Fibra óptica monomodo

A estrutura dunha fibra óptica monomodo típica.1. Núcleo 8 - 9 µm de diámetro 2. Revestimento 125 µm d. 3. Búfer 250 µm d. 4. Funda 900 µm d.

Unha fibra óptica monomodo (SMF polas súas siglas en inglés) é unha fibra óptica deseñada para transportar luz só directamente a través da fibra, o modo transversal.

Os modos son solucións posibles á ecuación de Helmholtz para as ondas, a cal se obtén ao combinar as ecuacións de Maxwell e as condicións límite. Estes modos definen a maneira na que as ondas viaxan a través do espazo. É dicir, como se propaga a onda. As ondas poden ter o mesmo modo pero frecuencias diferentes. Este é o caso nas fibras monomodo, onde se poden ter ondas a diferentes frecuencias, pero no mesmo modo, o que significa que as súas características son semellantes, entregando a fibra un só feixe de luz. Aínda que o raio viaxa paralelo á lonxitude da fibra, é chamado modo transversal pois as súas oscilacións electromagnéticas ocorren perpendiculares (transversais) á lonxitude da fibra. O premio nobel de física 2009 foi concedido a Charles K. Kao polo seu traballo teórico nas fibras ópticas monomodo.

Historia

En 1961, mentres traballaba en American Optical, Elías Snitzer publicou unha descrición teórica comprensible das fibras monomodo no Journal of the Optical Society of America.

En Corning Glass Works (agora Corning Inc.), Robert Maurer, Donald Keck e Peter Schultz comezaron con sílice fundido, un material que se pode fabricar extremadamente puro, pero que ten un punto de fusión alto e un baixo índice de refracción. Fixeron un cable cilíndrico semielborado depositando materiais purificados da fase de vapor, engadindo niveis controlados de dopantes para facer que o índice de refracción do núcleo fora lixeiramente maior que o do revestimento, sen incrementar moito a atenuación. En setembro de 1970, anunciaron que fixeran fibras monomodo cunha atenuación na lonxitude de onda de 633 nm da liña helio-neon por baixo de 20 dB/km.

Características

Como nas fibras ópticas multimodo, as fibras monomodo si exhiben dispersión intermodal. Isto resulta en múltiples modos espaciais, pero cunha dispersión modal máis estreita. As fibras monomodo son por tanto máis fialbes para distancias máis grandes que as fibras multimodo. Por esta razón, as fibras monomodo poden acadar un ancho de banda máis alto que as fibras multimodo. O equipo para as fibras monomodo é máis caro que o das fibras multimodo, pero unha fibra monomodo máis barata.

Corte transversal dun extremo dun cable de conexión dunha fibra óptica monomodo, tomada cun fibroscopio. o círculo redondo é o revestimento, de 125 microns de diámetro. Pódense observar residuos como un trazo na sección transversal, e brilla debido á iluminación.

Unha fibra óptica monomodo típica ten un núcleo cun diámetro entre 8 e 10,5 µm e un revestimento cun diámetro de 125 µm. Hai moitos tipos especiais de fibras ópticas monomodo que foron alteradas química ou fisicamente para amosar propiedades especiais, tales como a fibra de dispersión desprazada e a fibra de dispersión desprazada con desfasamento diferente de cero. As taxas de velocidade están limitadas pola dispersión do modo de polarización e a dispersión cromática. Ata 2005, eran posibles taxas de datos de até 10 xigabits por segundo en distancias de máis de 80 km con transceptores dispoñibles comercialmente (Xenpak). Usando amplificadores ópticos e dispositivos de compensación de dispersión, os sistemas ópticos DWDM poden percorrer miles de quilómetros en 10 XB/s, e varios centos de quilómetros de 40 XB/s.

O modo con límites de orde máis baixo determínase para a lonxitude de onda de interese resolvendo as ecuacións de Maxwell para as condicións límite impostas pola fibra, que se determinan polo diámetro do núcleo e os índices de refracción do núcleo e do revestimento. A solución das ecuacións de Maxwell para o modo con límites de orde máis baixo permite un par de campos polarizados ortogonalmente na fibra, caso normal nas fibras de telecomunicacións.

Nas guías de índice de pasos, a operación monomodo ocorre cando a frecuencia normalizada V, é menos ou igual que 2,405. Para os perfís da lei potencial, a operación monomodo ocorre para unha frecuencia normalizada V menor que aproximadamente $2,405{\sqrt {\frac {g+2}{g}}}$, onde g é o parámetro de perfil.

Na práctica, as polarizacións ortogonais poden non estar asociadas cos modos dexenerativos.

OS1 e OS2 son estándares de fibra óptica monomodo con lonxitudes de onda de 1310 nm e 1550 nm (de tamaño 9/125 µm) cunha atenuación máxima de 1 dB/km (OS1) e 0,4 db/km (OS2). OS1 defínese en ISO/IEC 11801, e OS2 defínse en ISO/IEC 24702, cun alcance de transmisión de 300 km en condicións ideais,

Conectores

Os conectores de fibra óptica úsanse para unir fibras ópticas onde se require capacidade para conectar e desconectar. A unidade básica de conexión consiste nun adaptador e dous enchufes de conector.

Debido ao puído sofisticado e aos procedementos de afinación que poden incorporarse na fabricación dun conector óptico, os conectores xeralmente ensamblanse na fibra óptica nas instalacións de manufactura do provedor, aínda que tanto ensamble como operacións de puído involucradas poden ser realizadas en obra, por exemplo para facer cables de ponte de conexión cruzada á medida.

Os conectores de fibra óptica úsanse nas oficinas centrais das compañías telefónicas, e en instalacións nos recintos dos clientes, así como en aplicacións fóra de planta, incluíndo usos para:

• Facer a conexión entre o equipo e a planta telefónica na oficina central
• Conectar fibras a dispositivos electrónicos remotos e fóra da planta tales como Unidades de Rede Óptica (ONUs) e sistemas portadores de circuíto dixital (DLC)
• Conexións cruzadas ópticas na oficina central
• Parchado de paneis fóra da planta para ter flexibilidade arquitectónica e para conectar fibras que pertencen a diferentes provedores de servizo
• Conectar acopladores, separadores, e multiplexores de división de lonxitude de onda con fibras ópticas.
• Conectar un equipo de proba óptico con fibras para proba e mantemento.

As aplicacións fóra de planta poden situar conectores debaixo da terra en lugares pechados que poden estar suxeitos a inundacións, en paredes exteriores ou en postes. Os lugares pechados que os conteñen poden ser herméticos, ou poden ser de "libre respiración". Os lugares pechados herméticos preveñen que os conectores dentro estean suxeitos a cambios bruscos de temperatura a menos que sexan vulnerados. Por contra, os lugares pechados de respiración libre expóñenos a cambios de temperatura e humidade, así como a unha posible condensación e acción biolóxica de bacterias ou insectos aéreos. Os conectores na planta debaixo da terra poden estar suxeitos á inmersión de auga se os colectores son vulnerados ou ensamblados incorrectamente.

Os últimos requisitos da industria para os conectores de fibra óptica están descritos en Telcordia GR-326, Requisitos xenéricos para conectores ópticos monomodo e ensambles de cable de ponte.

Un conector óptico multifibra está deseñado para unir fibras de maneira simultánea, sendo cada fibra conectada unicamente con outra fibra óptica. A especificación de conexión unívoca inclúese para non confundir os conectores multifibra cun compoñente de separación, como un acoplador. Este último une unha fibra óptica a dúas ou máis fibras ópticas. Os conectores ópticos multifibra están deseñados para usarse onde sexa que se necesiten conexións e desconexións rápidas ou repetitivas.

Os conectores ópticos multifibra poden ser usados para crear interruptores de baixo custo para o seu uso en probas ópticas de fibra. Outra aplicación é en cables entregados a un usuario con pontes multifibra pre-terminados. Isto reduce a necesidade de empalmes de campo, e polo tanto o número de horas necesarias para colocar un cable de fibra óptica nunha rede de telecomunicacións. Isto, á súa vez, resulta en aforros para o instalador de devandito cable.

Os requisitos da industria para conectores ópticos multifibra están cubertos en GR-1435, Requisitos xenéricos para conectores ópticos multifibra.

Fibras como interruptores ópticos

Un interruptor óptico é un compoñente con dous ou máis portos que transmite, redirixe ou bloquea un sinal óptico de maneira selectiva nun medio de transmisión.

De acordo con Telcordia GR-1073, un interruptor óptico pode ser accionado para seleccionar ou cambiar entre estados. O sinal accionador (tamén chamado sinal de control) polo regular é eléctrico, pero en principio, podería ser óptico ou mecánico.

O formato de sinal de control pode ser booleano ou pode ser un sinal independente. En caso dun accionador óptico, pode ser codificado no sinal de datos de entrada. O desempeño do interruptor xeralmente é deseñado para ser independente da lonxitude de onda dentro da banda de paso do compoñente.

Vantaxes e desvantaxes fronte á fibra óptica multimodo

Vantaxes

• Non ten degradación de sinal
• Baixa dispersión
• Ben adecuada para comunicacións de longa distancia

Desvantaxes

• A produción e o coidado son máis difíciles
• Maior prezo
• É difícil axustar luz á fibra

Comparación xeral

A fibra óptica multimodo ten un núcleo portador de luz máis grande (62,5 micrómetros ou máis de diámetro). Emprégase xeralmente para transmisións de curta distancia con equipos de fibra óptica baseados en LED.

A monomodo ten unha abertura de luz pequena (núcleo de 8 a 10 micrómetros de diámetro). Emprégase xeralmente para transmisións de longa distancia con equipos de transmisión de fibra óptica baseados en díodos láser.

Véxase tamén

Fibra óptica multimodo

Ligazóns externas

• Optics: Single mode fiber | MIT Vídeo Demonstrations in Lasers and Optics
• Optics: Multi-mode fiber | MIT Vídeo Demonstrations in Lasers and Optics
• "Types of Optical Fiber". Arquivado dende o orixinal o 21 de xuño de 2018. Consultado o 29 de decembro de 2018.