Intercomunicador Por Fibra Optica

7/31/2019 Intercomunicador Por Fibra Optica

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Serie: Re

cursos didcticos

Tapa:Imagen combinada de la Supernova Remnamt captadapor el telescopio Hubble - NASA.


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a u t o r i d a d e s

PRESIDENTE DE LA NACINDr. Nstor Kirchner

MINISTRO DE EDUCACIN, CIENCIA Y TECNOLOGALic. Daniel Filmus

SECRETARIO DE EDUCACIN, CIENCIA Y TECNOLOGAProf. Alberto E. Sileoni

DIRECTORA EJECUTIVA DEL INSTITUTO NACIONAL DEEDUCACIN TECNOLGICALic. Mara Rosa Almandoz

DIRECTOR NACIONAL DEL CENTRO NACIONAL DEEDUCACIN TECNOLGICALic. Juan Manuel Kirschenbaum


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Intercomunicador por fibra pticaRicardo Duchowicz

Sergio Noriega


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Duchowicz, RicardoIntercomunicador por fibra ptica / Ricardo Duchowicz y Sergio Noriega; coor-dinado por Juan Manuel Kirschenbaum.- 1a ed. - Buenos Aires : Ministerio de Educacin, Ciencia y Tecnologa de laNacin. Instituto Nacional de Educacin Tecnolgica, 2005.128 p.; 22x17 cm. (Recursos didcticos; 4)

ISBN 950-00-0499-2

1. Intercomunicacin-Computadoras. 2. Fibra Optica. I. Noriega, Sergio II.Kirschenbaum, Juan Manuel, coord. III. Ttulo

CDD 004.6

Fecha de catalogacin: 12/05/2005

Coleccin Serie Recursos didcticos.Coordinadora general: Hayde Noceti.

Distribucin de carcter gratuito.

Queda hecho el depsito que previene la ley n 11.723. Todos los derechosreservados por el Ministerio de Educacin, Ciencia y Tcnologia - InstitutoNacional de Educacin Tecnolgica.

La reproduccin total o parcial, en forma idntica o modificada por cualquiermedio mecnico o electrnico incluyendo fotocopia, grabacin o cualquier sis-tema de almacenamiento y recuperacin de informacin no autorizada en formaexpresa por el editor, viola derechos reservados.

Industria Argentina.

ISBN 950-00-0499-2


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Instituto Nacional de Educacin TecnolgicaCentro Nacional de Educacin TecnolgicaCeNET-Materiales

Serie: Recursos didcticos

1 Invernadero automatizado

2 Probador de inyectores y motores paso a paso

3 Quemador de biomasa

4 Intercomunicador por fibra ptica

5 Transmisor de datos bidireccional por fibre ptica, entre computadoras

6 Planta potabilizadora

7 Medidor de distancia y de velocidad por ultrasonido

8 Estufa de laboratorio

9 Equipamiento EMA -Caractersticas fsicas de los materiales de construccin-

10 Dispositivo para evaluar parmetros de lneas

Ministerio de Educacin, Ciencia y Tecnologa.Instituto Nacional de Educacin Tecnolgica.Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autnoma de Buenos Aires.Repblica Argentina.


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El Instituto Nacional de EducacinTecnolgica -INET- enmarca sus lneas deaccin, programas y proyectos, en las metasde:

Coordinar y promover programasnacionales y federales orientados a for-talecer la educacin tcnico-profesional,articulados con los distintos niveles y ci-clos del sistema educativo nacional.

Implementar estrategias y acciones decooperacin entre distintas entidades,instituciones y organismos gubernamen-tales y no gubernamentales-, que permi-tan el consenso en torno a las polticas,los lineamientos y el desarrollo de lasofertas educativas, cuyos resultados seanconsiderados en el Consejo Nacional de

Educacin-Trabajo CoNE-T y en elConsejo Federal de Cultura y Educacin.

Desarrollar estrategias y acciones desti-nadas a vincular y a articular las reas deeducacin tcnico-profesional con lossectores del trabajo y la produccin, aescala local, regional e interregional.

Disear y ejecutar un plan de asistenciatcnica a las jurisdicciones en los aspectosinstitucionales, pedaggicos, organizativosy de gestin, relativos a la educacin tc-

nico-profesional, en el marco de los acuer-dos y resoluciones establecidos por elConsejo Federal de Cultura y Educacin.

Disear y desarrollar un plan anual decapacitacin, con modalidades presen-ciales, semipresenciales y a distancia, consede en el Centro Nacional de EducacinTecnolgica, y con nodos en los CentrosRegionales de Educacin Tecnolgica ylas Unidades de Cultura Tecnolgica.

Coordinar y promover programas deasistencia econmica e incentivos fis-cales destinados a la actualizacin y eldesarrollo de la educacin tcnico-profe-sional; en particular, ejecutar lasacciones relativas a la adjudicacin y elcontrol de la asignacin del Crdito

Fiscal Ley N 22.317.

Desarrollar mecanismos de cooperacininternacional y acciones relativas a dife-rentes procesos de integracin educativa;en particular, los relacionados con lospases del MERCOSUR, en lo referente ala educacin tcnico-profesional.

Estas metas se despliegan en distintos pro-gramas y lneas de accin de responsabilidadde nuestra institucin, para el perodo 2003-2007:

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LAS METAS, LOS PROGRAMAS Y LAS LNEAS DEACCIN DEL INSTITUTO NACIONAL DEEDUCACIN TECNOLGICA


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Programa 1. Formacin tcnica, media ysuperior no universitaria:

1.1. Homologacin y validez nacional dettulos.

1.2. Registro nacional de instituciones deformacin tcnica.

1.3. Espacios de concertacin.

1.4. Perfiles profesionales y ofertas formati-vas.

1.5. Fortalecimiento de la gestin institu-cional; equipamiento de talleres y la-

boratorios.1.6. Prcticas productivas profesiona-

lizantes: Aprender emprendiendo.

Programa 2. Crdito fiscal:

2.1. Difusin y asistencia tcnica.

2.2. Aplicacin del rgimen.

2.3. Evaluacin y auditora.

Programa 3. Formacin profesional para eldesarrollo local:

3.1. Articulacin con las provincias.

3.2. Diseo curricular e institucional.

3.3. Informacin, evaluacin y certifi-cacin.

Programa 4.Educacin para el trabajo y laintegracin social.

Programa 5. Mejoramiento de la enseanzay del aprendizaje de la Tecnologa y de laCiencia:

5.1. Formacin continua.

5.2. Desarrollo de recursos didcticos.

Programa 6. Desarrollo de sistemas de infor-macin y comunicaciones:

6.1. Desarrollo de sistemas y redes.

6.2. Interactividad de centros.

Programa 7. Secretara ejecutiva del ConsejoNacional de Educacin Trabajo CoNE-T.

Programa 8. Cooperacin internacional.

Los materiales de capacitacin que, en estaocasin, estamos acercando a la comunidadeducativa a travs de la serie Recursosdidcticos, se enmarcan en el Programa 5del INET, focalizado en el mejoramiento dela enseanza y del aprendizaje de la Tec-nologa y de la Ciencia, uno de cuyos pro-psitos es el de:

Desarrollar materiales de capacitacindestinados, por una parte, a la actua-lizacin de los docentes de la educacintcnico-profesional, en lo que hace a co-nocimientos tecnolgicos y cientficos; y,por otra, a la integracin de los recursos

didcticos generados a travs de ellos, enlas aulas y talleres, como equipamientode apoyo para los procesos de enseanzay de aprendizaje en el rea tcnica.

Estos materiales didcticos han sido elabora-dos por especialistas del Centro Nacional deEducacin Tecnolgica del INET y por espe-

cialistas convocados a travs del Programa delas Naciones Unidas para el DesarrolloPNUD desde su lnea Conocimientoscientfico-tecnolgicos para el desarrollo deequipos e instrumentos, a quienes estaDireccin expresa su profundo reconoci-miento por la tarea encarada.

Mara Rosa Almandoz

Directora Ejecutiva del Instituto Nacional deEducacin Tecnolgica.

Ministerio de Educacin, Ciencia yTecnologa

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Desde el Centro Nacional de EducacinTecnolgica CeNET encaramos el diseo,el desarrollo y la implementacin de proyec-tos innovadores para la enseanza y el apren-dizaje en educacin tcnico-profesional.

El CeNET, as:

Es un mbito de desarrollo y evaluacinde metodologa didctica, y de actuali-zacin de contenidos de la tecnologa yde sus sustentos cientficos.

Capacita en el uso de tecnologa a do-centes, profesionales, tcnicos, estudian-tes y otras personas de la comunidad.

Brinda asistencia tcnica a autoridades e-ducativas jurisdiccionales y a edu-cadores.

Articula recursos asociativos, integrandoa los actores sociales involucrados con laEducacin Tecnolgica.

Desde el CeNET venimos trabajando en dis-tintas lneas de accin que convergen en elobjetivo de reunir a profesores, a especialistasen Educacin Tecnolgica y a representantesde la industria y de la empresa, en accionescompartidas que permitan que la educacintcnico-profesional se desarrolle en la escuela

de un modo sistemtico, enriquecedor, pro-fundo... autnticamente formativo, tanto paralos alumnos como para los docentes.

Una de nuestras lneas de accin es la de di-sear y llevar adelante un sistema de capaci-

tacin continua para profesores de educacintcnico-profesional, implementando trayec-tos de actualizacin. En el CeNET contamoscon quince unidades de gestin de apren-dizaje en las que se desarrollan cursos,talleres, pasantas, conferencias, encuentros,

destinados a cada educador que desee inte-grarse en ellos presencialmente o a distancia.

Otra de nuestras lneas de trabajo asume laresponsabilidad de generar y participar enredes que vinculan al Centro con organismose instituciones educativos ocupados en laeducacin tcnico-profesional, y con organis-

mos, instituciones y empresas dedicados a latecnologa en general. Entre estas redes, seencuentra la Red Huitral, que conecta aCeNET con los Centros Regionales deEducacin Tecnolgica -CeRET- y con lasUnidades de Cultura Tecnolgica UCTinstalados en todo el pas.

Tambin nos ocupa la tarea de producirmateriales de capacitacin docente. DesdeCeNET hemos desarrollado distintas seriesde publicaciones todas ellas disponibles enel espacio web www.inet.edu.ar:

Educacin Tecnolgica, que abarca mate-riales que posibilitan una definicin cu-

rricular del rea de la Tecnologa en elmbito escolar y que incluye marcostericos generales, de referencia, acercadel rea en su conjunto y de sus con-tenidos, enfoques, procedimientos yestrategias didcticas ms generales.

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LAS ACCIONES DEL CENTRO NACIONAL DEEDUCACIN TECNOLGICA


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Desarrollo de contenidos, nuestra segundaserie de publicaciones, que nuclea fasccu-los de capacitacin en los que se profun-diza en los campos de problemas y decontenidos de las distintas reas del cono-

cimiento tecnolgico, y que recopila, tam-bin, experiencias de capacitacin docentedesarrolladas en cada una de estas reas.

Educacin con tecnologas, que propicia eluso de tecnologas de la informacin y dela comunicacin como recursos didcti-cos, en las clases de todas las reas y

espacios curriculares.

Educadores en Tecnologa, serie de publica-ciones que focaliza el anlisis y las pro-puestas en uno de los constituyentes delproceso didctico: el profesional queensea Tecnologa, ahondando en losrasgos de su formacin, de sus prcticas,

de sus procesos de capacitacin, de suvinculacin con los lineamientos curricu-lares y con las polticas educativas, deinteractividad con sus alumnos, y consus propios saberes y modos de hacer.

Documentos de la escuela tcnica, quedifunde los marcos normativos y curricu-

lares que desde el CONET ConsejoNacional de Educacin Tcnica- deli-nearon la educacin tcnica de nuestropas, entre 1959 y 1995.

Ciencias para la Educacin Tecnolgica,que presenta contenidos cientficos aso-ciados con los distintos campos de la tec-nologa, los que aportan marcos concep-tuales que permiten explicar y funda-mentar los problemas de nuestra rea.

Recursos didcticos, que presenta con-tenidos tecnolgicos y cientficos,

estrategias curriculares, didcticas yreferidas a procedimientos de construc-cin que permiten al profesor de la edu-cacin tcnico-profesional desarrollar,con sus alumnos, un equipamiento

especfico para integrar en sus clases.

Desde esta ltima serie de materiales decapacitacin, nos proponemos brindar he-rramientas que permitan a los docentes noslo integrar y transferir sus saberes y capaci-dades, sino tambin, y fundamentalmente,acompaarlos en su bsqueda de soluciones

creativas e innovadoras a las problemticascon las que puedan enfrentarse en el procesode enseanza en el rea tcnica.

En todos los casos, se trata de propuestas deenseanza basadas en la resolucin de pro-blemas, que integran ciencias bsicas ytecnologa, y que incluyen recursos didcti-

cos apropiados para la educacintcnicoprofesional.

Los espacios de problemas tecnolgicos, lasconsignas de trabajo, las estrategias deenseanza, los contenidos involucrados y,finalmente, los recursos didcticos estnplanteados en la serie de publicaciones que

aqu presentamos, como un testimonio derealidad que da cuenta de la potencialidadeducativa del modelo de problematizacin enel campo de la enseanza y del aprendizajede la tecnologa, que esperamos que resultede utilidad para los profesores de la edu-cacin tcnico-profesional de nuestro pas.

Juan Manuel Kirschenbaum

Director Nacional del Centro Nacional deEducacin Tecnolgica.

Instituto Nacional de Educacin Tecnolgica

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Desde esta serie de publicaciones del CentroNacional de Educacin Tecnolgica, nos pro-ponemos:

Poner a consideracin de los educadoresun equipamiento didctico a integrar enlos procesos de enseanza y de apren-dizaje del rea tcnica que coordinan.

Contribuir a la actualizacin de losdocentes de la educacin tcnico-profe-sional, en lo que hace a conocimientostecnolgicos y cientficos.

Inicialmente, hemos previsto el desarrollo deveinte publicaciones con las que intentamos

abarcar diferentes contenidos de este campocurricular vastsimo que es el de la educacintcnico-profesional.

En cada una de estas publicaciones es posiblereconocer una estructura didctica comn:

1 Problemas tecnolgicos en el aula. En

esta primera parte del material sedescriben situaciones de enseanza y deaprendizaje del campo de la educacintcnico-profesional centradas en la re-solucin de problemas tecnolgicos, y sepresenta una propuesta de equipamientodidctico, pertinente como recurso pararesolver esas situaciones tecnolgicas y

didcticas planteadas.2 Encuadre terico para los problemas.

En vinculacin con los problemas didc-ticos y tecnolgicos que constituyen elpunto de partida, se presentan conceptos

tecnolgicos y conceptos cientficos aso-ciados.

3 Hacia una resolucin tcnica. Manual

de procedimientos para la construc-

cin y el funcionamiento del equipo.

Aqu se describe el equipo terminado y semuestra su esquema de funcionamiento;

se presentan todas sus partes, y los mate-riales, herramientas e instrumentos nece-sarios para su desarrollo; asimismo, sepauta el paso a paso de su construc-cin, armado, ensayo y control.

4 El equipo en el aula. En esta parte delmaterial escrito, se retoman las situa-ciones problemticas iniciales, aportandosugerencias para la inclusin del recursodidctico construido en las tareas quedocente y alumnos concretan en el aula.

5 La puesta en prctica. Este tramo dela publicacin plantea la evaluacindel material didctico y de la experien-cia de puesta en prctica de las estrate-

gias didcticas sugeridas. Implica unaretroalimentacin de resolucin vo-luntaria de los profesores destinata-rios hacia el Centro Nacional deEducacin Tecnolgica, as como elpunto de partida para el diseo denuevos equipos.

Esta secuencia de cuestiones y de momentosdidcticos no es azarosa. Intenta replicar enuna produccin escrita las mismas instanciasde trabajo que los profesores de Tecnologaponemos en prctica en nuestras clases:

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LA SERIE RECURSOS DIDCTICOS


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Es a travs de este circuito de trabajo (pro-blema-respuestas iniciales-inclusin terica-respuestas ms eficaces) como enseamos ycomo aprenden nuestros alumnos en el rea:

La tarea comienza cuando el profesorpresenta a sus alumnos una situacincodificada en la que es posible recono-

cer un problema tecnolgico; para con-figurar y resolver este problema, es nece-sario que el grupo ponga en marcha unproyecto tecnolgico, y que encare anli-sis de productos o de procesos desarro-llados por distintos grupos sociales pararesolver algn problema anlogo.Indudablemente, no se trata de cualquierproblema sino de uno que ocasionaobstculos cognitivos a los alumnosrespecto de un aspecto del mundo artifi-cial que el profesor en su marco curri-

cular de decisiones ha definido comorelevante.

El proceso de enseanza y de aprendiza-je comienza con el planteamiento de esasituacin tecnolgica seleccionada por elprofesor y con la construccin del espa-cio-problema por parte de los alumnos, y

contina con la bsqueda de respuestas.

Esta deteccin y construccin derespuestas no se sustenta slo en losconocimientos que el grupo disponesino en la integracin de nuevos con-tenidos.

El enriquecimiento de los modos de very de encarar la resolucin de un proble-ma tecnolgico por la adquisicin denuevos conceptos y de nuevas formastcnicas de intervencin en la situacin

desencadenante suele estar distribuidamaterialmente en equipamiento, enmateriales, en herramientas.

No es lo mismo contar con este equipamien-

to que prescindir de l.

Por esto, lo queintentamos des-de nuestra seriede publicacio-nes es acercar alprofesor distin-tos recursos di-dcticos que a-yuden a sus a-lumnos en estatarea de proble-matizacin y dei n t e r v e n c i n

s u s t e n t a d aterica y tcni-camente en elmundo tecno-lgico.

Al seleccionar los recursos didcticos que

forman parte de nuestra serie de publica-ciones, hemos considerado, en primer trmi-no, su potencialidad para posibilitar, a losalumnos de la educacin tcnico-profesional,configurar y resolver distintos problemas tec-nolgicos.

Y, en segundo trmino, nos preocup quecumplieran con determinados rasgos que lespermitieran constituirse en medios eficacesdel conocimiento y en buenos estructurantescognitivos, al ser incluidos en un aula por unprofesor que los ha evaluado como perti-

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Caracterizamos comorecurso didctico a to-do material o compo-nente informtico se-leccionado por un edu-

cador, quien ha evalua-do en aqul posibili-dades ciertas para ac-tuar como mediadorentre un problema de larealidad, un contenidoa ensear y un grupode alumnos, facilitandoprocesos de compren-sin, anlisis, profundi-zacin, integracin,sntesis, transferencia,produccin o evalua-cin.


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nentes. Las cualidades que consideramosfundamentales en cada equipo que promove-mos desde nuestra serie de publicacionesRecursos didcticos, son:

Modularidad (puede adaptarse a diversosusos).

Resistencia (puede ser utilizado por losalumnos, sin peligro de romperse confacilidad).

Seguridad y durabilidad (integrado pormateriales no txicos ni peligrosos, ydurables).

Adaptabilidad (puede ser utilizado en eltaller, aula o laboratorio).

Acoplabilidad (puede ser unido o combi-nado con otros recursos didcticos).

Compatibilidad (todos los componentes,bloques y sistemas permiten ser integra-dos entre s).

Facilidad de armado y desarmado (posi-bilita pruebas, correcciones e incorpo-racin de nuevas funciones).

Pertinencia (los componentes, bloques

funcionales y sistemas son adecuadospara el trabajo con los contenidos cu-rriculares de la educacin tcnico-pro-fesional).

Fiabilidad (se pueden realizar las tareaspreestablecidas, de la manera esperada).

Coherencia (en todos los componentes,

bloques funcionales o sistemas se siguenlas mismas normas y criterios para elarmado y utilizacin).

Escalabilidad (es posible utilizarlo enproyectos de diferente nivel de com-

plejidad).

Reutilizacin (los diversos componentes,bloques o sistemas pueden ser desmonta-dos para volver al estado original).

Incrementabilidad (posibilidad de iragregando piezas o completando elequipo en forma progresiva).

Hayde Noceti

Coordinadora de la accin Conocimientoscientfico-tecnolgicos para el desarrollo de

equipos e instrumentos.Centro Nacional de Educacin Tecnolgica

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4. Intercomunicador

por fibra ptica


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Este material de capacitacin fue

desarrollado por:

Ricardo Duchowicz.Es Doctor en Fsica. Fue miembro fundadordel Centro de Investigaciones pticas(CIOp). Es Investigador Cientfico delCONICET, responsable del LaboratorioMetrolgico para las Comunicaciones pti-cas (LAMECO), destinado a estudio defibras pticas y de sus aplicaciones. Hapublicado ms de setenta trabajos cientfi-cos y participado en ms de ochenta con-gresos nacionales e internacionales. Es pro-fesor adjunto de la Facultad de Ingenierade la Universidad Nacional de La Plata.

Sergio Noriega.

Es Ingeniero en Telecomunicaciones. Sedesempea como Profesional de ApoyoPrincipal en la Comisin de InvestigacionesCientficas de la provincia de Buenos Aires(CIC), con lugar de trabajo en elLaboratorio Metrolgico para lasComunicaciones pticas (LAMECO) delCentro de Investigaciones pticas (CIOp).

Es profesor titular en la ctedraIntroduccin a los sistemas lgicos y digi-tales (Facultad de Ingeniera. UniversidadNacional de La Plata) y profesor asociadoen la ctedra Telecomunicaciones I(Facultad de Ingeniera y Ciencias Exactas.Universidad Argentina de la Empresa).

Coordinacin general:

Hayde Noceti

Diseo didctico:

Ana Ra

Administracin:

Adriana Perrone

Monitoreo y evaluacin:Laura Irurzun

Diseo grfico:

Toms AhumadaKarina Lacava

Alejandro Carlos Mertel

Diseo de tap a:

Laura Lopresti

Juan Manuel Kirschenbaum

Con la colaboracindel equipo de profesionales

del Centro Nacionalde Educacin Tecnolgica


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Las metas, los programas y las lneas de accindel Instituto Nacional de Educacin Tecnolgica VIII

Las acciones del Centro Nacional de Educacin Tecnolgica XLa serie Recursos didcticos XII

1 Problemas tecnolgicos en el aula 4 El recurso didctico que proponemos

2 Encuadre terico para los problemas 10

Fibra pticasCaractersticas, propiedades y principio de funcionamiento

de un conductor de fibra pticaModos de propagacin Tecnologa de las fibras pticas Perfiles de ndice de los conductores de fibras pticas: Tipos de

fibraUniones de fibras pticas

Sistemas de transmisin por fibras pticas. Conversin electro-ptica de seales Esquemas actuales de sistemas de comunicaciones analgicas. El

ejemplo de la red de televisin por cable Transmisores, receptores y medios de transmisin usados en

comunicaciones por fibras pticas en la red de televisin porcable

Conectores

Prdidas en un enlace ptico3 Hacia una resolucin t cnica. Manua l de procedimientos

para la construccin y el funcionamiento del equipo 54 El producto Los componentes El armado La calibracin de los mdulos

4 El equipo en el aula 835 La puesta en prctica 88

ndice


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En 1860, con la invencin del telgrafo,comienza a generarse un profundo interspor conseguir algn mtodo de comuni-cacin confiable que pudiera cubrir la mayordistancia posible.

En 1874, se inventa y patenta el telfono, que

se convierte en el medio de comunicacinpor excelencia. El telfono permita, en prin-cipio, la comunicacin en un solo sentidoentre dos puestos -uno de habla y otro deescucha-, empleando como elementos com-ponentes: un micrfono, un auricular, cablesy una batera.

A partir de ese momento, los avances encomunicaciones terrestres son continuos yespectaculares.

En poco tiempo, se logra que el telfono seabidireccional, es decir, que permita que dospuestos puedan ser de habla-escucha

simultneamente.Vislumbrando la posibilidad de convertireste invento en un sistema de comunicacinde uso masivo, se van creando, paulatina-mente, mtodos para lograr que cada vezmayor cantidad de personas puedan comuni-carse.

En los inicios del uso del telfono, es nece-sario que un conmutador operado manual-mente reciba un pedido de conexin desdeun telfono y, con una serie de clavijas en un

tablero elctrico, conecte al abonado solici-tante al abonado destinatario de la comuni-cacin.

Luego de un tiempo, la operacin manual esreemplazada por un equipo de conmutacinque efecta el proceso de llamado en forma

automtica; inclusive, el de liberacin delenlace establecido (los cables empleados paraesa comunicacin) para un uso posible entreotros abonados.

En forma paralela, las comunicaciones por elaire toman cada vez mayor importancia. Sucreciente empuje se ve potenciado por la

segunda guerra mundial, durante la cualresulta vital conseguir comunicaciones con-fiables a corta y a larga distancia. Para esteltimo caso, la invencin del satlite permiteestablecer una comunicacin entre puntosdistantes del planeta y, hoy en da, hacia elespacio profundo a travs de sondas espa-

cialesCon la invencin del transistor -en la dcadadel '60- y del microprocesador -a fines de ladcada del 70-, comienza la era de la elec-trnica digital que da origen a la denomina-da computacin, transformando unamquina que slo serva para realizar opera-

ciones secuenciales sobre la base de un pro-grama preestablecido en una elemento clavepara las comunicaciones de hoy en da.

Desde la dcada de los 80, las transmisiones

1. PROBLEMAS TECNOLGICOS EN EL AULA


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analgicas migran a paso agigantado a las deltipo digital, permitiendo transportar dife-rentes servicios como audio, datos y video.De todos modos, la utilizacin de cables elc-tricos como medio de transmisin de la

informacin sigue existiendo en la actuali-dad, fundamentalmente en lo que se conocecomo "ltima milla", es decir, la conexinentre el abonado y la central de conexin a lared telefnica asociada a l.

Dado que dicha red debe permitir la comu-nicacin simultnea entre la mayor cantidad

de abonados posible, se espera que los cablesempleados soporten un trfico tal.

Detengmonos un momento en la consi-deracin de los medios fsicos de trans-misin.

Para evaluar un medio de transmisin existendos parmetros clave:

Atenuacin.

Ancho de banda.

La atenuacin se refiere a que, cuando unaseal electromagntica o elctrica se propaga

por un medio conductor se ve, invariable-mente, afectada por la prdida inherente adicho medio. En un cable elctrico, porejemplo, su resistencia elctrica -junto con ladel transmisor y la del receptor- constituye elfactor limitante.

Esto se ve reflejado en una disminucin pau-latina de la seal que, al llegar al receptor,puede ser comparable con la seal de"ruido", con una calidad no admisible en larecepcin (por ejemplo, la voz no resultainteligible).

Dependiendo del tipo de seal que se trans-porte y del tipo de informacin de que setrate, existe una distancia lmite tal que, siresulta excedida, ocasiona que la calidad dela informacin se vea comprometida.

En muchos casos, esta prdida de la sealpuede ser reestablecida empleando disposi-tivos activos tales como amplificadores.

Por ejemplo, entransmisin detelevisin por

cable, si bien seusan conductoresespeciales, es nece-sario amplificar laseal de videotransmitida, aproxi-madamente, cada

500 metros hastaun mximo depoco ms de 2000metros, ya que cadaamplificador tam-bin genera "ruido" que se va sumando a laseal que amplifica.

El ancho de banda es el otro parmetro clave.Refiere a que cada medio de transmisintiene limitada su capacidad de poder trans-portar informacin, al igual que el transmisory el receptor seleccionados. Como ejemplo,podemos decir que un cable tipo par trenza-do, empleado en comunicaciones telefnicasentre el abonado y la oficina a la cual seconecta, suele tener un ancho de banda infe-rior a los 4000 Hertz (4000 Hz).

Dnde entra la fibra ptica en todo este pro-ceso?

5

La seal de ruido es,

bsicamente, una se-al "no deseada", queno forma parte de la

transmitida y que, alsumarse a sta, oca-siona que la sealresultante se vea dis-

torsionada. El "ruido"puede tener varios or-genes y puede apli-carse en el transmisor,en el medio conductor,en el receptor o en

todos ellos.


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Un conductor de fibra ptica es, por lejos, laopcin ideal para disponer de un medio detransmisin que tenga baja prdida y granancho de banda (Fundamentaremos endetalle esta apreciacin global en la segunda

parte de nuestro mdulo).

Con respecto a las prdidas, podemosdecir que, comparando la limitacin dela transmisin de televisin por cable concable metlico limitada a unos pocoskilmetros con fibra ptica, es posiblellegar a ms de 30 kilmetros.

Respecto del ancho de banda, un cablepar trenzado tiene una capacidad de va-rios cientos de kilohertz (1 kHz = 1000Hz), un cable coaxil varios cientos demegahertz (1 MHz = 1.000.000 Hz) y uncable de fibra ptica denominadamonomodo, varias decenas de gigahertz(1 GHz = 1.000.000.000 Hz), es decirvarias decenas de miles de millones deHertz.

Otra caracterstica que es importante a lahora de comparar medios de transmisin,como los de metal, es la alta inmunidad

al ruido externo causado por perturba-ciones electromagnticas -descargasatmosfricas cerca del cable, ubicacincerca del campo magntico que genera unmotor, etc.-.

Tambin resguarda respecto del crosstalk oacoplamiento entre cables que es comn

cuando se tienen, por ejemplo, dos cablestelefnicos muy cerca uno del otro, lo queocasiona que sus seales se acoplen de uncable al otro.En fibra ptica estas perturbaciones no

se producen, debido a que lo que setransmite es una seal luminosa por unmedio dielctrico no conductor de laelectricidad.

Es ms, la fibra es ampliamente utilizada eninstalaciones con riesgo de explosin paratransmitir informacin, ya que es imposibleque genere chispa.

Por qu, entonces, no tenemos fibra pticaen todos lados, si sus caractersticas son tansuperiores a las de los cables metlicos?

La razn es, bsicamente, econmica ya quetecnolgicamente la opcin de cable de fibraptica es superior.

En principio, se justifica plenamente el usode fibra ptica cuando el requerimiento de

ancho de banda y/o de confiabilidad en latransmisin es elevado.

Y, cmo se estudia la fibra ptica en laescuela?

Veamos...

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Los alumnos de "Sistemas de telecomu-nicaciones" del Trayecto Tcnico-Profesional Electrnica, estn tomandodecisiones acerca del diseo de unintercomunicador.

Este intercomunicador debe poderusarse en una zona elctricamente muyruidosa -cercana a una red de alta ten-sin y a un generador elctrico- y enlugares donde el ambiente es propenso


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a explosiones, por lo que no debe haberposibilidades de generacin de chispas.

Sustentando sus decisiones en material

bibliogrfico muy actualizado, los alum-nos van avanzando en dar respuesta a:

- Qu tipos de empresas de comuni-caciones conocen?

- Qu informacin es la que seenva?

- Cmo les parece que se puedetransmitir cada tipo de informacinde un lugar a otro?

El grupo logra diferenciar dos tipos deportadores empleados en conductores

diferentes: En un conductor elctrico,los que viajan llevando la informacinson los electrones. En un conductorptico, en cambio, son fotones.

A partir de la comprensin de queexiste un cable ptico que puede trans-

mitir luz -que contiene la informacintanto de audio, video como de datos-, elprofesor plantea:

- Vamos a evaluar cul es el mejortransmisor para el intercomuni-cador que desarrollaremos desde

nuestro proyecto tecnolgico1

.

lizando el anlisis tecnolgico2 del pro-ducto fibra ptica:

- Cmo se propaga la luz por un con-

ductor de fibra ptica?- Cuntos tipos de conductores de

fibra ptica existen y cules son susdiferencias?

- Cmo se puede generar luz desdeuna seal elctrica, tal que sepueda introducir en un conductor defibra ptica?

- Cmo es posible reconvertir dichaseal ptica, de nuevo, en una sealelctrica?

- Cules son los factores que limitanla mxima velocidad de transmisin

por fibra ptica?

Estos datos permitirn al grupo constru-ir un intercomunicador.

1 "Se entiende por proyecto tecnolgico el proceso y el pro-ducto resultante (escritos, clculos y dibujos), que tienencomo objetivo la creacin, modificacin y/o concrecin de

un producto, o la organizacin y/o planificacin de un pro-ceso o de un servicio." Gay, Aquiles; Ferreras, Miguel. 1997.La Educacin Tecnolgica. Aportes para su implementacin.Prociencia-CONICET. Ministerio de Cultura y Educacin dela Nacin. Buenos Aires.Usted puede acceder a la versin digital de esta obra desdeel sitio web: www.inet.edu.ar

2 "Las diversas etapas del mtodo de anlisis o lectura surgencomo respuesta a interrogantes que, normalmente, unobservador crtico se planteara frente a los objetos en gene-

ral y a un objeto en particular: Qu forma tiene? Qu fun-cin cumple? Cules son sus elementos y cmo se relacio-nan? Cmo funciona? Cmo est hecho y de qu material?Qu valor tiene? Cmo est relacionado con su entorno?Cmo est vinculado a la estructura sociocultural y a lasdemandas sociales?" Gay, Aquiles; Ferreras, Miguel.1997.Op. Cit..

Desde el taller "Dispositivos, compo-nentes y circuitos electrnicos analgi-cos y digitales", los alumnos estn rea-


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8

Qu se necesitara para aprender cmo setransmiten seales por una fibra ptica?

El equipo didctico de Intercomunicador porfibra ptica que estamos proponindole incluiren su clase se constituye en un modelo paracomprender la transmisin de seales de audioempleando este medio de comunicacin.

A partir de este recurso didctico es posible

avanzar en la comprensin de los con-tenidos:

Mecanismos de generacin, propagaciny deteccin de seales para su empleo enla transmisin de informacin.

Sistemas de comunicaciones: Estructuras

y componentes que forman los diferentesenlaces de comunicaciones.

El equipo permite analizar los medios fsicosempleados para lograr la mayor eficienciaposible en la calidad de la comunicacin, enparticular con el empleo de la fibra ptica.

En este sentido, posibilita a los alumnosavanzar en respuestas a los interrogantes de:

Cmo se puede transformar energaelctrica en energa luminosa?

Cmo es posible conducir una sealluminosa y por qu medio?

Cmo es posible transformar la sealluminosa recibida en el dominio elctrico?

Qu componentes son capaces de lograr todoesto? Cules son sus caractersticas? Dndepueden utilizarse y en qu condiciones?

El equipo consta de los tres componentes bsi-cos que permiten lograr una comunicacin

ptica analgica: transmisor, medio y receptor.

Est compuesto por dos bloques idnticos,cada uno de ellos formado por tres mdulos:

Fuente de alimentacin y circuitos deentradas y salidas de audio: Este mdulopermite alimentar a los circuitos transmisory receptor, empleando una fuente externade alimentacin de 220 V a 12 V de co-rriente continua o, eventualmente, unafuente auxiliar mediante la conexin de unabatera de 9 V para usar all donde no seaposible contar con un suministro de energaelctrica. En este mdulo tambin se ubican

los conectores de entradas y salidas deaudio, las que van ser configuradas segn laexperiencia que se quiera realizar.

Transmisor compatible con fibra pticaplstica: Est compuesto por los circuitoselectrnicos necesarios para poderamplificar y adaptar las seales elctricasprovenientes del mdulo anterior -ya seade un micrfono como de un reproduc-tor tipo discman o walkman -al diodoemisor de luz.

Receptor compatible con fibra pticaplstica: Posibilita la conversin ptica-elctrica de la seal recibida por la fibraptica. Amplifica dicha seal y permite

seleccionar dos tipos de salidas: una paraexcitar directamente a un parlante de 8ohms empleando un amplificador depotencia para audio o una salida paraexcitar a un sistema de audio externo.

El recurso didctico que proponemos


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Su diseo modular permite modificar la con-figuracin del equipo para trabajar:

En la modalidad de intercomunicador.

En este caso, cada bloque se conecta conun micrfono, un parlante y un juegotransmisor-receptor.

En la modalidad de transmisor estreo deaudio. En este caso, un bloque est com-puesto por dos transmisores y el otro pordos receptores. Aqu es necesario usar

una fuente externa de seal de audioestreo y es posible emplear los dos par-lantes del equipo.

A travs del recurso didctico Interco-municador por fibra ptica, los alumnospueden realizar las siguientes experiencias:

Comprender cmo se puede convertir unaseal elctrica en otra ptica (En nuestro kit,hemos optado por un diodo emisor de luzque emite en el color rojo visible cuyapotencia es inofensiva para el ojo humano).

Experimentar cmo se transmite esa sealpor un cable de fibra ptica (En nuestrocaso, un conductor de fibra plstica, ya quesus dimensiones permiten una manipu-

lacin fcil y segura para el alumno). Comprender cmo es el proceso de con-

versin de una seal ptica en elctrica.

Verificar el comportamiento que tiene laamplitud de la seal ptica con el gradode acoplamiento de la luz entre la fibraptica y el transmisor, as como entre lafibra y el receptor.

Componer un posible esquema de trans-misin de informacin en forma bidirec-cional (intercomunicador de voz entredos puestos de habla-escucha).

Analizar un ejemplo de comunicacin unidi-

reccional, transmitiendo en estreo una sealde audio, empleando dos fibras pticas.

Entender uno de los posibles mecanis-mos de modulacin de seales analgicasque se emplean en la actualidad.

9


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Fibras pticas misin de informacin. Su utilidad se debe aque para propagarse no requieren, necesaria-mente, de un medio conductor metlico sinoque pueden hacerlo tambin tanto en elvaco como en un medio dielctrico (no con-ductor), con elevada velocidad.

Dentro del espectro electromagntico, la luzvisible ocupa solamente la zona que va desde380 nm - nanmetros- (violeta) a 780 nm(rojo). La radiacin ultravioleta correspondea longitudes de onda por debajo de esterango espectral mientras que la de radiacininfrarroja se encuentra por encima. En tele-

comunicaciones se utilizan, particularmente,las longitudes de onda del infrarrojo cercano(800 a 1600 nm).

Se entiende a una onda como la propagacinde un estado o una excitacin de una sus-tancia sin que ello implique la necesidad detransportar la propia materia o masa de

dicha sustancia. La velocidad de propagacinde las ondas luminosas depende del medio;en el caso de la luz, el estado es el campoelectromagntico que se propaga en una sus-tancia transparente (medio ptico). La longi-tud de onda de dicha radiacin est vincula-da con la frecuencia de oscilacin de loscampos en un determinado medio, por la

relacin:

10

Las fibras pticasson conductos,rgidos o flexibles,

de plstico o devidrio (slice), ca-paces de conducirun haz de luz inyectado en uno de susextremos, mediante sucesivas reflexionesque lo mantienen dentro de s para salir porel otro.

Centrmonos, entonces, inicialmente, enconsiderar algunos rasgos clave de las ondas.

Desde hace ms de un siglo, las ondas elec-tromagnticas son utilizadas para la trans-

2. ENCUADRE TERICO PARA LOSPROBLEMAS

La fibra ptica es unagua de onda y, en este

caso, la onda es deluz.

Perfiles de ndice de losconductores de fibraspticas: Tipos de fibra

Sistemas de transmisinpor fibras pticas.

Conversin electropticade seales

Uniones defibras pticas

Tecnologa de lasfibras pticas

Modos de propagacin

C a r a c t e r s t i c a s ,propiedades y principio defuncionamiento de un con-ductor de fibra ptica

Fibras pticas

f

c

D d l d l i d li l


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Donde:- c es velocidad de propagacin en el vaco,la cual vale, muy aproximadamente:

c 300000 km/s = 3 108 m/s

En un dielctrico (por ejem-plo, un vidrio transparente),la velocidad de propagacin ves menor (en dicho medio,f= v / m).

El cociente de la velocidad de

propagacin en el vaco y enel medio, respectivamente,definen el ndice de refrac-cin de la sustancia:

La onda electromagntica que representa a laluz es una onda transversal. En una ondatransversal, el campo elctrico y el magnticooscilan perpendicularmente a la direccin depropagacin. Ambos vectores son, por otrolado, proporcionales y perpendiculares entres. Como ambos oscilan en fase, basta repre-sentar el comportamiento de uno de ellos

para analizar la evolucin de dicha onda.

Si el campo elctrico (o el magntico) de laonda oscila siempre en un plano, decimos

que la onda est polarizada linealmente.

Si el extremo del vector describe una circun-ferencia o, en general, una elipse, decimosque la luz posee polarizacin circular o elp-

tica.

Consideremos la representacin ms simplede una onda electromagntica propagndoseen el vaco. Supongamos que la onda seencuentra linealmente polarizada y que suamplitud E vara de la forma:

Donde:- E0 representa la amplitud mxima del

campo elctrico.- la velocidad angular, en rad/s (s-1).

- t el tiempo, en s.- k el vector de onda (k = 2/ ).- longitud de onda en el medio, en m.- z distancia sobre el eje z, en m.- Tperodo de la onda.

11

cv

=

Ondas transversales

Estados de polarizacin de la luz

y

xz

E =E0 . sen(t - kz) =E0 . sen 2t z T

El l t t i ( t k ) d i

t i l d l di t ib i


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El valor entre parntesis (t-kz) se denominangulo de fase o fase de la onda, y se mide enradianes. Dada su naturaleza peridica, laonda vuelve a tener la amplitud que tena enun tiempo t en un punto dado de su trayec-

toria cuando transcurre un tiempo t+T (ot+2T, t+3T, etc.). De la misma manera, en uninstante determinado de tiempo, la ondatiene igual amplitud en puntos espacialesseparados por una distancia .

La velocidad angular est relacionada conla frecuenciaf, como = 2f. A su vez, f se

expresa en s-1 o Hz y se relaciona con elperodo de la onda en forma inversa f=1/T.

Un detector de luz mide la potencia lumi-nosa promedio y no el campo de la onda.Dicha potencia es proporcional al promediodel modulo del campo elctrico al cuadrado( P ).

Caractersticas,propiedades y principio defuncionamiento de un

conductor de fibra pticaPara entender las propiedades de la propa-gacin luminosa en las fibras pticas es nece-sario considerar con cierto detalle el guiado oconfinamiento de la luz en dichas estructurasde cuarzo cilndricas.

En una primera aproximacin, la expli-cacin del confinamiento luminoso puededarse con conceptos simples de propa-gacin de rayos de la ptica geomtrica.Sin embargo, para comprender ciertos

aspectos vinculados con la distribucinespacial misma de la radiacin luminosadentro de la fibra -que determina la apari-cin de los denominados modos guiados-,se necesita una descripcin ms completa

del fenmeno de propagacin basado enuna teora electromagntica.

Teniendo en cuenta lo complejo que resul-ta este enfoque, nosotros llevaremos a caboun tratamiento simplificado, haciendo usode algunos conceptos de la ptica ondula-toria:

reflexin y refraccin de la luz,

ngulo crtico,

propagacin de luz en una gua ptica y

apertura numrica.

Reflexin y refraccin de luz

Cuando un haz luminoso incide sobre unainterfase generada por dos medios pticos dendice de refraccin distintos, parte de la luzse refracta (se transmite al segundo medio) yotra parte se refleja. Dichos procesos son

descriptos por ecuaciones que vinculan losndices de refraccin de ambos medios conlos ngulos de incidencia, refraccin y refle-xin que determinan las trayectorias de loshaces luminosos:

12

Ley para la transmi-sin o Ley de Snelln1

.seni = n2.sent

i = r Ley de reflexin

Propagacin de luz en una gua


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ngulo crtico

En el caso de que n1 sea mayor que

n2 (n1 > n2) y si se cumple que sen i sea

mayor que n2 / n1, el sen t debera ser

mayor a 1, lo cual es imposible. Por lo tanto,

si sen i n2 /n1 no hay haz transmitido ytoda la energa luminosa correspondiente adicho haz es reflejada en dicha interfase.

El ngulo c = arc sen (n2/ n1) se denomina

ngulo crtico.

Propagacin de luz en una guaptica

Consideraremos, ahora, un medio de ndicede refraccin n1 delimitado por dos medios

de ndice n2 con n1 > n2.

Dado que i = r , para ngulos de incidencia

sobre las interfases mayores al ngulo crtico,los haces luminosos son reflejados en formaconsecutiva por ambas superficies, generan-do una propagacin sin prdidas energticaspor transmisin.

De este planteamiento se concluye que te-nemos, al menos, dos clases de rayos:

Aqullos que inciden en la interfase deseparacin ncleo-cubierta con ngulosde incidencia mayores que el ngulocrtico, se reflejan y vuelven a incidir enla superficie de interfase con el mismongulo, quedando de esta forma, confi-nados dentro del ncleo. A estos rayos selos denomina rayos guiados.

Aqullos con ngulos de incidenciamenores que el ngulo crtico en parte serefractan y, en parte, se reflejarn, de

forma que despus de un cierto nmerode incidencias en la interfase ncleo-cubierta, la energa asociada con estosrayos prcticamente se habr extinguido.Por esto se los llama rayos no guiados.

13

Onda guiada

Reflexin y refraccin (n1 n2)

De la ecuacin se deduce que el valor del

Por ejemplo para


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14

De la ecuacin se deduce que el valor delngulo crtico slo depende del cocienten2/n1, por lo cual, si n1 es slo ligeramente

mayor que n2, entonces, el cociente est

prximo a 1 y c 90. En este caso, haymuy pocos rayos guiados e inciden en lainterfase ncleo-cubierta prcticamente enforma rasante, propagndose en la fibra condirecciones casi coincidentes con el eje.

Apertura numrica

Si analizamos las condiciones de propa-gacin de haces guiados, vemos que stosdeben cumplir que:

sen c = n2/n1

La condicin lmite para el ngulo ( I,m )

que establece el acople de un rayo luminoso

desde el exterior (n = 1) al ncleo de la fibra(n = n1), segn la ley de Snell debe ser:

sen I,m = n1 . sen(90- c )

sen I,m =n1 . coscsen I,m = 1 - sen2 csen I,m = n1 . 1- (n2/n1)2

sen I,m = n12

- n22

sen I,m se denomina NA = Apertura numrica.

Habr reflexin total si c

Por ejemplo, para

n1=1.47 y n2=1.46 => i,m = 9.9 y NA = 0.17.

Modos de propagacinNo todos los haces luminosos que incidensobre las interfases con ngulos mayores a cpueden propagarse. Los campos incidentesdeben cumplir ciertas condiciones de con-torno en las interfases, lo que determina queel nmero de ngulos posibles sea finito.

Por otra parte -como hemos expresado ante-riormente-, una descripcin ms exactarequiere de una matemtica ms compleja,Apertura numrica

Trayectoria para distintos modos

El valor de la apertura numrica define elmayor ngulo que puede tener el cono deentrada de luz en la fibra y, por ende, deter-mina la energa luminosa que es posibleacoplar en ella. Como se observa en laexpresin, solamente depende de los ndicesde refraccin del ncleo y de la cubierta.

En forma similar, la salida de la luz por el otroextremo de la fibra est dada por un conocuya base se va expandiendo con la distan-cia, por lo que es necesario, generalmente,utilizar lentes para colimar el haz -para eli-minar su divergencia-.

particularmente

La interferencia genera zonas estacionarias


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particularmentedebido a que al-gunas de las di-mensiones delas guas pticas

(por ejemplo, eldimetro del n-cleo de una fi-bra) son cerca-nas al valor de lalongitud de on-da de la luz uti-lizada. Debido a

esta relacin dedimensiones, o-curren fenme-nos de interfe-rencia que slose pueden des-cribir con ayudade la ptica on-dulatoria.

Un ejemplo de la interferencia de dos hacescoherentes que se propagan en el ncleo dela fibra:

La interferencia genera zonas estacionariasde mximos y mnimos de intensidad en elncleo de la fibra, los que determinan ladistribucin de intensidad de los modosde propagacin observados a la salida de

la fibra, colocando una pantalla a ciertadistancia.

La distribucin de intensidad en la salida es

la suma de las distribuciones correspon-dientes a cada modo, por lo que se observauna mancha similar a la del modo funda-mental (HE11) pero con un mayor dimetro

al ser observada a igual distancia.

15

Distribucin de intensidadpara distintos modos

Se denomina interferenciaa la superposicin de dos oms ondas, y su combi-nacin para formar unaonda nica. Se obtiene so-

lamente cuando las ondasque interfieren tienen lamisma longitud de onda yexiste una diferencia defase constante en el tiem-po entre ellas. Este tipo deondas se denomina ondascoherentes. Supongamosque dos ondas de igualamplitud interfieren: Si ladiferencia de fase entreellas es mltiplo entero de2, la interferencia esconstructiva (habr un m-ximo en intensidad); si esigual a un mltiplo enterode 2 ms (por ejemplo5), tendremos interferen-cia destructiva y, por con-

secuencia, una anulacinlocal de la intensidad.

Interferencia entre dos hacescorrespondientes al mismo modo

Tecnologa de las fibras El inters por las aplicaciones de las guas de


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16

Tecnologa de las fibraspticas

La propagacin de radiacin luminosa por

fibras pticas, tal como se realiza actualmente,tiene antecedentes que datan del siglo pasado.

Entre 1910 y 1920, se propone y verifica experi-mentalmente la propagacin "confinada" deradiacin electromagntica en cilindros dielctricos(es decir, no conductores). Sin embargo, una varilladielctrica transparente -como puede ser un cilin-

dro de vidrio de ndice de refraccin 1,5 rodeado deaire-, resulta una gua de ondas imprctica debido alos problemas de montaje que involucra esa estruc-tura y a las excesivas prdidas de energa luminosaque se producen en la interfase vidrio-aire.

p p gondas dielctricas en reas como el diagns-tico por imgenes en medicina (endoscopa)conduce, a mediados de la dcada del '50, aldesarrollo de una cubierta -cladding- dielc-

trica para resolver estos problemas1: Uncilindro transparente de ndice de refraccinn1, al que se denomina ncleo, est rodeado

por una cubierta transparente, con un ndicede refraccin n2, de valor ligeramente infe-

rior al de n1. La funcin de la cubierta es

doble; por un lado, le otorga a la gua mayor

estabilidad mecnica y, por otro, permite quela energa luminosa se propague tanto en elncleo como en la cubierta misma, de formaque las prdidas de energa en la interfaseexterior cubierta-aire sean mnimas.

En 1966, Kao y otros investigadores, propo-nen el empleo de estas guas de ondas a las

que se denomina fibras pticas, como unmedio de transmisin en las telecomunica-ciones, an cuando en aquella poca las pr-didas de las fibras existentes eran del ordende 1000 dB -decibeles- por km. A partir deesta propuesta se produce un tremendodesarrollo tendiente a purificar los materialespara reducir la atenuacin. A mediados de ladcada del '70, como consecuencia de losprogreso alcanzados en las tcnicas de depu-racin de vidrios de silicio, se obtienen fibrascon prdidas de 4,2 dB/km. Sus aplicacionesson diversas, desde la transmisin de datoshasta la conduccin de la luz solar hacia elinterior de edificios o hacia donde pudiera

ser peligroso utilizar la iluminacin conven-cional por presencia de gases explosivos.Tambin es utilizada en medicina para trans-

Le recomendamos algunos sitios web:- Organismos relacionados con las fibras pticas:

Plastic Fiber Optic Trade Organization:http://www.pofto.com/downloads.htmlClub Latinoamericano de Fibras pticasPlsticas:http://www.lif.coppe.ufrj.br/es/clapof/index.html-

- Empresas que fabrican

conductores de fibra ptica:Corning www.corningfiber.comLucent www.lucent.comPirelli www.pirelli.com

- Empresas que fabricancables de fibra ptica:

Siecor www.corningfiber.comFitel www.fitel.com

Pirelli www.pirelli.com- Empresas que fabrican

componentes optoelectrnicos:

Agilent www.agilent.comSiemens www.siemens.com

1 La geometra de la gua propuesta corresponde a la de lafigura que le mostrbamos pginas atrs con el epgrafe"Apertura numrica".

mitir imgenes desde dentro del cuerpo El continuo estudio y desarrollo de las fibras de


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g phumano.

La mayor parte de este trabajo se focaliza en el

empleo de fibras con luz de longitud de onda en labanda de 0,8 a 0,9 m (infrarrojo cercano), ya quepor entonces las fuentes luminosas disponibles sondiodos emisores de luz (LED) de arsenuro de galio-aluminio que emiten en esa regin espectral.

ysilicio (cuarzo fundido) demuestra que la trans-misin luminosa a mayores longitudes de onda(1,1 a 1,6 m) involucra prdidas menores y unareduccin en la dispersin de la seal. A raz de

esto, se origina un cambio en la tecnologa de fa-bricacin de fuentes luminosas y detectores deradiacin, para poder operar en esta banda espec-tral. Para estas longitudes de onda -especialmente,alrededor de 1,55 m-, se logra obtener fibrascon valores de ate-nuacin de 0,15 dB/km. Estosvalores de prdida estn muy cercanos al lmiteterico de atenuacin para las fibras de cuarzo.

Recientemente, se ha podido eliminar totalmente elpico de 1.4 m vinculado a absorcin de restos deagua en el material. La prxima figura muestra laevolucin de las perdidas de la potencia por unidadde longitud, debido a la propagacin de la luz endicho medio.

La prdida suele expresarse en dB/km (deci-beles/kilmetro). Se obtiene a partir de cono-cer la fraccin de potencia ptica que sedetecta luego de atravesar una longitud L defibra:

17

El decibel es una unidad de medida adimen-sional y relativa (no absoluta). Relaciona lapotencia de entrada y la potencia de salida enun circuito.

A [dB] = 10 log (PS/ PE )

Se puede usar para medir ganancia o atenua-

cin. Una ganancia de 3 dB significa que lapotencia de salida es el doble de la de entrada.Una atenuacin de 3 dB (ganancia de -3 dB)significa que la potencia de salida es la mitadde la de entrada.

10 W+ 3 dB

20 W

Evolucin de la transmisin de unafibra ptica (por km) Evolucin de las prdidas de potencia

luminosa por unidad de longitud

Donde:

10 P


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Donde:- Pout y Pin representan las potencias a la salida

y a la entrada de la fibra, respectivamente.- L la distancia recorrida por la luz en la

fibra (en km.).

Perfiles de ndice de losconductores de fibras

pticas: Tipos de fibraConsideraremos la variacin del ndice derefraccin en funcin del radio de la fibra.Este perfil determina la mayor parte de laspropiedades de transmisin de la luz endicho conductor:

fibra de perfil rectangular,

fibra de perfil gradual,

un caso particular: fibras plsticas

Fibra de perfil rectangular

El ms simple es el perfil rectangular

- representa la diferencia de los ndicesdel ncleo y la cubierta.

- V es frecuencia normalizada, unparmetro muy importante en este tipo

de fibras dado que nos permite determi-nar el rgimen modal en que opera lafibra (multimodo o monomodo).

- NA es, como habamos establecido, laapertura numrica.

- a es radio del ncleo de la fibra.

Consideremos el rgimen modal en queopera:

Para valores de V > 2.405, la luz se trans-mite con rgimen multimodal, es decir,se propagan varios modos. Si V >> 1, elnmero de modos puede calcularse,aproximadamente a partir de la expre-sin N V2 / 2. Una fibra tpica multi-modo posee un dimetro de ncleo de62.5 m y una cubierta cuyo dimetro es125 m. El nmero de modos dependede la diferencia de ndices; pero, puedeencontrarse entre 1000 y 3000 modosque se propagan simultneamente.

Si V 2.405, la fibra opera en rgimenmonomodal, es decir, solamente sepropaga en un modo fundamental el cuales prcticamente coaxial.

Esta distincin tiene mucha importancia a la

hora de transmitir informacin a alta tasa debits debido a un efecto que ocurre sobre laseal transmitida, denominado dispersin-concepto en el que nos centramos en unaspginas ms-.

18

dB / km = - log 10L

PoutPin

=n1- n2

n1

Diferencia de indices

V = k0. a . NA

Frecuencia formalizada

donde

NA = (n12- n2

2)1/2

k0=2

0

Fibra de per

fil gradual

de 1000 m = 1 mm) y de perfil gradual.


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El perfil de ndices puede disearse teniendoen cuenta la prestacin de la fibra. En parti-cular, si la distribucin de ndices en el

ncleo es de tipo parablico, con el mximoen el centro y los extremos coincidentes conel valor del ndice de refraccin de la cubier-ta, hablamos de fibra de perfil de ndice gra-dual. Sigue siendo una fibra multimodo,pero sus propiedades de transmisin deinformacin se modifican. El nmero demodos que son transmitidos (si V>>1)

puede calcularse ahora como N = V2/4.

Un caso particular: fibras plsticasLos casos anteriores han sido diseados parafibras de slice (vidrio). Sin embargo y enorden de abaratar costos, se ha realizado tam-bin una bsqueda de materiales pticosalternativos.

Un plstico transparente constituye un mate-rial ideal tanto en costo como en la facilidadde fabricacin. Las fibras desarrolladas sonmultimodales (tpicamente, con un dimetrode ncleo de 900 m y con el de la cubierta

Sin embargo, poseen algunos inconvenientesinsalvables, particularmente el de la ate-nuacin. El mnimo de atenuacin para lasprimeras fibras plsticas disponibles en elmercado -que an se utilizan-, ocurre alrede-dor de los 0.6 m (visible), por lo que lasfuentes y detectores son distintos. La ate-nuacin de dicha fibra es de 0.2 dB pormetro (recordemos que el valor tpico parauna monomodal de vidrio en 1.55 m es 0.2dB por km). Dicho valor determina que la

limitacin de dicha fibra no sea la dispersin-pues pueden propagarse pulsos a unavelocidad mayor a 1 Gbit/s- sino la ate-nuacin, que determina que la longitud delenlace sea menor a 50 m. Por lo tanto, lasaplicaciones de esta fibra estn dirigidas aconexiones cercanas (sistemas de control enautomviles, aviones, satlites, conexiones

entre PC, etc.).

Qu es, entonces, la dispersin? Dispersines el ensanchamiento temporal de pulsos deluz que se propagan a travs de una fibra.

19

Fibra de ndice gradual

La dispersin es de fundamental importan-i l d i f i li i


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20

cia en el envo de informacin, pues limitala velocidad de transmisin. A mayor dis-persin, mayor resulta la tasa de error debit en el receptor (la inhabilidad de distin-

guir un 0 de un 1).

En fibras multimodo de ndice rectangular, ladispersin es causada por las diferentes lon-gitudes de camino de los diferentes modos.Como la velocidad en el medio (ncleo) esconstante, diferentes longitudes resultan endiferente tiempos de llegada (dispersinintramodal).

En fibras multimodo de ndice gradual, lavelocidad depende de la zona donde viajael haz (o del valor de n en dicho lugar). Lavariacin del ndice hace que las trayecto-rias de haces luminosos que viajan fuera deleje se curven. El diseo del perfil es tal que

la dispersin se minimiza, de manera quelos tiempos de trnsito para los distintosmodos son, prcticamente, idnticos y losensanchamientos se reducen en dosrdenes.

Uniones de fibras pticas

Las uniones entre fibras pticas producenuna atenuacin de valores pequeos; pero, si

stos se acumulan en varios kilmetros detransmisin, puede resultar una variablecrtica en la longitud del enlace.

Actualmente, pueden lograrse rollos de fibrade 200 km de longitud; pero, las longitudesmayores empleadas -en particular, en co-nexiones submarinas- no superan algunas

decenas de kilmetros.

El espaciado entre repetidores (elctricos upticos) es un parmetro en continuo aumen-to. Los sistemas actualmente instaladosposeen espaciados de 40 a 100 km, paravelocidades de transmisin entre 100Mbit.s-1

y 2.5 Gbit.s-1; mientras que, para distancias dehasta 500 km sin repetidores han sidoobtenidos en laboratorio.

Es, por esto, importante que las conexiones

En el recurso didctico Interco-municador por fibra ptica se

emplea este tipo de fibra ptica multimodocomo medio de gua de las seales pti-cas que transportan informacin.

entre fibras produzcan bajas prdidas y m-nima distorsin Ello permite a s e la


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nima distorsin. Ello permite, a su vez, laintroduccin de mayor cantidad de co-nexiones en enlaces y redes. Dichas unionesson bidireccionales e, idealmente, acoplan la

totalidad de la luz de una a otra fibra.

En el diseo de tales uniones, es muy impor-tante conocer los mecanismos de prdidas,los cuales pueden ser de carcter extrnseco eintrnseco.

Factores extrnsecos. Relacionados con

inexactitudes en el diseo y control demanufactura. En la figura se resumen losdistintos problemas que se presentan enlas uniones:

Factores intrnsecos. Estn relacionadosdirectamente con las propiedades parti-culares de las fibras pticas. La figuraejemplifica los distintos casos. Puedeobservarse, como ocurre para la varia-cin de dimetros entre fibras, que lasprdidas asociadas dependen, en algunoscasos, de la direccin de propagacin.

An cuando dos fibras posean los extremos aunir perfectamente pulidos y alineados, unapequea porcin de luz puede ser reflejadahacia atrs, produciendo una atenuacin delhaz que se transmite. Este fenmeno, conoci-do como reflexin de Fresnel, es asociadocon el cambio en el ndice de refraccin en lainterfase de unin (por ejemplo, vidrio-aire-vidrio). Su magnitud puede estimarse uti-lizando la clsica frmula de Fresnel para unhaz de luz de incidencia normal:

21

r =n1 - n n1 + n

2

Desplazamiento longitudinal

Desplazamiento lacral de los ncleos

Variaciones en el dimetro de la fibra

Variaciones en el perfil de ndices de refraccin

Variaciones en la apertura numrica

Elipticidad del ncleo

Falta de centrado entre el ncleo y la cubierta

Variaciones en el dimetro de la cubierta

Donde:r es la fraccin de luz reflejada en una

La calidad en el pulido de las caras es de par-ticular importancia dado que reduce la pr


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- res la fraccin de luz reflejada en unainterfase.

- n1 es el ndice de refraccin del medio

que separa ambas fibras (para aire n=1).

La prdida en decibeles debida a una re-flexin de Fresnel en una interfase, es expre-sada como:

Por ejemplo, si n1=1.5 y n=1, r=0.04 y

LFres=0.18 dB. En consecuencia, la prdidapor Fresnel en una unin de este tipo es de0.36 dB.

Se observa clara-mente que la re-flexin de Fresnel

puede producirprdidas grandesa pesar de que losdems aspectosde la conexinsean ideales. Esteproblema puede

reducirse a unvalor muy bajopor el uso de unfluido de ndicede refraccin ade-cuado, ubicadoentre las fibras.Cuando dicho

ndice es igual aldel ncleo de lafibra, las prdidasdebidas a la reflexin de Fresnel son, terica-mente, erradicadas.

ticular importancia, dado que reduce la pr-dida por scattering -dispersin de luz porobjetos cuyo tamao es del orden de una lon-gitud de onda-.

Sistemas de transmisinpor fibras pticas.Conversin electropticade seales

A fin de transmitir informacin por un enlaceptico, se requieren, adems de la fibra pti-ca, elementos:

emisores,

detectores.

En el extremo emisor, una seal elctricamodula la intensidad de una fuente lumi-nosa. La seal ptica es acoplada al conduc-tor de fibra y llega al extremo receptor dondeun detector de luz la convierte, nuevamente,en seal elctrica.

Actualmente, tanto los emisores como losreceptores utilizados en este campo se basan

en elementos semiconductores. Estos mate-riales son desarrollados a partir de los ele-mentos qumicos del tercer, cuarto y quintogrupo de la tabla peridica, y de sus combi-naciones (por ejemplo, InGaAsP/InP).

LFres = -10 . log (1 - r)

Se trata de un gel que

tiene un ndice derefraccin similar al

del material de las

fibras pticas (valor

aproximado a 1,46).

Cuando se quiere evi-

tar al mximo cual-

quier reflexin pro-

ducida en la uninmecnica entre dos

fibras terminadas en

conectores, se inter-

cala este gel entre sus

superficies de contac-

to a fin de seguir dando

continuidad al medio

que gua la luz.

a. Emisores

Los semiconductores pueden ser:


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Los semiconductores poseen dos bandas deenerga principales para los electrones:

la banda de valencia y la banda de conduccin.

Se encuentran separadas por una distancia Eg-energy gap o salto energtico-.

Si analizamos los principales procesos deinteraccin radiacin-materia, podemosestablecer tres casos de transferencia deenerga por interaccin lumnica.

Los casos a y c solamente se producen si elsalto de energa entre los estados E1 y E2 es

igual a la energa del fotn (partculas sin

masa de energa h donde h es la constantede Plank y es la frecuencia de la radiacin).O sea, se debe cumplir que:

Eg = E2 - E1 = h

a Un fotn que incide sobre el semicon-ductor cede su energa h a un electrnen la banda de valencia. ste incrementasu energa y pasa a la banda de conduc-cin, dejando un "hueco" en la banda devalencia. En este proceso, denominado

absorcin, el fotn desaparece.b Un electrn que se encuentra en la banda

de valencia, tiene una cierta probabilidadde volver a la banda de valencia emitien-do radiacin de frecuencia . La emisinen el proceso se produce en forma espon-tnea y, por ende, en forma aleatoria

(emisin espontnea

).c Este caso representa el proceso de

emisin estimulada. Al incidir un fotnde frecuencia sobre el semiconductor,puede "estimular" a que un electrn que

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Energticamente neutros, o sea, igualcantidad de electrones excitados en labanda conduccin que de huecos en lade valencia.

Con carga neta positiva, si la cantidadde huecos es mayor que la de elec-trones (semiconductor tipo p).

Con carga neta negativa, si la cantidadde electrones es mayor que la de loshuecos (semiconductor tipo n). Ello selogra dopndolos con impurezas

apropiadas.

Tanto los emisores como los detectores sedisean utilizando capas de materiales tipop y n. La interfase en una unin entre unmaterial n y uno p se denomina juntura pn.Una unin de este tipo constituye el diseode un diodo.

se encuentra en la banda de conduccindecaiga a la banda de valencia, emitiendo

Si se han elegidocorrectamente los

El I G A j


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decaiga a la banda de valencia, emitiendootro fotn. La radiacin generada poseela misma frecuencia, fase, polarizacin ydireccin de propagacin del fotn inci-

dente. En cambio, en el caso b deemisin espontnea, si bien la frecuenciade emisin es dependiente de la diferen-cia energtica, la radiacin emitida porun conjunto estadstico de emisores esdirigida con la misma probabilidad entodas las direcciones posibles, con fasestambin aleatorias.

Estos procesos determinan las propiedadesde los emisores de semiconductores utiliza-dos en comunicaciones.

Consideraremos dos tipos de emisores: LEDy lser.

El LED emite fotones por emisin espon-tnea. En un diodo con polarizacin directa,portadores positivos y negativos (huecos yelectrones) se desplazan hacia la juntura p-n,donde se recombinan entre s. Durante larecombinacin, los electrones pasan de unestado de energa ms alto a uno ms bajo,

dando como resultado una liberacin deenerga (emisin espontnea).

correctamente losmateriales deldiodo, la energase libera bajo la

forma de fotones.Bsicamente, elchip LED emite laluz en cualquier direccin, y los niveles depotencia de salida son relativamente bajos.

La emisin de un LED es observada prctica-mente a partir de la inyeccin de corriente en

el dispositivo.

La transferencia elctrico-ptica es lineal sloal comienzo para, luego, saturarse.

El InGaAs, por ejem-plo, es un materialsemiconductor amplia-mente utilizado en loscomponentes de alto

rendimiento para on-das lumnicas.

Normalmente, losfotones emitidos

formance. As, es el caso de los SLED -emisorLED superluminiscente- y los VCSEL -

El diodo de Burrus


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seran absorbidospor el material delsubstrato, pero el

LED est disea-do especficamen-te para canalizarlos fotones emitidos hacia el exterior. La figu-ra ilustra un diseo de LED que se utilizacomnmente y que se conoce como diodo de

Burrus.

Debido a la emisin espontnea, los LEDtienen un espectro ptico continuo de salida,que es relativamente amplio.

Los LED no son adecuados para la trans-misin a alta velocidad, dado que no sepueden modular a frecuencias mayores que200 MHz. Adems de ello, el amplio ancho

espectral de los LED provocara una conside-rable dispersin cromtica en las fibras pti-cas.

En los ltimos aos fueron realizados nuevosdiseos de LED que permiten mejorar super-

p yVertical Cavity Surface Emitter Laser-. Ambosse encuentran en la frontera entre un LED yun lser de semiconductor. Poseen mayor

potencia ptica que un LED comn(1-20 mW) y menor ancho de banda deemisin (30-60 nm). Ambos tipos de dispos-itivos son utilizados, particularmente, enenlaces que utilizan fibras plsticas

La emisin de un lser se basa, fundamental-mente, en los procesos estimulados.

El diodo lser ms comn es el llamado lserde Fabry-Perot, diseado a partir de un parde caras espejadas parcialmente reflectantesubicadas en cada extremo de la regin activa.Esta cavidad se denomina resonador deFabry-Perot. Dentro de ella, la luz se reflejaen uno y otro sentido, estimula una mayor

emisin y abandona, finalmente, la cavidadlser como un haz. Slo podrn amplificarselas longitudes de onda que estn dentro de lacurva de ganancia del material lser.

El resultado es una serie de picos de anchoespectral angosto denominados modos longi-tudinales. En las fibras monomodales nor-

males, desafortunadamente, el rango de lon-gitudes de onda que abarcan estos modoslongitudinales mltiples es suficientementegrande como para una provocar una disper-sin considerable en 1550 nm.

El tipo de emisor empleado ennuestro equipo didctico es un

diodo emisor de luz LED de alta luminosi-dad que permite ingresar mayor canti-dad de luz a una fibra ptica.

El diodo de Burrusposee una perforacingrabada por ataquequmico en su sustrato,que canaliza la onda

lumnica hacia unafibra adosada.


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La separacin entre modos longitudinales es:

= c / (2Ln) o =2/ (2Ln)

Donde:- c es la velocidad de la luz,- L es la longitud de la cavidad y

- n es el ndice de refraccin del medio.

Cuanto menor sea L, mayor ser dicha dife-rencia.

Para restringir la oscilacin a un nico

modo longitudinal, los investigadores handesarrollado resonadores ms elaboradosque los simples espejos ubicados en losextremos de un chip semiconductor. Unenfoque comn es el lser de reali-mentacin distribuida -Distributed Feedback

Laser. DFB-, que reemplaza las superficies

extremas espejadas por una serie dedesniveles corrugados a lo largo de la capaactiva del semiconductor. Esta retcula co-rrugada origina reflexiones mltiples. Unageometra de la retcula es tal que slopuede oscilar una nica longitud de onda.

Longitud de onda [nm]

Longitud de onda [m]

Superficies reflectoras

Intensidadrelativa

En general, la longitud de onda emitida por lasfuentes de luz semiconductoras es fija y queda

La siguiente tabla compara espectralmentelas distintas fuentes. El ancho espectral est


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determinada por los compuestos semiconduc-tores que se utilicen, el dopado y la geometradel chip. No obstante, en algunas aplicacionesresulta de sumo inters poder sintonizar lalongitud de onda de salida de la fuente.

Los lseres de cavidad externa -ExternalCavity Laser. ECL- son, esencialmente,lseres monomodo; pero, adems son sin-tonizados sobre un amplio rango de longi-tudes de onda. La ptica externa constituye

una cavidad mucho mejor que la de los dio-dos lser ordinarios; por lo tanto, en el lserse puede hacer oscilar y amplificar slo unanica longitud de onda. La red de difraccinse usa como un reflector selectivo de longi-tud de onda externo. Variando su ngulo, esposible sintonizar la longitud de onda en unrango de hasta 100 nm.

Dado que la operacin lser se basa en condi-ciones de resonancia interna bien definidas,los diodos lser son muy sensibles a la luzque es retrorreflejada desde el exterior. Esas

retroreflexiones perturban la oscilacin inter-na, lo cual origina ruido y modifica las carac-tersticas espectrales de la luz de salida. Porello, suelen requerir el empleo de aisladorespticos. Ello no ocurre con los LED.

estrechamente vinculado al limite en lavelocidad de transmisin de datos:

Por otro lado, las propiedades funcionales de

los dispositivos son distintas, como se puedecomprobar en la siguiente tabla:

b. DetectoresConsideraremos los fotodiodos PIN y losfotodiodos de avalancha, APD.

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Fuente Ancho espectral tpico

LED 30-100 nm

Lser Fabry-Perot 3-6 nm

Lser DFB 50 MHz-5 GHz (0.04-0.0004 nm)

Lser ECL


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ptica. Su construccin presenta una reginlevemente impurificada, denominada reginintrnseca, ubicada entre las regiones impuri-ficadas con dopaje de impurezas tipo p- y n-.De aqu surge la denominacin PIN -regin P,regin intrnseca, regin N-. La reginintrnseca proporciona un rea altamenteresistiva y relativamente grande para la inter-accin de los fotones.

Los fotodiodos PIN convierten la energalumnica en energa elctrica, utilizando elfenmeno de emisin espontnea... al revs:Un fotn ingresa en la regin intrnseca delfotodiodo y es absorbido, creando un parelectrn-hueco y originando, as, una co-rriente elctrica. La corriente es proporcionala la intensidad de los fotones incidentes.

Con una eficiencia cuntica de 1 (fotodiodoideal), se genera un par electrn-hueco por

cada fotn. La responsitividad (corrienteelctrica por potencia ptica, medida enAW) aumenta linealmente con la longitud deonda. Esto se debe a que la energa del fotndisminuye con la longitud de onda y, por lo

para obtener el mismo nivel de potencia pti-ca, generando, as, ms pares electrn-hueco.

Los fotodiodos reales tienen una eficienciacuntica comprendida entre 0.5 y 0.9, y slose pueden usar en un rango limitado de lon-gitudes de onda, de acuerdo al material

semiconductor con que estn fabricados.

En el extremo superior de longitudes deonda, la energa del fotn no es suficientecomo para excitar un electrn de la ban-da de conduccin (energa del fotn < e-nerga de salto de banda).

En el extremo inferior de longitudes de onda,el coeficiente de absorcin del material sevuelve muy alto y los fotones son absorbidosmuy cerca de la superficie del detector,donde los portadores se recombinan msrpidamente de lo que pueden ser recogidos.

Este tipo de fotodetector es el que se

utilizamos en nuestro intercomunicador,ya que permite detectar seales de relativabaja sensibilidad con un circuito electrnicoasociado que resulta sencillo yeconmico.

El fotodiodo A

PD -Avalanche Photodiode.Fotodiodo de avalancha-, obtiene su alta

ibilid d lti li i i t d

Los factores de multiplicacin -grado enque se multiplica un electrn inicial- varand d 30 h t i d t 100


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sensibilidad por multiplicacin interna delos electrones generados por la luz. Uncampo elctrico intenso acelera tanto a losportadores de corriente que stos puedenexpulsar como a los electrones de valenciade la estructura cristalina del semiconduc-tor. El resultado: A tensiones de pola-rizacin suficientemente altas, se produceuna verdadera avalancha de portadores -deall su denominacin-.

Los APD poseen una dependencia muy altacon la temperatura, tal como se observa:

desde 30 hasta, aproximadamente, 100.Ntese que las tensiones requeridas paraexcitar a los fotodiodos de avalancha sonmucho ms altas que los pocos volts uti-lizados normalmente en los electrones delos semiconductores. Tales tensiones vandesde 10 V hasta ms de 100 V, segn eldispositivo y el material.

Para proporcionar la tensin de polarizacinnecesaria para lograr el fac-

tor de multiplicacin desea-do y para compensar lasvariaciones de temperaturaque afectan los parmetrosdel APD, se requieren cir-cuitos especiales. La selec-tividad de longitud de ondade un material semiconduc-

tor en particular, es lamisma que para los diodosPIN.

La sensibilidad del receptorespecifica la potencia pticamnima que necesita unreceptor para lograr una

cierta relacin seal/ruido(en los sistemas analgicos)o una cierta tasa de error debit -Bit Error Rate. BER-tpico en un sistema de tele-comunicacin, es de 10-9.Depende de la velocidad de

transmisin de datos, delesquema de codificacin yde la longitud de onda. LaSNR -relacin seal-ruido-tpica requerida para los sis-

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Campo elctrico

Regin deavalancha

Tensin de polarizacin VFactordemultiplicacin

temas analgicos es de 30 dB a 60 dB.

los receptores basados en fotodiodos PIN(PIN -38 dBm a 565 Mbit/s, APD -45dBm a 565 Mbit/s)


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Debido a su amplificacin interna, los APDtienen una sensibilidad ms alta. Esto se haceevidente en los sistemas de alta velocidad, enlos que cualquier etapa amplificadora adi-cional agrega una limitacin ulterior al anchode banda.

Resumiremos a continuacin las principalesconsideraciones funcionales para los diodosPIN y los APD.

Responsitividad. Define cunta corrientegenera el detector por efecto de la poten-

cia ptica entrante. Se mide en A/W. LosAPD tienen una responsitividad que es,aproximadamente, 10 a 100 veces mayorque los fotodiodos PIN, lo que hace que,en general, los receptores basados enAPD sean ms sensibles (PIN ~0.8 A/W,APD ~50 A/W).

Sensibilidad. Especifica la potencia pti-ca mnima que necesita un receptor paralograr una cierta calidad de seal (SNR oBER). En general, los receptores basadosen APD son 5 a 7 dB ms sensibles que

dBm a 565 Mbit/s).

Sensibilidad respecto de la temperatura.Es una de las desventajas de los APD. El

factor de multiplicacin (amplificacin)depende mucho de la temperatura; porconsiguiente, los APD necesitan sensoresde temperatura y circuitos de control.

Diseo el circuito. PIN, simple; APD,complejo.

Esquemas actuales desistemas de comunica-

ciones analgicas.El ejemplo de la red detelevisin por cable

Como ya planteamos, a comienzos de ladcada del 80, luego de varios aos inves-

tigando un nuevo tipo de medio de comu-nicacin, se consolida la fibra ptica comola forma de transmisin alternativa parasuplir todas las deficiencias que tenan losmedios tradicionales por cable elctrico,

Potencia [dBm] = 10 log (Potencia [mW] / 1 mW)

Dado que el dB es una medida relativa,cuando es necesaria una medicin absolutade potencia ptica -por ejemplo, la queemite un lserse utiliza el dBm -decibeles

referenciados a 1 mW-; es decir, se tomacomo referencia (0 dBm) a 1 mW -miliwatt-.

incluidas las de algunos tipos de transfe-rencias va satlite.

do, es posible emplear diodos emisoresde luz -DEL. LED, en ingls- cuyo pre-cio es de decenas a centenas de dlares


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Las grandes ventajas de la fibra ptica comomedio transmisor de seales son:

Bajas prdidas por kilmetro.

Gran ancho de banda (al menos 1.000veces superior al cable coaxil, empleandotcnicas especiales).

Precio muy bajo, considerando el anchode banda a transportar.

Inmunidad a las radiaciones electromag-nticas externas.

Seguridad en el transporte de informa-cin.

Peso y dimensiones inferiores a un cablemetlico.

Posibilidad de reemplazar a cientos decables metlicos, a igual ancho de bandaa transportar.

Para analizar el costo de transmitir informa-cin por una fibra ptica, resulta im-prescindible considerar:

Precios de transmisores y de receptores.En su forma ms simple, un enlace defibra ptica consta de un transmisor, unreceptor y el cable. Dependiendo de lasprestaciones, el costo de un transmisorde fibra ptica a velocidades de gigabitspor segundo, puede costar miles de

dlares estadounidenses, ya que empleadiodos lser como fuente de luz. Paraaplicaciones menos exigentes como lade algunas redes de computadoras dehasta algunos cientos de bits por segun-

cio es de decenas a centenas de dlaresestadounidenses. ste es el caso deEthernet (10 Mbps: 10 Mega Bits porsegundo) y de Fast Ethernet (100 Mbps:100 Mega Bits por segundo).

Precios de cables, conectores y otroscomponentes. El precio por metro deun cable metlico del tipo par trenzadosin blindaje denominado UTP-Unshielded Twist Pair- puede ser de

algunos centavos de dlares esta-dounidenses mientras que un cable defibra ptica puede valer algunas dece-nas de centavos de dlar. Pero, porejemplo, el precio de un cable metlicopara transporte de seales de televisinpor cable es comparable al de uno defibra ptica donde, inclusive, este cable

lleve no slo un conductor de fibrasino, por ejemplo, 12). Para la inter-conexin de cables metlicos, en gene-ral, se usan "borneras" donde, o seatornilla el extremo de un cable con elextremo de otro para dar continuidadal enlace, o se termina cada extremocon un conector. Hasta uno mismopodra retorcer ambos extremos y con-seguira, de la forma ms econmica,hacer contacto -lo cual no esrecomendable-. En fibra esto no sepuede hacer. Slo hay dos formas deunir dos cables de fibra ptica y esmediante empalmes mecnicos o por

fusin. Para lograr conexiones perma-nentes entre cables de fibra ptica seintroducen los extremos de las fibras aunir en dispositivos especiales que parael caso de empalme mecnico las fija y

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adapta -con el gel especial del quehablbamos- el ndice de refraccin delvidrio a fin de disminuir al mximo

Costo de hora-hombre espe

cializado paraoperaciones de instalacin y de puesta enmarcha de sistemas que utilizan fibra


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vidrio, a fin de disminuir al mximoposible las prdidas y reflexiones. Si seusa un empalme por fusin, se empleaun equipo especial muy sofisticado quelas alinea y funde de tal forma que, asimple vista, no quedan rastros de launin. Para conexiones que no sonfijas, es decir, cuando se requiere quelos extremos de las fibras puedan serreubicables en otras partes del circuito,se emplean conectores especiales. Para

emplazar estos conectores en unextremo de un cable de fibra ptica,primero hay que prepararla, realizandouna serie de operaciones: "Pelado" de lacubierta exterior, "corte" de precisindel extremo, "pegado" o "climpeado"de la fibra en el conector, y "pulido" delextremo del conductor de fibra ptica

que sobresale. Otra opcin es conseguirlos denominados patchords, formadospor un cable de fibra ptica con sus dosextremos conectados. Su precio vara,segn se trate de fibra multimodo omonomodo, siendo su precio de algu-nas decenas de dlares.

Costo de herramientas especiales paramontaje. Como se dijo, tanto las opera-ciones de conexin como los empalmesde cables de fibras pticas, requierende equipos ms sofisticados que en elmanejo de cables elctricos, lo queimplica un costo adicional que debe serconsiderado. Por ejemplo, una empal-madora mecnica puede costar algunoscientos de dlares mientras que unaempalmadora por fusin algunas dece-nas de miles de dlares.

marcha de sistemas que utilizan fibraptica. Dado que se requieren procedi-mientos especiales para manejar un cablede fibra ptica, es necesario que el opera-dor sea una persona capacitada para talfin, lo que implica una instruccin adi-cional a aqul que sabe trabajar concables metlicos. No slo es importanterealizar las tareas de ensamblado y cone-xin sino aqullas relacionadas con lasmediciones. Es comn realizar pruebas

de los componentes y equipos, tanto en elmomento de la instalacin como poste-riormente, cuando se pone en marcha elsistema. Adems, a fin de mantener el sis-tema en condiciones, se requiere decapacitacin adecuada para poder realizartareas de mantenimiento tanto predictivo(previendo qu puede fallar) como co-

rrectivo (cuando se produce una falla).

En la actualidad:

En el hogar, donde haya una conexintelefnica, una conexin a televisin porcable y alguna de las dos para acceso adatos -Internet, por ejemplo-, el medioes, generalmente, metlico (par trenzadoo coaxil).

En oficinas con redes de computadoras,suele emplearse el par trenzado tipo UTPo STP como medio de interconexinentre una computadora y un punto deacceso que suele ser un switch (conmuta-

dor) o un hub (concentrador). En cambioconexiones entre switches y/o hubs suelenhacerse por fibra ptica, ya que el anchode banda a manejar es, en general, ms

grande (de 1 GHz a 10 GHz).

En redes de televisin por cable, desde lab h t t d d l

seales a una sola fibra, empleando un com-binador multiplexer. En el extremo opuesto,con un demultiplexerse rescatan nuevamente


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cabecera hasta un punto dado, suelentransmitirse las seales va fibra ptica y,de all en ms, con cable coaxil hasta el

abonado. En redes telefnicas, las conexiones entre

centrales suelen hacerse, hasta ciertavelocidad, empleando coaxil y, desdealgunos centenares de bits por segundo,microondas o fibra ptica (actualmente,se est usando, por ejemplo, un solo con-

ductor de fibra y un solo transmisor enenlaces que transmiten a una velocidadde 40 Gbps = 40.000 Mbps: 40 Giga Bitspor segundo; es decir, 40.000 Millonesde bits por segundo).

Algo an ms asombroso, es el empleode la tcnica de multiplexado por longi-

tud de onda (en ingls, conocida comoWDM: -Wavelenght Domain Multiplexing-

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Intercomunicador Por Fibra Optica