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Doce demostraciones animadas de los grandes tópicos de Fibras Ópticas: Principios, Ingeniería y Aplicaciones — de la física de 1854 a las redes FTTH y la transmisión coherente de hoy.
Demo 01 · Capítulos 1–2
En la Royal Institution de Londres, John Tyndall mostró que la luz queda atrapada dentro de un chorro de agua por reflexión total interna: el principio que un siglo después se convirtió en la fibra óptica. Observa los fotones rebotar en la interfase agua-aire.
La interfase agua-aire ( n 1.33 → 1.00 ) tiene un ángulo crítico de 48.8°: los rayos que viajan casi paralelos al chorro se reflejan una y otra vez sin escapar — exactamente como en el núcleo de una fibra. §1.2 y §2.6 del libro.
Demo 02 · Capítulo 5
¿Por qué las telecomunicaciones viven en 1310 y 1550 nm? Desliza la longitud de onda sobre la curva: el scattering Rayleigh cae con λ⁴, la absorción infrarroja cierra el paso después de 1600 nm, y en medio… el pico de agua OH⁻.
Las fibras G.652.D «low water peak» redujeron el pico de 1383 nm de ~2 dB/km a ≤0.31, abriendo la banda E y los 18 canales CWDM completos. Activa la casilla y compara. §5.3–§5.5 y figura 5.1.
Demo 03 · Capítulo 5
Cada color viaja a velocidad ligeramente distinta. Un pulso nítido al transmitir llega ensanchado: si invade el bit vecino, el receptor ya no distingue unos de ceros. Juega con la distancia y el ancho espectral del láser.
Con D = 17 ps/(nm·km) el límite práctico es L·B·Δλ ≲ 0.7/D: un DFB de 0.1 nm aguanta ~41 km a 10G pero solo ~4 km a 40G — la razón por la que el 40G directo nunca conquistó la planta externa. §5.7 y ejemplo 15.2.
Demo 04 · Capítulo 6
Cuando varios canales comparten la fibra, el vidrio los mezcla y crea frecuencias nuevas. Con espaciamiento uniforme esos productos caen justo encima de otros canales y ya no hay filtro que los quite. Cambia la rejilla y observa qué pasa.
Cada trío de canales i, j, k genera un producto en fi + fj − fk; con N canales son N²(N−1)/2 productos. La dispersión los debilita al romper el phase-matching: por eso la G.653, con dispersión casi nula en la ventana C, quedó fuera del DWDM. §6.4 y figuras 6.1–6.2.
Demo 05 · Capítulo 9
Iones de erbio se «cargan» con un láser de bombeo de 980 nm y esperan en el nivel metaestable. Cuando pasa un fotón de señal, sueltan un clon idéntico: emisión estimulada. Sube el bombeo y mira crecer la ganancia — y el ruido ASE.
Los destellos blancos son emisión espontánea (ASE): fotones sin dueño que se convierten en el piso de ruido del enlace. Por eso cada EDFA en cascada cuesta OSNR: −10·log₁₀N. §9.2, §9.5 y figura 9.1.
Demo 06 · Capítulo 10 · Taller de diseño
Cambia el diámetro, el refuerzo y el material de la cubierta: la sección se redibuja y, al mismo tiempo, se recalculan la rigidez, la carga admisible, el peso por kilómetro y el costo. Es el capítulo 10 convertido en mesa de trabajo.
La carga admisible se calcula con la rigidez axial Σ EiAi al 0.2 % de deformación de trabajo. Fíjate en el reparto: la cubierta ocupa casi toda la sección y aporta una fracción mínima de la rigidez — quien sostiene el cable son las varillas. §10.5–10.6, figura 10.3 y ejercicios 10.8, 10.10 y 10.14.
Demo 07 · Capítulo 10
Dentro de un cable loose-tube la fibra recorre una hélice, así que es más larga que el tubo que la contiene. Esa holgura es la que absorbe la contracción en frío. Poca y la fibra se comprime; demasiada y se curva. Busca la ventana.
La holgura vale EFL = √(1 + (2πr/p)²) − 1. Se agota cuando la contracción diferencial entre el tubo de PBT (α ≈ 7×10⁻⁵ K⁻¹) y la sílice (5.5×10⁻⁷ K⁻¹) la consume. El objetivo de servicio del libro es −20 a +70 °C. §10.4, figura 10.2 y ejercicio 10.7.
Demo 08 · Capítulo 10
Un cable drop pesa poco y aguanta de sobra… hasta que se le pega hielo. Añade unos milímetros y observa cómo la tensión se dispara contra el límite de las varillas.
Tensión por la aproximación parabólica T ≈ wL²/(8f), comparada con la carga que produce el 0.2 % de deformación en las varillas. El hielo se modela como corona cilíndrica de 900 kg/m³. §10.5 y ejercicio 10.9.
Demo 09 · Capítulo 11
Una preforma de vidrio del grosor de un brazo entra a un horno a 2050 °C y sale convertida en un hilo de 125 µm — a decenas de metros por segundo. Controla la velocidad de tracción y mira el lazo de control mantener el diámetro.
El medidor láser mide el diámetro miles de veces por segundo y ajusta la tracción: a mayor velocidad, más difícil mantener los 125 ± 0.7 µm de la especificación. Una preforma de 10 kg rinde ≈350 km de fibra. §11.2 y figura 11.1.
Demo 10 · Capítulo 11 · Apéndice D
Los tubos giran alrededor del miembro central unas vueltas en un sentido (S) y luego invierten (Z). Esa oscilación deja holgura de fibra y permite abrir el cable a mitad de tramo. Ajusta el paso y observa el exceso de longitud.
Con radio de hélice de 1.5 mm, el exceso de longitud es EFL = √(1+(2πr/p)²) − 1: paso corto = más holgura para absorber tensión y contracción térmica, pero menos velocidad de línea. §11.4 y figura D.2.
Demo 11 · Capítulo 12
El reflectómetro lanza un pulso y escucha el eco: cada empalme, curvatura o conector deja su firma. Recorre la traza con el cursor para identificar los eventos… y cuando estés listo, activa el modo diagnóstico y localiza la falla oculta.
Los eventos reflectivos (conectores, fin de fibra) producen picos de Fresnel; los no reflectivos (empalmes, curvaturas) solo un escalón. La pendiente entre eventos es la atenuación: 0.20 dB/km a 1550 nm. §12.3 y figura 12.1.
Demo 12 · Capítulo 12
En lugar de un pulso, el OFDR barre un láser en frecuencia y convierte los batidos de interferencia en distancia. El premio: resolución de micrómetros donde el OTDR está ciego. Mira el barrido reconstruir un patchcord de 3 metros — y actívale encima la vista OTDR para entender la diferencia.
Con barrido de 40 nm: Δν ≈ 5 THz → Δz = c/(2nΔν) ≈ 20 µm; el alcance lo fija el ancho de banda del detector: z_máx = c·f_b/(2nγ) ≈ cientos de metros. Cinco órdenes de magnitud más fino que un OTDR, dos órdenes menos de alcance: por eso el OFDR domina en laboratorio, conectores y fotónica integrada. El ancho de los picos se exagera ×400 para que sea visible. Ejemplo 12.2 y ejercicios 12.16–12.17.
Demo 13 · Capítulo 12 · Mini-juego
Cada conector se inspecciona al microscopio antes de conectarse. La norma IEC 61300-3-35 divide la cara en cuatro zonas con criterios distintos. Te mostramos una muestra al azar: ¿la apruebas o la rechazas?
Criterios (SMF UPC): zona A (núcleo) no admite ningún defecto ni rayón; zona B tolera ilimitados <3 µm, hasta 5 de 3–10 µm y ningún rayón >3 µm; C y D son tolerantes. Los tamaños se exageran para visibilidad. §12.9 y figura 12.2.
Demo 14 · Capítulo 15
Todo enlace choca contra tres techos: la potencia que se agota, la dispersión que ensancha el pulso y la relación señal-ruido que se degrada. Cuál manda depende de la distancia y de la velocidad. Mueve el punto y averígualo.
Los tres techos se evalúan con el método del capítulo: presupuesto de potencia (0.22 dB/km más conectores y margen), tolerancia de dispersión (≈ 0.3/(B·D) por el ensanchamiento del pulso) y OSNR acumulada por tramos amplificados. §15.3–15.5, §15.7 y figura 15.3.
Demo 15 · Capítulo 16
Toda cara pulida refleja algo de luz hacia la fuente. El pulido PC la devuelve por el mismo núcleo; el APC la inclina ocho grados y la expulsa del cono de aceptación. Mueve el ángulo y mira el instante exacto en que el eco deja de volver.
El reflejo sale con el doble del ángulo de la cara (2θ). Como el semiángulo de aceptación de una monomodo es de apenas ≈5° (arcsen(NA/n₁), NA ≈ 0.13), a partir de θ ≈ 2.5° el eco empieza a fugarse al revestimiento y a 8° ya no regresa guiado: por eso el APC alcanza RL ≤ −65 dB y se pinta de verde. §16.3 y figura 16.1.
Demo 16 · Capítulo 16 · Reto de planta
Una línea de conectorización solo produce lo que produce su estación más lenta. Configura las nueve etapas del proceso, encuentra el cuello de botella y trata de alcanzar la meta. Es el caso real de planta del capítulo 16, convertido en tablero.
1 Pelado · 2 Limpieza · 3 Dispensado · 4 Inserción · 5 Curado · 6 Clivado · 7 Pulido · 8 Inspección · 9 Medición
Cifras del capítulo: pulido manual 6–10 conectores/h por operador; pulidora automática de 12 posiciones con ciclo de 15 min (4 películas × 3 min + 3 min de carga) = 48/h. El horno cura lotes de 50 en 30 min; el túnel UV trabaja en flujo continuo. Al resolver un cuello de botella, el siguiente hereda el papel: eso es balancear la línea. §16.4, ejemplo resuelto y cuadro «En la planta».
Demo 17 · Capítulo 13
Del OLT al hogar, la luz se divide en cascada por splitters totalmente pasivos. Ajusta la distancia y el nivel de división y observa el presupuesto óptico calcularse en tiempo real contra la clase GPON.
El cálculo replica el método del libro: fibra a 0.28 dB/km (1490 nm), splitter 17.0 / 20.5 dB, conectores 0.3 dB, empalmes 0.1 dB y margen de 3 dB. §13.4 y ejemplo resuelto 13.1.
Demo 18 · Capítulo 14
Los sistemas coherentes modulan amplitud y fase a la vez. Cada punto del plano IQ es un símbolo; el ruido (OSNR) los difumina. Sube la densidad de constelación y mira cómo se compra capacidad… a cambio de sensibilidad.
Con 64-QAM cada símbolo transporta 6 bits, pero la distancia entre puntos se reduce: la OSNR requerida sube de 12 dB (QPSK) a 26 dB. Es el trade-off central del capítulo 14. §14.5 del libro.
Herramientas de bolsillo
Las tres cuentas que más se repiten en el libro, listas para usar. Los resultados se actualizan mientras escribes.
Herramienta · Manufactura · Capítulo 11
¿Cuántos kilómetros de cable caben en un tambor? ¿Y a la inversa: qué brida mínima necesito para embobinar los km de un pedido? La misma geometría, en los dos sentidos.
Geometría del carrete
Capacidad a embobinar
Necesito embobinar…
Brida mínima necesaria
Selector de carrete · ¿cuál aloja los km requeridos?
| Carrete | Db | Dt | C | Capacidad | ¿Aloja? | Holgura |
|---|
Los carretes «Estándar» son ejemplos ilustrativos, no un catálogo de fabricante.
Fórmula: L(km) = F · π · C · ((Db−2h)² − Dt²) / (4000 · d²) con C, Db, Dt, h en cm y d en mm. El inverso despeja Db,mín = 2h + √(Dt² + 4000·Lreq·d² / (F·π·C)). Desarrollo del Dr. Armando García · complementa el capítulo 11.
Ponte a prueba
Cinco preguntas al azar de un banco basado en los ejercicios del libro. Cada respuesta trae su explicación y el capítulo donde profundizar.
Pregunta 1/5
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Demo 19 · Frontera · Capítulo 4
La última frontera de la fibra invierte la regla de Tyndall: el núcleo es de aire, el medio de menor índice, así que la reflexión total interna es imposible. El confinamiento es puramente interferencial — cada membrana submicrónica es un etalón Fabry–Pérot en antiresonancia. Alterna los dos estados espectrales y míralo.
En una SMF la luz queda atrapada porque n₁ > n₂ (núcleo 1.4504 > cladding 1.4440). En la fibra de núcleo hueco ocurre lo contrario: el núcleo de aire (n ≈ 1.0003) es el medio de menor índice. La TIR es imposible; el confinamiento es interferencial (mecanismo ARROW), con reflectividad efectiva >99.9 % por elemento anidado.
Con t ≈ 0.4 μm y n = 1.4440, la resonancia m=1 cae en ~0.83 μm y la primera ventana antiresonante se centra cerca de 1.67 μm: cubre las bandas O–L. El doble anidamiento M₁→M₂→M₃ suma reflexiones coherentes que recortan la fuga radial 1–2 órdenes por nivel.
Con la potencia viajando en aire, la fase avanza con n_eff < 1 (sin violar causalidad: la información va con el grupo). Latencia mínima para trading y 5G.
Cómo leerla: en antiresonancia (1550 nm) las membranas actúan como espejos y el rayo rebota confinado a 0.091 dB/km; en resonancia el mismo etalón se vuelve transparente y el modo se fuga en metros. El espesor t de las membranas, controlado a nanómetros en el estirado, define las ventanas de la fibra. Complementa el capítulo 4 (tipos de fibra especiales).
El libro
Un texto universitario completo: teoría con rigor, ejemplos resueltos verificados, casos industriales reales de planta y un solucionario de 233 ejercicios. Escrito desde la experiencia de fabricar cable en México.
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