Fibra óptica
Un hilo de vidrio más fino que un cabello lleva hoy todo el tráfico de internet entre ciudades y continentes. La razón es sencilla: como la portadora es luz —cientos de terahertz—, el ancho de banda disponible es enorme, y el vidrio de comunicaciones es de los materiales más transparentes que existen.
01Cómo queda la luz atrapada
La fibra es un núcleo de vidrio rodeado por un revestimiento de índice de refracción apenas menor. Cuando la luz llega a la frontera con un ángulo suficientemente rasante, se refleja totalmente: no sale nada. Repitiendo esa reflexión miles de veces por metro, la luz recorre kilómetros encerrada en el núcleo, incluso siguiendo las curvas del cable.
| Tipo | Núcleo | Comportamiento y uso |
|---|---|---|
| Multimodo salto de índice | 50 a 100 µm | Muchos caminos con longitudes muy distintas: el pulso se ensancha rápido. Tramos cortos y baja velocidad. |
| Multimodo índice gradual | 50 / 62,5 µm | El índice disminuye hacia afuera, así que los rayos que van más lejos viajan más rápido y llegan casi juntos. Redes de campus y edificios, hasta unos cientos de metros. |
| Monomodo | 8 a 10 µm | El núcleo es tan fino que sólo se propaga un modo. Es la fibra de los enlaces largos y de todo el troncal de internet. |
Todas las fibras de comunicaciones tienen 125 µm de revestimiento; lo que cambia es el núcleo. Por eso los conectores y las herramientas son intercambiables, y por eso es tan fácil equivocarse: una monomodo y una multimodo se ven iguales por fuera. Se distinguen por el color del cable y por la marcación, no a simple vista.
02Atenuación, ventanas y dispersión
| Ventana | Longitud de onda | Atenuación | Uso |
|---|---|---|---|
| 1ª | 850 nm | ≈ 3 dB/km | Multimodo, tramos cortos. Emisores baratos. |
| 2ª | 1310 nm | ≈ 0,35 dB/km | Monomodo, dispersión mínima. Redes urbanas. |
| 3ª | 1550 nm | ≈ 0,20 dB/km | Atenuación mínima. Larga distancia y amplificación óptica. |
- Absorción: impurezas del vidrio, sobre todo restos de agua (grupos OH), que producen picos de atenuación en ciertas longitudes de onda.
- Dispersión de Rayleigh: la luz se desvía en las irregularidades microscópicas del vidrio. Es más fuerte en longitudes de onda cortas, y es lo que fija el piso de atenuación.
- Dispersión modal: sólo en multimodo. Los distintos caminos tardan distinto y el pulso se ensancha.
- Dispersión cromática: cada color viaja a velocidad ligeramente distinta. Limita las velocidades muy altas en monomodo y se compensa con fibras y módulos específicos.
Enlace monomodo de 40 km en 1550 nm, con 4 empalmes por fusión y 2 conectores en cada extremo. Transmisor de 0 dBm, receptor con sensibilidad de −28 dBm.
| Concepto | Pérdida |
|---|---|
| Fibra: 40 km × 0,20 dB/km | 8,0 dB |
| Empalmes: 4 × 0,10 dB | 0,4 dB |
| Conectores: 4 × 0,5 dB | 2,0 dB |
| Margen de reserva por reparaciones y envejecimiento | 3,0 dB |
| Total | 13,4 dB |
Potencia recibida: 0 − 13,4 = −13,4 dBm, muy por encima de los −28 dBm de sensibilidad. El enlace tiene 14,6 dB de margen: sobra. Con esos números incluso se podría usar un transmisor más económico o extender la distancia.
A diferencia de la radio, en fibra existe un máximo: si la potencia recibida supera el límite del receptor, éste se satura y la tasa de error empeora. Es lo que pasa al conectar dos equipos con un latiguillo corto usando módulos de larga distancia. La solución es intercalar un atenuador óptico, no dejarlo así porque «enlaza igual».
03Emisores, receptores y multiplexación
- LED: barato, espectro ancho, poca potencia. Sólo multimodo y baja velocidad.
- Láser: espectro angosto, mucha potencia y conmutación rapidísima. Es lo que hace posible el monomodo de larga distancia y las altas velocidades.
- Fotodiodo PIN: sencillo, estable, el más usado.
- Fotodiodo de avalancha (APD): tiene ganancia interna y por lo tanto más sensibilidad, a costa de más ruido y de necesitar alta tensión.
Ambos son aplicaciones directas de los dispositivos vistos en semiconductores especiales: el mismo LED y el mismo fotodiodo, llevados al extremo de velocidad y pureza espectral.
Por una misma fibra pueden viajar decenas de canales simultáneos, cada uno en un color distinto, separados al final por filtros ópticos. Es lo que permite multiplicar la capacidad de una fibra ya instalada sin tocar el tendido: se cambian los equipos de los extremos y listo. En los sistemas densos, los canales están separados por menos de un nanómetro.
Y en 1550 nm existen amplificadores ópticos que amplifican la luz directamente, sin convertirla a señal eléctrica. Gracias a ellos un cable submarino cruza un océano con repetidores simples cada varias decenas de kilómetros.
04Conectorizado, empalmes y medición
| Tarea | Pérdida típica | Detalles |
|---|---|---|
| Empalme por fusión | 0,02 a 0,10 dB | Se pelan, limpian y cortan las fibras con cortadora de precisión, y la fusionadora las alinea y las une con un arco eléctrico. Es el método definitivo. |
| Empalme mecánico | 0,1 a 0,5 dB | Alineación con gel de índice adaptado. Rápido, para reparaciones provisorias. |
| Conector (SC, LC, FC, ST) | 0,2 a 0,5 dB | Pulido plano, PC, UPC o APC. Los APC, verdes, tienen la cara en ángulo para reducir el reflejo. |
- Medidor de potencia y fuente: mide la pérdida total del tramo. Es la medición que certifica un enlace.
- OTDR: muestra el perfil a lo largo de la fibra y ubica la falla en metros.
- Localizador visual: un láser rojo que se ve por el revestimiento; sirve para identificar fibras y encontrar roturas cercanas.
- Microscopio de inspección: para ver la cara del conector. La causa número uno de problemas es, simplemente, suciedad.
- Nunca mirar el extremo de una fibra ni de un conector activo: la luz de 1310 y 1550 nm es invisible y puede dañar la retina antes de que haya reflejo de parpadeo. Se verifica con un medidor, nunca con el ojo.
- Los restos de fibra del corte son astillas de vidrio de micrones: se clavan, no se ven y no salen. Se recogen con cinta adhesiva y se descartan en un recipiente rígido.
- El alcohol isopropílico usado para limpiar es inflamable, y la fusionadora genera un arco eléctrico.
05En el laboratorio
Antes de tocar la fibra: hacer circular un haz de láser por un chorro de agua que cae de un recipiente. La luz sigue la curva del chorro por reflexión total interna. Es la demostración histórica del principio, y hace visible lo que después ocurrirá dentro del vidrio.
Con fuente y medidor de potencia, medir la pérdida de un latiguillo, de un carrete y de un enlace con empalmes. Calcular la atenuación por kilómetro y comparar con la especificación de la fibra. Repetir después de limpiar los conectores: la diferencia suele ser sorprendente.
Pelar, limpiar, cortar y fusionar dos fibras. Medir la pérdida del empalme y repetir hasta bajarla de 0,1 dB. Anotar qué pasa cuando el corte queda en ángulo o cuando queda suciedad: la fusionadora lo informa y la pérdida lo confirma.
Medir la potencia recibida mientras se curva la fibra con radios cada vez menores: aparece la pérdida por macrocurvatura. Después, con un OTDR, ubicar un empalme y una curvatura forzada a lo largo del carrete, y verificar la distancia informada con una cinta métrica.
06Errores frecuentes
| Síntoma | Causa habitual |
|---|---|
| Pérdida alta en un enlace nuevo | Conectores sucios. Es la causa más común de todas, y se resuelve limpiando. |
| Enlace inestable que empeora al mover el cable | Curvatura excesiva, cable aplastado o conector flojo. |
| Los equipos no enlazan aunque llegue mucha luz | Receptor saturado: falta un atenuador. O bien tipos de fibra distintos en cada extremo. |
| Se mezcló monomodo con multimodo | Se ven iguales por fuera. Hay que leer la marcación del cable y respetar los colores. |
| Pérdida alta en un empalme | Corte en ángulo, suciedad, o electrodos de la fusionadora gastados. |
| El OTDR muestra un pico enorme al inicio | Zona muerta del propio instrumento: se usa una bobina de lanzamiento para medir bien el primer conector. |
| Corte total sin causa aparente | Rotura del cable por obra de terceros. El OTDR indica a cuántos metros está. |
07Autoevaluación
¿Qué mantiene la luz dentro del núcleo?
La reflexión total interna: el núcleo tiene índice de refracción mayor que el revestimiento, y los rayos que inciden con ángulo mayor que el crítico se reflejan íntegramente.
Diferencia entre fibra multimodo y monomodo.
La multimodo tiene núcleo grande (50 a 62,5 µm) y admite muchos caminos, lo que ensancha el pulso; la monomodo tiene núcleo de 8 a 10 µm y admite uno solo, por lo que sirve para distancias largas y velocidades altas.
¿Por qué se usa 1550 nm en larga distancia?
Porque es la ventana de mínima atenuación, alrededor de 0,20 dB/km, y porque existen amplificadores ópticos que trabajan en esa banda.
¿Qué es la apertura numérica?
El máximo ángulo con el que se puede inyectar luz para que quede guiada. Depende de la diferencia de índices entre núcleo y revestimiento.
Presupuesto de un enlace de 20 km en 1310 nm con 2 empalmes y 4 conectores.
20 × 0,35 = 7,0 dB de fibra; 2 × 0,1 = 0,2 dB de empalmes; 4 × 0,5 = 2,0 dB de conectores; más 3 dB de margen: total 12,2 dB.
¿Puede llegar «demasiada» luz al receptor?
Sí: por encima de su potencia máxima el receptor se satura y la tasa de error aumenta. Se corrige con un atenuador óptico.
¿Para qué sirve un OTDR y qué muestra su traza?
Para ver el perfil de la fibra a lo largo de su longitud. La pendiente es la atenuación por kilómetro, los escalones son empalmes, los picos son conectores o reflexiones, y el final abrupto indica una rotura, con su distancia.
¿Qué es la multiplexación por longitud de onda?
Transmitir varios canales por la misma fibra, cada uno en una longitud de onda distinta, separándolos con filtros. Multiplica la capacidad de una fibra ya instalada.
¿Por qué nunca hay que mirar el extremo de una fibra activa?
Porque la luz de 1310 y 1550 nm es invisible y no dispara el reflejo de parpadeo, pero puede dañar la retina. La presencia de señal se verifica con un medidor de potencia.
¿Cuál es la causa más frecuente de pérdida excesiva?
La suciedad en la cara de los conectores. Antes de buscar cualquier otra explicación, se inspecciona y se limpia.