Las fibras multimodales optimizadas constituyen una solución adecuada para la transferencia de datos rápida en redes de conductores de fibra óptica. Las diferencias de calidad de estas fibras reside, entre otras cosas, en el método de su fabricación. Corning  apuesta por el método OVD (Outside Vapour Deposition) porque el perfil del índice de refracción que se consigue es especialmente bueno.

Con el desarrollo de las modernas redes de ámbito industrial y de ámbito local (LANs), las exigencias relativas a la velocidad de transmisión de datos han crecido continuamente. Hoy en día, las redes de ámbito industrial y las LAN trabajan con tasas de transferencia de datos de hasta 10 GBit/s. Los sistemas de transmisión convencionales, con sus económicos emisores LED y una tasa de transferencia de datos máxima de 622 MBit/s, han dejado por tanto de ser adecuados para la transferencia de datos actual. Para poder realizar las altas tasas de transferencia de datos de las modernas redes de ámbito industrial y de ámbito local, los emisores LED se han sustituido por emisores láser. Este cambio de LED a láser ha tenido efectos decisivos en la fabricación de fibras ópticas. Las fibras multimodales con diodos láser de 850 nm (VCSELs) están consideradas como la solución más rentable para redes de ámbito industrial y LANs, por lo que suelen utilizarse en este tipo de redes. En el marco del cambio en el mercado de LED a láser, surgió a finales de los años noventa una nueva generación de fibras multimodales optimizadas para láser. El presente artículo pone de relieve las diferencias entre las fibras multimodales convencionales y las optimizadas para láser. Además, el artículo destaca la gran importancia que tiene la elección de fibras multimodales de alta calidad optimizadas para láser para alcanzar altas transferencias de datos en redes de ámbito industrial y en LANs.

Transmisión en fibra óptica con LED y láser
Cuando la luz se acopla en una fibra multimodal, la primera dispone de varios caminos a lo largo del núcleo de la fibra. Cada uno de estos caminos se llama modo, por lo que la fibra recibe el nombre de “fibra multimodal”. La luz emitida por un LED (Light Emitting Diode) se diferencia del muy estrecho rayo de luz de un láser por su gran ángulo de abertura (figura 1). Al acoplarse en una fibra multimodal, el rayo de un LED, muy divergente, “llena” el núcleo de la fibra excitando así muchos modos. Bajo condiciones similares, un láser en una fibra multimodal excita sólo pocos modos que son, en principio, únicamente los que atraviesan la zona central del núcleo de la fibra.

Fibra multimodal optimizada para láser
La zona en el centro de la fibra óptica tiene un alto índice de refracción y constituye el camino óptico a través del cual la luz se puede propagar mediante una reflexión total. En las fibras multimodales, el índice de refracción se reduce lentamente cuando aumenta la distancia al centro de la fibra para crear un perfil de índice gradiente (figura 2). El perfil de índice gradiente se encarga de que toda la luz llegue de forma simultánea al final del sistema de fibras independientemente de la trayectoria de transmisión modal utilizada. Las aberraciones en el tiempo de llegada son denominadas dispersión modal por los especialistas. La capacidad de rendimiento de una fibra multimodal se valora en función del ancho de banda o la tasa de transferencia de datos más alta y del alcance y se indica mediante la unidad MHz * km. El ancho de banda es inversamente proporcional a la dispersión modal.
Cuando un láser se acopla en una fibra multimodal, la luz del láser se reparte en una zona muy delgada del núcleo de la fibra, normalmente, la zona central. La capacidad de las fibras como medio de transmisión de láser depende en gran medida de la homogeneidad del perfil de gradiente del índice de refracción del núcleo de la fibra en esta zona. El perfil del índice de refracción del núcleo de una fibra multimodal convencional presenta un descenso anómalo en el eje central, tal y como se observa en la figura 2.
Es evidente que una anomalía de este tipo en el centro del perfil del índice de refracción tiene más efecto en el delgado y concentrado rayo de un láser que en la luz muy divergente de un LED. Para apoyar a los modernos sistemas de transmisión con altas tasas de transferencia de datos se debe utilizar el láser en lugar del LED. Las anomalías del índice de refracción a lo largo del eje central se ponen de manifiesto en las señales del láser en forma de distorsiones de la señal transmitida y en forma de elevadas tasas de bits erróneos. Así, la tasa de transmisión de datos máxima está limitada en el sistema, por lo que, paradójicamente, la combinación entre un transductor láser y una fibra multimodal convencional no es adecuada para sistemas de transmisión con una tasa de transferencia de datos de 10 GBit/s.
Para solucionar este problema, es necesario optimizar el perfil del índice de refracción en el centro de una fibra multimodal para transmisiones láser. Aunque ello sea relativamente costoso, el objetivo debe ser eliminar todas las anomalías en el centro del perfil del índice de refracción. Según sus propios datos, en 1998 Corning fue el primer fabricante de fibra óptica que introdujo una nueva generación de fibras multimodales optimizadas para transmisiones láser. El perfil ideal de un índice de refracción de una fibra multimodal optimizada para láser se presenta en la figura 2. En ella se puede apreciar que se han eliminado todas las anomalías a lo largo del eje central, por lo que las limitaciones del sistema o las distorsiones de señal causadas por el descenso anómalo en el eje quedan excluidas.

Optimización para láser y Métodos de fabricación
Estudios recientes arrojan el resultado de que la calidad de las fibras multimodales en lo relativo a la homogeneidad del perfil del índice de refracción varía en función del método de fabricación de las fibras. En pruebas realizadas en algunas fibras optimizadas para láser de los proveedores líder de éstas y fabricadas mediante el método MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition, deposición modificada de vapores químicos) y mediante el método PCVD (Plasma Chemical Vapour Deposition, deposición de vapor químico activada por plasma) para 10 GBit/s con longitudes de 150, 300 y 500 metros con 850 nm, se ha podido comprobar que aproximadamente un 50 por ciento de las fibras probadas presentan un descenso anómalo en el eje central (figura 3a). Además, en todas las fibras afectadas por ello se producían fallos en la determinación del centro del láser. Por el contrario y según la opinión de los expertos, con el método OVD (Outside Vapour Deposition, deposición de vapor exterior) de fabricación de fibras se puede alcanzar una homogeneidad óptima en el perfil del índice de refracción, de modo que las fibras multimodales optimizadas para láser fabricadas mediante el método OVD no presentan prácticamente ningún desenso en el eje central (figura 3b).
Otro problema importante que se presenta sólo en los métodos MCVD y PCVD reside en garantizar un ancho de banda homogéneo en toda la longitud de la fibra. Este problema puede ponerse de manifiesto cuando determinados sectores de la fibra presentan un ancho de banda distinto al determinado para toda la longitud de la fibra. En vista del elevado grado de fluctuación que se da en la optimización para láser de fibras multimodales, es muy importante someter todas las fibras multimodales destinadas al uso en sistemas de transmisión por láser de alta calidad a severos procedimientos de prueba y clasificación.

Clasificación del rendimiento del LED y del láser
La elevada tasa de transferencia de datos (determinada a partir del ancho de banda y del alcance) de una fibra en concreto viene determinada por el retardo entre los modos excitados y por el reparto de energía entre los modos. Por este motivo, el rendimiento de las fibras multimodales convencionales (para el uso con LEDs) debe clasificarse según el método de medición del ancho de banda OFL (Over filled Launch, excitación completa de todos los modos del núcleo), en el que se simulan las condiciones de acoplamiento de un LED. Las condiciones de acoplamiento en el caso del láser son completamente distintas. Por ello, para la nueva generación de fibras multimodales son necesarios nuevos métodos de clasificación del rendimiento que tengan en cuenta las condiciones especiales de acoplamiento de un láser.
Existen diversos métodos de clasificación: DMD, RML y minEMBc. El ancho de banda RML (Restricted Mode Launch, ancho de banda con excitación selectiva de modos) fue el primer índice homologado para fibras optimizadas para láser según el estándar (TIA-455–204). Éste es adecuado para pronósticos de anchos de banda de hasta 1 GBit/s. Para sistemas de transmisión con tasas de datos de hasta 10 GBit/s es necesario el más nuevo y exacto método para determinar la capacidad de transmisión de fibras multimodales con mayor ancho de banda: este método es el ancho de banda minEMBc (minimum calculated Effective Modal Bandwidth, ancho de banda modal efectivo mínimo). El minEMBc está soportado por las normas TIA/EIA 455–220 e IEC 60793–1–49 y en el ramo de la fibra óptica está considerado como la única medición de referencia para anchos de banda grandes, basados en DMD y escalables de forma inherente para el pronóstico de diversas tasas de bits y longitudes. Por el contrario, otros métodos de medición aportan sólo un resultado de aprobado o no aprobado para 10 GBit/s en 300 metros.
Para una fibra multimodal optimizada para láser de 10 GBit/s que no esté clasificada según los más modernos y exactos métodos de medición del ancho de banda no se puede ofrecer una garantía de rendimiento completa. En particular, en las fibras multimodales fabricadas según los métodos MCVD o PCVD, los datos suministrados por los fabricantes pueden estar sometidos a ciertas fluctuaciones por motivo de la falta de homogeneidad del ancho de banda axial o por no haberse eliminado por completo el descenso anómalo del índice de refracción en el eje central.

Conclusión
Las modernas redes actuales de ámbito industrial y LANs deben posibilitar la transmisión de datos a 12 GBit/s y más para poder soportar los protocolos Gigabit-Ethernet, 10 Gigabit Ethernet y Fibre-Channel. Como consecuencia, los LED, cuya tasa de transferencia de datos está limitada a 622 MBit/s, han sido sustituidos en tales redes por el láser sobre todo por el VCSELs con 850 nm como fuentes de luz. Además, las fibras multimodales optimizadas para láser han relevado a las fibras multimodales convencionales para poder realizar sistemas de transmisión por láser económicos y de alto rendimiento. Sin embargo, existen diferencias entre las fibras optimizadas para láser en función del método de fabricación. Las fibras fabricadas según el método OVD no presentan un descenso anómalo del índice de refracción en el eje central y disponen de una buena homogeneidad axial. Por el contrario, las fibras fabricadas según los métodos MCVD o PCVD presentan restricciones en este sentido. Para poder garantizar el rendimiento de un gran número de VCSELs estándar, se debe determinar la capacidad de rendimiento de la fibra de 10 GBit/s mediante el índice minEMBc. Corning fabrica sus fibras multimodales (Infinicor) según el método OVD y utiliza el índice minEMBc para clasificar sus productos de 10 GBit/s.

Las pruebas aleatorioas no bastan
Además, este proveedor de fibra óptica mide el ancho de banda de láser de cada metro de cada rollo de fibra pues considera, según sus propias informaciones, que sólo las pruebas aleatorias no son suficientes. De este modo se quiere garantizar que todas las fibras cumplen con los datos del fabricante al cien por cien. En este ámbito, el control de calidad tiene una importancia especial.

 

Más información o presupuesto

 

Bibliografía
- P. Bell, Todd Wiggs, “Multimode fiber and the Vapor Deposition Manufacturing Process”, Corning Optical Fiber Guidelines, publicación web, tomo 10, julio de 2005 www.corning.com/opticalfiber/guidelines_magazine/ eguidelines/vol10/view.aspx?article=2&page=1& region=na&language=en

Fuentes técnicas
- Premises Fiber Selection Guide (Premisas para la selección de fibras ópticas en redes industriales) http://www.corning.com/docs/opticalfiber/WP1160.pdf
- Evolution of 50/125 mm fibre since publication of IEEE 802.3ae (Evolución de la fibra de 50/125 mm desde la publicación de IEEE 802.3ae)http://www.corning.com/docs/opticalfiber/WP4253.pdf
- With calculated EMB, SR 10G is guaranteed (El cálculo de EMB garantiza SR 100) http://www.com.ng.com/docs/opticalfiber/r3716.pdf.

 

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