La fibra óptica (1). Monomodo y Multimodo

     Con esta entrada vamos a empezar una serie de post dedicados a un medio de transmisión básico y fundamental para las actuales telecomunicaciones, y que utiliza la luz como portadora de información, la fibra óptica. Veamos como funciona y los tipos que tenemos.

     Lo habitual es que la fibra este fabricada de cristal de silicio. La fibra tiene un núcleo central y alrededor del mismo un revestimiento de un material de cristal ligeramente diferente. Estos están protegidos por una cubierta de plástico. El tamaño de la fibra óptica está determinado por el diámetro del núcleo y el revestimiento, expresado en micrones (µm). Un micrón es la millonésima (1/1.000.000) parte de un metro. Un cable de fibra óptica con un núcleo de 62,5 µm y una cubierta de 125 µm es designado por 62,5/125 µm.

     Propagación de la luz en la fibra óptica.
     La luz utilizada para transmitir las señales en la fibra óptica puede ser visible o invisible como la infrarroja o la ultravioleta. Sin embrago, sólo a ciertas frecuencias es adecuada para ser utilizada con la fibra óptica, dado que la atenuación de la señal varia con la longitud de onda. Las longitudes de onda de 850nm y 1300 nm poseen la atenuación más baja, por lo que estas son las longitudes de ondas más utilizadas.

     Bandwidth.
     La luz viaja en el vacio a la velocidad de 300.000.000 m/s. En cristal la velocidad es menor, 200.000.000 m/s. Normalmente el ancho de banda para las fibras ópticas se expresa en MHz-km. Un ancho de banda de 500MHz-km denota que a 500MHz la señal pude ser transmitida sobre un km de distancia. Este es el ancho de banda común para fibras multimodo. El ancho de banda de las fibras monomodo está en el rango de los GHz, normalmente 100GHz sobre 1 km de distancia. Utilizando frecuencias más bajas podemos enviar las señales de luz, o pulsos, sobre distancias mayores.

     Modos de transmisión.
     Existen dos modos de transmisión o de señalización óptica que podemos utilizar para enviar señales de luz a través de una fibra óptica: Monomodo y Multimodo. El término modo está relacionado con el número y variedad de longitudes de onda que pueden ser propagadas a través del núcleo de la fibra. Describe la ruta de propagación de un rayo de luz en el núcleo de una fibra óptica.

     Cuando el núcleo tiene mayor diámetro, los rayos de luz entran en la fibra en diferentes ángulos respecto al eje central del núcleo. Estos rayos de luz son reflejados desde el interface del  núcleo y el revestimiento y sus caminos  por el núcleo siguen un patrón de zig-zag. También hay rayos de luz que entran en el núcleo paralelos al eje central. Estos rayos siguen un camino recto a través del núcleo. Tenemos por tanto varios rayos de luz viajando por la fibra óptica en diferentes modos. Esto es la transmisión multimodo.

     Los núcleos con un diámetro más pequeño sólo permiten que los rayos de luz que son casi paralelos al eje central entren en la fibra. Luego tenemos muy pocos modos viajando por la fibra. Este es el modo de transmisión monomodo, donde únicamente una frecuencia de luz o modo es propagado.

     Las fibras para cada uno de los modos se denominan igual que el modo. Estas fibras ópticas tienen  dimensiones físicas y características de transmisión de luz diferentes. Veamos en detalle cada una de los fibras:

     Fibra Monomodo
     Una fibra monomodo tiene habitualmente un núcleo de 8 micrones  y una cubierta de 125 micrones de diámetro. La fuente de luz utilizada para las fibras ópticas monomodo es un laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Este laser es generado por un diodo laser semiconductor. La distancia máxima para un enlace de fibra óptica monomodo es de 20km.

     Fibra Multimodo
     Una fibra multimodo tiene un núcleo de 50 ó 62,5 micrones y una cubierta de 125 micrones de diámetro. La fuente de luz que suele utilizarse con las fibras multimodo es un LED (Light Emitting diode). La distancia máxima para un enlace de fibra óptica multimodo (62.5/125) es de 3 km.
     La fibra multimodo permite transportar simultáneamente haces de luz sobre numerosos modos o caminos. Dependiendo del índice de refracción podemos distinguir dos tipos de fibra multimodo:
  • Step Index (Indice Escalonado). En estas fibras el núcleo tiene un índice uniforme pero hay un cambio abrupto en el índice de refracción entre el núcleo y el revestimiento.  Este tipo de fibras multimodo que está en desuso tiene una alta atenuación, alrededor de 30dB/km las fabricadas en vidrio y 100 dB/km las fabricadas en plástico.

  • Graded Index (Indice  Gradual). En este tipo de fibras el índice de refracción va decreciendo gradualmente desde el centro del núcleo hacia la frontera  del revestimiento lo que reduce la dispersión entre los diferentes modos de propagación. 


     El estándar ISO/IEC 11801 clasifica las fibras multimodo:
      • OM1. Fibra multimodo con núcleo de vidrio y 62,5 micrones de diámetro. Ancho de banda de 200 Mhz  y atenuación de 3,5 dB en longitud de onda de 850 nm.
      • OM2. Fibra multimodo con núcleo de vidrio y 50  micrones de diámetro. Ancho de banda de 500 Mhz y atenuación de 3,5 dB en longitud de onda de 850 nm.
      • OM3. Fibra multimodo optimizada con núcleo de vidrio y 50 micrones de diámetro. Ancho de banda de 1500 Mhz y atenuación de 3,5 dB en longitud de onda de 850 nm.
      • OM4. Estándar utilizado por TIA (Telecommunications Industry Association) pero sin adoptar aún por ISO International Organization for Standardization). Fibra multimodo optimizada de núcleo de vidrio que permite transportar 10 Gigabit Ethernet hasta 550 metros.
     Las fibra multimodo OM1 y OM2 están muy extendidas y son ideales para utilizar con transmisores LED para velocidades de transmisión entre 10Mbps y 1000Mbps. Últimamente se impone la utilización de la fibra multimodo optimizada para laser, OM3. La fibra multimodo optimizada para laser (LOMMF) está diseñada para utilizarse con VCSELs (Vertical Cavity Surface-Emitting Lasers) de 850 nm y permite la  transmisión de 10GbE sobre 300 metros de distancia.

     El color de la cubierta exterior  suele utilizarse para identificar si un cable es monomodo o multimodo, pero este no es un método fiable. El estándar TIA-598C sugiere que la cubierta exterior sea amarilla para la fibra monomodo, y naranja para la fibra multimodo. El método más fiable es leer las especificaciones del cable impresas en la cubierta.

46 comentarios:

  1. porq puedo ver el laser de una fibra multimodo (850nm)de 62.5nm a 10mbps y no puedo ver un laser de con las mismas caracteristicas a 100mbps

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  2. Entiendo que cuando dices ver, es 'a ojo'. Los dispositivos emisores más utilizados para fibra óptica son los diodos LED y los diodos LASER. La luz emitida por los LED generalmente es visible. En cambio, la luz emitida por los diodos láser es infrarroja y por tanto invisible al ojo.

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  3. Hola , con qué programa haces los gráficos (los dos primeros los de fibra monomodo y mutimodo)
    Gracias

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    1. Hola, están hechos con Photoshop CS4. A base de capas...

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  4. Hola, podrias decirme exactamente ¿que es el Ancho de Banda de la Fibra Optica?...gracias de antemano...

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  5. Hola, el ancho de banda es el ancho del rango de frecuencias que pueden ser transmitidas por una fibra óptica. Digamos que determina la capacidad máxima de información que puede ser transmitida por un canal sobre una distancia.
    Si la transferencia de datos crece (MHz) la distancia a la que puede ser transmitida (km) cae.
    Se expresa en MHz/km.
    En la fibra multimodo el ancho de banda está limitado o atenuado por la dispersión modal y la dispersión cromática.
    El término ancho de banda también lo utilizamos todos a menudo (o casi siempre) para indicar el ratio en la transferencia de datos (Gb/s). Precisamente la transferencia de datos está limitada por el ancho de banda óptico, pero no es realmente un ancho de banda en si mismo.

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  6. Saludos. Cámo es posible que OM3 nos permita utilizar monomodo y multimodo con un led laser y viceversa? Algunos transceiver lo hacen posible. Cómo funciona? Gracias

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  7. Hola, OM3 es un estándar de fibra multimodo. Se pueden utilizar transceivers monomodo con cables acondicionadores de modo, o bien conversores de fibra monomodo/multimodo.

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  8. Hola, que tal, una consulta un poco fuera del tema, queria saber en que precio ronda la fibra optica multimodo de 62.5/125 para enterrado,en Argentina, Muchas gracias!

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  9. Siento no poder ayudarte, lo desconozco. Trabajo en España

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  10. Hola:

    Tengo entendido que la transmisión monomodo o multimodo depende totalmente de la fibra utilizada. Según he observado en el artículo se habla de que también tiene que ver con la variedad de longitudes de onda (frecuencia) que viajan por la fibra. Por la fibra monomodo viajan varias frecuencias (Láser FB, por ejemplo) o láser diodo (cuya frecuencia central siempre tiene un Ancho de banda). ¿Es un razonamiento correcto?

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    1. Hola,
      en la transmisión por fibra el transmisor que se encarga de transformar las ondas electromagnéticas en energía óptica o luminosa digamos que es el componente activo del proceso. El uso de una fuente de luz (LED, Lásers) u otra nos limitará el modo de transmisión monomodo o multimodo. Los LED tienen un patrón de iluminación más ancho por lo que su acople a la fibra es más difícil, limitando su uso a fibras multimodo. El láser en cambio focaliza más la señal por lo que su ajuste a fibras monomodo es más fácil.

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  11. Muy buen Blog, excelente!! no vayas ni permitas cerrarlo, seria una lastima!

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  12. hola cordial saludo, la fibra optica se puede considerar un elemento pasivo en el enlace, siendo los elementos activos los equipos que emiten los modos, es posible entonces utilizar una fibra mono o multimodo que ya tengamos instalada para ethernet, para transmitir ahora comunicaciones seriales (RS-232/422/485) con solo cambiar los equipos activos en los extremos?

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  13. Hola Martin,
    si que es posible transmitir las señales RS-232/422/485 mediante las fibras que tengas instaladas. Hay conversores en el mercado que pasan estas señales a pulsos ópticos que te permiten hacerlo. Además te permiten aumentar la distancia recomendada de 15m para este tipo de transmisiones. Algunos de ellos trabajan tanto con fibra monomodo como multimodo. El único inconveniente es que necesitan alimentación eléctrica.

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  14. Gracias por tu pronta respuesta, hay alguna posibilidad de lograr conectividad conectando directamente fibra monomodo a equipos con puertos en fibra multimodo, sin usar conversores de mono a multimodo?

    Y otra pregunta: si tenemos equipos multimodo transmitiendo en la ventana de 1300 y otros equipos en el extremo remoto transmitiendo en la ventana de 1310 tambien multimodo, hay conectividad entre ellos? podre pasar trafico ehternet sin problemas?

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  15. Hola de nuevo Martin,
    para conectar equipos con transceivers monomodo o multimodo sobre fibra óptica de diferente modo debes utilizar conversores, adaptadores o cables acondicionadores de modo. Te puedo decir que la señal monomodo puede adaptarse sin problemas para su transmisión sobre fibras MM.

    La respuesta a la segunda pregunta es más complicada:
    La longitud de onda 1300nm es generada por LED y es estándar para MM. La longitud de onda 1310nm es producida por diodos láser y es estándar para SM. Cuando decimos que utilizamos un LED con longitud de onda central de 1300 hacemos referencia a la longitud de onda cuya potencia de emisión es máxima.

    Por otro lado mientras los transmisores producen luz en una longitud de onda muy estrecha, los receptores la reciben en un espectro de luz más amplio.

    Por tanto tendremos una curva con forma de campana centrada en la longitud objetivo con incremento de pérdidas en los laterales.

    Contestando a tu pregunta, que me enrollo, yo diría que probablemente, pero lo tendrás que probar. Ten en cuenta que influirá mucho la calidad de la fibra óptica y la distancia.

    (Muchas entidades consideran 1300nm y 1310nm como una única longitud de onda para el diseño o testeo de dispositivos)

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  16. buenos dias....
    quiero hacer un enlace de 200 mts de fibra optica entre dos switch para garantizar una full comunicacion entre ellos en dos edificios uno al lado del otro pero separados, que tipo de fibra optica debo utilizar? me puedes dar la referencia?
    gracias.

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  17. Hola Sniper,
    no puedo darte una referencia concreta. Hay muchas variables. Por la distancia puedes utilizar fibra multimodo. Dependiendo de si la conexión entre edificios es externa (suelo, aérea, ..) o ya hay canalizado interno deberías utilizar fibra para exteriores o para interiores. Luego dependiendo de los SFPs que tengas en los equipos deberás ver el tipo de conector (LS, SC, ST, ..).
    Puedes echar un vistazo en alguna web de fabricantes como Corning o Panduit.

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  18. Si alguien está interesado en conocer el costo de la fibra óptica, pueden consultar el catálogo de Fibra Optica y Telecomunicaciones en fibremex.com

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  19. Buenas.
    Qué tipo de fibra sería la más recomendada para transportar frecuencias utilizadas en LTE, (frecuencias que van desde la estación central hasta la radio base).

    Luis.

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  20. Hola Luis,
    tengo poco contacto con el mundo wireless. En estaciones 3G se está trabajando tanto con MM como con SMF, todo depende de la distancia y de los transceiver montados en los equipos.

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  21. maravilloso:) fue de mucha ayuda para hacer mi tarea gracias!

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  22. HOla, una preguntita, la transmision de 1's y 0's por la fibra optica se hace simplemente prendiendo y apagando el haz de luz? o se modula la frecuencia de la luz?.....gracias.

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  23. Hola, básicamente se trata de encender y apagar la luz.
    Para hacer que la luz lleve una señal tenemos que introducir variaciones sistemáticas en la luz para que representen la señal (modulación). Los diodos láser tienen la capacidad de modulación directa a través de la corriente aplicada. Posteriormente, cuando la luz es recibida debemos decodificarla de forma que se reconstruya la señal original.

    La mayoría de sistemas de transmisión óptica codifican la señal como una secuencia de pulsos de luz en formato binario. Esto se llama "On-Off keying" (OOK) que es un caso especial de ASK (Amplitude Shift Keying). Esta técnica consiste en cambiar la energía entre dos niveles, uno de los cuales se fija a cero.
    Hay varios sistemas de codificación (traducir los valores de tensión eléctrica ya cuantificados al sistema binario): NRZ, NRZI, RZ, FSK, DB, DPSK, ...

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  24. Hola tengo una duda que pasa si estoy utilizando un fibra óptica monomodo en una longitud de 633 nm y aumento esta longitud,

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  25. No tengo experiencia con láseres de Helio-Neón, pero entiendo que si tanto la fuente como el detector del receptor de la señal saben tratarla no debes tener mayor problema.

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  26. Hola tengo una red de ordenadores conectados por FC para acceder a un SAN de almacenamiento. Actualmente el cableado está realizado con fibras MM y conectores LC. Sería posible realizar las mismas conexiones pero usando fibras SM con conectores SC, poniendo adaptadores de SC a LC en los extremos.
    Necesitamos standarizar cableado y la mayor parte del volumen actual es de tipo SM.

    Gracias.

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    1. Hola, el cambio de las fibras de multimodo a monomodo está condicionado por los transceivers que tengas en las HBAs y en la cabina. Seguramente los que tienes para MM no te valen para SM. El formato de los conectores no es problema.

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  27. saludos, en la fibra multimodo dice que transmite a varios modos ( por algo el nombre multimodo) mi pregunta es, esos diferentes modos es un solo pulso que sale del transmisor y se dividen en varios modos? y si es asi por que se dividen?

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  28. Hola,
    cada uno de los caminos o rutas que sigue la luz se denomina modo. A la hora de lanzar la luz se puede hacer un lanzamiento saturado o un lanzamiento restringido. En un lanzamiento saturado, la luz introduce una señal de mayor tamaño que el núcleo real de la fibra. Eso permite que todos los modos se exciten. En lanzamiento de modo restringido, se introduce un núcleo de luz más pequeño que excita sólo determinados modos en la fibra. En monomodo, sólo se excita una única ruta o modo.

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  29. Hola, la fibra optica monomodo se puede utilizar como multimodo y viceversa? y Por qué?
    Gracias

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    1. Hola, no puedes utilizar fibra multimodo con emisores o conectores monomodo y viceversa. Para poder hacerlo necesitas utilizar un conversor de medios monomodo/multimodo o un cable acondicionador de modo.
      La fibra monomodo sólo permite un camino de propagación para el rayo, tiene un núcleo más pequeño y un índice refractivo uniforme.

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  30. Hola, tengo un duda un equipo con una longitud de onda de 860 nm lo ¿puedo usar en una SM de 1310 nm?

    Gracias

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  31. Hola, entiendo que tienes transceivers multimodo que quieres utilizar sobre fibra monomodo. Para conectar equipos con transceivers monomodo o multimodo sobre fibra óptica de diferente modo debes utilizar conversores, adaptadores o cables acondicionadores de modo.

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  32. Hola tengo transceivers multimodo puedo ponerlos en una fibra monomodo y si no hay alguna forma de hacerlo

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  33. Hola me podrias decir cual e la atenuación maxima permitida según las normas vigentes para fibra Monomoo 9/125, agradezco la atención y el blog muy bueno

    Saludos

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  34. Hola,
    te adjunto una tabla donde se indican las especificaciones para los diferentes tipos de cable monomodo:
    Cabled optical fibre Category Maximum attenuation (dB/km)

    1300 nm 1383 nm 1550 nm
    OS1 (EN 50173-1:Ed.2:2010) 1 1 1
    OS2 (EN 50173-1:Ed.2:2010) 0,4 0,4 0,4
    OS1 (ISO/IEC 11801 Ed.2,2:2010) 1 - 1
    OS2 (ISO/IEC 11801 Ed.2,2:2010) 0,4 0,4 0,4
    OS2 (ISO/IEC 24702: 2006 0,4 0,4 0,4

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  35. hola, que pasa si uso una fibra de 1300nm MM a una distancia de 500 mts entre emisor y receptor, ¿se dañaría el puerto óptico?

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    1. Hola, no veo porque. Nosotros tenemos conexiones de ese tipo de 10m. En todo caso puedes tener pérdidas en función del interface que vayas a utilizar. Por ejemplo, para 10GBASE-LX4 la distancia recomendada es de 300m.

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  36. hola, soy nuevo el tema de la fibra de optica, tengo un par de dudas que no pude aclarar, la primera es la diferencia del 850nm y 1300nm y en ambiente o mento se deben de utilizar? la segunda es en tema de los conectores ya que unos foros dicen que no se debe de tener en cuenta los conectores para calcular la perdida ya que el fabricante lo toma en cuenta, y otros foros dicen que si se debe de tomar en cuenta. si me podeis ayudar con eso por favor

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  37. Hola Juan,
    850 y 1300nm son las dos longitudes de onda en las que las fibras multimodo están diseñadas para operar. El emitir en una u otra depende de los transceivers que utilices. La longitud de onda 1300nm tiene menor pérdida, 1,5dB/km frente a 3,5dB/km de la 850nm. Para asegurar que tu aplicación funcione debes tener en cuenta principalmente el tipo de fibra, la aplicación, la distancia y la pérdida. Pero vamos, tampoco te rompas la cabeza.

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  38. Hola, tengo una pregunta que me gustaría discutir, si tengo fibra OM3 no debería tener problemas para interconección de dispositivos 10mbps/100mbps, es esto asi? Y requiero colocar conversores de fibra a cobre estos debería ser 10/100 o en gigabits?.

    Gracias por la gentil ayuda

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  39. Hola, no tienes ningún problema. En cuanto a los conversores es indiferente. A los conversores por un lado les entra la fibra y por otro te dan en cobre lo que especifiquen 10, 100 ó 1000. Pero la velocidad en cobre es independiente de la fibra.

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