Fibra óptica monomodo

En la comunicación por fibra óptica , una fibra óptica monomodo , también conocida como fundamental o monomodo, ^{[ 1 ]} es una fibra óptica diseñada para transportar un único modo de luz: el modo transversal . Los modos son las posibles soluciones de la ecuación de Helmholtz para ondas, que se obtiene combinando las ecuaciones de Maxwell y las condiciones de contorno. Estos modos definen la forma en que la onda viaja por el espacio, es decir, cómo se distribuye en el espacio. Las ondas pueden tener el mismo modo pero diferentes frecuencias. Este es el caso de las fibras monomodo, donde podemos tener ondas con diferentes frecuencias, pero del mismo modo, lo que significa que se distribuyen en el espacio de la misma manera, y eso nos da un único rayo de luz. Aunque el rayo viaja paralelo a la longitud de la fibra, a menudo se le llama modo transversal ya que sus oscilaciones electromagnéticas ocurren perpendicularmente (transversalmente) a la longitud de la fibra. El Premio Nobel de Física de 2009 fue otorgado a Charles K. Kao por su trabajo teórico sobre la fibra óptica monomodo. ^{[ 2 ]} Las normas G.652 y G.657 definen las formas más utilizadas de fibra óptica monomodo. ^{[ 3 ]}

En 1961, Elias Snitzer, mientras trabajaba en American Optical, publicó una descripción teórica exhaustiva de las fibras monomodo en el Journal of the Optical Society of America . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

En Corning Glass Works (ahora Corning Inc. ), Robert Maurer, Donald Keck y Peter Schultz comenzaron con sílice fundida, un material que puede alcanzar una pureza extrema, pero que tiene un alto punto de fusión y un bajo índice de refracción. Fabricaron preformas cilíndricas depositando materiales purificados a partir de la fase gaseosa, añadiendo dopantes en niveles cuidadosamente controlados para que el índice de refracción del núcleo fuera ligeramente superior al del revestimiento, sin aumentar drásticamente la atenuación. En septiembre de 1970, anunciaron que habían fabricado fibras monomodo con una atenuación en la línea helio-neón de 633 nanómetros inferior a 20  dB/km. ^{[ 6 ]}

A diferencia de la fibra óptica multimodo , la fibra monomodo no presenta dispersión modal . Esto se debe a que la fibra tiene una sección transversal tan pequeña que solo se transporta el primer modo. Por lo tanto, las fibras monomodo conservan mejor la fidelidad de cada pulso de luz a distancias mayores que las fibras multimodo. Por estas razones, las fibras monomodo pueden tener un ancho de banda mayor que las fibras multimodo. El equipo para fibra monomodo es más caro que el equipo para fibra óptica multimodo, pero la fibra monomodo en sí suele ser más barata al comprarla a granel.

Una fibra óptica monomodo típica tiene un diámetro de núcleo de entre 8 y 10,5 μm ^{[ 7 ]} y un diámetro de revestimiento de 125 μm. Existen varios tipos especiales de fibra óptica monomodo que han sido alterados química o físicamente para obtener propiedades especiales, como la fibra con dispersión desplazada y la fibra con dispersión desplazada no nula . Las velocidades de datos están limitadas por la dispersión del modo de polarización y la dispersión cromática . A partir de 2005  Con transceptores disponibles comercialmente ( Xenpak ) , era posible alcanzar velocidades de datos de hasta 10 gigabits por segundo a distancias superiores a 80 km (50 millas). Mediante el uso de amplificadores ópticos y dispositivos de compensación de dispersión, los sistemas ópticos DWDM de última generación pueden cubrir miles de kilómetros a 10 Gbit/s y varios cientos de kilómetros a 40 Gbit/s .  

El modo ligado de orden más bajo se determina para la longitud de onda de interés resolviendo las ecuaciones de Maxwell para las condiciones de contorno impuestas por la fibra, las cuales están determinadas por el diámetro del núcleo y los índices de refracción del núcleo y el revestimiento . La solución de las ecuaciones de Maxwell para el modo ligado de orden más bajo permitirá un par de campos polarizados ortogonalmente en la fibra, lo cual es habitual en una fibra de comunicación .

En las guías de índice escalonado, el funcionamiento en modo único se produce cuando la frecuencia normalizada , V , es menor o igual a 2,405. Para los perfiles de ley de potencia , el funcionamiento en modo único se produce para una frecuencia normalizada, V , menor que aproximadamente

${\displaystyle 2.405{\sqrt {\frac {g+2}{g}}}}$,

donde g es el parámetro de perfil.

En la práctica, las polarizaciones ortogonales pueden no estar asociadas con modos degenerados.

OS1 y OS2 son  fibras ópticas monomodo estándar de 9/125 μm. Ambas se utilizan con longitudes de onda de 1310  nm y 1550  nm. OS1 tiene una atenuación máxima de 1  dB/km y OS2 de 0,4  dB/km. OS1 se define en la norma ISO/IEC 11801 [ ^{8 ]} y OS2 en la norma ISO/IEC 24702 ^{[ 9 ] .}

Los conectores de fibra óptica se utilizan para unir fibras ópticas cuando se requiere la capacidad de conexión y desconexión. La unidad básica del conector es un conjunto de conectores. Este conjunto consta de un adaptador y dos conectores macho. Debido a los sofisticados procesos de pulido y ajuste que pueden incorporarse en la fabricación de conectores ópticos, estos generalmente se ensamblan en la fibra óptica en las instalaciones de fabricación del proveedor. Sin embargo, las operaciones de ensamblaje y pulido pueden realizarse en campo, por ejemplo, para fabricar latiguillos de interconexión a medida.

Los conectores de fibra óptica se utilizan en centrales telefónicas, en instalaciones en las instalaciones de los clientes y en aplicaciones de planta exterior. Sus usos incluyen:

• Realizar la conexión entre los equipos y la planta telefónica en la oficina central.
• Conexión de fibras a equipos electrónicos remotos y de planta externa, como unidades de red óptica (ONU) y sistemas de portadora de bucle digital (DLC).
• Conexiones ópticas cruzadas en la oficina central
• Paneles de parcheo en la planta exterior para proporcionar flexibilidad arquitectónica e interconectar fibras pertenecientes a diferentes proveedores de servicios.
• Conexión de acopladores, divisores y multiplexores por división de longitud de onda (WDM) a fibras ópticas.
• Conexión de equipos de prueba ópticos a fibras para pruebas y mantenimiento.

Las aplicaciones en exteriores pueden implicar la ubicación de conectores bajo tierra en recintos subterráneos que pueden estar sujetos a inundaciones, en paredes exteriores o en postes de servicios públicos. Los cierres que los contienen pueden ser herméticos o transpirables. Los cierres herméticos evitan que los conectores se vean afectados por cambios bruscos de temperatura, a menos que se produzca una rotura. Los recintos transpirables los exponen a cambios de temperatura y humedad, y posiblemente a condensación y acción biológica por bacterias, insectos, etc., presentes en el aire. Los conectores en la planta subterránea pueden quedar sumergidos en agua subterránea si los cierres que los contienen se rompen o se ensamblan incorrectamente.

Los requisitos más recientes de la industria para conectores de fibra óptica se encuentran en Telcordia GR-326 , Requisitos genéricos para conectores ópticos monomodo y conjuntos de puentes .

Un conector óptico multifibra está diseñado para unir simultáneamente varias fibras ópticas, de modo que cada fibra óptica se une a una sola fibra óptica adicional.

La última parte de la definición se incluye para evitar confusiones entre los conectores multifibra y los componentes de ramificación, como un acoplador. Este último une una fibra óptica con dos o más fibras ópticas.

Los conectores ópticos multifibra están diseñados para usarse en cualquier lugar donde se requieran conexiones y desconexiones rápidas o repetitivas de un grupo de fibras. Entre sus aplicaciones se incluyen las centrales telefónicas de las compañías de telecomunicaciones, las instalaciones en las instalaciones de los clientes y las aplicaciones de planta exterior.

El conector óptico multifibra se puede utilizar para crear un conmutador de bajo coste para pruebas de fibra óptica. Otra aplicación se encuentra en cables que se entregan al usuario con latiguillos multifibra preterminados. Esto reduciría la necesidad de empalmes en campo, lo que disminuiría considerablemente el tiempo necesario para instalar un cable de fibra óptica en una red de telecomunicaciones. Esto, a su vez, generaría ahorros para el instalador.

Los requisitos de la industria para los conectores ópticos multifibra se recogen en la norma GR-1435 , Requisitos genéricos para conectores ópticos multifibra .

Un conmutador óptico es un componente con dos o más puertos que transmite, redirige o bloquea selectivamente una señal óptica en un medio de transmisión. ^{[ 10 ]} Según Telcordia GR-1073 , un conmutador óptico debe activarse para seleccionar o cambiar entre estados. La señal de activación (también denominada señal de control) suele ser eléctrica, pero en principio podría ser óptica o mecánica. (El formato de la señal de control puede ser booleano y puede ser una señal independiente; o, en el caso de la activación óptica, la señal de control puede estar codificada en la señal de datos de entrada. El rendimiento del conmutador generalmente se pretende que sea independiente de la longitud de onda dentro de la banda de paso del componente).

En fibra óptica , una fibra de cuatro revestimientos es una fibra óptica monomodo que tiene cuatro revestimientos. ^{[ 11 ]} Cada revestimiento tiene un índice de refracción menor que el del núcleo . Con respecto a los demás, sus índices de refracción relativos son, en orden de distancia al núcleo: menor, mayor, menor, mayor.

Una fibra con revestimiento cuádruple tiene la ventaja de presentar pérdidas por macrocurvatura muy bajas. Además, cuenta con dos puntos de dispersión cero y una dispersión moderadamente baja en un rango de longitud de onda más amplio que una fibra con revestimiento simple o doble .

• Fibra de índice gradual
• Fibra óptica multimodo
• guía de ondas ópticas

• Óptica: Fibra monomodo | Demostraciones en vídeo del MIT sobre láseres y óptica
• Óptica: Fibra multimodo | Demostraciones en vídeo del MIT sobre láseres y óptica