Comunicación de datos ópticos

Una alternativa moderna al envío de información digital (binaria) a través de señales de voltaje eléctrico es utilizar señales ópticas (de luz). Las señales eléctricas de los circuitos digitales (voltajes altos / bajos) se pueden convertir en señales ópticas discretas (con luz o sin luz) con LED o láseres de estado sólido. Del mismo modo, las señales de luz se pueden traducir de nuevo a forma eléctrica mediante el uso de fotodiodos o fototransistores para introducirlos en las entradas de los circuitos de compuerta.

La transmisión de información digital en forma óptica se puede realizar al aire libre, simplemente apuntando un láser a un fotodetector a una distancia remota, pero pueden presentarse interferencias con el rayo en forma de capas de inversión de temperatura, polvo, lluvia, niebla y otras obstrucciones. problemas de ingeniería importantes:

Una forma de evitar los problemas de la transmisión de datos ópticos al aire libre es enviar los pulsos de luz por una fibra de vidrio ultrapura. Fibras de vidrio “conducirá” un haz de luz de la misma manera que un alambre de cobre conducirá electrones, con la ventaja de evitar por completo todos los problemas asociados de inductancia, capacitancia e interferencia externa que plagan las señales eléctricas. Las fibras ópticas mantienen el haz de luz contenido dentro del núcleo de la fibra mediante un fenómeno conocido como reflectancia interna total .

Una fibra óptica se compone de dos capas de vidrio ultrapuro, cada capa hecha de vidrio con un índice de refracción ligeramente diferente. o capacidad para "doblarse" ligero. Con un tipo de vidrio en capas concéntricamente alrededor de un núcleo de vidrio central, la luz introducida en el núcleo central no puede escapar fuera de la fibra, sino que se limita a viajar dentro del núcleo:

Estas capas de vidrio son muy delgadas, el "revestimiento" exterior suele ser de 125 micrones (1 micrón =1 millonésima parte de un metro, o 10 ^-6 metro) de diámetro. Esta delgadez confiere a la fibra una flexibilidad considerable. Para proteger la fibra de daños físicos, generalmente se le aplica una fina capa de plástico, se coloca dentro de un tubo de plástico, se envuelve con fibras de kevlar para mayor resistencia a la tracción y se le da una cubierta exterior de plástico similar al aislamiento de cables eléctricos. Al igual que los cables eléctricos, las fibras ópticas a menudo se agrupan dentro de la misma funda para formar un solo cable.

Las fibras ópticas superan el rendimiento de manejo de datos del cable de cobre en casi todos los aspectos. Son totalmente inmunes a las interferencias electromagnéticas y tienen anchos de banda muy elevados. Sin embargo, no están exentos de ciertas debilidades.

Efectos de la micro flexión en la fibra óptica

Una debilidad de la fibra óptica es un fenómeno conocido como microdoblado . Aquí es donde la fibra se dobla en un radio demasiado pequeño, lo que hace que la luz escape del núcleo interno, a través del revestimiento:

La micro curvatura no solo provoca una disminución de la intensidad de la señal debido a la pérdida de luz, sino que también constituye una debilidad de seguridad en el sentido de que un sensor de luz colocado intencionalmente en el exterior de una curva cerrada podría interceptar los datos digitales transmitidos a través de la fibra.

Modos en fibra óptica

Otro problema exclusivo de la fibra óptica es la distorsión de la señal debido a múltiples trayectorias de luz o modos , teniendo diferentes distancias a lo largo de la fibra. Cuando la luz es emitida por una fuente, los fotones (partículas de luz) no viajan todos exactamente por el mismo camino. Este hecho es claramente obvio en cualquier fuente de luz que no se ajuste a un haz recto, pero es cierto incluso en dispositivos como los láseres.

Modo único

Si el núcleo de la fibra se hace lo suficientemente pequeño (alrededor de 5 micrones de diámetro), los modos de luz se restringen a una sola vía con una longitud. La fibra diseñada para permitir un solo modo de luz se conoce como fibra monomodo. Debido a que la fibra monomodo evita el problema del estiramiento de pulsos que se experimenta en cables largos, es la fibra preferida para redes de larga distancia (varias millas o más). El inconveniente, por supuesto, es que con un solo modo de luz, las fibras monomodo no conducen tanto como las fibras multimodo. En largas distancias, esto exacerba la necesidad de unidades "repetidoras" para aumentar la potencia de la luz.

Fibra multimodo

Si el núcleo de la fibra óptica tiene un diámetro lo suficientemente grande, admitirá múltiples vías para que viajen los fotones, cada una de estas vías tiene una longitud ligeramente diferente de un extremo de la fibra al otro.

Estiramiento del pulso

Un pulso de luz emitido por el LED que toma un camino más corto a través de la fibra llegará al detector antes que los pulsos de luz que toman caminos más largos. El resultado es la distorsión de los bordes ascendentes y descendentes de la onda cuadrada, denominada estiramiento del pulso . Este problema empeora a medida que aumenta la longitud total de la fibra: