La dispersión modal
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En el artículo donde vimos cómo se propaga la luz por dentro de la fibra óptica, ya adelantamos que una cosa era la teoría y otra la práctica. En el mundo real, una serie de fenómenos provocan pérdidas que limitan el ancho de banda, la eficiencia y la capacidad de transmisión. Uno de ellos es la dispersión modal, y en este artículo vamos a ver en qué consiste.
¿Qué es la dispersión modal?
Es un fenómeno que afecta a la comunicación por fibra óptica con fibras multimodo. Debido a cómo viajan los rayos de luz por la fibra, se produce un retardo en la transmisión de la señal, que genera una reducción o limitación del ancho de banda o distancia de transmisión.
¿Por qué se produce?
Recuerda que en este tipo de fibras, a diferencia de las monomodo, se inyectan varios rayos (modos) de luz al mismo tiempo, que viajan confinados en el cable hasta salir por el otro extremo:
En la imagen vemos un ejemplo reducido, con 2 rayos. El rayo azul sigue una trayectoria más cerrada que el rayo rojo, tardando más en recorrer el cable, pues la velocidad es la misma para todos los rayos.
Como cada rayo sigue una trayectoria diferente, la longitud de los caminos varía y también lo hace el tiempo necesario para recorrerlos, llegando en momentos diferentes al final del cable.
Cada pulso de señal que introducimos por un extremo del cable, sale algo deformado por el otro, ensanchándose (pierde amplitud y aumenta su tiempo), porque tenemos que esperar a que todos los rayos que lo forman lleguen a su destino:
¿Cómo afecta a la transmisión?
Si recuerdas, transmitimos información binaria, esto es, ceros y unos, que se modulan con base a pulsos de onda. Tipos de modulación hay muchos, pero como ejemplo, usaremos uno sencillo, la modulación por amplitud, donde para transmitir el valor «uno», emitiremos un pulso óptico, y para transmitir el valor «cero», no emitiremos nada. Esto convertiría una señal digital en una serie de pulsos de luz que viajarán por el cable de fibra:
Esta serie de pulsos que vemos en la gráfica sería la ideal. Si tenemos en cuenta el fenómeno de dispersión modal, los pulsos reales tendrán esta forma:
Como vemos, el intervalo para la transmisión de un pulso o bit se ha incrementado, haciéndose más largo, esto provoca que pulsos consecutivos lleguen a superponerse. Si la dispersión modal sigue aumentando, llegará un momento en que el sistema no podrá distinguir los cambios (interferencia entre símbolos). Es decir, tenemos un menor bitrate y, por tanto, un menor ancho de banda. Cuanto mayor sea la dispersión modal, menor ancho de banda podremos alcanzar, pues los pulsos se harán más y más anchos, y tendremos que aumentar el intervalo de transmisión para poder reconocerlos, haciendo que transmitamos menos bits por unidad de tiempo.
El efecto de dispersión modal de una fibra óptica también depende de la distancia de transmisión, porque estamos aumentando el camino a recorrer de cada rayo que viaja por el cable: la dispersión modal para transmitir a 10 km será menor que para hacerlo a 50 km. Es una de las razones por las que cada tipo de fibra óptica tiene una distancia máxima de comunicación para una frecuencia determinada.
¿Cómo evitarla?
El uso de fibras multimodales de índice graduado permite que los rayos que se alejan del centro aumenten su velocidad de propagación, de esta forma, los diferentes rayos llegan al final del cable casi en el mismo instante, reduciendo mucho la dispersión modal.
Si queremos eliminarla casi por completo, utilizaríamos fibras monomodo de índice escalonado.
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Fuentes:
- Electronic Communications Systems – Wayne Tomasi
- Propagación de la luz en guías de onda – Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Universitat de València – Esteban Sanchis, Juan B. Ejea
