Fibra multimodo

Una fibra multimodo es aquella en la que los haces de luz pueden circular por más de un modo o

camino. Esto supone que no llegan todos a la vez. Una fibra multimodo puede tener más de mil

modos de propagación de luz. Las fibras multimodo se usan comúnmente en aplicaciones de corta

distancia, menores a 1 km, es simple de diseñar y económico.

El núcleo de una fibra multimodo tiene un índice de refracción superior, pero del mismo orden de

magnitud, que el revestimiento. Debido al gran tamaño del núcleo de una fibra multimodo, es más

fácil de conectar y tiene una mayor tolerancia a componentes de menor precisión.

Dependiendo el tipo de índice de refracción del núcleo, tenemos dos tipos de fibra multimodo:

Índice escalonado: en este tipo de fibra, el núcleo tiene un índice de refracción constante en

toda la sección cilíndrica, tiene alta dispersión modal.

Índice gradual: mientras en este tipo, el índice de refracción no es constante, tiene menor

dispersión modal y el núcleo se constituye de distintos materiales.

Además, según el sistema ISO 11801 para clasificación de fibras multimodo según su ancho de

banda se incluye el formato OM3 (multimodo sobre láser) a los ya existentes OM1 y OM2

(multimodo sobre LED).

OM1: Fibra 62.5/125 µm, soporta hasta Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), usan LED como emisores

OM2: Fibra 50/125 µm, soporta hasta Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), usan LED como emisores

OM3: Fibra 50/125 µm, soporta hasta 10 Gigabit Ethernet (300 m), usan láser (VCSEL) como

emisores.

FIBRA ÓPTICA MULTIMODO DE ÍNDICE GRADUAL. Ésta se caracteriza por tener un núcleo de índice gradual, el cual toma el valor máximo en el centro y decrece gradualmente hasta el borde externo. La luz se propaga por medio de la refracción. Si un rayo de luz se propaga de forma diagonal por el núcleo, continuamente está atravesando regiones de menor a mayor densidad y vice-versa. Por consecuente, los rayos de luz son refractados continuamente, lo que resulta en una continua reflexión de los rayos de luz. La luz entra a la fibra en diferentes ángulos. Los rayos que viajan cerca del centro del núcleo viajan una distancia menor que los rayos que se propagan lejos del centro del núcleo. A causa de que el índice de refracción decrece con la distancia desde el centro del núcleo y la velocidad de propagación de la luz es inversamente proporcional al índice de refracción, los rayos que se propagan lejos del centro del núcleo viajan a una velocidad mayor que los que se propagan cerca del centro del núcleo. Por lo cual la propagación de haces de luz en este tipo de fibra se realiza en tiempos aproximados. Es más fácil acoplar la luz que en las fibras monomodo, pero más difícil que en las fibras multimodo de índice escalonado. La distorsión debido a la propagación por diferentes caminos es mayor que en las fibras monomodo, pero menor que en las

multimodo de índice escalonado. Son de manufactura más sencilla que las fibras monomodo, pero más complicada que las multimodo de índice escalonado. Este tipo de configuración es considerada como la intermedia comparada con las otras dos. La figura 1.8 muestra: (a) vista frontal de la fibra óptica, con las dimensiones de la misma; (b) gráfica del índice de refracción; (c) señal a la entrada de la fibra; (d) modo de propagación de la señal; y (e) señal a la salida de la fibra. [1]

 El ‘índice gradual’ se refiere al hecho de que el índice de refracción del núcleo disminuye gradualmente según se aleja del centro del núcleo. El vidrio en el centro del núcleo tiene el índice de refracción más alto que hace que la luz en el centro del núcleo viaje a la menor velocidad. La luz que recorre el camino más corto a través de la fibra viaja a una velocidad más lenta. Esta construcción del núcleo permite a todos los rayos de luz alcanzar el extremo receptor aproximadamente al mismo tiempo, reduciendo la dispersión modal en la fibra. Como muestra la Figura 10, la luz en la fibra multimodo de índice gradual ya no viaja en líneas rectas de borde a borde sino que sigue un camino sinuosoidal; poco a poco se refleja de vuelta hacia el centro del núcleo por la continua disminución del índice de refracción del vidrio del núcleo.

Figura 10 – Fibra multimodo de índice gradual. El índice de refracción del núcleo cambia en todo el núcleo. Es más alto en el centro y disminuye gradualmente hacia el límite del revestimiento. Esto crea caminos de luz (modos) que siguen

una ruta sinuosoidal, tal como se muestra en el panel izquierdo de esta figura. Los modos inferiores (centro del núcleo) viajan más lentos, mientras que los modos en las regiones exteriores que recorren las mayores distancias viajan más rápidos. La

fibra multimodo de índice gradual, por lo tanto, proporciona mejor ancho de banda.

Fibra multimodo de índice gradual.

En este caso el cambio de índice de refracción en el interior de la fibra es gradual, lo que provoca una propagación ondulada del rayo de luz (figura 16b). Las fibras de índice gradual comprometen la eficiencia en el acoplo para tener mayor ancho de banda. Se hace esto dando al núcleo un índice de refracción no uniforme en todo su perfil. La variación del índice de refracción en el perfil de la fibra da lugar a que la luz se propague según una trayectoria curva, en lugar de a tramos rectos como en las fibras de salto de índice. El mayor recorrido del rayo se compensa por la mayor velocidad de propagación (V=c/n) en la región exterior del núcleo. En estas fibras el ángulo de aceptación depende de la distancia al eje del núcleo, siendo máximo en el centro y cero en la frontera con el revestimiento. Sin embargo, la apertura numérica (NA) de las fibras de índice gradual se define de la misma forma que en las de salto de índice: NA = √n1

2−n22

la NA tiene un valor típico de 0,2 para estas fibras.

La mayoría de las fibras de índice gradual tienen un núcleo con diámetro de entre 50 µm y un revestimiento con 125 µm de diámetro. Estas fibras provocan menos modos de propagación que las de salto de índice, reduciéndose la dispersión, y con ello un aumento del ancho de banda. Estas fibras son empleadas hasta distancias de 10 km.

4.11. Fibra Multimodo de Índice Gradual:

En este tipo de fibra, el núcleo tiene un índice refractivo que disminuye gradualmente con el incremento de la distancia desde el centro de la fibra. Esto tiene generalmente un diámetro de núcleo de 50µm, como se ve en la figura 4.16.

Las características se describen en la siguiente tabla:

Tabla 4.2: Características para Fibra Óptica de índice graduado.´Parámetro ValorAncho de Banda (B) 4GHz/Km.Perdidas 0,3 a 0,5dB/KmDiámetro Núcleo 8 a 10µmFuente Emisores específicosLongitud de Onda λ 1330 − 1550nm.

Existe un mecanismo especial de transmisión en multimodo con índice graduado. En este caso, el índice de refracción es manipulado de manera radial parabólica de tal forma que actúa como un elemento de convergencia en los haces transmitidos, de manera periódica.

Sin embargo, los haces tardan más tiempo en atravesar este tipo de fibra, a causa de las variaciones del mismo índice de refracción. Como es de esperarse, las perdidas en este tipo de fibra son mucho menores que en la fibra multimodo normal, compensando su alto costo de fabricación (ver figura 4.19).

Es de vital importancia la escogencia de un índice de apertura amplio para lograr transmisiones multimodo, y hacer un diseño muy a conciencia de los ángulos de refracción

a utilizar, de tal manera que no se presente interferencia entre las ondas. Además, un sistema de modulación especial (no muy veloz) y la implementación con repetidores cercanos ayudan a aumentar la confiabilidad del sistema. En implementaciones con índice graduado sólo es necesario tener en cuenta las recomendaciones específicas de cada fabricante para lograr una comunicación efectiva entre las dos partes.