Zuntz optiko

Zuntz optikoa argia mutur batetik bestera transmititu dezakeen zuntz malgu bat da, normalean beiraz edo plastikoz eginda dagoena. Telekomunikazioetan distantzia luzeetarako erabiltzen diren zuntzak beti beirazkoak dira: plastikozkoak ordenagailuetan eta distantzia laburreko beste aplikazio batzuetan erabiltzen dira, ordea, horiek atenuazio handiagoa baitute. Argi-iturria gehienetan laser bat edo LED bat izaten da. Zuntz optikoak erabilera zabala aurkitu du telekomunikazioen munduan, metalezko kableekin alderatuz abiadura bitar (bit/s) handiagoa eta distantzia handiagoko transmisioa eskaintzen duelako. Zuntz optikoa metalezko kableen ordez erabiltzen da seinaleek atenuazio txikiagoa jasaten dutelako; gainera, metalezko kableetan ez bezala, interferentzia elektromagnetikoak ez du eraginik zuntz optikoetan.  Zuntz optikoa beste arlo batzuetan ere erabiltzen da, esate baterako, medikuntza arloan. 

Orokorrean, zuntz optikoen nukleoa estaldura batez estalita dago, errefrakzio-indize baxuagoa duena. Argi-izpia nukleotik garraiatzea barne islapen osoa izeneko fenomenoagatik lortzen da, zuntza uhin-gidari dielektriko baten modura jokatuz. Hedapen-bide edo zeharkako modu bat baino gehiago ahalbidetzen duen zuntz optikoei modu anitzeko zuntz deritze, eta modu bakarra ahalbidetzen duten zuntzei modu bakarreko deritze. Modu anitzeko zuntzen diametroa modu bakarreko zuntzen diametroarekin konparatuz handiagoa izaten da, eta normalean distantzia laburreko komunikazioetan eta potentzia altua transmititzeko beharra duten loturetan erabili ohi dira. Modu bakarreko zuntz optikoak 1000 m baino gehiagoko loturetan erabiltzen dira.

 Historia 
Charles Kao-k, bere doktoretza-tesian (1966), komunikazio loturetan erabilgarri izateko, zuntz optikoak gehienez izan zezakeen galera 20 dB/km zela jo zuen. 1970ean Corning Glass Works-enko Maurer, Keck, Schultz eta Zimar ikertzaileek lehenengo zuntza egin zuten, silizioa titanioarekin dopatuz. Galerak 17 dB/km ziren.

1980. urtean, AT&T AEBtako komunikazio erakundeak aurkeztutako proiektu batean, Boston-Washington ibilbidearen arteko hiri guztiak elkarrekin konektatzeko 978km-ko zuntz kablea erabili zuen, 80.000 aho kate eskainiz, telefono deiak gauzatzeko.

Zuntz optikoa erabili zuen lehen lotura transozeanikoa TAT-8 izan zen. 1988an ezarri zenetik, ugariak izan dira zuntz bidez egindako modu horretako loturak, baita hirien artekoak ere, eta poliki-poliki haren erabilera operadoreen enbor sareetatik azken erabiltzaileetaraino hedatuz doa.

 Funtzionamenduaren oinarriak 
Zuntz optikoa uhin-gidari dielektriko bat da, argi ikusgaiaren frekuentzia-tartean lan egiten duena. Zuntza bi atal bereizgarriz osatuta dago: nukleoa eta estaldura. Argia garraiatu ahal izateko, nukleoaren errefrakzio-indizea estaldurarena baino handiagoa izan behar da, barne islapen osoa izeneko fenomenoa gerta dadin. 

 Errefrakzio-indizea 
Errefrakzio-indizea da argiak ingurune bat zeharkatzen duenean honek daukan abiadura neurtzeko modu bat. Argiak hutsetik bidaiatzen duenean haren abiadura maximoz hedatzen da (300.000 kilometro segundoko). Ingurune baten errefrakzio-indizea argiaren abiadura hutsean argia ingurune horretatik hedatzean daukan abiaduraz zatituz kalkulatzen da. Hutsaren errefrakzio-indizeak definizioz 1eko balioa du. Zenbat eta handiagoa ingurune baten errefrakzio-indizea, orduan eta txikiagoa argiaren abiadura ingurune horretatik hedatzean.

Nukleoa eta estaldura banatzen dituen trantsizioaren arabera, bi motatako zuntzak bereizten dira: indize-jauzi zuntz optikoa eta indize gradualeko zuntz optikoa.

 Indize-jauzi zuntz optikoa: zuntz osoan zehar nukleoaren errefrakzio-indizea konstante mantentzen da simetria-ardatzarekiko.

 Indize gradualeko zuntz optikoa: nukleoaren errefrakzio-indizea txikitzen doa simetria-ardatzetik urruntzen doan arabera.

 Barne islapen osoa 
Argiak bi ingurune banatzen dituen muga angelu batekin eraso egiten duenean (angelu kritikoa baino handiagoa), argia guztiz islatzen da. Fenomeno honi barne islapen osoa deritzo. Fenomeno hau argia zuntzaren barrualdean mantentzearen oinarria da. Argia zuntzaren nukleotik hedatzen da, nukleoa eta estalkia banatzen dituen mugan talka egiten du eta islatu egiten da. Prozesu hau behin eta berriro gertatzen da hartzaileraino heldu arte.
Nukleoaren eta estalduraren arteko muga jotzen duen argi-izpiaren angelua angelu kritikoa baino handiagoa izan behar denez, soilik angelu-tarte batekin zuntzaren barrualdera sartzen diren argi-izpiak izango dira gai zuntzetik hedatzeko. Angelu-tarte honi zuntzaren onarpen-kono deritzo. Sarrerako angelu maximo bat dago (zuntzaren simetria-ardatzetik neurtuta), argia zuntzetik hedatzeko gai izan dadin. Angelu maximo honen sinuari sarrera-angeluaren sinu (ingelesez numerical aperture, NA) deritzo. Onarpen-konoaren tamaina zuntzaren nukleoaren eta sarrerako ingurunearen errefrakzio-indizeen arteko aldearen funtzio bat da.   

 Zeharkako moduak 
Zuntz optikotik aldi berean hedatu daitezkeen argi-izpi kopuruari zeharkako modu deritze. Honen arabera, bi motatako zuntz optikoak bereizten dira: modu bakarreko zuntza eta modu anitzeko zuntza: 

 Modu bakarreko zuntz optikoa 
Modu bakarreko zuntz optikotik argi-izpi bat soilik heda daiteke aldi berean. Hau nukleoaren diametroa txikituz lortzen da, 8,3 eta 10 μm arteko diametroa lortu arte. Izpiaren hedapena zuntzaren simetria-ardatzarekiko paraleloa da. Modu anitzeko zuntz optikoarekin konparatuz, distantzia handiagoko loturak (gehienez 400 km, potentzia altuko laser bat erabiliz) eta abiadura altuagoak (10 Gbit/s) lortzea ahalbidetzen ditu. 

 Modu anitzeko zuntz optikoa 
Modu anitzeko zuntz optikotik argi-izpi bat baino gehiago hedatu daitezke, bakoitzak bide ezberdin bat jarraituz. Hori dela eta, izpi bakoitza une ezberdinean helduko da hartzailera. Modu anitzeko zuntz optiko batek 1000 hedapen-modu baino gehiago izan ditzake. Modu anitzeko zuntzak distantzia laburreko aplikazioetan (2 km baino gutxiago) erabili ohi dira.

 Zuntz optikoko kableen egitura 

Egituraren arabera, bi motatako kableak bereizten dira:

 Egitura zabaleko kablea 
Kable mota honek errefortzuko elementu bat dauka. Kablearen barrualdean hodi ezberdinak kokatzen dira. Hodi bakoitzak bi eta hiru milimetroren arteko diametroa du, eta bakoitzak zuntz multzo bat darama barruan. Hodiak hutsik edo gel hidrofugo batez beteta daude; azken honek hezetasunaren kontra egiten du, zuntz optikoak urarengandik babestuz. Egitura guztia babes-estalki batez bilduta dago. Egitura zabaleko egitura zuntz optikoak kanpoaldetik eragindako indar mekanikoetatik babesten ditu. Errefortzuko elementua hurrengoa izan daiteke:

 Hagaxka malgu bat, metalikoa zein dielektrikoa izan daitekeena.
 Aramidaz (poliamida aromatikoa, ingelesez aromatic polyamide) edo beiraz egindako harien multzoak, kablearen simetria-ardatzaren inguruan kokatzen direnak.

 Egitura estuko kablea 
Egitura zabaleko kablea baino malguagoa da eta kurbatura-erradio txikiagoa du. Zuntz optikoak erdiko elementu baten inguruan kokatzen dira, eta egitura osoa elementu babesle batez biltzen da. Zuntz optiko bakoitza 250 μm-eko estalki batez inguratuta dago, 900 μm-eko diametrora heldu arte. Estalki hau plastikoz eginda dago eta, zuntza babestu ez ezik, euskarri fisikoa ere bada. Honek instalatzeko kostua murrizten du.   

 Abantailak eta desabantailak 
Zuntz optikoak abantaila asko eskaintzen ditu:

 Abantailak 

 Transmisio-abiadura altuak (1 Gbit/s baino gehiago) distantzia handietan (1 km baino gehiago) ahalbidetzen ditu.
 Atenuazio txikia eragiten du, distantzia handiko loturak ahalbidetzen ditu seinalea anplifikatu edo birsortu behar gabe.
 Dimentsio eta masa txikikoa da.
 Kostu materiala txikia da.
 Interferentzia elektromagnetikoek ez dute eraginik, transmisioaren kalitatea bermatzen duena.
 Segurtasun handia: zuntz optikoan bidegabe sartzeak atenuazioa eragiten du argian, hau detektatzeko erraz egiten duena; gainera, ez du kanpoaldera irradiatzen, konfidentzialtasun altua behar duten aplikazioetako garrantzitsua dena.
 Kable bereko kanalen arteko diafonia mesprezagarria da.
 Beroarekiko, hotzarekiko eta korrosioarekiko indartsua.

 Desabantailak 
Izan ere, zuntz optikoak ere desabantaila batzuk dauzka:

 Zailagoa eta garestiagoa da zuntz optikoen arteko loturak egitea, metalezko kableekin alderatuz.
 Zuntz optikoa metalezko kable bat baino hauskorragoa da.
 Konbertsio elektriko-optikoa egiteko beharra, baita alderantzizkoa ere.
 Argiak ez duenez balio negatiborik hartzen, ez da posiblea balio positibo eta negatiboetan oinarritzen den kodifikaziorik erabili.
 Erradiazio ionizatzaileari sentikorra da.

 Kableak alderazteko taulak 

 Irizpideak  Pare kordatua  Banda zabaleko ardazkidea (mehea)  Banda zabaleko ardazkidea (lodia)  Zuntz optikoa  Banda-zabalera (0-N Hz)  Erdiko  Erdiko  Altu  Oso altua  Datu-transferentziaren fidagarritasuna  Baxu  Altu  Altu  Oso altua  Interferentzia probabilitatea  Altua  Erdiko  Baxu  Bat ere ez  Transmisioaren segurtasuna  Baxu  Baxu  Baxu  Altu  Luzera  Baxu  Erdiko  Altu  Oso altua  Instalazioa  Erraza  Erraza  Erdiko  Oso zaila 

Beste irizpideekin:

 Irizpideak '''''' Pare kordatua (10BaseT)  Ardazkide mehea (10Base2)  Ardazkide lodia (10Base5)  Zuntz optikoa  Prezioa  Merkeena  Pare kordatua baino garestiagoa  Ardazkide mehea baino garestiagoa  Garestiena  Gehienezko luzera erabilgarria*  100* metro  185 metro  500 metro  2* kilometro  Transmisio-abiadura**  10-100 Mb/s  10-100 Mb/s  10-1000 Mb/s edo eghaigo  1-2Gb/s edo gehiago  Kablearen malgutasuna  Malguena  Pare kordatua baino malgutasun gutxiago  Pare kordatua baino malgutasun gutxiago  Ez malgua  Instalazioa  Oso erraza  Erraza  Erraza  Zaila  Interferentzien kontrako babesa  Txarra  Ona  Ona  Oso ona  Errepikagailuen arteko distantzia  2-10 km  1-10 km  1-10 km  10-100 km  Konektore mota  RJ-45 (ISO 8877)  BNC  AUI  SC, ST  Transmisioren segurtasuna  Gutxi  Gutxi  Gutxi  Asko  Erabilera nagusiak  Bulegoko ia sare guztietan (ethernet). UTP: instalazio txikietan STP: Token Ring sareko edozein tamainetan  Segurtasun handiko instalazio erdi eta handietan  Segurtasun handiko instalazio erdi eta handietan  Abiadura eta segurtasun handiko edozein motatako instalazioetan 

* Teknologia aurreratzen doan heinean gehienezko luzera handitzen da.

** Kable batentzako transmisio-abiadurak ez daude hertsiki mugatuak (hau da, abiadura muga gaindi daiteke)

Zein lekutarako erabilgarriak:

 Kable mota ERABILI <p>EZ ERABILI<p> Pare kordatua  Instalazio errazetan non ekipoen arteko konexioak errazak gertatzen diren  LAN sareak uhin elektromagnetikoen aurka babesa behar duenetan  Kable ardazkidea  Distantzia handiagoko transmisioak egiteko  Ekipoak lekuz maiz aldatzen direnetan  Zuntz optikoa  Datuak distantzia handietan, abiadura handiz eta modu seguruan bidali nahi direnean  Aurrekontu apala. Ez baduzu eskarmenturik honelako gailuak instalatzen. 

 Zuntz optikoaren beste erabilera batzuk 
 Medikuntzan eta industrian erabil daiteke uhin gida moduan, begi hutsez ikusten ez den jomuga batera iristeko.
 Tentsioa, tenperatura, presioa eta beste hainbat parametro neurtzeko sentsore gisa erabil daiteke.
 Hari horiek lente batzuekin batera erabiliz, endoskopio izeneko ikusarazpen tresna mehe eta luzeak sortzen dira. Hauek medikuntzan erabiltzen dira objektuak zulo txiki batean zehar ikusteko. Endoskopio industrialek antzeko erabilera dute, adibidez, turbinen barnealdea aztertzea.
 Dekoraziorako ere erabiltzen da zuntz optikoa, hala nola, Eguberriko zuhaitzetan.

 Erreferentziak 

 Ikus, gainera 

 Kanpo estekak 

Kategoria:Beira
Kategoria:Telekomunikazioetako ekipamendua
Kategoria:Ameriketako Estatu Batuetako asmakizunak