Circuitos de Fibra Óptica Explicados: Guía para Principiantes en Comunicaciones de Alta Velocidad

En el pasado, el cableado eléctrico era la norma hasta que se necesitó alto ancho de banda a larga distancia. Los cables eléctricos no cumplían los requisitos, surgiendo la fibra óptica como reemplazo más eficiente. La fibra óptica conduce grandes cantidades de datos a velocidades extremadamente altas, por eso está en la mayoría de cables de internet. La tecnología tiene inconvenientes como fallos en circuitos de fibra, despreciables en arrays multi-fibra de alta densidad.

¿Quieres saber más? Estás en el lugar correcto: discutiremos arrays compactos, implantables crónicamente, de alta densidad de circuitos de fibra óptica.

¿Qué es un Circuito de Fibra?

La fibra óptica usa la misma idea de movimiento de información de diferentes formas. Por ejemplo, el teléfono tiene cable de alambre. El circuito de fibra es un camino donde electrones viajan con información, moviéndose a diferentes dispositivos eléctricos. Viene con luz que actúa como portadora de información, propagándose por reflexión interna total a través de guía de onda óptica transparente. El cable lleva el sonido al zócalo en la pared al hablar. Otra línea mueve el sonido a la central telefónica local, pudiendo enfrentar sobrecarga inicial. El móvil, en cambio, transmite y recibe información con ondas de radio invisibles y dinámicas neuronales a gran escala, sin cables.

Tipos de Fibras Ópticas

Transmiten señales en diferentes modos con salvaguardas adicionales. El modo se refiere a cómo un haz de luz pasa por la fibra: rebotando en diferentes ángulos, yendo recto al centro, o rebotando en ángulo bajo. Dos tipos principales:

Fibra Monomodo (Single-mode)

Pequeño diámetro de núcleo de fibra de vidrio, ideal para largas distancias. Reduce pérdida de señal gracias al diámetro pequeño. La abertura pequeña separa la luz en un solo haz, proporcionando ruta más directa. Usa fuente láser, tiene alto ancho de banda. Requiere cálculo exacto para generar luz láser en abertura pequeña, por eso es más cara.

Fibra Multimodo (Multimode)

Grande apertura de núcleo permite rebote y reflexión de señales de luz. Gracias a su gran diámetro, envía múltiples pulsos de luz a la vez, más transmisión de datos. Pero puede haber pérdida de señal e interferencia. Usa LED para impulso luminoso, más barata que monomodo.

¿Cómo Funciona el Circuito de Fibra?

El circuito mueve información en fotones o partículas de luz que vibran a través de cable de fibra óptica. El revestimiento (cladding) y núcleo de fibra de vidrio tienen diferente índice de refracción, curvando la luz entrante en ángulo específico. Las señales experimentan reflexión interna total: rebotan en el núcleo (parte central) y revestimiento (capa de vidrio alrededor del núcleo) en secuencia zig-zag. Esto mantiene la luz en el tubo. Las señales viajan 30% más lento que la luz por capas de vidrio más densas. Para amplificar señal en su trayecto, usar repetidores a intervalos distantes: regeneran señales ópticas convirtiendo óptico a eléctrico, procesando y retransmitiendo como óptico.

Aplicaciones del Circuito de Fibra

La fibra óptica transmite datos codificados en haz de luz moduladora, útil para modulación de red. La idea surgió en los 1950s para eficiencia de acoplamiento, endoscopios y acopladores de rejilla eficientes. Permitió a médicos ver interior del cuerpo sin cirugía, usando fotometría multi-fibra. Ingenieros usaron misma tecnología para llamadas telefónicas a velocidad de luz. La FCC adoptó la tecnología. Cable de fibra óptica consiste en fibras ópticas (finas hebras de plástico o vidrio). Cada fibra es muy fina y puede transportar más de 25.000 llamadas telefónicas; el cable completo transmite varios millones. En resumen: tecnología basada en luz para mover información entre dos lugares.

Diseño del Circuito Óptico de Fibra

Dos partes principales: circuito transmisor y receptor.

Circuito Transmisor de Fibra Óptica

Componentes para transmisor de bajo costo:

• Batería
• Carcasa
• Conector jack SK1 3.5mm
• Placa de circuito

Semiconductores

• D1 (LED)
• IC1 (NE555)
• IC2 (1458C)
• Tr1 (BC141)

Capacitores

• C1 (220µF 10V electrolítico)
• C2 (390pF cerámico)
• C3 (1µF 63V electrolítico)
• C4 (330pF cerámico)
• C5 (4n7 poliéster)
• C6 (3n3 poliéster)
• C7 (470n poliéster)

Resistencias (todas 1/4 vatio, 5%)

• R1 (47Ω), R2 (4k7), R3 (47k), R4 (10k), R5 (10k), R6 (10k), R7 (100k), R8 (100k)

Al ser IC1 NE555, se espera buen rendimiento. Controlar frecuencia uniendo señal de entrada al pin 5 del IC, conectado a divisor de voltaje. Configurar divisor para generar límites de conmutación 2/3V+ y 1/3V+ para NE555. Ajustar límite superior para aumentar/disminuir tiempo que C2 tarda en conmutar entre rangos. TR1 ofrece alta corriente de conducción para iluminar D1 (LED) idealmente, cableado como etapa buffer seguidor de emisor. Además de IC1 con 200mA para D1, necesitas driver controlado por separado para LED, logrando corriente precisa y fiable. Posicionar R1 para fijar corriente LED ~40mA. LED trabaja al 50% (20mA) por conmutación ON/OFF al 50%. Ajustar R1 para aumentar/disminuir corriente salida.

Circuito Receptor de Fibra Óptica

Componentes para receptor y filtro:

• Alambre
• Conector D SK1 25 vías
• Placa de circuito
• Carcasa

Semiconductores

• TR1, TR2 BC549 (2 uds)
• D1
• IC1 (4001BE)
• IC2 (1458C)
• IC3 (CA3140E)

Capacitores

• C1 (100µF 10V electrolítico)
• C2, C3 (2n2 poliéster)
• C4 (390pF cerámico)
• C5 (1µF 63V electrolítico)
• C6 (3n3 poliéster)
• C7 (4n7 poliéster)
• C8 (330pF cerámico)
• C9, C10 (3n3, 4n7 poliéster)

Resistencias

• R1 (22k), R2 (2M2), R3 (10k), R4 (470Ω), R5 (1M2), R6 (4k7), R7 (22k), R8 (47k), R9 (47k), R10-R15 10k (6 uds)

El receptor está sobre el filtro; salida del receptor conecta a entrada del filtro. D1 crea diodo detector en polarización inversa; resistencia de fuga forma efecto LDR. R1 actúa como resistencia de carga. C2 enlaza etapa detector y amplificador entrada, formando red capacitiva de dos etapas en modo emisor común. Es posible impulsar multivibrador monoestable con oscilación de voltaje alta eficiente en semiconductor TR2, permitiendo ganancia de voltaje general superior (>80dB). Etapa filtro basada en 1458C (a/b), filtro 18 dB/octava (orden 2/3) común en circuitos transmisores.

Ventajas de la Fibra Óptica

• Sumergible en agua
• Alto ancho de banda
• Cables ligeros, finos y resistentes
• No necesita amplificación para que luz viaje más lejos
• Mantenimiento/reemplazo poco frecuente
• Menos susceptible a interferencia electromagnética

Desventajas de la Fibra Óptica

• Bastante costosa
• Instalación intensiva en mano de obra
• Cables frágiles
• Fibras de vidrio necesitan más protección

Palabras Finales

El circuito de fibra juega papel vital en la fibra óptica. La mayoría prefiere cables de fibra sobre cobre por beneficios como alta velocidad de transmisión, ancho de banda, etc. Funcionan perfectamente para redes de datos de alto rendimiento y larga distancia.

¿Qué opinas del circuito de fibra? ¿Preguntas o sugerencias? Contáctanos.