Principios de las comunicaciones por fibra óptica
Las técnicas de comunicación digital discutidas hasta ahora han dado lugar a un avance en el estudio de las comunicaciones tanto ópticas como por satélite. Echemos un vistazo a ellos.
Fibra óptica
Una fibra óptica puede entenderse como una guía de ondas dieléctrica, que opera a frecuencias ópticas. El dispositivo o tubo, si está doblado o terminado para irradiar energía, se llamawaveguide, en general. La siguiente imagen muestra un montón de cables de fibra óptica.
La energía electromagnética viaja a través de él en forma de luz. La propagación de la luz, a lo largo de una guía de ondas, se puede describir en términos de un conjunto de ondas electromagnéticas guiadas, denominadas comomodes de la guía de ondas.
Principio de funcionamiento
Un parámetro óptico fundamental del que uno debería tener una idea, mientras se estudia la fibra óptica es Refractive index. Por definición, “La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la de la materia es el índice de refracciónndel material." Se representa como:
$$ n = \ frac {c} {v} $$
Dónde,
c= la velocidad de la luz en el espacio libre = 3 × 10 8 m / s
v = la velocidad de la luz en material dieléctrico o no conductor
Generalmente, para un rayo de luz que viaja, reflectiontiene lugar cuando n 2 <n 1 . La curvatura del rayo de luz en la interfaz es el resultado de la diferencia en la velocidad de la luz en dos materiales que tienen diferentes índices de refracción. La relación entre estos ángulos en la interfaz se puede denominar comoSnell’s law. Se representa como:
$$ n_1 pecado \ phi _1 = n_2 pecado \ phi _2 $$
Dónde,
$ \ phi _1 $ es el ángulo de incidencia
$ \ phi _2 $ es el ángulo refractado
n 1 y n 2 son los índices de refracción de dos materiales
Para un material ópticamente denso, si la reflexión tiene lugar dentro del mismo material, este fenómeno se denomina como internal reflection. El ángulo de incidencia y el ángulo refractado se muestran en la siguiente figura.
Si el ángulo de incidencia $ \ phi _1 $ es mucho mayor, entonces el ángulo refractado $ \ phi _2 $ en un punto se convierte en Π / 2. No es posible una refracción adicional más allá de este punto. Por lo tanto, tal punto se llamaCritical angle $\phi _c$. Cuando el ángulo de incidencia $ \ phi _1 $ es mayor que el ángulo crítico, la condición paratotal internal reflection Está satisfecho.
La siguiente figura muestra estos términos claramente.
Un rayo de luz, si pasa a un vidrio, en tales condiciones, se refleja totalmente de regreso al vidrio sin que la luz escape de la superficie del vidrio.
Partes de una fibra
La fibra óptica más utilizada es single solid di-electric cylinder de radio ae índice de refracción n 1 . La siguiente figura explica las partes de una fibra óptica.
Este cilindro se conoce como el Corede la fibra. Un material di-eléctrico sólido rodea el núcleo, que se llamaCladding. El revestimiento tiene un índice de refracción n 2 que es menor que n 1 .
El revestimiento ayuda a:
- Reducir las pérdidas por dispersión.
- Agrega resistencia mecánica a la fibra.
- Protege el núcleo de la absorción de contaminantes superficiales no deseados.
Tipos de fibras ópticas
Dependiendo de la composición del material del núcleo, hay dos tipos de fibras que se utilizan comúnmente. Ellos son -
Step-index fiber - El índice de refracción del núcleo es uniforme en todas partes y sufre un cambio abrupto (o escalón) en el límite del revestimiento.
Graded-index fiber - El índice de refracción del núcleo se hace variar en función de la distancia radial desde el centro de la fibra.
Ambos se dividen a su vez en:
Single-mode fiber - Estos están excitados con láser.
Multi-mode fiber - Estos están emocionados con LED.
Comunicaciones de fibra óptica
El sistema de comunicación de la fibra óptica se comprende bien mediante el estudio de sus partes y secciones. Los elementos principales de un sistema de comunicación por fibra óptica se muestran en la siguiente figura.
Los componentes básicos son el transmisor de señales luminosas, la fibra óptica y el receptor de detección de fotos. Los elementos adicionales como empalmadores y conectores de fibra y cable, regeneradores, divisores de haz y amplificadores ópticos se emplean para mejorar el rendimiento del sistema de comunicación.
Ventajas funcionales
Las ventajas funcionales de las fibras ópticas son:
El ancho de banda de transmisión de los cables de fibra óptica es mayor que el de los cables metálicos.
La cantidad de transmisión de datos es mayor en los cables de fibra óptica.
La pérdida de potencia es muy baja y, por lo tanto, útil en transmisiones de larga distancia.
Los cables de fibra óptica brindan alta seguridad y no se pueden conectar.
Los cables de fibra óptica son la forma más segura de transmisión de datos.
Los cables de fibra óptica son inmunes a las interferencias electromagnéticas.
Estos no se ven afectados por el ruido eléctrico.
Ventajas físicas
Las ventajas físicas de los cables de fibra óptica son:
La capacidad de estos cables es mucho mayor que la de los cables de cobre.
Aunque la capacidad es mayor, el tamaño del cable no aumenta como lo hace en el sistema de cableado de cobre.
El espacio que ocupan estos cables es mucho menor.
El peso de estos cables FOC es mucho más ligero que el de los de cobre.
Dado que estos cables son di-eléctricos, no existen riesgos de chispas.
Estos cables son más resistentes a la corrosión que los cables de cobre, ya que se doblan fácilmente y son flexibles.
La materia prima para la fabricación de cables de fibra óptica es el vidrio, que es más económico que el cobre.
Los cables de fibra óptica duran más que los cables de cobre.
Desventajas
Aunque la fibra óptica ofrece muchas ventajas, tiene los siguientes inconvenientes:
Aunque los cables de fibra óptica duran más, el costo de instalación es alto.
El número de repetidores se incrementará con la distancia.
Son frágiles si no se envuelven en una funda de plástico. Por lo tanto, se necesita más protección que las de cobre.
Aplicaciones de la fibra óptica
Las fibras ópticas tienen muchas aplicaciones. Algunos de ellos son los siguientes:
Utilizado en sistemas telefónicos
Utilizado en redes de cable submarinas
Utilizado en enlace de datos para redes informáticas, sistemas CATV
Utilizado en cámaras de vigilancia CCTV
Se utiliza para conectar bomberos, policía y otros servicios de emergencia.
Se utiliza en hospitales, escuelas y sistemas de gestión de tráfico.
Tienen muchos usos industriales y también se utilizan en construcciones de servicio pesado.