Calor y óptica

Fibras ópticas

Conexión del ojo humano con el cerebro

Profesor: Loredo Jiménez Francisco Antonio

Alumno: Aguirre López Aída Lucía

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Índice:

• Introducción………………………………………………………………...3

• Que es fibra óptica…………………………………………………………3

• Concepto de fibra óptica…………………………………………………..3

• Propagación de señales en las fibras ópticas…………………………..4

• Conceptos esenciales……………………………………………………..6

• ¿De qué están hechas las Fibras Ópticas?.......................................12

• Composición química de las fibras ópticas……………………………13

• ¿Cómo funciona la Fibra Óptica?......................................................14

• ¿Cómo se fabrica una fibra óptica?...................................................14

• ¿Cuáles son los dispositivos implícitos en este proceso?.................15

• Componentes y tipos de fibra óptica…………………………………...16

• Emisores del haz de luz……………………………………………....…17

• Cables de fibra óptica …………………………………………………18

• Características de la fibra óptica……………………………………..…18

• Ventajas y desventajas de la fibra óptica………………………………21

• Aplicaciones de la fibra óptica…………………………………………..21

La conexión del ojo humano con el cerebro

• Introducción……………………………………………………………...26

• El ojo humano……………………………………………………………26

• La conexión del ojo humano con el cerebro………………………..…28

• El ojo y sus conexiones…………………………………………………28

• Ruta en el interior de la retina …………………………………….…...28

• Conexiones entre los ojos y el encéfalo…………………………....…29

• Como el ojo y el cerebro funcionan juntos…………………………….30

• Bibliografía……………………………………………………………..…33

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Fibras ópticas

INTRODUCCIÓN

Para navegar por la red mundial de redes, Internet, no sólo se necesitan un computador, un módem y algunos programas, sino también una gran dosis de paciencia. El ciberespacio es un mundo lento hasta el desespero. Un usuario puede pasar varios minutos esperando a que se cargue una página o varias horas tratando de bajar un programa de la Red a su PC.

Esto se debe a que las líneas telefónicas, el medio que utiliza la mayoría de los 50 millones de usuarios para conectarse a Internet, no fueron creadas para transportar vídeos, gráficas, textos y todos los demás elementos que viajan de un lado a otro en la Red.

Pero las líneas telefónicas no son la única vía hacia el ciberespacio. Recientemente un servicio permite conectarse a Internet a través de la fibra óptica.

QUÉ ES FIBRA ÓPTICA

Antes de explicar directamente que es la fibra óptica, es conveniente resaltar ciertos aspectos básicos de óptica. La luz se mueve a la velocidad de la luz en el vacío, sin embargo, cuando se propaga por cualquier otro medio, la velocidad es menor. Así, cuando la luz pasa de propagarse por un cierto medio a propagarse por otro determinado medio, su velocidad cambia, sufriendo además efectos de reflexión (la luz rebota en el cambio de medio, como la luz reflejada en los cristales) y de refracción (la luz, además de cambiar el modulo de su velocidad, cambia de dirección de propagación, por eso vemos una cuchara como doblada cuando está en un vaso de agua, la dirección de donde nos viene la luz en la parte que está al aire no es la misma que la que está metida en el agua). Esto se ve de mejor forma en el dibujo que aparece a nuestra derecha.

Dependiendo de la velocidad con que se propague la luz en un medio o material, se le asigna un Índice de Refracción "n", un número deducido de dividir la velocidad de la luz en el vacío entre la velocidad de la luz en dicho medio. Los efectos de reflexión y refracción que se dan en la frontera entre dos medios dependen de sus Índices de Refracción. La ley para la refracción:

Obsérvese que para el caso de (rayos incidentes de forma perpendicular a la superficie) los rayos refractados emergen con un ángulo para cualquier y .

CONCEPTO DE FIBRA ÓPTICA

Los circuitos de fibra óptica son filamentos de vidrio (compuestos de cristales naturales) o plástico (cristales artificiales), del espesor de un pelo (entre 10 y 300 micrones). Llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente pasan a través de ellos de un extremo a otro, donde quiera que el filamento vaya (incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción.

Las fibras ópticas pueden ahora usarse como los alambres de cobre convencionales, tanto en pequeños ambientes autónomos (tales como sistemas de procesamiento de

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datos de aviones), como en grandes redes geográficas (como los sistemas de largas líneas urbanas mantenidos por compañías telefónicas).

El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede transmitirse a larga distancia reflejándose miles de veces. Para evitar pérdidas por dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la fibra, el núcleo de la fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un índice de refracción mucho menor; las reflexiones se producen en la superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento.

La Fibra Óptica consiste en una guía de luz con materiales mucho mejores que lo anterior en varios aspectos. A esto le podemos añadir que en la fibra óptica la señal no se atenúa tanto como en el cobre, ya que en las fibras no se pierde información por refracción o dispersión de luz consiguiéndose así buenos rendimientos, en el cobre, sin embargo, las señales se ven atenuadas por la resistencia del material a la propagación de las ondas electromagnéticas de forma mayor. Además, se pueden emitir a la vez por el cable varias señales diferentes con distintas frecuencias para distinguirlas, lo que en telefonía se llama unir o multiplexar diferentes conversaciones eléctricas. También se puede usar la fibra óptica para transmitir luz directamente y otro tipo de ventajas en las que no entraré en detalle.

El grosor del filamento es comparable al grosor de un cabello humano, es decir, aproximadamente de 0,1 mm. En cada filamento de fibra óptica podemos apreciar 3 componentes:

La fuente de luz: LED o laser.

El medio transmisor: fibra óptica.

El detector de luz: fotodiodo.

Un cable de fibra óptica está compuesto por: Núcleo, manto, recubrimiento, tensores y chaqueta.

PROPAGACIÓN DE SEÑALES EN LAS FIBRAS ÓPTICAS

La fibra óptica constituye el medio de transmisión por antonomasia para los sistemas de comunicaciones ópticas. Desde sus primeras instalaciones, en las líneas que enlazaban las grandes centrales de conmutación, la fibra se está trasladando hoy en día hasta los mismos hogares, extendiéndose su uso a un mayor abanico de aplicaciones.

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Este papel destacado de las fibras es debido a sus muchas propiedades favorables, entre las que merecen destacarse:

— gran capacidad de transmisión (por la posibilidad de emplear pulsos cortos y bandas de frecuencias elevadas),

— reducida atenuación de la señal óptica,

— inmunidad frente a interferencias electromagnéticas,

— cables ópticos de pequeño diámetro, ligeros, flexibles y de vida media superior a los cables de conductores,

— bajo coste potencial, a causa de la abundancia del material básico empleado en su fabricación (óxido de silicio).

Una fibra óptica se comporta como una guiaonda dieléctrica, con la particularidad de poseer una geometría cilíndrica. En su configuración más extendida (fibra de índice abrupto o de salto de índice), se halla formada por un núcleo cilíndrico de material dieléctrico rodeado por otro material dieléctrico con un índice de refracción ligeramente inferior (cubierta de la fibra). La guiaonda así establecida facilita que las señales se propaguen de manera confinada en su interior.

Del análisis electromagnético de la propagación de las señales en las fibras se desprenden los posibles modos del campo que ésta es capaz de guiar. La propiedad de guiar o bien uno o bien múltiples de estos modos permite establecer una clasificación básica de las fibras: una fibra recibe el calificativo de multimodo cuando a través de ella pueden propagarse varios modos; se dice que una fibra es monomodo si sólo admite la propagación del modo fundamental.

Ahora bien, esta propagación de las señales a través del medio-fibra trae apareada una interacción con las partículas (átomos, iones, moléculas…) y accidentes (variaciones locales del índice de refracción, curvaturas, imperfecciones, etc.) existentes en el mismo, que se manifiesta en una atenuación y en una dependencia de la constante de propagación con respecto a la frecuencia o la polarización. Ambos fenómenos son causantes de una degradación de las señales que afecta negativamente a la comunicación, imponiendo límites a la longitud de los enlaces o al régimen binario alcanzable. La repercusión de estos mecanismos de degradación depende del diseño concreto de la fibra (material, geometría…) y, especialmente, de la longitud de onda de operación, condicionando, por consiguiente, la elección de uno y otra.

Con el propósito de ofrecer una visión de conjunto de los principales aspectos relacionados con la propagación de señales en las fibras ópticas, en este primer capítulo se recopilan ejercicios que abarcan los temas relacionados a continuación:

— clasificación de las fibras (monomodo/multimodo),

— atenuación de las señales,

— tipos de dispersión y sus efectos.

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CONCEPTOS ESENCIALES

Atenuación: Disminución de la potencia de la señal a medida que ésta se propaga. En una fibra óptica, y para un determinado modo de propagación, dicha reducción de la potencia se produce de manera exponencial con respecto a la longitud recorrida. Al expresar esta relación en unidades logarítmicas (decibelios), se obtiene que la atenuación es proporcional a la distancia. La constante de proporcionalidad, denominada constante de atenuación, tiene unidades de dB/km.

En las fibras multimodo, la constante de atenuación de cada modo individual es diferente; por ello, la constante de atenuación especificada se refiere a un promedio ponderado de los valores asociados a los modos que componen la señal, suponiendo que se ha alcanzado una situación de equilibrio. Esta última se define como la situación en la cual la proporción de potencia transportada por cada modo se mantiene con la distancia. La atenuación depende de la longitud de onda de operación. Para las fibras de óxido de silicio convencionales, ésta es mínima alrededor de 1550 nm.

Ángulo de aceptación, θ a: Aplicado a una fibra multimodo, este pará-metro aporta información sobre el ángulo máximo que pueden formar, con respecto a su eje geométrico, los rayos de un haz luminoso a la entrada de la fibra, de forma que sean capaces de propagarse a través de ella.

Apertura numérica, AN: La apertura numérica, parámetro característico de las fibras ópticas de salto de índice, se define como, siendo n 1 y n 2 los índices de refracción del núcleo y de la cubierta de la fibra, respectivamente. En las fibras multimodo, y para una incidencia desde el vacío, la apertura numérica se halla relacionada con el ángulo de aceptación: sen θ a = AN; así pues, posee un significado semejante a él.

Por extensión, la apertura numérica se aplica también a las fibras monomodo, aunque en este caso se trata de un número sin significado físico directo.

Frecuencia normalizada, V: Parámetro auxiliar adimensional empleado en el estudio electromagnético y de propagación de las fibras ópticas. Se relaciona con características físicas de la fibra (radio del núcleo, a, y apertura numérica, AN) y con la longitud de onda de operación, λ, de la manera siguiente:

V = 2pi/ a AN

El valor de su frecuencia normalizada permite discriminar si una fibra opera en régimen monomodo o multimodo. En líneas generales, cuanto mayor es el valor de V, mayor es también el número de modos que una fibra es capaz de guiar.

Frecuencia normalizada de corte, Vc: Valor de la frecuencia normalizada que marca el límite entre el régimen monomodo o multimodo de operación de las fibras (Vc = 2,405). Si la frecuencia normalizada de una fibra se halla por debajo del valor de corte (V ≤ Vc), la fibra posee un único modo; en caso contrario (V > Vc), la fibra es multimodo.

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Ventanas de transmisión: Regiones del espectro donde las características de transmisión de las fibras se presentan más favorables, por ejemplo, donde su atenuación es más reducida.

La primera ventana se encuentra centrada alrededor de 850 nm. Los primeros sistemas de transmisión por fibra operaron en esta ventana, debido a la disponibilidad de fuentes y fotodiodos funcionando a estas longitudes de onda. La constante de atenuación de la fibra en esta ventana es del orden de 2 a 5 dB/km.

La segunda ventana se ubica cerca de la longitud de onda de 1310 nm, región de mínima dispersión para las fibras de salto de índice estándar. En esta ventana, la fibra posee una constante de atenuación de unos 0,5 dB/km.

La tercera ventana, o ventana de mínima atenuación (0,2 dB/km), corresponde a las longitudes de onda próximas a 1550 nm.

Velocidad de fase: Velocidad a la que avanza la fase de una onda plana monocromática propagándose en un medio lineal, isotrópico, homogéneo e infinito.

Si se considera que dicha onda, de frecuencia ν, se propaga en sentido positivo según el eje z, y que se halla polarizada en la dirección del eje x, su expresión (coordenada en x) en notación compleja es la siguiente:

Ex = Ex exp[j(ωt – kz)], con ω = 2πν

La constante k se denomina constante de fase o número de onda.

Un observador que «viajase con la onda», vería su fase constante:

ωt – kz = cte

La velocidad de la fase se obtiene entonces como:

Vf=dz/dt = ω/k

Longitud de onda: Para una onda plana monocromática, se define la longitud de onda como la distancia entre dos crestas sucesivas en un instante de tiempo determinado. «Congelando» la onda en el tiempo (t = cte.) y observando la separación entre dos crestas, se llega a qué:

Λ=2π/k

Cuando la radiación es cuasimonocromática (anchura espectral reducida, si se compara con los valores absolutos de la frecuencia), la longitud de onda proporcionada se refiere al valor central.

Habitualmente, y si no se indica lo contrario, la longitud de onda de una radiación se especifica con respecto al vacío, y se encuentra unívocamente relacionada con la frecuencia a través de la velocidad de la luz en el vacío:

Λ=c/ν

Índice de refracción: El índice de refracción de un material se define como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de fase en ese medio:

N=c/vf

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La longitud de onda en el medio se relaciona con la longitud de onda en el vacío a través del índice de refracción: λ/n.

Vector de onda: Una expresión más general para cualquiera de las componentes vectoriales de una onda monocromática (aplicable, por ejemplo, a una onda en un medio guiado) es la siguiente:

e(r, t) = E(r)exp[j(ωt – k→• r→)],

donde r→es el vector de posición y k→es conocido como vector de onda.

Constante de propagación, β: Componente del vector de onda en la dirección de propagación.

Para una onda plana monocromática, la constante de propagación coincide con el número de onda.

Medio dispersivo: En el ámbito electromagnético, se dice que un medio es dispersivo cuando su respuesta ante la presencia de un campo eléctrico no es instantánea. En tal caso, el vector densidad de polarización guarda una relación dinámica «con memoria» con respecto al vector de campo eléctrico.

Como consecuencia de esta propiedad, en un medio lineal, homogéneo e isotrópico, pero dispersivo, la constante de fase de una onda plana monocromática depende de su frecuencia. Si la onda no es monocromática, cada una de sus componentes espectrales experimenta un retardo distinto al propagarse en el medio. Esta diferencia de retardos puede ser causa de una distorsión de la señal.

La fibra óptica es un ejemplo de medio dispersivo. Los efectos concretos de la dispersión sobre los pulsos transmitidos a través de una fibra dependen de varios factores, como la forma, duración y potencia del pulso, la anchura espectral de la fuente, la distancia recorrida o el tipo de fibra empleada.

Dispersión (scattering): Una acepción distinta para el término dispersión correspondiente en este caso al vocablo inglés scattering— es el esparcimiento o cambio de dirección de la luz en múltiples ángulos durante su propagación a través de un medio transparente.

En una fibra óptica, los mecanismos causantes de la dispersión son diversos, aunque, en términos generales, se hallan relacionados con imperfecciones o carencias puntuales de homogeneidad, bien de la estructura de la fibra, bien del material que la conforma.

Una consecuencia importante de los procesos dispersión es la atenuación de la señal, debida a que la radiación dispersada se acopla a modos distintos del original, muchos de ellos radiantes.

Ciertos mecanismos de dispersión, como la dispersión de Rayleigh o la de Mie, se comportan de manera lineal, en el sentido de que no generan componentes de frecuencia distintas a las constituyentes de la señal original. Por el contrario, las dispersiones de Raman o de Brillouin son de naturaleza no lineal.

En particular, la dispersión de Rayleigh es el proceso físico subyacente a la operación de los equipos de medida conocidos como «reflectómetros ópticos en el dominio del tiempo» (ver Apéndice 2.B).

Velocidad de grupo, v g , y retardo de grupo, τ G : Las ondas reales no son monocromáticas; por este motivo, a ellas no es aplicable como tal la velocidad de fase.

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Si se considera la onda constituida por una portadora modulada por la señal de información (envolvente), puede demostrarse que la portadora se propaga a la velocidad de fase, mientras que la envolvente lo hace a una velocidad distinta, la cual se ha denominado velocidad de grupo.

Supóngase que una portadora de frecuencia ω0 es modulada por un pulso, f(t), cuya variación en el tiempo es lenta si se compara con la frecuencia de la portadora —desde el punto de vista espectral, ello significa que la anchura del espectro es reducida en comparación con ω0 —. En relación a esta señal, interesa conocer cómo le afecta la propagación a través de un medio dispersivo en una distancia z arbitraria.

La expresión de la señal en el origen de coordenadas, en notación fasorial, es la siguiente:

E(z = 0, t) = f(t)exp(jω0t)

Puesto que cada componente espectral de la señal experimenta un retardo distinto en el medio, de cara al análisis conviene escribir esta última en términos de su descomposición en frecuencias, por medio de la transformada de Fourier:

Ez t F j td j t ( , ) ( )exp( ) exp( ),

Siendo F(Ω) la transformada de Fourier de f(t), y Ω, la separación en frecuencia con respecto a ω0.

Índice de grupo: Análogamente al índice de refracción, se define el índice de grupo como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de grupo:

Coeficiente de dispersión: Coeficiente característico de un medio dispersivo, directamente relacionado con el parámetro de dispersión β 2. Su significado físico se explica en las líneas inferiores.

Cuando la velocidad de grupo es función de la frecuencia, el retardo de grupo experimentado por dos componentes espectrales de la envolvente al recorrer una distancia L es distinto. En el caso de que la envolvente corresponda a un pulso —tal y como se supuso en el análisis previo— la diferencia de retardos aportará información sobre el posible ensanchamiento que éste manifestará.

Ng=c/vg

Considerando, en una primera simplificación, que el retardo de grupo (como función de la frecuencia) puede aproximarse por los términos de orden inferior de su desarrollo en serie de Taylor:

Τω( τω+ Ω τωg) g( ωdgd) +dt/dw≈ + Ω

Dispersión intramodal o cromática: Este tipo de dispersión se debe a que, para un mismo modo de la fibra, la constante de propagación, β, depende de la frecuencia de forma no lineal.

Las contribuciones a la dispersión intramodal son la dispersión debida al material y la dispersión a causa de la guiaonda. El correspondiente coeficiente de dispersión puede obtenerse como la suma de los coeficientes asociados a ambas aportaciones: D = D

MAT + DW.

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Dispersión material: Se produce este tipo de dispersión en los medios materiales —guiados o no— cuyo índice de refracción depende de la frecuencia: n(ν), o, equivalentemente, de la longitud de onda: n(λ). Para cuantificarla, se emplea el coeficiente de dispersión material:

D MAT (ps/(km • nm)).

Índice de refracción efectivo: La distribución de campo electromagnéticoen el interior de una fibra correspondiente a un modo de propagación no queda totalmente confinada en el núcleo, sino que se extiende en parte hacia la cubierta. La constante de propagación del modo, β, no coincide pues, con la que tendría una onda plana monocromática viajando en un medio de índice de refracción igual al del núcleo de la fibra, n 1 , y que sería . En lugar de ello, la constante de propagación se encuentra entre los valores para el núcleo y para la cubierta:

2 π/λ n2<β<2π/λn 1

Constante de propagación normalizada: Constante utilizada, junto a la frecuencia normalizada, en el estudio teórico de la propagación en las fibras, con el propósito de independizar el resultado de la estructura física concreta. Se define en relación a la constante de propagación, β, de la siguiente manera:

b=β2-(2π/λ n2)2 /(2π/λ n1)2 -(2π/λ n2)2

Dispersión de guiado: Para un modo de propagación determinado, la proporción de energía que viaja en el núcleo de la fibra depende de la frecuencia. A mayor frecuencia, mayor grado de confinamiento. Por este motivo, el índice efectivo o, similarmente, la constante de propagación del modo, β, es función de la frecuencia. Ello origina una dispersión, conocida como dispersión de guiado o dispersión por la guiaonda.

La expresión para el cálculo del coeficiente de dispersión de guiado, D W , se deduce aplicando la fórmula general para la dispersión a la constante de propagación β —esta última dada en función de b—. El resultado se presenta seguidamente:

Dw=-n2∆/cλ(V(d2(Vb))/dV2)

Coeficientes de dispersión para una fibra monomodo estándar.

En relación a la dispersión por la guiaonda, caben dos comentarios:

— en primer lugar, para valores de V elevados, como los presentados por las fibras multimodo, esta clase de dispersión es despreciable;

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— en segundo lugar, para el modo fundamental D W toma valores negativos, mientras que el coeficiente de dispersión material, D MAT, adquiere valores tanto positivos como negativos. En consecuencia, a ciertas frecuencias la suma de ambos coeficientes será nula y se producirá un efecto de mutua cancelación. Este hecho para una fibra monomodo estándar.

Parámetros universales de una fibra monomodo: Serie de parámetros cruciales en el estudio de las fibras monomodo, caracterizados por poseer un valor que únicamente depende de la frecuencia normalizada. Este grupo de parámetros para el modo fundamental de una fibra de salto de índice, en el rango ordinario de valores de V. Fibra de dispersión desplazada (DSF, «Dispersion-Shifted Fiber»): Fibra monomodo especialmente diseñada para que su coeficiente de dispersión sea cero a la longitud de onda de mínima atenuación (1550 nm).

Cuando se opera con niveles de potencia altos, esta fibra presenta el inconveniente de favorecer ciertos fenómenos no lineales (ej. mezcla de cuatro ondas o FWM, «Four Wave Mixing»). Dichos fenómenos no lineales tienen como consecuencia el traspaso de potencia a longitudes de onda distintas de la original y, por esta razón, son particularmente perjudiciales cuando a través de la fibra se transmiten varios canales multiplexados en longitud de onda, pues provocan diafonía.

En las fibras monomodo convencionales, dichos efectos interferentes se ven dificultados porque, a causa de la dispersión, las señales en cada uno de los canales se propagan a distinta velocidad.

Fibra de dispersión desplazada no nula (NZ-DSF, «Nonzero Dispersion- Shifted Fiber»): Fibra monomodo de reducida dispersión, aunque no nula, en las proximidades de 1550 nm (entre 1 y 6 ps/(km • nm)). Su propósito es disminuir los citados inconvenientes de las fibras DSF, ya que, como se ha explicado, los efectos no lineales se ven aminorados cuando existe al menos una ligera dispersión.

Fibra de dispersión aplanada: Fibra monomodo caracterizada por poseer un coeficiente de dispersión aproximadamente igual dentro de un amplio rango de longitudes de onda.

Dispersión intermodal: La dispersión intermodal tiene lugar en las fibras multimodo a causa de los distintos trayectos recorridos por los rayos que viajan a través de la fibra o, equivalentemente, a causa de las distintas constantes de propagación de los correspondientes modos. Su consecuencia es un ensanchamiento de los pulsos transmitidos a medida que éstos se propagan. El ensanchamiento de los pulsos se traduce en un mayor solapamiento de los mismos, que puede ser causante de interferencia entre símbolos a la entrada del receptor. Por todo ello, la dispersión intermodal limita o bien el régimen binario o bien la longitud del enlace.

Estado de la polarización: Para el modo fundamental de la fibra, existen dos soluciones linealmente independientes y con polarizaciones ortogonales entre sí: una solución polarizada linealmente a lo largo del eje x, y otra, según el eje y. Puesto que la ecuación de onda es lineal, cualquier combinación de estos dos campos es también una solución y, por consiguiente, un modo fundamental de la fibra.

El estado de la polarización se refiere al reparto de la energía de la se- ñal entre los dos posibles modos de polarización. Durante la propagación a través de la fibra, el estado de la polarización es susceptible de cambios; por ejemplo, la presencia de una curva puede causar transferencia de energía de un modo de polarización a otro.

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Dispersión por la polarización del modo: En la situación ideal —fibra perfectamente circular— los dos modos de polarización son degenerados, es decir, poseen la misma constante de propagación; por ello, a pesar de la existencia de dos modos de polarización, la fibra es denominada monomodo. En la práctica, las fibras no son perfectamente circulares, sino ligeramente elípticas. Como resultado de ello, cada modo de polarización presenta una constante de propagación algo distinta; esto es: las fibras son birrefringentes.

Incluso si se excita uno solo de los modos, el estado de la polarización puede cambiar (por ejemplo, debido a la existencia de curvas en el trayecto) y la energía de la señal terminar repartida entre ambos modos. Puesto que cada modo viaja a distinta velocidad, se produce un fenómeno de dispersión, semejante a la dispersión intermodal, que recibe el nombre de dispersión por la polarización del modo.

Cuando las tasas binarias de transmisión son reducidas, los efectos de los otros tipos de dispersión prevalecen sobre la dispersión por la polarización del modo; sin embargo, cuando se opera a regímenes elevados (decenas de Gbits/s), esta última comienza a hacerse patente.

Por otra parte, las constantes de propagación de cada modo de polarización no son fijas, sino que fluctúan a lo largo del recorrido del enlace.

Adicionalmente, la temperatura y otras condiciones ambientales, todas ellas variables en el tiempo, afectan al estado de polarización del modo. En consecuencia, la dispersión por la polarización es de naturaleza aleatoria, haciéndose necesarios análisis estadísticos y medidas in situ para cuantificar su repercusión.

Modulación OOK («On-Off Keying»): Esquema de modulación consistente en la emisión de luz («on») o la ausencia de ésta («off»), en función de si el dato que se transmite es un bit «1» o un bit «0», respectivamente.

Cuando el pulso asociado a un «1» ocupa sólo una fracción del intervalo de bit, el formato de modulación recibe el nombre de retorno a cero o RZ («Return-to-Zero»), pues la transmisión de dos bits «1» consecutivos supone el paso por el nivel de «0».

Al contrario, en el formato de no retorno a cero (NRZ, «Non-Return- toZero») el pulso abarca el intervalo de bit completo, de suerte que, si se producen dos o más bits «1» sucesivos, la señal mantiene el nivel alto incluso durante las transiciones.

¿DE QUÉ ESTÁN HECHAS LAS FIBRAS ÓPTICAS ?

La mayoría de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima abundante en comparación con el cobre. Con unos kilogramos de vidrio pueden fabricarse aproximadamente 43 kilómetros de fibra óptica. Los dos constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo y el revestimiento. El núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que guía la luz.

Consiste en una o varias hebras delgadas de vidrio o de plástico con diámetro de 50 a 125 micras. El revestimiento es la parte que rodea y protege al núcleo.

El conjunto de núcleo y revestimiento está a su vez rodeado por un forro o funda de plástico u otros materiales que lo resguardan contra la humedad, el aplastamiento, los roedores, y otros riesgos del entorno.

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COMPOSICION QUIMICA DE LAS FIBRAS OPTICAS

Para la elección del vidrio:

Los vidrios utilizables, están constituidos por mezclas de óxidos metálicos, como el silicio (Si O2), de germanio (GeO2). De fósforo (P2O5) y de boro (B2O3); a estos óxidos se les llaman elementos formadores. Al mezclar los óxidos formadores con otros óxidos metálicos, llamados elementos modificadores, se pueden modificar ciertas propiedades físicas como temperatura de fusión, índice de refracción al igual que químicas como solubilidad. Los principales óxidos modificadores son el óxido de sodio (Na2O), el óxido de calcio (CaO), el óxido de bario (BaO) y el óxido de potasio (K2O).

Para la fabricación de la Fibra óptica(Vara Preformada)

1. Sumergir el vidrio en un baño corrosivo de ácido clorhídrico (HCl), con esto se elimina cualquier residuo aceitoso.

2. Enseguida los tubos se insertan en los extremos de un torque.

3. A medida que los tubos giran se calientan con una llama de y de , cuando el vidrio se pone blanco se está acercando la temperatura máxima, a los dos tubos se fusionan.

4. Se pone un nuevo tuvo más largo en el otro torno, mientras el tubo gira se inyecta una mezcla de gases químicos formado por silicona líquida y germanio (Ge) en donde es calentado por un quemador transversal todo el conjunto.

5. Al calentarse los gases sufren una reacción química que deja un polvillo blanco en el interior del tubo de vidrio.

6. El calor funde el polvillo formando lo que será el núcleo de la fibra óptica, el tubo de vidrio será la cubierta de la fibra.

7. Cuando hay suficientemente polvillo se aumenta el calor hasta q termina por convertirse en vidrio.

8. Se calienta el tubo de vidrio lo suficientemente como para ablandarlo junto con el nuevo vidrio que hay adentro. El intenso calor hare que colapse sobre sí mismo para así formar una vara sólida, lográndose así la estructura interna de la fibra óptica(Esta vara se llama Preformada)

Alargamiento de la vara preformada (Obtención final de la fibra óptica)

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1. Se separa aplicándole calor a la parte preformada con la no colapsada del tubo de vidrio.

2. Se coloca verticalmente en el torre de fraccionamiento, un dispositivo especial en el cual se procederá a estirar el tubo de preforma.

3. El horno de la torre de fraccionamiento calentara un extremo de la vara a , el vidrio se ablanda, derritiéndose el vidrio.

4. Luego usando una lagrima de vidrio como peso, se estira el vidrio formándose así la fibra óptica, al momento del estiramiento una serie de poleas miden la tensión con la que se está aplicando la fuerza, esta fibra tendrá un diámetro de 125 micrómetros.

5. Se pasa la fibra por una lámina ultravioleta para protegerla del polvo y otros contaminantes

¿CÓMO FUNCIONA LA FIBRA ÓPTICA?

En un sistema de transmisión por fibra óptica existe un transmisor que se encarga de transformar las ondas electromagnéticas en energía óptica o en luminosa, por ello se le considera el componente activo de este proceso. Una vez que es transmitida la señal luminosa por las minúsculas fibras, en otro extremo del circuito se encuentra un tercer componente al que se le denomina detector óptico o receptor, cuya misión consiste en transformar la señal luminosa en energía electromagnética, similar a la señal original. El sistema básico de transmisión se compone en este orden, de señal de entrada, amplificador, fuente de luz, corrector óptico, línea de fibra óptica (primer tramo ), empalme, línea de fibra óptica (segundo tramo), corrector óptico, receptor, amplificador y señal de salida.

En resumen, se puede decir que este proceso de comunicación, la fibra óptica funciona como medio de transportación de la señal luminosa, generado por el transmisor de LED’S (diodos emisores de luz) y láser.

Los diodos emisores de luz y los diodos láser son fuentes adecuadas para la transmisión mediante fibra óptica, debido a que su salida se puede controlar rápidamente por medio de una corriente de polarización. Además su pequeño tamaño, su luminosidad, longitud de onda y el bajo voltaje necesario para manejarlos son características atractivas.

¿CÓMO SE FABRICA UNA FIBRA ÓPTICA?

La fibra óptica es el material que constituye la base de las modernas redes de telecomunicaciones de alta capacidad. Una fibra óptica no es más que un larguísimo filamento de vidrio, tan fino que es perfectamente flexible, debidamente protegido por una camisa plástica. A través de estos haces se transmiten, mediante un láser acoplado, señales luminosas que se detectan en el destino.

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Pero evidentemente, para tener una gran capacidad de transmisión a larga distancia, la fibra debe tener unas características muy particulares. La fabricación de fibra óptica es un proceso de alta tecnología. Tengamos en cuenta que el grosor estándar de la fibra es 125 micras (aproximadamente el doble que un cabello humano) y el núcleo es de unas 8 micras (en fibras monomodo, que son las usadas para comunicaciones a larga distancia). Y evidentemente, es crítico mantener la pureza y la regularidad del núcleo.

Todo ello convierte la fabricación de fibra en un proceso complicado. Sin embargo, el fundamento es sencillo (y es una idea brillante). Se trata de construir grandes tubos de vidrio que reproducen a escala macroscópica la estructura de la fibra. Estos tubos se llaman preformas. Posteriormente, la preforma se va fundiendo y estirando hasta que obtenemos un filamento alargado cuyo fino diámetro reproduce a escala microscópica la preforma original.

El proceso de fabricación de las preformas no es en absoluto sencillo ya que evidentemente no estamos hablando de simple vidrio, sino de unas características muy concretas y una extrema pureza. Un modo de fabricación de preformas es el que os mostramos en el siguiente vídeo del Discovery Cannel (hay un grave error de doblaje, cuando dice ‘silicona’ en realidad quiere decir ‘sílice’, en inglés silica).

¿ CUÁLES SON LOS DISPOSITIVOS IMPLÍCITOS EN ESTE PROCESO ?

Los bloques principales de un enlace de comunicaciones de fibra óptica son: transmisor, receptor y guía de fibra. El transmisor consiste de una interface analógica o digital, un conversor de voltaje a corriente, una fuente de luz y un adaptador de fuente de luz a fibra. La guía de fibra es un vidrio ultra puro o un cable plástico. El receptor incluye un dispositivo conector detector de fibra a luz, un foto detector, un conversor de corriente a voltaje un amplificador de voltaje y una interface analógica o digital En un transmisor de fibra óptica la fuente de luz se puede modular por una señal análoga o digital.

Acoplando impedancias y limitando la amplitud de la señal o en pulsos digitales. El conversor de voltaje a corriente sirve como interface eléctrica entre los circuitos de entrada y la fuente de luz.

La fuente de luz puede ser un diodo emisor de luz LED o un diodo de inyección láser ILD, la cantidad de luz emitida es proporcional a la corriente de excitación, por lo tanto el conversor voltaje a corriente convierte el voltaje de la señal de entrada en una corriente que se usa para dirigir la fuente de luz. La conexión de fuente a fibra es una interface mecánica cuya función es acoplar la fuente de luz al cable.

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La fibra óptica consiste de un núcleo de fibra de vidrio o plástico, una cubierta y una capa protectora. El dispositivo de acoplamiento del detector de fibra a luz también es un acoplador mecánico.

El detector de luz generalmente es un diodo PIN o un APD (fotodiodo de avalancha). Ambos convierten la energía de luz en corriente. En consecuencia, se requiere un conversor corriente a voltaje que transforme los cambios en la corriente del detector a cambios de voltaje en la señal de salida.

COMPONENTES Y TIPOS DE FIBRA ÓPTICA

Componentes de la Fibra Óptica

El Núcleo: En sílice, cuarzo fundido o plástico - en el cual se propagan las ondas ópticas. Diámetro: 50 o 62,5 um para la fibra multimodo y 9um para la fibra monomodo.

La Funda Óptica: Generalmente de los mismos materiales que el núcleo pero con aditivos que confinan las ondas ópticas en el núcleo.

El revestimiento de protección: por lo general está fabricado en plástico y asegura la protección mecánica de la fibra.

TIPOS DE FIBRA ÓPTICA:

Fibra Monomodo:

Potencialmente, esta es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte de información. Tiene una banda de paso del orden de los 100 GHz/km. Los mayores flujos se consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja de implantar. El dibujo muestra que sólo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una trayectoria que sigue el eje de la fibra, por lo que se ha ganado el nombre de "monomodo" (modo de propagación, o camino del haz luminoso, único). Son fibras que tienen el diámetro del núcleo en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las señales ópticas que transmiten, es decir, de unos 5 a 8 m. Si el núcleo está constituido de un material cuyo índice de refracción es muy diferente al de la cubierta, entonces se habla de fibras monomodo de índice escalonado. Los elevados flujos que se pueden alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo, ya que sus pequeñas dimensiones implican un manejo delicado y entrañan dificultades de conexión que aún se dominan mal.

Fibra Multimodo de Índice Gradiante Gradual:

Las fibras multimodo de índice de gradiente gradual tienen una banda de paso que llega hasta los 500MHz por kilómetro. Su principio se basa en que el índice de refracción en el interior del núcleo no es único y decrece cuando se desplaza del núcleo hacia la cubierta. Los rayos luminosos se encuentran enfocados hacia el eje de la fibra, como se puede ver en el dibujo. Estas fibras permiten reducir la dispersión entre los diferentes modos de propagación a través del núcleo de la fibra.

La fibra multimodo de índice de gradiente gradual de tamaño 62,5/125 m (diámetro del núcleo/diámetro de la cubierta) está normalizado, pero se pueden encontrar otros tipos de fibras:

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Multimodo de índice escalonado 100/140 mm.

Multimodo de índice de gradiente gradual 50/125 m.

Fibra Multimodo de índice escalonado:

Las fibras multimodo de índice escalonado están fabricadas a base de vidrio, con una atenuación de 30 dB/km, o plástico, con una atenuación de 100 dB/km. Tienen una banda de paso que llega hasta los 40 MHz por kilómetro. En estas fibras, el núcleo está constituido por un material uniforme cuyo índice de refracción es claramente superior al de la cubierta que lo rodea. El paso desde el núcleo hasta la cubierta conlleva por tanto una variación brutal del índice, de ahí su nombre de índice escalonado.

¿ QUÉ TIPO DE CONECTORES USA ?

Con la Fibra Óptica se puede usar Acopladores y Conectores:

Acopladores:

Un acoplador es básicamente la transición mecánica necesaria para poder dar continuidad al paso de luz del extremo conectorizado de un cable de fibra óptica a otro. Pueden ser provistos también acopladores de tipo "Híbridos", que permiten acoplar dos diseños distintos de conector, uno de cada lado, condicionado a la coincidencia del perfil del pulido.

Conectores:

1.- Se recomienda el conector 568SC pues este mantiene la polaridad. La posición correspondiente a los dos conectores del 568SC en su adaptador, se denominan como A y B. Esto ayuda a mantener la polaridad correcta en el sistema de cableado y permite al adaptador a implementar polaridad inversa acertada de pares entre los conectores.

2.- Sistemas con conectores BFOC/2.5 y adaptadores (Tipo ST) instalados pueden seguir siendo utilizados en plataformas actuales y futuras.

Identificación: Conectores y adaptadores Multimodo se representan por el color marfil Conectores y adaptadores Monomodo se representan por el color azul.

Para la terminación de una fibra óptica es necesario utilizar conectores o empalmar Pigtails (cables armados con conector) por medio de fusión. Para el caso de conectorización se encuentran distintos tipos de conectores dependiendo el uso y l normativa mundial usada y sus características.

ST conector de Fibra para Monomodo o Multimodo con uso habitual en Redes de Datos y equipos de Networking locales en forma Multimodo.

FC conector de Fibra Óptica para Monomodo o Multimodo con uso habitual en telefonía y CATV en formato Monomodo y Monomodo Angular.-

SC conector de Fibra óptica para Monomodo y Multimodo con uso habitual en telefonía en formato monomodo.

EMISORES DEL HAZ DE LUZ

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Estos dispositivos se encargan de emitir el haz de luz que permite la transmisión de datos, estos emisores pueden ser de dos tipos:

LEDs. Utilizan una corriente de 50 a 100 mA, su velocidad es lenta, solo se puede usar en fibras multimodo, pero su uso es fácil y su tiempo de vida es muy grande, además de ser económicos.

Lasers. Este tipo de emisor usa una corriente de 5 a 40 mA, son muy rápidos, se puede usar con los dos tipos de fibra, monomodo y multimodo.

CABLES DE FIBRA ÓPTICA

Sección de un cable de fibra óptica.

Un cable de fibra óptica es un cable compuesto por un grupo de fibras ópticas por el cual se transmiten señales luminosas. Las fibras ópticas comparten su espacio con hiladuras de aramida que confieren al cable la necesaria resistencia a la tracción.

Los cables de fibra óptica proporcionan una alternativa a los cables de hilo de cobre en la industria de la electrónica y las telecomunicaciones.

CARACTERÍSTICAS DE LA FIBRA ÓPTICA

Características Generales:

Coberturas más resistentes:

La cubierta especial es extruida a alta presión directamente sobre el mismo núcleo del cable, resultando en que la superficie interna de la cubierta del cable tenga arista helicoidal que se aseguran con los subcables.

La cubierta contiene 25% más material que las cubiertas convencionales.

Uso Dual (interior y exterior):

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La resistencia al agua, hongos y emisiones ultra violeta; la cubierta resistente; buffer de 900 µm; fibras ópticas probadas bajo 100 psi; y funcionamiento ambiental extendida; contribuyen a una mayor confiabilidad durante el tiempo de vida.

Mayor protección en lugares húmedos:

En cables de tubo holgado rellenos de gel, el gel dentro de la cubierta se asienta dejando canales que permitan que el agua migre hacia los puntos de terminación. El agua puede acumularse en pequeñas piscinas en los vacíos, y cuando la delicada fibra óptica es expuesta, la vida útil es recortada por los efectos dañinos del agua en contacto. combaten la intrusión de humedad con múltiples capas de protección alrededor de la fibra óptica. El resultado es una mayor vida útil, mayor confiabilidad especialmente ambientes húmedos.

Protección Anti-inflamable:

Los nuevos avances en protección anti-inflamable hacen que disminuya el riesgo que suponen las instalaciones antiguas de Fibra Óptica que contenían cubiertas de material inflamable y relleno de gel que también es inflamable.

Estos materiales no pueden cumplir con los requerimientos de las normas de instalación, presentan un riesgo adicional, y pueden además crear un reto costoso y difícil en la restauración después de un incendio. Con los nuevos avances en este campo y en el diseño de estos cables se eliminan estos riesgos y se cumple con las normas de instalación.

Empaquetado de alta densidad:

Con el máximo número de fibras en el menor diámetro posible se consigue una más rápida y más fácil instalación, donde el cable debe enfrentar dobleces agudos y espacios estrechos. Se ha llegado a conseguir un cable con 72 fibras de construcción súper densa cuyo diámetro es un 50% menor al de los cables convencionales.

Características Técnicas:

La fibra es un medio de transmisión de información analógica o digital. Las ondas electromagnéticas viajan en el espacio a la velocidad de la luz.

Básicamente, la fibra óptica está compuesta por una región cilíndrica, por la cual se efectúa la propagación, denominada núcleo y de una zona externa al núcleo y coaxial con él, totalmente necesaria para que se produzca el mecanismo de propagación, y que se denomina envoltura o revestimiento.

La capacidad de transmisión de información que tiene una fibra óptica depende de tres características fundamentales:

a) Del diseño geométrico de la fibra.

b) De las propiedades de los materiales empleados en su elaboración. (diseño óptico)

c) De la anchura espectral de la fuente de luz utilizada. Cuanto mayor sea esta anchura, menor será la capacidad de transmisión de información de esa fibra.

Presenta dimensiones más reducidas que los medios preexistentes. Un cable de 10 fibras tiene un diámetro aproximado de 8 o 10 mm. y proporciona la misma o más información que un coaxial de 10 tubos.

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El peso del cable de fibras ópticas es muy inferior al de los cables metálicos, redundando en su facilidad de instalación.

El sílice tiene un amplio margen de funcionamiento en lo referente a temperatura, pues funde a 600C. La F.O. presenta un funcionamiento uniforme desde -550 C a +125C sin degradación de sus características.

Características Mecánicas:

La F.O. como elemento resistente dispuesto en el interior de un cable formado por agregación de varias de ellas, no tiene características adecuadas de tracción que permitan su utilización directa.

Por otra parte, en la mayoría de los casos las instalaciones se encuentran a la intemperie o en ambientes agresivos que pueden afectar al núcleo.

La investigación sobre componentes optoelectrónicos y fibras ópticas han traído consigo un sensible aumento de la calidad de funcionamiento de los sistemas. Es necesario disponer de cubiertas y protecciones de calidad capaces de proteger a la fibra. Para alcanzar tal objetivo hay que tener en cuenta su sensibilidad a la curvatura y microcurvatura, la resistencia mecánica y las características de envejecimiento.

Las microcurvaturas y tensiones se determinan por medio de los ensayos de:

Tensión: cuando se estira o contrae el cable se pueden causar fuerzas que rebasen el porcentaje de elasticidad de la fibra óptica y se rompa o formen microcurvaturas.

Compresión: es el esfuerzo transversal.

Impacto: se debe principalmente a las protecciones del cable óptico.

Enrollamiento: existe siempre un límite para el ángulo de curvatura pero, la existencia del forro impide que se sobrepase.

Torsión: es el esfuerzo lateral y de tracción.

Limitaciones Térmicas: estas limitaciones difieren en alto grado según se trate de fibras realizadas a partir del vidrio o a partir de materiales sintéticos.

Otro objetivo es minimizar las pérdidas adicionales por cableado y las variaciones de la atenuación con la temperatura. Tales diferencias se deben a diseños calculados a veces para mejorar otras propiedades, como la resistencia mecánica, la calidad de empalme, el coeficiente de relleno (número de fibras por mm2) o el costo de producción.

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA FIBRA ÓPTICA

• La fibra óptica hace posible navegar por Internet a una velocidad de dos millones de bps.

• Sólo pueden suscribirse las personas que viven en las zonas de la ciudad por las cuales ya esté instalada la red de fibra óptica.

Acceso ilimitado y continuo las 24 horas del día, sin congestiones.

• El coste es alto en la conexión de fibra óptica, las empresas no cobran por tiempo de utilización sino por cantidad de información

Video y sonido en tiempo real.

• transferida al computador, que se mide en megabytes.

Fácil de instalar.

• El coste de instalación es elevado.

Es inmune al ruido y las interferencias, como ocurre cuando un alambre telefónico pierde parte de su señal a otra.

• Fragilidad de las fibras.

Disponibilidad limitada de conectores.

• Las fibras no pierden luz, por lo que la transmisión es también segura y no puede ser perturbada.

• Dificultad de reparar un cable de fibras roto en el campo.

• Carencia de señales eléctricas en la fibra, por lo que no pueden dar sacudidas ni otros peligros. Son convenientes para trabajar en ambientes explosivos.

•

Presenta dimensiones más reducidas que los medios preexistentes.

• El peso del cable de fibras ópticas es muy inferior al de los cables metálicos, capaz de llevar un gran número de señales.

• La materia prima para fabricarla es abundante en la naturaleza.

• Compatibilidad con la tecnología digital.

APLICACIONES DE LA FIBRA OPTICA

Internet

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El servicio de conexión a Internet por fibra óptica, derriba la mayor limitación del ciberespacio: su exasperante lentitud. El propósito del siguiente artículo es describir el mecanismo de acción, las ventajas y sus desventajas.

Para navegar por la red mundial de redes, Internet, no sólo se necesitan un computador, un módem y algunos programas, sino también una gran dosis de paciencia. El ciberespacio es un mundo lento hasta el desespero. Un usuario puede pasar varios minutos esperando a que se cargue una página o varias horas tratando de bajar un programa de la Red a su PC.

Esto se debe a que las líneas telefónicas, el medio que utiliza la mayoría de los 50 millones de usuarios para conectarse a Internet, no fueron creadas para transportar videos, gráficas, textos y todos los demás elementos que viajan de un lado a otro en la Red.

Pero las líneas telefónicas no son la única vía hacia el ciberespacio. Recientemente un servicio permite conectarse a Internet a través de la fibra óptica.

La fibra óptica hace posible navegar por Internet a una velocidad de dos millones de bps, impensable en el sistema convencional, en el que la mayoría de usuarios se conecta a 28.000 0 33.600 bps.

Redes

La fibra óptica se emplea cada vez más en la comunicación, debido a que las ondas de luz tienen una frecuencia alta y la capacidad de una señal para transportar información aumenta con la frecuencia. En las redes de comunicaciones se emplean sistemas de láser con fibra óptica. Hoy funcionan muchas redes de fibra para comunicación a larga distancia, que proporcionan conexiones transcontinentales y transoceánicas. Una ventaja de los sistemas de fibra óptica es la gran distancia que puede recorrer una señal antes de necesitar un repetidor para recuperar su intensidad. En la actualidad, los repetidores de fibra óptica están separados entre sí unos 100 km, frente a aproximadamente 1,5 km en los sistemas eléctricos. Los amplificadores de fibra óptica recientemente desarrollados pueden aumentar todavía más esta distancia.

Otra aplicación cada vez más extendida de la fibra óptica son las redes de área local. Al contrario que las comunicaciones de larga distancia, estos sistemas conectan a una serie de abonados locales con equipos centralizados como ordenadores (computadoras) o impresoras. Este sistema aumenta el rendimiento de los equipos y permite fácilmente la incorporación a la red de nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes electroópticos y de óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de fibra.

Red de área local o LAN, conjunto de ordenadores que pueden compartir datos, aplicaciones y recursos (por ejemplo impresoras). Las computadoras de una red de área

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local (LAN, Local Area Network) están separadas por distancias de hasta unos pocos kilómetros, y suelen usarse en oficinas o campus universitarios. Una LAN permite la transferencia rápida y eficaz de información en el seno de un grupo de usuarios y reduce los costes de explotación.

Otros recursos informáticos conectados son las redes de área amplia (WAN, Wide Area Network) o las centralitas particulares (PBX). Las WAN son similares a las LAN, pero conectan entre sí ordenadores separados por distancias mayores, situados en distintos lugares de un país o en diferentes países; emplean equipo físico especializado y costoso y arriendan los servicios de comunicaciones. Las PBX proporcionan conexiones informáticas continuas para la transferencia de datos especializados como transmisiones telefónicas, pero no resultan adecuadas para emitir y recibir los picos de datos de corta duración empleados por la mayoría de las aplicaciones informáticas.

Las redes de comunicación públicas están divididas en diferentes niveles; conforme al funcionamiento, a la capacidad de transmisión, así como al alcance que definen. Por ejemplo, si está aproximándose desde el exterior hacia el interior de una gran ciudad, se tiene primeramente la red interurbana y red provisional, a continuación las líneas prolongadas aportadoras de tráfico de más baja capacidad procedente de áreas alejadas (red rural), hacia el centro la red urbana y finalmente las líneas de abonado. Los parámetros dictados por la práctica son el tramo de transmisión que es posible cubrir y la velocidad binaria específica así como el tipo de fibra óptica apropiado, es decir, cables con fibras monomodo ó multimodo.

Telefonía

Con motivo de la normalización de interfaces existentes, se dispone de los sistemas de transmisión por fibra óptica para los niveles de la red de telecomunicaciones públicas en una amplia aplicación, contrariamente para sistemas de la red de abonado (línea de abonado), hay ante todo una serie de consideraciones.

Para la conexión de un teléfono es completamente suficiente con los conductores de cobre existentes. Precisamente con la implantación de los servicios en banda ancha como la videoconferencia, la videotelefonía, etc., la fibra óptica se hará imprescindible para el abonado. Con el BIGFON (red urbana integrada de telecomunicaciones en banda ancha por fibra óptica) se han recopilado amplias experiencias en este aspecto. Según la estrategia elaborada, los servicios de banda ancha posteriormente se ampliarán con los servicios de distribución de radio y de televisión en una red de telecomunicaciones integrada en banda ancha (IBFN).

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Otras aplicaciones

Las fibras ópticas también se emplean en una amplia variedad de sensores, que van desde termómetros hasta giroscopios. Su potencial de aplicación en este campo casi no tiene límites, porque la luz transmitida a través de las fibras es sensible a numerosos cambios ambientales, entre ellos la presión, las ondas de sonido y la deformación, además del calor y el movimiento. Las fibras pueden resultar especialmente útiles cuando los efectos eléctricos podrían hacer que un cable convencional resultara inútil, impreciso o incluso peligroso. También se han desarrollado fibras que transmiten rayos láser de alta potencia para cortar y taladrar materiales.

La aplicación más sencilla de las fibras ópticas es la transmisión de luz a lugares que serían difíciles de iluminar de otro modo, como la cavidad perforada por la turbina de un dentista. También pueden emplearse para transmitir imágenes; en este caso se utilizan haces de varios miles de fibras muy finas, situadas exactamente una al lado de la otra y

Ópticamente pulidas en sus extremos. Cada punto de la imagen proyectada sobre un extremo del haz se reproduce en el otro extremo, con lo que se reconstruye la imagen, que puede ser observada a través de una lupa. La transmisión de imágenes se utiliza mucho en instrumentos médicos para examinar el interior del cuerpo humano y para efectuar cirugía con láser, en sistemas de reproducción mediante facsímil y fotocomposición, en gráficos de ordenador o computadora y en muchas otras aplicaciones.

SuperCable : es una empresa transnacional de servicios de telecomunicaciones en voz, video y data que ha ofrecido televisión por cable en Venezuela desde comienzo de los años 90. Con su tecnología de transmisión de datos en fibra óptica, comunicaciones digitales y compresión de datos, se encuentra en capacidad de incursionar en el vasto mercado de las telecomunicaciones.

Son los únicos capaces de brindar tecnología de punta, la cobertura geográfica más amplia, la mayor eficiencia de la inversión publicitaria, y servicio personalizado.

La totalidad de la red de SuperCable es de fibra óptica que permite la transmisión de banda ancha. El sector de Banda ancha de Motorola, empresa líder a nivel global en

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soluciones integrales de comunicaciones y soluciones embebidas, es el socio tecnológico de Supercable en el desarrollo de su sistema de televisión por cable, el que será transformado en un paquete de servicios interactivos en los próximos años. El acuerdo incluye la implementación de una plataforma de cable digital interactivo en Bogotá y en Caracas.

Motorola socio tecnológico de Supercable

El anuncio ha despertado el interés del sector de negocios de la televisión paga en la región. Supercable inició operaciones en Ecuador, luego se instaló en Venezuela y el año pasado los accionistas de la empresa tomaron la determinación de participar a nivel panregional. El primer paso es el lanzamiento en el mercado colombiano con planes de añadir otro país este año. Instalaron su casa matriz en el sur de La Florida, en Estados Unidos.

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LA CONEXIÓN DEL OJO HUMANO CON EL CEREBRO

INTRODUCCIÓN

La visión, o sentido de la vista, es una función sumamente compleja, en la que intervienen numerosas estructuras. Para las personas en general, ojos y visión son sinónimos. Este concepto es erróneo, ya que los ojos son sólo parte de un amplio sistema que se extiende a la porción más posterior del cerebro.

Si analizamos las obras de divulgación científica vemos que tradicionalmente el ojo se ha comparado a una cámara fotográfica. La comparación es afortunada ya que ambas estructuras tienen amplias semejanzas. Debido a estas semejanzas, considero importante analizar este sistema para así poder relacionar contenidos vistos durante el cuatrimestre, espero que este análisis que realizo se encuentre dentro de la expectativa del lector.

EL OJO HUMANO

Características

El 50 % de la información que recibimos de nuestro entorno la recibimos a través de los ojos. La ingente información que recibimos en un simple vistazo a nuestro entorno se guarda durante un segundo en nuestra memoria y luego la desechamos casi toda.

El ojo humano es un sistema óptico formado por una dioptría esférica y una lente, que reciben, respectivamente, el nombre de córnea y cristalino, y son capaces de formar una imagen de los objetos sobre la superficie interna del ojo, en una zona denominada retina, que es sensible a la luz.

Tras la córnea hay un diafragma, el iris, que posee una abertura, la pupila, por la que pasa la luz hacia el interior del ojo. El iris es el que define el color de nuestros ojos y el que controla automáticamente el diámetro de la pupila para regular la intensidad luminosa que recibe el ojo.

El cristalino está unido por ligamentos al músculo ciliar. De esta manera el ojo queda dividido en dos partes: la posterior que contiene humor vítreo y la anterior que contiene humor acuoso. El índice de refracción del cristalino es 1,437 y los del humor acuoso y humor vítreo son similares al del agua.

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El cristalino enfoca las imágenes sobre la envoltura interna del ojo, la retina. Esta envoltura contiene fibras nerviosas (prolongaciones del nervio óptico) que terminan en unas pequeñas estructuras denominadas conos y bastones muy sensibles a la luz. Existe un punto en la retina, llamado fóvea, alrededor del cual hay una zona que sólo tiene conos (para ver el color). Durante el día la fóvea es la parte más sensible de la retina y sobre ella se forma la imagen del objeto que miramos.

Los millones de nervios que van al cerebro se combinan para formar un nervio óptico que sale de la retina por un punto que no contiene células receptores. Es el llamado punto ciego.

La córnea refracta los rayos luminosos y el cristalino actúa como ajuste para enfocar objetos situados a diferentes distancias. De esto se encargan los músculos ciliares que modifican la curvatura de la lente y cambian su potencia. Para enfocar un objeto que está próximo, es decir, para que la imagen se forme en la retina, los músculos ciliares se contraen, y el grosor del cristalino aumenta, acortando la distancia focal imagen. Por el contrario si el objeto está distante los músculos ciliares se relajan y la lente adelgaza. Este ajuste se denomina acomodación o adaptación.

El ojo sano y normal ve los objetos situados en el infinito sin acomodación enfocados en la retina. Esto quiere decir que el foco está en la retina y el llamado punto remoto (Pr) está en el infinito.

Se llama punto remoto la distancia máxima a la que puede estar situado un objeto para que una persona lo distinga claramente y punto próximo a la distancia mínima.

Un ojo normal será el que tiene un punto próximo a una distancia "d" de 25 cm, (para un niño puede ser de 10 cm) y un punto remoto situado en el infinito. Si no cumple estos requisitos el ojo tiene algún defecto.

El ojos es un sistema óptico que concentra y logra enfocar en la retina los rayos que salen divergentes de un objeto (de otro modo los rayos salientes de un punto no podrían recogerse sobre una pantalla para dar su imagen).

En ella puedes ver que cuando el objeto se sitúa en cualquier punto entre el punto remoto y el punto próximo la imagen se forma en la retina del ojo normal. También puedes comparar y ver lo que ocurre cuando los ojos tienen algún defecto.

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Si un objeto está situado en el punto próximo del ojo, se ve del mayor tamaño y bajo el mayor ángulo que es posible verlo a simple vista.

LA CONEXIÓN DEL OJO HUMANO CON EL CEREBRO

Cuando la luz incide sobre las células fotorreceptoras provoca reacciones fotoquímicas que son transformadas en impulsos eléctricos y éstos se transmiten a lo largo de una cadena de neuronas hasta el cerebro.Estos impulsos eléctricos son recibidos en el lóbulo occipital, donde se produce la sensación de color, y desde aquí pasan a los centros superiores de la corteza cerebral donde tiene lugar la percepción consciente.

Conexiones ojo--cerebro

• Axones de cél. ganglionares retinianas ascienden por el nervio óptico llegando al núcleo geniculado lateral dorsal del tálamo. (NGLD)

• Neuronas del NGLD talámico envían sus axones a la corteza visual 1ria.

• Los nervios ópticos se unen en la base del cerebro integrando una X. Quiasma óptico.

• Debido a que los axones de las mitades nasales de las retinas cruzan al otro lado

del cerebro, cada hemisferio recibe información de la mitad contralateral del campo visual.

• Otras regiones del cerebro, hipotálamo y tectum, también reciben inf. visual.

• Estas regiones intervienen en la regulación de la actividad durante el ciclo día-noche, el tamaño de la pupila y los movimientos del ojo y la cabeza.

• Control de la atención prestada a los estímulos visuales.

EL OJO Y SUS CONEXIONES

La luz ingresa al ojo por un orificio que se encuentra en el centro del iris y que se llama pupila, la enfoca el lente (ajustable) y la córnea (no ajustable) y se proyecta en la retina, la superficie posterior del ojo, la cual está cubierta por receptores visuales. (Kalat, 2011)

RUTA EN EL INTERIOR DE LA RETINA

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Los mensajes de la retina van de los receptores, que se encuentran en el fondo del ojo, a las células bipolares que están más cerca del centro. Las células bipolares envían su mensaje a las células ganglionares. Los axones de estas se unen y regresan al cerebro. Otras células, llamadas amacrinas, reciben la información proveniente de las bipolares y la envían a otras células bipolares, amacrinas y ganglionares. (Kalat, 2011) Diversas clases de células amacrinas refinan los mensajes que van a las ganglionares, lo cual les permite responder específicamente a las formas, movimientos y otras características visuales.

CONEXIONES ENTRE LOS OJOS Y EL ENCÉFALO

Los axones de las células ganglionares de la retina llevan información al resto del encéfalo. Ascienden a través del nervio óptico y alcanzan el núcleo geniculado lateral dorsal del tálamo. Este núcleo está formado por seis capas de neuronas y cada una de ellas recibe estímulos solamente desde uno de los ojos. Las neuronas de las dos capas internas tienen los cuerpos celulares más grandes que los de las dos capas externas; por esta razón las dos capas internas son llamadas capas magnocelulares y las cuatro capas externas, parvocelulares. Un tercer grupo de neuronas forman las subcapas coniocelulares. (Carlson, 2006)

Las neuronas del núcleo geniculado lateral dorsal envían sus axones mediante las llamadas radiaciones ópticas hasta la corteza visual primaria. Los nervios ópticos convergen hacia la base del cerebro, donde se unen en una estructura con forma de X, el quiasma óptico. En este, los axones se cruzan y finalizan en el núcleo geniculado lateral dorsal del lado contrario del cerebro. De este modo, como los axones de la mitad nasal de la retina cruzan al otro lado, cada hemisferio recibe información desde la mitad contralateral (opuesto) de la escena visual.

Las células ganglionares de la retina codifican información acerca de las cantidades relativas de luz que inciden en el centro y la periferia de sus campos receptores. La corteza estriada ejecuta un procesamiento adicional a esta información que es transmitida, a su vez, a la corteza de asociación.

La corteza estriada consta de seis capas principales, dispuestas en bandas paralelas a la superficie de la corteza.

La información desde las capas parvocelulares y magnocelulares del núcleo geniculado dorsal entran a la capa intermedia de la corteza estriada, ahí la información se reenvía a las capas superiores donde es analizada por circuitos neuronales.

Aproximadamente el 25 por ciento de la superficie de la corteza estriada se dedica al análisis de la información procedente de la fóvea, que representa una parte pequeña del campo visual.

Los circuitos neuronales de la corteza visual combinan información de diferentes procedencias y de esta forma es como se detectan características más amplias que las que corresponderían al campo receptor de una única célula ganglionar.

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COMO EL OJO Y EL CEREBRO FUNCIONAN JUNTOS

1. Los rayos de luz entran al ojo pasando a través de la córnea, el humor acuoso, la pupila, el cristalino, el humor vítreo, y luego llegan a las células nerviosas sensibles a la luz (conos y bastones) de la retina.

2. El proceso visual comienza en la retina. La energía de la luz produce cambios químicos en las células de la retina sensibles a la luz. Luego, estas células producen actividad eléctrica.

3. Las fibras nerviosas de estas células se unen en la parte posterior del ojo para formar el nervio óptico.

4. El nervio óptico de cada ojo se une al del otro en el quiasma óptico. Las fibras nerviosas del centro de cada nervio óptico se entrecruzan, pero las laterales permanecen de su mismo lado. La superposición de las fibras nerviosas permite la percepción de la profundidad.

5. Los impulsos eléctricos son comunicados a la corteza visual del cerebro a través del nervio óptico.

6. La corteza visual interpreta los impulsos eléctricos y archiva la información para referencia futura o envía mensajes a un área motriz para que actúe.

Miopía e Hipermetropía

La miopía y la hipermetropía son resultado de la variación en la forma del globo ocular que causa que la luz se enfoque por delante o por detrás de la retina.

Visión perfecta: La luz se enfoca exactamente sobre la retina para ver objetos cercanos y lejanos.

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Luz de objetos cercanos

Se enfoca detrás de la retina. Luz de objetos lejanos

Se enfoca delante de la retina.

Recopilación de la Fundación Blind Babies (Niños Ciegos), 1998

Humor acuoso – un fluido líquido, claro, que llena el espacio entre la córnea y el humor vítreo. Es responsable de la nutrición de la córnea, el iris, el cristalino y de mantener la presión intraocular.

Canal de Schelmn – es responsable de mover el humor vítreo desde la cámara anterior del ojo a través de las venas acuosas hacia el torrente sanguíneo.

Cuerpo ciliar – está formado por el músculo ciliar que ayuda a que se acomode el cristalino y controla la presión intraocular del ojo. También es donde se produce el humor vítreo.

Conos – células receptoras sensibles a la luz que en su mayoría se encuentran en la parte central de la retina. Es responsable de la agudeza visual nítida y de la discriminación de los colores.

Conjuntiva – una membrana mucosa transparente que recubre la superficie externa del ojo, exceptuando la córnea. También recubre la superficie interna del párpado.

Córnea – el cono transparente ubicado sobre la parte anterior del ojo. Es responsable por la mayor parte del poder óptico del ojo.

Coroides – una capa del ojo que se encuentra entre la retina y la esclerótica. Contiene los vasos sanguíneos principales y brinda nutrición a las capas externas de la retina.

Fóvea – se localiza en el centro de la mácula. Provee la visión más nítida.

Iris – un músculo circular de color que nos da el color de los ojos. Es responsable de controlar la cantidad de luz que entra en los ojos.

Cristalino – es responsable de enfocar los rayos de luz en la retina. Es una estructura oval transparente, suspendida detrás del iris que se puede contraer y expandir de acuerdo con el poder adicional de enfoque que se necesite.

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Mácula – una pequeña parte central de la retina responsable de la precisión de la visión central detallada.

Nervio óptico - transporta los impulsos luminosos de la vista desde la retina al cerebro.

Retina– la parte más activa del ojo donde se encuentran los conos y bastones.

Estos receptores recogen la información de las señales visuales y las transportan al nervio óptico para ser transmitidas al cerebro.

Bastones – células receptoras sensibles a la luz que en su mayoría se encuentran en la parte periférica de la retina. Son responsables de la visión nocturna.

Esclerótica – la capa exterior protectora del ojo.

Humor vítreo – una sustancia gelatinosa ubicada entre el cristalino y la retina que brinda soporte estructural al ojo.

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Bibliografía:

Libros:

Comunicaciones ópticas, conceptos esenciales y resolución de ejercicios, María Carmen España Boquera.

El sistema nervioso: desde las neuronas hasta el cerebro humano, editorial universidad de Antioquia, Ernesto Bustamante.

Ojo, cerebro y visión: David Hunter Hubel, universidad de murcia.

Páginas web:

http://www.fibra-optica.org/servicios-fibra-optica/que-es-fibra-optica/fibra.as

http://www.encarta.msn.eshttp://usuarios.lycos.es/Fibra_Optica/comparacion.htm

http://www.abilitypath.org/espanol-1/vision/como-el-ojo-y-el-cerebro.html

http://www.edumedia-sciences.com/es/a412-del-ojo-al-cerebro

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