosor del revestimiento primario para hacerlas más compactas. La tendencia es pasar de 250 micras (tamaño clásico) a 200 micras (tamaño compacto) e incluso 180 µm.

Evolución del diámetro de las fibras ópticas

La ganancia de compacidad que supone esta reducción del grosor del revestimiento, se refleja inmediatamente en la densidad de las fibras ópticas contenidas en un cable del mismo diámetro, véase...

Fabricación de fibras ópticas

En esta sección se explica cómo se puede utilizar sílice para crear una fibra óptica capaz de transportar miles de millones de bits de información binaria en un solo segundo.

1. Principio general de fabricación

En primer lugar, se fabrica una preforma, es decir, una varilla de vidrio de sílice a imagen de la fibra óptica deseada, pero con unas dimensiones mucho mayores, aumentadas entre 300 y 500 veces. A continuación, esta preforma se pasa por un horno para producir la fibra óptica propiamente dicha.

Principio de fabricación de la fibra óptica

Existen varios métodos de fabricación para obtener una preforma. Sin embargo, es el proceso de deposición en fase de vapor el que produce fibras ópticas con valores de atenuación muy bajos.

Un poco de historia

Desde un punto de vista histórico, fue en 1970 cuando Corning Glass Corporation aplicó por primera vez este tipo de proceso. El resultado fue una fibra óptica multimodales de salto de índice con una pérdida de 20 dB por kilómetro y un ancho de banda de 20 MHz.

Ya en 1974, Corning fabricó una fibra óptica multimodales con un ancho de banda de 500 MHz por kilómetro y, en 1979, la primera fibra óptica unimodo ofrecía 1 GHz por kilómetro.

Estas mejoras han continuado y ahora ofrecen la posibilidad de transmitir información a velocidades de varios terabits por segundo.

Vidrio o sílice

Hay que tener cuidado de no confundir las primeras fibras ópticas de "vidrio" con las posteriores, que son fibras ópticas de "sílice", es decir, vidrio ultrapuro. La atenuación de la señal no es, en absoluto, la misma en el vidrio y en el sílice, como se muestra en la siguiente ilustración.

Diferencia de atenuación de la señal según el tipo...