La carrera continua para desarrollar sistemas de transmisión a alta velocidad, así como para aumentar el ancho de banda disponible, se encuentra con
ciertas limitaciones. Las mediciones de dispersión cromática (CD) se están volviendo cada vez más importantes para los portadores y los proveedores
de servicios que busquen mejorar sus sistemas mediante actualización a 10 ó 40 Gb/s (OC-192/STM-64 y OC-768/STM-256). El analizador de CD
FTB-5800 de EXFO ofrece un alto rendimiento en una unidad lista para utilización en campo en toda situación de prueba de dispersión cromática.
Atenuacion:
La atenuación, o pérdida de la señal, deriva de dos causas: el índice de absorción de luz que tenga el material que compone la fibra óptica y su pureza. La absorción reduce la energía en la señal, por lo que puede no llegar completa al destino; mientras que un material impuro desviará la luz de su camino entre el núcleo y el recubrimiento.
Parámetros de una fibra óptica:
Existen varios parámetros que caracterizan a una fibra óptica. Se habla de parámetros estructurales y de transmisión, los cuales establecen las condiciones en las que se pueden realizar la transmisión de información.
Entre los parámetros estructurales se encuentran:
- El perfil de índice de refracción.
- El diámetro del núcleo.
- La apertura numérica.
- Longitud de onda de corte.
En cuanto a los parámetros de transmisión se tiene:
- Atenuación.
- Ancho de banda.
Ventajas:
En el último kilómetro es donde se presenta con mayor frecuencia problemas y daños en las comunicaciones de los clientes, pensando en esto empresas como la ETB crearon el proyecto de digitalización de la red de abonado en fibra óptica. La fibra es el soporte ideal por todas las ventajas que brinda, tales como:
- Supresión de ruidos en las transmisiones.
- Red redundante.
- Conexión directa desde centrales hasta su empresa.
- Alta confiabilidad y privacidad en sus comunicaciones telefónicas.
- Posibilidad de daño casi nula.
- Tiempos de respuesta mínimos en la reparación de daños.
- Mayor número y rapidez en la solicitud y entrega de nuevos servicios.
- Gran ancho de banda
También la fibra óptica es una plataforma para la prestación de otros servicios, como:
- Transmisión de datos de Alta Velocidad
- Enlaces E1 (2Mb/s) para conexión de PABX
- La posibilidad en el futuro de conexión de nuevos servicios como multimedia o sistemas de televisión por cable.
Costo:
El costo de los cables de fibra óptica y la tecnología asociada con su instalación ha caído drásticamente en los últimos años. Hoy en día, el costo de construcción de una planta de fibra óptica es comparable con una planta de cobre. Además, los costos de mantenimiento de una planta de fibra óptica son muy inferiores a los de una planta de cobre. Sin embargo si el requerimiento de capacidad de información es bajo la fibra óptica puede ser de mayor costo.
Las señales se pueden transmitir a través de zonas eléctricamente ruidosas con muy bajo índice de error y sin interferencias eléctricas.
Atenuación:
Es el factor que indica con que frecuencia deben colocarse los repetidores de la señal que se conduce o propaga por el medio, puede variar debido a un gran número de factores tales como la humedad, las curvaturas que sufre el cable, etc.
Otro de estos factores es el tipo de fibra utilizada, ya que el método de fabricación determina la atenuación mínima que existe en ella.
Distancia umbral:
Conforme la señal avanza por el medio va perdiendo fuerza hasta llegar al punto en que si desea transmitirse a mayor distancia debe colocarse un repetidor, un dispositivo que le vuelva a dar potencia para seguir avanzando. Un repetidor de fibra es aquel que toma una señal de luz, la convierte a señal eléctrica, la regenera y la coloca en un dispositivo de emisión de luz para que se siga propagando
Historia
La Historia de la comunicación por la fibra óptica es relativamente corta. En 1977, se instaló un sistema de prueba en Inglaterra; dos años después, se producían ya cantidades importantes de pedidos de este material.
Definicion
Es un sistema de transmisión que utiliza fibra de vidrio como conductor de frecuencias de luz visible o infrarrojas. Este tipo de transmisión tiene la ventaja de que no se pierde casi energía pese a la distancia (la señal no se debilita) y que no le afectan las posibles interferencias electromagnéticas que sí afectan a la tecnología de cable de cobre clásica.
Concepto
Los circuitos de fibra óptica son filamentos de vidrio (compuestos de cristales naturales) o plástico (cristales artificiales), del espesor de un pelo (entre 10 y 300 micrones). Llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente pasan a través de ellos de un extremo a otro, donde quiera que el filamento vaya (incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción.
El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra
La fibra óptica es un conductor de ondas, generalmente de vidrio, aunque también puede ser de materiales plásticos. La fibra óptica es capaz de dirigir la luz a lo largo de su longitud usando la reflexión total interna. Normalmente la luz es emitida por un láser o LED.
Dependiendo de la velocidad con que se propague la luz en un medio o material, se le asigna un Índice de Refracción "n", un número deducido de dividir la velocidad de la luz en el vacío entre la velocidad de la luz en dicho medio.
Un fotodiodo es un semiconductor construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz. Debido a su construcción, los fotodiodos se comportan como células fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luz exterior generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de corriente de oscuridad.
El material empleado en la composición de un fotodiodo es un factor crítico para definir sus propiedades. Suelen estar compuestos de silicio, sensible a la luz visible (longitud de onda de hasta 1µm); germanio para luz infrarroja (longitud de onda hasta aprox. 1,8 µm ); o de cualquier otro material semiconductor.
Ancho de Banda
Un ancho de banda típico de un LED es de 200 MHz, con rendimientos de 50 mW/mA. Los LED presentan un espectro de emisión más ancho que los láser. Un LED de 850 nm. tiene un ancho entre 30 y 50 nm.
Fotodiodo Avalancha
El fotodiodo de avalancha utiliza la multiplicación por avalancha para conseguir amplificar la fotocorriente creada por los pares hueco-electrón. Esto proporciona una elevada sensibilidad y gran rapidez. Sin embargo, el equilibrio entre ruido y ganancia es difícil de conseguir y como consecuencia, el coste es alto. Asimismo la estabilidad de temperatura es deficiente y se requiere una tensión de alimentación de valor elevado (100-300 v.), estrechamente controlada. Por estas razones, el fotodiodo de avalancha tiene limitadas aplicaciones.
Emisión espontánea. En física, se denomina emisión espontánea al proceso por el cual un átomo, una molécula o un núcleo, en un estado excitado, pasa a un estado de energía más bajo. Como se cumple el principio de conservación de la energía el resultado es la emisión de un fotón.
Si el átomo se encuentra en un estado excitado caracterizado por la energía E2, puede <<decaer>> espontáneamente al estado fundamental, caracterizado por la energía tras un periodo de tiempo muy breve, que dependerá de lo probable que sea el tránsito. En este proceso se emite la diferencia de energías entre los dos estados en forma de fotón.
La fase del fotón, en la emisión espontánea, es aleatoria al igual que la dirección de propagación de este.
Un LED,es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz policromática, es decir, con diferentes longitudes de onda, cuando se polariza en directa y es atravesado por la corriente eléctrica. El color depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo, pudiendo variar desde el ultravioleta, pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo, recibiendo éstos últimos la denominación de IRED (Infra-Red Emitting Diode).
El funcionamiento físico consiste en que, un electrón pasa de la banda de conducción a la de valencia, perdiendo energía. Esta energía se manifiesta en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria.
Luego mediante la ley de Ohm, puede calcularse la resistencia adecuada para la tensión de la fuente que utilicemos.
Compuestos empleados en la construcción de LED.| Compuesto | Color | Long. de onda |
|---|
| Arseniuro de galio (GaAs) | Infrarrojo | 940nm |
| Arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) | Rojo e infrarrojo | 890nm |
| Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP) | Rojo, naranja y amarillo | 630nm |
| Fosfuro de galio (GaP) | Verde | 555nm |
| Nitruro de galio (GaN) | Verde | 525nm |
| Seleniuro de zinc (ZnSe) | Azul | |
| Nitruro de galio e indio (InGaN) | Azul | 450nm |
| Carburo de silicio (SiC) | Azul | 480nm |
| Diamante (C) | Ultravioleta | |
| Silicio (Si) | En desarrollo |
Implantación ionica
A veces se utiliza ésta técnica como una alternativa a la difusión, con el fin de introducir átomos contaminantes en regiones seleccionadas de un dispositivo semiconductor. Primero se ioniza el átomo contaminante deseado y, a continuación, se acelera mediante un campo eléctrico, hasta una energía alta .
Difusión
El proceso de difusión generalmente comprende dos pasos. Primero, los átomos contaminantes se colocan sobre o cerca de la superficie de la oblea, mediante un paso de depósito gaseoso, o bien, cubriendo la oblea con una capa que contenga la impureza contaminante deseada. Después le sigue una difusión de introducción, la cual mueve a los átomos contaminantes más hacia la oblea. La forma de la distribución del contaminante queda determinada principalmente por la manera en que se coloca el contaminante cerca de la superficie, mientras que la profundidad de la difusión depende principalmente de la temperatura y del tiempo de la difusión de introducción.
Los materiales semiconductores son aquellos que a temperaturas muy bajas se comportan como aislantes, es decir, no conducen la electricidad, pero que cuando la temperatura aumenta por encima de un cierto valor se convierten en muy buenos conductores.
Algunos materiales semiconductores son por ejemplo el silicio, el germanio y el selenio. Los electrones que tienen los átomos de un sólido van ocupando las bandas permitidas, una vez que se ocupa una banda los electrones restantes, si es que los hay, empiezan a ocupar la siguiente banda permitida.
Entre los materiales conductores, que conducen la electricidad con un resistencia relativamente baja, y los materiales aislantes, que no conducen la electricidad, nos encontramos una gama de materiales con propiedades propias que denominamos semiconductores.
Es dual por que se propaga en forma de onda o de partícula los fotones o quantos de luz que son como paquetes.
Se explican considerandola como un flujo de partículas, de esta forma se explica su interaccíon con la materia.
Segun la ciencia actual, la luz puede entenderse como formada por particulas, (fotones) o como que es una onda, como las electromagneticas.
Complicada proyección tridimensional que sirve para recrear imágenes 3D y actualmente para el almacenamiento de datos en discos holográficos (holodiscos), con gran capacidad y velocidad.
Primero tenemos que saber que cuando la luz se refleja en un objeto, como en tu mano, llevará información de tu mano. Esa luz, su frente de onda, permite que nosotros conozcamos al objeto.
Cuando dice “frente de onda” se refiere a la naturaleza de la energía lumínosa que es una emanación de ondas, como el sonido, como las olas del mar. Acá aparece un punto crucial: “Las ondas llevan energía a través del campo electromagnético de la luz y están caracterizadas por una amplitud, relacionada con la potencia, la intensidad que transmiten (a más potencia, más luz), y también por la fase que indica las características espaciales del objeto”.La amplitud es la intensidad de luz de cada punto, si algo es más oscuro o más claro. La fase en cambio recuerda la posición del objeto en el que se reflejó la luz.
Un láser ("Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación"), es un dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de luz coherente de un medio libre con el tamaño, la forma y la pureza controlados.
Un láser es un haz de luz colimado, monocromático y coherente. También se llama láser al dispositivo que es capaz de generar este haz.
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se lo ilumina con radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general).
Fotoconductividad: Es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia o en diodos provocada por la luz
Efecto fotovoltaico: Transformación parcial de la energía luminosa en energía eléctrica. La primera célula solar fue fabricada por Charles Fritts en 1884. Estaba formada por selenio recubierto de una fina capa de oro.
Así como pasa en la realidad, un enorme número de fotones son emitidos desde cada fuente de luz. La potencia de la luz será dividida entre todos los fotones emitidos por igual, y por eso cada fotón transportará una fracción de la potencia de la fuente de luz inicial.
La emisión desde una luz puntual será aleatoria en todas las direcciones esféricas alrededor del punto de luz. La emisión en una luz será aleatoria en posición pero con la dirección de la luz. Y la emisión desde luces con formas, por ejemplo esféricas y planares, aleatoria sobre su superficie.
La longitud de onda es un parámetro físico que indica el tamaño de una onda y que por lo general se denota con la letra griega lambda (λ).
Se define como la distancia, medida en la dirección de propagación de la onda, entre dos puntos cuyo estado de movimiento es idéntico, como por ejemplo crestas o valles adyacentes.
la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de luz coherente de un medio adecuado y con el tamaño, la forma y la pureza controlados.
El fenómeno de emisión estimulada de radiación, constituye la base de la tecnología empleada en la fabricación de dispositivos láser.
La física nuclear es una rama de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los núcleos atómicos. La física nuclear es conocida mayoritariamente por la sociedad en su papel en la energía nuclear en centrales nucleares y en el desarrollo de armas nucleares, tanto de fisión como de fusión nuclear. En un contexto más amplio, se define la física nuclear y física de partículas como la rama de la física que estudia la estructura fundamental de la materia y las interacciones entre partículas subatómicas.
En física , átomo es la unidad más pequeña de un elemento que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos.
El concepto de átomo como bloque básico e indivisible que compone la materia
Sin embargo, su existencia no quedó demostrada hasta el siglo XIX. Con el desarrollo de la física nuclear en el siglo XX se comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas
La teoría cuántica fue primeramente introducida por Planck, en 1900
Planck dedujo la hipótesis de la discontinuidad de la energía y en el año de 1900 Planck descubre los cuantos y formula la teoría que lo haría famoso, y que daría nacimiento a un campo desconocido hasta entonces, la Mecánica Cuántica, la cual da una nueva y muy especial forma de ver los fenómenos físicos.
La teoría cuántica básicamente nos dice que la luz no llega de una manera continua, sino que está compuesta por pequeños paquetes de energía, a los que llamamos cuantos. Estos cuantos de energía se llaman fotones. Toda luz que nos llega viene por pequeños paquetes, no es continua.
La mecánica ondulatoria es el término clásico utilizado para denominar a la descripción de la mecánica cuántica original del físico alemán Erwin Schrödinger quien formuló una ecuación ondulatoria que debían satisfacer todos los sistemas cuánticos.
Cuando un rayo de luz pasa a través de un instrumento óptico, como un telescopio o una lente fotográfica, sufre un cambio de dirección al llegar a cada superficie refractora o reflectora. Podemos saber el camino del rayo de luz una vez que conocemos las dos sencillas leyes que gobiernan el cambio de dire
Leyes de la óptica: La óptica está dividida en óptica geométrica y óptica ondulatoria.
Óptica geométrica: estudia los fenómenos que se producen cuando un haz de radiación luminosa incide sobre cuerpos transparentes u opacos, o interfiere con otras radiaciones luminosas. Su teoría, que es de origen geométrico, presupone que la luz se propaga en línea recta en un medio libre.
Óptica ondulatoria: se ocupa de los fenómenos de difracción, interferencia y polarización, que pueden explicarse admitiendo la naturaleza ondulatoria de la luz. Supone que la luz se propaga según ondas transversales. Los rayos luminosos son las trayectorias de la onda.
Este fenómeno de polarización solo se da con ondas transversales, pero no con longitudinales, ya que implica una asimetría respecto del eje en la dirección de propagación. Si se demuestra que un haz luminoso puede ser polarizado, llegaremos a la conclusión de que las ondas luminosas son transversales
Polarizacion por reflexion
Sabemos que si sobre una superficie reflectora llega la luz natural parte de la luz se refleja y parte se refracta. Si hacemos incidir una luz sobre una superficie pulida de vidrio con un ángulo de incidencia de 57º aproximadamente, la luz reflejada estára polarizada. Si el ángulo de incidencia no es de 57º habrá también polarización pero será menor a medida que el rayo incidente vaya siendo mayor o menor que dicho ángulo.
La teoría de la difracción de la luz nos enseña que la imagen que da un punto luminoso no es un punto sino una mancha circular brillante rodeada de anillos concéntricos que alternan entre oscuros y luminosos cada vez más apagados.
Es un fenómeno característico de las ondas que consiste en la dispersión y curvado aparente de las ondas cuando encuentran un obstáculo. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz y las ondas de radio.
Es un fenómeno óptico que se produce cuando dos superficies transparentes (que dejan pasar la luz) están muy cerca una de otra, tocándose en algunas zonas, pero sin llegar a estar en contacto perfecto por todas partes. La capa de aire desigual y la leve deformación de ambas superficies produce unos anillos.
El fenómeno se debe a la interferencia no sincronizada entre las longitudes de onda de la luz al atravesar ambas superficies.
El experimento de Young, también denominado experimento de la doble rendija, fue realizado en 1803 por Thomas Young, en un intento de discernir sobre la naturaleza ondulatoria de la luz. Young comprobó un patrón de interferencias en la luz procedente de una fuente lejana al refractarse en el paso por dos rejillas, resultado que contribuyó a la teoría de la naturaleza ondulatoria de la luz.
Como muchos an visto una burbuja donde se pueden ver franjas coloreadas en la superficie de las burbujas de jabón. Estas franjas se deben a la interferencia entre los rayos de luz reflejados en las dos caras de la delgada linea de líquido que forma la burbuja. En una parte de la burbuja, vista desde un cierto ángulo, la interferencia puede intensificar ciertas longitudes de onda, o colores, de la luz reflejada, mientras que suprime otras longitudes de onda. La estructura de las franjas de colores depende del espesor de la linea de líquido en los distintos puntos.
Curvatura de campo
Es una aberración óptica que provoca la curvatura del plano de enfoque en la practica la perdida de nitidez, suele ser compensada por la profundidad de foco.
Aberración cromática
- Longitudinal es cuando las señales de diferentes longitudes de onda se enfocan en planos diferentes. Esto produce el error de seguimiento.
- Lateral es cuando varía el aumento de la imagen dependiendo de la longitud de onda. Esto, cuando hay que hacer coincidir varias imágenes sobre un mismo plano, como sucede en una cámara de TV, causa el error conocido como error de registro.
En la aberración cromática los diversos colores (longitudes de onda) que componen la luz, al atravesar una lente son desviados de diferente manera y dan lugar a la formación de una imagen contorneada por los colores del arco iris.
Por ejemplo, los rayos violetas convergen hacia el foco antes que los rojos.
Rayos paralelos
Un espejo es una superficie capaz de reflejar la luz y suficientemente clara como para formar una imagen.
En él, un haz de rayos de luz paralelos puede cambiar de dirección completamente como conjunto y continuar siendo un haz de rayos paralelos, pudiendo producir así una imagen de un objeto con el mismo tamaño y forma que el real.
Rayos oblicuos
Se manifiesta en los rayos oblicuos debido a que la refracción de las secciones del haz de luz es asimétrica.
Los lentes están en cualquier parte de este mundo. Son usados para anteojos, en telescopios, en máquinas fotocopiadoras, etc.
Los lentes convexos son convergentes, y los lentes cóncavos son divergentes.
Como los rayos de luz golpean la lente, ellos curvan hacia el centro, que es la parte más ancha, y los rayos de luz cruzarán entre ellos.
El punto focal es la localización en la que los rayos paralelos al eje óptico de un espejo converge en un punto. La distancia focal o longitud focal de una lente es la distancia entre el centro óptico de la lente y el foco (o punto focal). La inversa de la distancia focal de una lente es la potencia. Se define como la distancia desde el eje central de la lente hasta donde un haz de luz que atraviesa la lente y se enfoca en un único punto.Superficies planas
Cuando la luz atraviesa una lámina de material transparente el rayo principal sufre dos refracciones, pues encuentra en su camino dos superficies de separación diferentes.
En tal circunstancia las láminas plano-paralelas no modifican la orientación de los rayos que inciden sobre ellas, tan sólo los desplazan.
Prismas
Desde Newton, se sabe que el prisma presenta un grado de refracción distinto para cada componente de la luz blanca, por lo que cada color viaja dentro del prisma a diferente velocidad.
Estas diferentes clases de luz definen la gama conocida como espectro visible.
Uno de los fenómenos de la luz natural es su descomposición en todos los colores es el arco iris, desde el rojo hasta el violeta, cuando se refracta en las gotas de agua que ce en la lluvia, este fenómeno recibe el nombre de dispersión y es debido a que la velocidad de la luz varia con la longitud de onda.
El arco iris es una consecuencia de la dispersión de la luz del sol cuando se refracta y se refleja en las gotas de agua de lluvia. El color rojo es el que menos se refracta y se encuentra en la parte exterior del arco.
Es normal ver que los rayos de luz se propagan en línea recta. Sin embargo, hay que aclarar que esto sólo ocurre cuando los rayos se propagan en un espacio libre y cuando no se les presentan determinados obstáculos. Por ejemplo, cuando las ondas luminosas pasan rozando un objeto o a través de una pequeña abertura, sufren una desviación mas o menos grande.
La propagación rectilínea de los rayos luminosos, es fácil darnos cuenta de ello si nos fijamos en la luz del sol que atraviesa las nubes o en un cuarto que contenga aire cargado de polvo o humo, en la cual entre la luz por una rendija u orificio de una ventana.
Cuando la luz encuentra un obstáculo en su camino choca contra la superficie de este y una parte es reflejada. Si el cuerpo es opaco el resto de la luz será absorbida. Si es transparente una parte será absorbida y el resto atravesará el cuerpo transmitiendose. Así pues, tenemos tres posibilidades:
Para cada una se define un coeficiente que nos da el factor de reflexión (
),el de transmisión (
) y el de absorción (
) que cumplen:
Cuando un rayo de luz atraviesa un cristal se descompone en dos rayos cuyas ondas vibran en planos perpendiculares.
Uno de los rayos cumple con las leyes físicas de la refracción (rayo ordinario) mientras que el otro no (rayo extraordinario). Ambos tienen valores diferentes del índice de refracción (vibran con direcciones diferentes).
Este fenómeno de polarización solo se puede ver con ondas transversales, ya que implica, una asimetría respecto del eje en la dirección de propagación. Si se demuestra que un haz luminoso puede ser polarizado, llegaremos a la conclusión de que las ondas luminosas son transversales.
Son frentes de onda de la luz que al encontrarse con un obstáculo invaden en cierta forma la zona de sombra . Este fenómeno es llamado difracción dependiendo cuan lejos o cerca este el obstáculo respectivamente.
Son ondas de expancion 3D que viajan a la misma velocidad en todas las direcciones,se dice esfericas por que sus frentes de ondas son redondas o esfericas, como se puede ver cuando se arroja una piedra al agua.
Para que la luz sea reflejada en una direccion en particular depende de la superficie que toca la luz.
Para la refraccion es fenomeno por el cual el rayo de luzsufre una desviacion al atravesar 2 materiales transparente de disferente densidad.
La luz esta compuesta por fotones con tamaños visibles para el ojo humano y su frecuencia determina su color.
