Fibra Optica

EL CAN AL ÓPTI CO: LA FIBR A ÓPTI CA

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T R A B AJ O FI B R A O P TI C A:

INDICE: 1)Introduccion: Hitos, ventajas..... 2)Capacidad sistemas opticos: Fenomenos Físicos, ondas.... 3)Transmision de datos por fibra óptica: Aspectos para digital.

T R A B AJ O FI B R A O P TI C A:

1) INTRODUCCION: La comunicación óptica se basa en la apreciación visual de si hay luz/o no hay luz, (encendido/apagado) con adecuados códigos de interpretación, llamados protocolos. La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos. Se compone de un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir.

T R A B AJ O FI B R A O P TI C A:

En el siguiente resumen mostraremos el desarrollo de la tecnología y su evolución para las aplicaciones de Fibra Optica. --------------------------------------------Los antiguos griegos usaban espejos para transmitir información, de modo rudimentario, usando luz solar.

-En 1792, Claude Chappe diseñó un sistema de telegrafía óptica, que mediante el uso de un código y torres y espejos distribuidos a lo largo de los 200 km que separan Lille y París, conseguía transmitir un mensaje en tan sólo 16 minutos.

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-En 1870 el físico irlandés John Tyndall descubrió que la luz podía viajar dentro de un materia (agua), curvándose por reflexión interna. En esta época se utilizo para iluminar fuentes.

-En 1889 Alexander G-Bell, intento desarrollar el fotofono, que intenta transmitir el sonido atraves de la luz: Consistia en modular un haz de luz en el emisor atraves de la vibración de un espejo, y gracias a la resistencia variabl con la luz de las celulas de selenio. Fue pensado para la comunicación entre barcos pero era muy sensible a las interferencias exteriores, niebla, lluvia....

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-En 1910, Hendros y Deybe experimentan con varillas vidrio, gracias a las ecuaciones sobre la captura de luz sobre un cristal liso de Fresnel. -En 1927 Baird (Inglaterra) y Hansell (USA) patentan un sistema que puede transmitir imágenes por medio de fibras de silicio. -En 1934 French patenta un sistema de varillas rígidas de vidrio que transmiten señales de voz. -En 1953 Kapany construye la primera fibra de vidrio recubierta denominada fibra óptica. -En 1960 se construye el primer LASER (amplificación de luz por estimulación de radiación) -En 1970 Corning Glass Works manejaban fibras ópticas con una atenuación de 20dB/km a una longitud de onda de 633nm. -En 1978 se logra una fibra óptica monomodo(solo se propaga la luz en un modo) - y en 1979 se consigue para ésta una atenuación de 0.20 dB/km a 1550 nm.

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En la actualidad: Desde entonces, se ha empleado fibra óptica en multitud de enla transoceánicos o entre ciudades, y paulatinamente se va extendiendo su uso desde las redes troncales de las oper hacia los usuarios finales. Hoy en día, debido a sus mínimas pérdidas de señal y a sus óptim propiedades de ancho de banda, la fibra óptica puede ser distancias más largas que el cable de cobre.

Fibra optica comerciales monomodo con atenuación aprox de 0,3 dB/Km y longitudes de onda de trabajo adop Multimodo: de 850 nm a 1330 nm y monomodo de 1330 a 1550 nm. Longitud de onda de corte.- La fibra óptica, llamada mon no guía un único rayo para todas las longitudes de o Solo a partir de una longitud de onda óptica se com como monomodo, para longitudes de onda por deba ese valor la fibra óptica guía varios rayos de luz y s comporta como multimodo.

T R A B AJ O FI B R A O PT IC A:

Ventajas: -INMUNE A INTERFERENCIAS ELECTROMAGN Tambien no afecta ella a otras señales. No diafonía.

-AISLAMIENTO ELECTRICO. No existe riesgo de originen sobretensiones ni cortocircuitos.

-GRAN ANCHO DE BANDA. 100.000 GHZ. Debi fuentes de luz existentes en la actualidad lim ancho de banda utilizable a 2,5 GHZ.

-BAJAS PÉRDIDAS DE TRANSMISION: 0,3 dB/k Permiten grandes distancias entre repetido

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Ventajas: -LIGERA Y REDUCIDAS DIMENSIONES. Los cables c convencionales debido a sus dimensiones y pes sobrepasan 0,3 km. La figra optica se usa en bo hasta 5 km.

-INMUNIDAD CONTRA DETECCION EXTERNA: La fi radia energia electromagnetica, importante para militares.

-MEDIO AMBIENTE Y MATERIA PRIMA: El SiO2 es ab la naturaleza y sin embargo el cobre es limitado.

-FACTORES AMBIENTALES: La corrosion debida al ag sustancias químicas es menor que en cables co

Capacidad de los sistemas ópticos Visión de la tecnología óptica No existe un mejor medio físico conocido que la fibra óptica, y ninguna señal fuente mejor que la luz para resolver los nuevos y emergentes requerimientos de transmisión" … “la fibra óptica es un medio de propagación a prueba de futuro” (Editorial Revista IEEE, marzo 2000).

Estado del arte al 2011 Un láser es capaz de emitir 1016 fotones/s. Un buen fotodetector distingue un bit “1” con 10 fotones Por tanto, se dispone de una capacidad de transmisión de 1015 bps es decir, 1 Pbps. Esta capacidad de transmisión (ancho de banda) está limitada sólo por la tecnología disponible de generación y de recepción de la señal. Además, la distancia de transmisión es significativamente grande por la baja atenuación que presenta la fibra. Una señal óptica se transmite a lo largo de muchos km sin necesidad de regeneración.

La fibra tiene un ancho de banda ilimitado.

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2.- La fibra óptica ¿Qué es la fibra óptica? Es un hilo de vidrio y plástico compuesto por 3 capas concéntricas que difieren en propiedades.

1 Núcleo (core). Es un hilo de vidrio

fabricado con SiO2. Conduce la luz. De 8 a 62,5 μm de diámetro.

(cladding). Es un tubo 2 Revestimiento de vidrio fabricado con SiO2, de distinta densidad óptica que el núcleo. Confina la luz dentro del núcleo. De 125 μm de diámetro.

3 Color (coating). Es un buffer o

amortiguador de plástico. Protege al núcleo y al revestimiento de cualquier daño. De 245 μm de diámetro.

¿Cómo de gruesa es la fibra? Tiene dimensiones similares a la del cabello humano que tiene un diámetro de 75 μm.

Por ser dieléctrica, el ruido electromagnético no le afecta.

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Diseño básico de una fibra óptica ¿Cómo trabaja la fibra óptica? El rayo de luz se enciende y se apaga para transportar datos por una fibra (1´s y 0´s). El rayo ingresa al núcleo y debe permanecer en él hasta que llegue al otro extremo. El rayo no debe refractarse en el revestimiento porque eso significaría perder parte de su energía.

Es necesario, por tanto, lograr un diseño de fibra en el que: El revestimiento actúe como un espejo para el rayo de luz. Y el núcleo se comporte como una guía de ondas para el rayo de luz.

¿Cómo diseñar una fibra óptica? Las leyes de reflexión y de refracción orientan cómo diseñar una fibra que guíe las ondas de luz con una mínima pérdida de energía: El núcleo debe tener una densidad óptica mayor que la del revestimiento para que ocurra el fenómeno de la reflexión interna total.

El revestimiento confina la luz en el núcleo.

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Índice de refracción de las sustancias Modelo de rayo de luz Las ondas electromagnéticas, como la luz, se alejan de la fuente viajando en líneas rectas. Estas líneas reciben el nombre de rayos. En el vacío, la luz viaja a 300.000 km/s, pero en otras sustancias como el aire, el agua y el vidrio, lo hace a menores velocidades debido a que ópticamente son más densas. La densidad óptica de una sustancia se refiere a cuánto la velocidad del rayo de luz disminuye al atravesarla. Cuanto mayor sea, más se desacelera la luz en relación a su velocidad en el vacío.

La medida de la densidad óptica es el índice de refracción El índice de refracción (n) de una sustancia se define como la velocidad de la luz en el vacío dividido por la velocidad de la luz en esa sustancia.

n = índice de refracción de la sustancia. c = 300.000 km/s. Velocidad de la luz en el vacío. v = velocidad de la luz en la sustancia. En km/s. r = permitividad relativa de la sustancia.

Valores para sustancias comunes

En el vidrio, es posible aumentar el índice de refracción agregándole productos químicos. Si se produce un vidrio muy puro, se reduce el índice de refracción.

Una sustancia con mayor n es más densa y desacelera más la luz.

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Reflexión y refracción de la luz en la fibra óptica Leyes de reflexión y de refracción de la luz Cuando un rayo de luz (rayo incidente) toca la frontera entre 2 sustancias de distinta densidad, se divide en 2 partes:

1

Una parte se refleja a la primera sustancia (rayo reflejado), con un ángulo de reflexión igual al ángulo de incidencia.

2

La energía restante cruza la frontera y penetra a la segunda sustancia (rayo refractado), pero se desvía de su trayecto original con un ángulo de refracción que depende del ángulo de incidencia y de los índice de refracción de las dos sustancias.

Ley de Refracción de Snell En 1626 se formula la Ley de Snell que establece la relación entre los ángulos de incidencia y de refracción de un rayo que incide en la frontera entre dos sustancias con diferentes índices de refracción.

n1 = índice de refracción de la sustancia 1. n2 = índice de refracción de la sustancia 2. θ1 = Ángulo de incidencia. En º. θ2 = Ángulo de refracción. En º.

La luz al pasar a un medio menos denso aumenta su velocidad

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Reflexión interna total en la fibra óptica Condiciones para la reflexión interna total

1

El núcleo debe tener un índice de refracción mayor que el del revestimiento (n1  n2).

2

El ángulo de incidencia del rayo de luz debe ser mayor que el ángulo crítico para el núcleo y su revestimiento (θ1 > θC),

Entonces, se produce la reflexión interna total Si se cumplen estas dos condiciones, toda la luz que incide en la fibra se refleja dentro de ella; se produce la reflexión interna total, que es la base sobre la que se construye una fibra óptica. La reflexión interna total hace que los rayos de luz dentro de la fibra reboten en el límite entre el núcleo y el revestimiento y que continúen su recorrido hacia el otro extremo de la fibra.

La luz sigue un trayecto en zigzag a lo largo del núcleo de la fibra.

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Apertura numérica de la fibra óptica ¿Cómo controlar el ángulo de incidencia? Para que se produzca la reflexión interna total en una fibra, se debe controlar el ángulo de incidencia de los rayos de luz que entran al núcleo. Este control se efectúa restringiendo la apertura numérica.

¿Qué es la apertura numérica? La apertura numérica (NA) del núcleo es el rango de ángulos de incidencia de los rayos de luz que ingresan a la fibra y que se reflejan internamente. La fuente de luz se debe posicionar de tal modo que todos los rayos entren por un cono de aceptación imaginario.

Conexión tí

pica de lá

s er .

NA = apertura numérica de la fibra. θa = Ángulo de aceptación. En º. n1 = índice de refracción del núcleo. n2 = índice de refracción del

revestimiento.

La NA típica para las fibras varía entre 0.1 y 0.5.

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3.- Naturaleza de la luz ¿Qué es la luz? La luz es un tipo de energía electromagnética. Cuando una carga eléctrica se mueve hacia adelante y hacia atrás, produce una energía electromagnética. Esta energía, en forma de ondas, puede viajar por el vacío, el aire y algunos materiales como el vidrio. Una propiedad importante de toda onda de energía es la longitud de onda ().

El espectro electromagnético Las ondas de radio, las microondas, la luz visible, los rayos X y los rayos gama parecen ser muy diferentes; sin embargo, todos son tipos de energía electromagnética. Si se ordenan desde la mayor longitud de onda hasta la menor, o desde la menor frecuencia de la onda a la mayor, se crea un continuo denominado espectro electromagnético.

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Longitud de onda de las ondas electromagnéticas La longitud de onda y la frecuencia de la onda La longitud de onda es determinada por la frecuencia a la que la carga eléctrica que genera la onda se mueve hacia adelante y hacia atrás. Si la carga se mueve lentamente, la longitud de onda es larga, si se mueve rápidamente, la longitud de onda es más corta. Como todas las ondas electromagnéticas se generan de la misma manera, comparten muchas propiedades: todas viajan a 300.000 km/s en el vacío. Esta es también la velocidad de la luz. La relación entre la frecuencia a la que se genera la onda, la longitud de onda y la velocidad de propagación de la onda en el vacío es la siguiente:

v = velocidad. En c = velocidad de la luz. m/s. 300.000 km/s. d = distancia. En  = longitud de onda. En m. m. T = periodo. En s. t = tiempo. En s. f = frecuencia. En Hz.

En comunicación óptica se prefiere identificar

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La luz visible e invisible La luz blanca es la combinación de todos los colores El ojo humano percibe solo la energía electromagnética de longitudes de onda de entre 400 y 750 nm, por eso esta energía recibe el nombre de luz visible.

Las longitudes de onda de luz más largas (de 750 nm), se perciben como el color rojo, las más cortas (de 400 nm) como el color violeta.

La luz invisible para transmitir datos Las longitudes de onda invisibles al ojo humano se utilizan para transmitir datos a través de una fibra. Estas longitudes de onda son más largas que la de la luz roja y reciben el nombre de luz infrarroja. Se identifican 3 ventanas de operación.

Para transmitir datos se utilizan longitudes

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Ventanas de operación en la fibra óptica Longitudes de onda operativas en una fibra Las longitudes de onda operativas en una fibra son de 850 nm, 1310 nm y 1550 nm. Se seleccionaron estas longitudes de onda porque se transmiten más fácilmente que otras por la fibra y presentan una atenuación menor. Se las conoce como ventanas de operación. Para generar estas longitudes de onda se utilizan los diodos LED y los diodos láser, que emiten luz de un solo color (monocromáticos).

Comparación entre fuentes de luz Entre una fuente convencional y un LED o láser.

Entre una un LED y un láser.

850 nm y 1310 nm

1310 nm y 1550 Con los láser se puede transmitir datos a nm mayor

distancia porque son más directivos, concentran más la potencia de luz.

Hay una cuarta ventana en desarrollo, de 1625 nm.

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4.- Modos de propagación en la fibra óptica ¿Cómo se propaga la luz en una fibra? Los rayos de luz ingresan al núcleo si el ángulo está comprendido en la apertura numérica de la fibra. En el núcleo, hay un número limitado de trayectos que puede seguir un rayo de luz. Estos trayectos reciben el nombre de modos. Si el diámetro del núcleo es tan grande como para permitir varios trayectos, esta fibra recibe el nombre de fibra multimodo. Por otro lado, la fibra monomodo tiene un núcleo tan pequeño que permite que los rayos de luz viajen por un solo trayecto.

La multimodo MM se usa en distancias cortas.

La monomodo SM se usa en largas distancias. 21

Fibras multimodo MM de índice escalonado Los rayos de luz viajan por diferentes trayectos (modos) Los rayos de luz (generados por LED) viajan por diferentes trayectos, por eso llegan a destino en diferentes tiempos. En el extremo se recibe un pulso largo y débil.

Se produce la dispersión modal, que limita la velocidad Los pulsosde dedatos. luz se solapan unos con otros y el receptor no los puede distinguir.

El núcleo tiene un índice de refracción constante, desde el centro hasta sus bordes. En la frontera el cambio es abrupto (escalonado) a un índice de refracción menor.

Esta fibra ya no se utiliza.

Los modos son trayectos de luz.

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Fibras multimodo MM de índice gradual Los rayos de luz viajan por diferentes trayectos (modos) Los rayos de luz (generados por LED o láser) viajan por diferentes trayectos; a mayor velocidad en el área externa del núcleo, por eso llegan a destino casi al mismo tiempo. En el extremo de la fibra se recibe un fuerte flash de luz.

Se produce una menor dispersión modal que limita la velocidad de datos, aunque es apta para transmisiones cortas.

El núcleo tiene un índice de refracción mayor en el centro y decrece gradualmente hasta sus bordes, por tanto, el área externa del núcleo es ópticamente menos densa que en el centro y la luz puede viajar más rápidamente por esta área externa.

Se utiliza en redes LAN y en la industria.

Los modos son trayectos de luz.

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Fibras monomodo SM Los rayos de luz siguen un único trayecto Los rayos de luz (generados por láser), ingresan al núcleo en un ángulo de 90º, por eso viajan en un solo trayecto por el centro del núcleo y llegan a destino al mismo tiempo. En el extremo de la fibra se recibe un fuerte flash de luz.

Se elimina la dispersión modal. Es apta para transmisiones a altas velocidades y larga distancia.

El núcleo tiene un diámetro muy pequeño que solo permite un trayecto de luz.

Se utiliza en redes de larga distancia.

Siguen un único trayecto de luz.

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TRAN SMISI ÓN DE DATO S POR FIBR A ÓPTI CA

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1.- Los retos de la transmisión por fibra Sistema de transmisión básico La señal a transmitir puede ser voz, video o datos de PC. El primer paso es convertirla en una forma compatible con el medio de transmisión, por lo regular se la convierte en una serie de pulsos digitales. El código de línea de los pulsos digitales podría ser del tipo NRZ.

Ejemplo de señal digital NRZ En sistemas de corta distancia, se usa un LED, que emite un haz de luz infrarrojo de baja intensidad. En larga distancia se usa el láser que se conmuta a una velocidad mucho más alta y emite una luz coherente y de mayor potencia. Los pulsos digitales sirven después para disparar (modular) con rapidez una fuente de luz potente alternando entre apagado y encendido.

En el receptor, se usa un PIN o APD para detectar los pulsos de luz y convertirlos a en una señal eléctrica.

Los pulsos digitales modulan al LED o láser. 26

Los tres retos de la transmisión por fibra Desafíos La transmisión de luz por fibra presenta 3 grandes desafíos.

1

Dispersión

Los pulsos de luz se dispersan a medida que viajan por la fibra. Se produce por la propagación multimodal y por el ancho espectral de las fuentes de luz.

2

Atenuación

La potencia de luz se atenúa a medida que viaja por la fibra. Se produce por imperfecciones propias del material de la fibra. Es un factor intrínseco.

3

No linealidades

Se producen cambios de la longitud de onda e interacciones entre longitudes de onda.

Los pulsos de luz se distorsionan y atenúa al viajar por la fibra. 27

2.- Dispersión de pulsos ¿Porqué ocurre la dispersión? Ocurre porque el pulso de luz viaja a diferentes velocidades a través de la fibra, dependiendo del modo de propagación y del ancho espectral de la fuente La dispersión se manifiesta como un ensanchamiento del pulso en el tiempo, que se hace mayor con la longitud. Este ensanchamiento limita la tasa de datos: a altas tasas, los pulsos de luz se solapan unos con otros y se hacen indistinguibles para el receptor.

Definición de la dispersión La dispersión se define como la duración del pulso de salida (∆t) cuando se aplica a la entrada un pulso de luz infinitesimalmente corto. De una manera simple, la dispersión mide el ensanchamiento del pulso por unidad de distancia: en ps/km.

La dispersión limita la tasa de datos.

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Efectos de la dispersión de pulsos ¿Cuáles son los efectos de la dispersión? Los efectos aumentan con la longitud de la fibra. Si la dispersión es grande, el pulso se integra en el siguiente periodo de bit y se produce interferencia entre símbolos; entonces se alcanza el límite de la capacidad de la fibra para aplicaciones digitales. A mayor tasa de transmisión, menor será el periodo T de pulsos y mayor será el efecto de la dispersión.

Ancho de banda eléctrico de la fibra Puesto que sólo es necesario transmitir el componente fundamental de la onda cuadrada en una aplicación digital, se puede decir que el ancho de banda eléctrico B de la fibra para máxima velocidad de transmisión será: Para máxima velocidad, la dispersión total ∆t es igual a la mitad del periodo T. Por tanto, puede decirse que el ancho de banda eléctrico B es:

Velocidad o tasa de transmisión Nyquist define la máxima capacidad de transmisión C teórica para un canal. Si la señal es de 2 niveles se calcula así.

B = ancho de banda, en Hz.

∆t = dispersión total. En s.

C = capacidad de transmisión del canal, en bps. B = ancho de banda del canal, en Hz.

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Tipos de dispersión de pulsos Dispersión modal

¿Cuáles son y qué los causa?

Causa: la propagación multimodo que ocurre en las fibras multimodo MM, debido a que los rayos de luz toman diferentes trayectorias por una fibra y llegan a destino en diferentes tiempos, causando el ensanchamiento del pulso. Dispersión cromática Causa: el ancho espectral de la fuente. Un fuente de luz emite luces de diferentes longitudes de onda () que viajan por la fibra a diferentes velocidades y llegan a destino en diferentes tiempos, causando el ensanchamiento del pulso. Esta dispersiónguía es significativa en fibras monomodo SM. Dispersión - onda Causa: el ancho espectral de la fuente, la diferencia de densidad en la frontera núcleo – revestimiento y el hecho que los rayos de mayor  tienen mayor penetración en el cladding, por tanto, durante el tiempo que comparten entre el núcleo y el cladding viajan a mayor velocidad que los rayos de menor  confinados en el núcleo y lleguen a destino en diferentes tiempos, causando el ensanchamiento delpolarización pulso. EstaPMD dispersión es despreciable, excepto cerca del cero Dispersión modo de de la dispersión cromática en fibras SM. Causa: cualquier imperfección en el núcleo (asimetría o curvatura) hace que los 2 modos de polarización en la fibra viajen a diferentes velocidades y lleguen a destino en diferentes tiempos, causando el ensanchamiento del pulso. Esta dispersión es significativa solo para enlaces que tienen una velocidad superior a 10 Gbps en fibras SM. Dispersión modal en fibras MM. Dispersión cromática en fibras SM.

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Dispersión modal Ocurre en fibras multimodo MM Causa: la propagación multimodo que ocurre en las fibras multimodo MM, debido a que los rayos de luz toman diferentes trayectorias por una fibra y llegan a destino en diferentes tiempos, causando el ensanchamiento del pulso. Las fibras MM de índice escalonado tienen la dispersión más alta.

Ancho de banda óptico de la fibra MM El ancho de banda óptico es el producto del ancho de banda eléctrico B y la longitud de la fibra. Esta es la forma de evaluar a las fibras multimodo.

Bóptico = B × longitud [Hz.km] Se interpreta como el máximo ancho de banda B que un km de fibra óptica ofrece.

El pulso de luz se ensancha.

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Dispersión cromática Ocurre en fibras monomodo SM Causa: el ancho espectral de la fuente. Un fuente de luz emite luces de diferentes longitudes de onda que viajan por la fibra a diferentes velocidades y llegan a destino en diferentes tiempos, causando el ensanchamiento del pulso.

El espectro de un laser es 2 nm.

¿Cómo se calcula la dispersión cromática? La dispersión D de la fibra es proporcional al ancho espectral de la fuente. La dispersión cromática es un dato que provee el fabricante de la fibra. Por tanto, la dispersión total ∆t en función de la longitud de la fibra es. El ancho espectral es un dato que provee el fabricante de la fuente de luz.

El espectro de un LED es 50 nm.

D = dispersión de la fibra. En ps/km. Dc = dispersión cromática. En ps/nm-km. ∆ = ancho espectral de la fuente. En nm.

∆t = dispersión total. En ps. D = dispersión de la fibra. En

ps/km. l = longitud de la fibra. En km.

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Dispersión cromática y ancho de banda Ancho de banda óptico de la fibra SM El ancho de banda óptico es el producto del ancho de banda eléctrico B y la longitud de la fibra óptica

Bóptico = B × longitud [Hz.km]

Pero si el ancho de banda eléctrico B se expresa en función de la dispersión total ∆t. Y la dispersión total ∆t en función de la longitud l de la fibra. Se obtiene la siguiente expresión para el ancho de banda óptico.

B = ancho de banda. En Hz. l = longitud de la fibra. En km. D = dispersión de la fibra. En ps/km.

¿Cómo se interpreta? Se interpreta como el máximo ancho de banda B que un km de fibra óptica ofrece.

El ancho de banda óptico se expresa en Hz-km.

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Di sp er sió n gu ía

-

on da

Ocurre en fibras monomodo SM Causa: el ancho espectral de la fuente, la diferencia de densidad en la frontera núcleo – revestimiento y el hecho que los rayos de  tienen mayor penetración en el cladding, por tanto, durante el tiempo que comparten entre el núcleo y el cladding viajan a mayor velocidad que los rayos de menor  confinados en el núcleo y lleguen a destino en diferentes tiempos, causando el ensanchamiento del pulso. Esta dispersión es despreciable, excepto cerca del cero de la dispersión cromática en fibras SM.

Dispersión por modo de polarización PMD Ocurre en fibras monomodo SM Causa: cualquier imperfección en el núcleo (asimetría o curvatura) hace que los 2 modos de polarización en la fibra viajen a diferentes velocidades y lleguen a destino en diferentes tiempos, causando el ensanchamiento del pulso. Esta dispersión es significativa solo para enlaces que tienen una velocidad superior a 10 Gbps en fibras SM.

La dispersión limita la tasa de bit.

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Tie m po de su bi da de tra ns mi so re sy re ce pt or es ¿Qué es el tiempo de subida? Es el tiempo que transcurre hasta que un pulso cuadrado toma su valor estacionario. Tanto transmisores como receptores tienen tiempos de subida finitos que limitan el ancho de banda, por lo que sus efectos deben incluirse al calcular la tasa de transmisión máxima.

¿Cómo se calcula el efecto total? Cuando se aplica a la fibra un pulso cuadrado, los tiempos de subida del transmisor y del receptor se combinan con el efecto de dispersión del pulso causado por la fibra en sí. El tiempo de subida total se hace igual a la dispersión total ∆t.

TRT = tiempo de subida total, en s. TRtx = tiempo de subida del

transmisor, en s. TRrx = tiempo de subida del receptor, en s. El efecto acumulativo de estos tiempos de subida es limitar la rapidez a la que se transmiten TRf = dispersión a la fibra,de datos. los pulsos y esto a su vez debido limita la velocidad en s. El tiempo subida limita la tasa de datos.

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3.- Atenuación en la fibra ¿Qué es la atenuación? La atenuación es la pérdida de energía que sufre el pulso de luz al viajar de un extremo al otro de la fibra. Es el factor fundamental que limita el rendimiento de los sistemas de comunicación por fibra. La amplitud del pulso (brillo) será mucho más baja en el otro extremo de la fibra.

¿Qué causa la atenuación? La atenuación, al ser causada por varios factores, se la clasifica en 2 categorías: intrínseca y extrínseca. La pérdida de potencia óptica en una fibra se mide en dB y dB/km. Una pérdida del 50% de la potencia de entrada equivale a 3 dB.

La atenuación de la fibra la especifica el fabricante en dB/km.

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Atenuación intrínseca Es una pérdida inherente a la fibra La causa de esta atenuación son las impurezas del vidrio o las estructuras heterogéneas que se forman durante el proceso de fabricación.

Pérdida por absorción La pérdida por absorción se produce porque la luz es absorbida por el vidrio, gracias a las propiedades químicas o impurezas naturales en el vidrio, transformándose en calor. La absorción representa entre el 3 y 5% de la atenuación de una fibra.

Pérdida por difusión

La pérdida por difusión se produce cuando el rayo de luz choca contra una impureza o una estructura heterogénea y se dispersa (difunde) en todas las direcciones. Se la conoce como Difusión de Rayleigh y representa cerca del 96% de la atenuación de una fibra. Algo de esta luz difundida se refleja hacia la fuente de luz. Esta propiedad es usada por el instrumento OTDR para realizar pruebas en la fibra.

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Atenuación intrínseca y curva de atenuación Espectro de la curva de atenuación de una fibra de silicio Valores típicos

Características de la curva 1 La atenuación disminuye conforme se incrementa la longitud de onda (Difusión de Rayleigh). 2 La atenuación es alta en picos de absorción asociados con el ión hidroxilo OH- (pico de agua). 2 La atenuación se incrementa a longitudes de onda mayores que 1.600 nm, debido a las pérdidas inducidas por la absorción del silicio.

Curva resultante: Rayleigh + absorción.

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Atenuación intrínseca y distancias Distancias máximas alcanzadas Considerando sólo la atenuación intrínseca de las fibras, se determina el cuadro de distancias máximas para enlaces de fibra óptica, en función de la longitud de onda y el tipo de fibra utilizado.

Las fibras MM para corto alcance

Las fibras SM para largo alcance 39

Atenuación extrínseca Es una pérdidas por curvatura de la fibra Una curva en la fibra puede afectar al ángulo crítico en esa área especifica. Como resultado, parte de la luz que viaja por el núcleo se refracta, produciéndose la pérdida de potencia.

Macrocurvatura Ocurre cuando se curvan demasiado los cables. Para prevenir esta pérdida, se especifica un radio de curvatura mínimo.

Microcurvatura Ocurre por las microcurvaturas o pequeñas fisuras en el núcleo producidas por los cambios de temperatura o el estiramiento durante el jalado del cable.

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TIPOS DE CABLES Y ACCESORIOS

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TIPOS DE CABLES

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TIPOS DE CABLES

Cable de fibra por su composición. Hay tres tipos disponibles actualmente: · Núcleo de plástico y cubierta plástica · Núcleo de vidrio con cubierta de plástico (frecuentemente llamada fibra PCS, El núcleo silicio cu bierta de plástico) · Núcleo de vidrio y cubierta de vidrio (frecuentemente llamadas SCS, silicio cubierta de silicio)

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TIPOS DE CABLES Ventajas e inconvenientes: Las fibras de plástico tienen ventajas sobre las fibras de vidrio por ser más flexibles y más fuertes, fáciles de instalar, pueden resistir mejor la presión, son menos costosas y pesan aproximadamente 60% menos que el vidrio. La desventaja es su característica de atenuación alta: no propagan la luz tan eficientemente como el vidrio. Por tanto las de plástico se limitan a distancias relativamente cortas, como puede ser dentro de un solo edificio. Las fibras con núcleos de vidrio tienen baja atenuación. Sin embargo, las fibras PCS son un poco mejores que las fibras SCS. Además, las fibras PCS son menos afectadas por la radiación y, por lo tanto, más atractivas a las aplicaciones militares. Desafortunadamente, los cables SCS son menos fuertes, y más sensibles al aumento en atenuación cuando se exponen a la radiación. 44

TIPOS DE CABLES

Cable de fibra por su estructura de construcción:

Cable de fibra óptica disponible en construcciones básicas:

· · · ·

Cable de estructura ajustada. Cable de estructura holgada. Cable blindado. Cables aplicaciones especiales.

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TIPOS DE CABLES

Cable de estructura ajustada: Contiene varias fibras con protección secundaria que rodean un miembro central de tracción, y todo ello cubierto de una protección exterior. La protección secundaria de la fibra consiste en una cubierta plástica de 900 μm de diámetro que rodea al recubrimiento de 250 μm de la fibra óptica.

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TIPOS DE CABLES

La protección secundaria proporciona a cada fibra individual una protección adicional frente al entorno así como un soporte físico. Esto permite a la fibra ser conec tada directamente (conector instalado directamente en el cable de la fibra), sin la protección que ofrece una bandeja de empalmes. Para algunas instalaciones esto puede reducir cl coste de la instalación y disminuir el número de empalmes en un tendido de fibra. Debido al diseño ajustado del cable, es más sensible a las cargas de estiramiento o tracción y puede ver incrementadas las pérdidas por microcurvaturas. Por una parte, un cable de estructura ajustada es más flexible y tiene un radio de curvatura más pequeño que el que tienen los cables de estructura holgada. En primer lugar. es un cable que se ha diseñado para instalaciones en el interior de los edificios. También se puede instalar en tendidos verticales más elevados que los cables de estruc 47

TIPOS DE CABLES

Cable de estructura holgada: Consta de varios tubos de fibra rodeando un miembro central de refuerzo, y rodeado de una cubierta protectora. El rasgo distintivo de este tipo de cable son los tubos de fibra. Cada tubo, de dos a tres milímetros de diámetro, lleva varias fibras ópticas que descansan holgadamente en él. Los tubos pueden ser huecos o, más comúnmente estar llenos de un gel resistente al agua que impide que ésta entre en la fibra. El tubo holgado aísla la fibra de las fuerzas mecánicas exteriores que se ejerzan sobre el cable.

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TIPOS DE CABLES El centro del cable contiene un elemento de refuerzo, que puede ser acero, Kevlar o un material similar. Este miembro proporciona al cable refuerzo y soporte durante las operaciones de tendido, así corno en las posiciones de instalación permanente. Debería amarrarse siempre con seguridad a la polea de tendido durante las operaciones de tendido del cable, y a los anclajes apropiados que hay en cajas de empalmes o paneles de conexión. La c ubierta o protección exterior de l cable se puede hacer , entre otros materiales, de pol ietileno, de armadura o coraz a de acero, goma o hilo de aram ida, y para aplicaciones tanto exteriores com o interiores. Con objeto d e l ocalizar los fallos con e l OTDR d e un a manera más fácil y precisa, la cubierta está secuenc ialm e nt e numerada cada metro (o cada pie) por el fabricante.

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TIPOS DE CABLES

Los cables de estructura holgada se usan en la mayoría de las instalaciones exteriores, incluyendo aplicaciones aéreas, en tubos o conductos y en instalaciones directamente enterradas. El cable de estructura holgada no es muy adecuado para instalaciones en recorridos muy verticales, porque existe la posibilidad de que el gel interno fluya o que las fibras se muevan. 50

TIPOS DE CABLES

Cable blindado: Tienen una coraza protectora o armadura de acero debajo de la cubierta de polietileno. Esto proporciona al cable una resistencia excelente al aplastamiento y propiedades de protección frente a roedores. Se usa frecuentemente en aplicaciones de enterramiento directo o para instalaciones en entornos de industrias pesadas. El cable se encuentra disponible generalmente en estructura holgada aunque también hay cables de estructura ajustada.

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TIPOS DE CABLES Existen también otros cables de fibra óptica para las siguientes aplicaciones especiales: Cable aéreo autoportante: O autosoportado es un cable de estructura holgada diseñado para ser utilizado en estructuras aéreas. No requiere un fijador corno soporte. Para asegurar el cable directamente a la estructura del poste se utilizan abrazaderas especiales. El cable se sitúa bajo tensión mecánica a lo largo del tendido. Cable submarino: Es un cable de estructura holgada diseñado para permanecer sumergido en el agua. Actualmente muchos continentes están conectados por cables submarinos de fibra óptica transoceánicos. Cable compuesto tierra-óptico (OPGW): Es un cable de tierra que tiene fibras ópticas insertadas dentro de un tubo en el núcleo central del cable. Las fibras ópticas están completamente protegidas y rodeadas por pesados cables a tierra. Es utilizado por las compañías eléctricas para suministrar comunicaciones a lo largo de las rutas de las líneas 52

TIPOS DE CABLES

Cables híbridos: Es un cable que contiene tanto fibras ópticas como pares de cobre. Cable en abanico: Es un cable de estructura ajustada con un número pequeño de fibras y diseñado para una conexión directa y fácil (no se requiere un panel de conexiones).

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ACCESORIOS

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ACCESORIOS

Emisores opticos(fuentes de luz): Son traductores de corrienta luz. Existen dos tipos: · Diodos led: Son fuentes de luz con emisión espontánea o natural , son diodos semiconductores de unión p-n que para emitir luz se polarizan directamente.  La energía luminosa emitida por el LED es proporcional al nivel de corriente de la polarización del diodo. ·Diodos laser: Son fuentes de luz coherente de emisión estimulada con espejos semireflejantes formando una cavidad resonante, la cual sirve para realizar la retroalimentación óptica, así como el elemento de selectividad (igual fase y frecuencia). 55

ACCESORIOS

Detectores opticos: Receptores ópticos El propósito del receptor óptico es extraer la información contenida en una portadora óptica que incide en el fotodetector*. En los sistemas de transmisión analógica el receptor debe amplificar la salida del fotodetector y después demodularla para obtener la información. En los sistemas de transmisión digital el receptor debe producir una secuencia de pulsos (unos y ceros) que contienen la información del mensaje transmitido. Fotodetector*:Convierte la potencia óptica incidente en corriente eléctrica, esta corriente es muy débil por lo que debe amplificarse. 56

CASO REAL A la hora de elegir una conexión a Internet, mucha gente se decide ELECCIÓN ENTRE FIBRA OPTICA ADSL:velocidad y máxima por el ADSL pensando que ofreceOmejor calidad. Sin embargo, ésta no es la única opción ya que hay opciones más modernas para cubrir las actuales necesidades en la transmisión de datos. Mientras que el hilo de cobre del ADSL envía señales eléctricas, la fibra óptica transmite luz, mejorando no sólo la velocidad, sino la calidad de la conexión: un cable de fibra óptica equivale a 110 hilos de cobre. Esto garantiza que la velocidad no disminuye según avanza la red, algo que sí sucede con el hilo de cobre.  Además, al no verse afectada por interferencias eléctricas o electromagnéticas, ni por cambios bruscos en la temperatura, la fibra óptica es menos propensa a caídas en la conexión o bajadas en la velocidad. Éstas son sólo algunas de las ventajas por las que hay empresas(ejemplo: ONO) que se han construido su propia Red de comunicaciones basándose en la Fibra Óptica. Una Red que a día de hoy es la más grande del país: más de 45.000 Km. a lo largo y

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CASO REAL Ventajas de la fibra optica: Las principales ventajas de la fibra óptica son: •La baja atenuación de señal •admite un gran ancho de banda, mayor a 1Ghz •absolutamente confidencial •se establecen comunicaciones a grandes distancias •tiene aislamiento dieléctrico entre los puntos de conexión

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CASO REAL DIRERENCIAS Aquí se muestran varías diferencias entre la fibra óptica y el ADSL:

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CASO REAL OPCIÓN DE ELEGIR LA FIBRA OPTICA http://www.ono.es/lafibraopticaesmejor/web/index.html La fibra óptica es mejor porque Por su eficiencia: Streaming Escuchar música o ver películas en streaming, es decir, sin necesidad de descargarlas en tu ordenador. Gracias a velocidad de la Fibra Óptica puedes hacerlo al mismo tiempo que navegas y sin que la velocidad de tu conexión se vea afectada. Videoconferencias La Fibra Óptica está preparada para soportar formatos de alta calidad. Al ser más rápida que otras conexiones, la Fibra Óptica no presenta inconvenientes como ralentizaciones, desincronizaciones o cortes en el vídeo o la voz. Además, la red está adaptada para soportar formatos de alta calidad. Conexión más veloz a una Red Privada Virtual. Una VPN hace posible que te conectes a la red de tu empresa como si estuvieras en la oficina. La Fibra Óptica te permite conectarte mucho más rápido a una VPN y acceder a los archivos que necesites sin tener 60 que esperar horas para que se descarguen.

CASO REAL Red Privada Virtual (VPN) Conexión más veloz a una Red Privada Virtual. Una VPN hace posible que te conectes a la red de tu empresa como si estuvieras en la oficina. La Fibra Óptica te permite conectarte mucho más rápido a una VPN y acceder a los archivos que necesites sin tener que esperar horas para que se descarguen. Hoy en día, muchas empresas y negocios están repartidos en varias sucursales a lo largo de una geografía. Bajo esta situación aparece una necesidad: una forma de unir varias delegaciones u oficinas de forma rápida y segura sin importar su distancia física. Hasta hace Pero mantenerpoco, una estructura WAN puede resultar en coste muy relativamente esta necesidad se solucionaba conunlíneas elevado, especialmente con líneas dedicadas, aumentando al dedicadas, formando una WAN. mismo tiempo que la distancia entre oficinas. Con el crecimiento y la extensión de Internet, las empresas lo han ido utilizando como medio para ampliar su comunicación interna. Primero con intranets y ahora creando sus propias VPN o Redes Privadas Virtuales. Básicamente, una VPN es una red privada que utiliza una red pública (Internet) para conectar diferentes sedes o usuarios entre si. Las VPN o Redes Privadas Virtuales utilizan conexiones "virtuales" a través de Internet desde unas sedes a otras sedes o usuarios. 61

CASO REAL Existen dos tipos de VPN o red privada virtual que pueden funcionar conjuntamente o de forma separada: •VPN de Acceso Remoto •VPN Red a Red Beneficios de las VPNs: •Ofrece conectividad a zonas geográficas •Mejora la seguridad •Reduce costes frente a otras soluciones WAN •Posibilidades de evolución •Mejora la productividad •Simplifica las redes de datos •Abre un nuevo abanico de oportunidades •Favorece el soporte remoto •Es compatible con las conexiones de banda ancha

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CASO REAL Es una conexión de usuario a LAN (Red de área local) utilizada por empresas que tengan usuarios que necesiten conectar con la red de la empresa desde puntos remotos de forma segura. Utilizando Internet, la empresa puede conectar varias sedes entre si, de forma que funcionen como una única red. Son conexiones LAN to LAN. Backups online Ahorrarás tiempo, sin necesidad de dedicar tanto ancho de banda. Con los nuevos gestores de archivos online, realizar un backup (copia de seguridad de la información contenida en tu disco duro) ha dejado de ser una tarea engorrosa. Además, con la velocidad de la Fibra Óptica, este proceso te llevará mucho menos tiempo y sin necesidad de dedicar todo el ancho de banda.

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CASO REAL Nube Accede a aplicaciones para trabajar online sin descargar ningún archivo. Todas aquellas aplicaciones que permiten trabajar online sin necesidad de descargar ningún tipo de archivo en el ordenador son conocidas como “Nube” (ejemplo: Dropbox). Editores de documentos, de fotografías, de vídeos, reproductores, videojuegos, acceder a la nube con la Fibra Óptica es mucho más rápido y seguro. Por su simultaneidad: Con la Fibra Óptica puedes realizar varias tareas a la vez.  Tu ordenador, el portátil de tu padre, el móvil con WiFi de tu hermana…, cada vez tenemos más dispositivos conectados al tiempo a la misma red lo que significa que el ancho de banda se reparte entre todos los usuarios y aplicaciones abiertas a la vez.  Con la fibra óptica, esto ya no es problema. Incluso 5 personas en simultáneo pueden estar haciendo un uso intensivo del ancho de banda y la experiencia de navegación de todos ellos va a ser superior que las demás ofertas de velocidad que hay en el mercado.(ADSL)

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CASO REAL  Todo lo que puedes hacer al mismo tiempo con la Fibra Óptica: •Streaming de vídeo en tiempo real •Descarga en segundo plano de múltiples archivos •Múltiples sesiones de Chat o video Chat •VPN activa •Backup online de de todos los contenidos del disco duro   Todo lo que tu familia puede hacer a la vez: •2 PCs realizando descargas y soportando sesiones de Chat •Videoconsola doméstica jugando online •Streaming de una película de alta calidad •Alguien trabajando desde casa •Varios usuarios actualizando constantemente sus perfiles en redes sociales

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CASO REAL

SISTEMA DE CABLEADO PARA CENTRO DE DATOS http://www.fibraopticahoy.com/sistema-de-cableado-para-centros-de-d atos/ Datwiler ha desarrollado un módulo basado en tecnología de conexión MTP® que permite la instalación ‘plug-and-play’ de fibra óptica con mejoras en ratios de transmisión y densidades de encapsulado. Este sistema de cableado para centros de datos se distingue por una cubierta de distribución modular con 1, 3 o 4 unidades (U) de rack. Los módulos ‘plug-and-play’, que se cablean por la parte posterior con ‘mini-trunks’ MTP® pre-ensamblados, tienen una densidad de encapsulado de hasta 288 fibras en un armario 3U, equivalente a 72 puertos LCQ (Quad) o 144 LC Dúplex en el frontal. Esta solución económica es compatible con cualquier entorno que emplee señales dúplex así como con tareas ópticas paralelas, como 40/100G Ethernet y 120G InfiniBand®.

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CASO REAL Tipo de fibra óptica a elegir: http://www.fibraopticahoy.com/que-cable-de-fibra-optica-es-el-opt imo-para-mi-instalacion/ Video Como funciona la fibra óptica: http://www.youtube.com/watch?v=TVF-L6VO6bY Noticia sobre mejoras en la fibra óptica http://noticias.universia.es/ciencia-nn-tt/noticia/2005/07/21/66711 5/mejoras-fibra-optica.html Un grupo de científicos de la Universidad de La Laguna ha formulado un nuevo procedimiento gracias al cual se puede optimizar el coste de instalación de un nuevo tipo de fibra óptica denominada WDM (Multiplexización por división de longitudes de onda). La técnica se basa en programación matemática, y demuestra que los métodos de búsqueda inteligente pueden ser eficaces en la resolución de problemas surgidos en el despliegue de redes de comunicación basado en este material. 67

CASO REAL La tecnología WDM consiste en transmitir múltiples señales láser a diferentes longitudes de onda (colores), en la misma dirección, al mismo tiempo y sobre el mismo hilo de fibra. Los sistemas con tecnología WDM de alta capacidad, denominada "WDM densa" o DWDM, permiten abordar el incremento del ancho de banda necesario para soportar el crecimiento actual en la demanda de tráfico de datos, al crear múltiples canales virtuales sobre un único hilo de fibra. Se trata de una tecnología emergente que aumenta la capacidad de transmisión de las redes de fibra óptica preservando la fibra y los sistemas previamente instalados al ser totalmente compatible con ellos.

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CASO REAL Se ha demostrado que es ilimitada la capacidad de la fibra óptica para transmitir de forma simultánea sobre un mismo hilo un número amplio de señales simultáneas a la velocidad de la luz, utilizando diferentes longitudes de onda. Actualmente están saliendo al mercado dispositivos para transmitir y recibir de forma simultánea cada vez más canales sobre distintas longitudes de onda que, aunque en principio son bastante caros, se van abaratando a medida que aumenta la demanda y se hace más corriente la instalación de estos sistemas en las redes de comunicaciones de todo el mundo.

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