Análisis y procedimientos de las mediciones en Fibra Óptica

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA Análisis y procedimientos de las mediciones en Fibra Óptica. Autor: Frank Pérez Díaz. Tutor: MSc. José de las Nieves Rodríguez Sánchez. Santa Clara 2008 "Año 50 de la Revolución". I.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA Análisis y procedimientos de las mediciones en Fibra Óptica.. Autor: Frank Pérez Díaz e-mail: [email protected]. Tutor: MSc. José de las Nieves Rodríguez Sánchez Profesor adjunto del Centro Nacional de Capacitación de ETECSA. Especialista de fibra óptica de Villa Clara. e-mail: [email protected]. Santa Clara 2008 "Año 50 de la Revolución" II.

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicado sin autorización de la Universidad.. ___________________ Firma del autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. _______________. ____________________________. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. _____________________ Firma del Responsable de Información Científico-Técnica. III.

(4) PENSAMIENTO. “La ciencia es el alma de la prosperidad de las naciones y la fuente de vida de todo progreso.” Louis Pasteur.. IV.

(5) DEDICATORIA. A mis padres, por su amor. A mi hermano, por su apoyo en todo momento. A Ali, por su cariño y ayuda incondicional.. V.

(6) AGRADECIMIENTOS. A mi tutor MSc José de las Nieves por su dedicación y valiosa ayuda. A mis padres y hermano por haberme apoyado durante toda la vida. A Ali y a sus padres por su ayuda durante todos estos años de estudio. A mis familiares más allegados que han colaborado en la realización de este trabajo. A los amigos que han ayudado en la culminación de este trabajo.. VI.

(7) TAREA TÉCNICA 1- Realizar un estudio bibliográfico y actualización del estado del arte. a) Teoría básica de las fibras. b) Cables de fibra óptica. Construcción y sus especificaciones. c) Conectores de fibra óptica. d) Emisores y receptores ópticos. 2- Estudio de los accesorios y herramientas utilizados en las mediciones en fibra óptica. 3- Estudio de los tipos de mediciones y los software que son utilizados. 4- Estudio de los procedimientos para realizar las mediciones. 5- Análisis comparativo de los softwares de medición. 6- Confección del informe.. _______________________. ______________________________. Frank Pérez Díaz Autor. MSc. José de las Nieves Rodríguez Sánchez Tutor. VII.

(8) RESUMEN En este trabajo se estudian las diferentes mediciones que se realizan en la fibra óptica ya instalada. Primeramente se destacan aspectos básicos de las fibras, el conocimiento de estos es importante a la hora de realizar una medición. Se hizo un estudio de los diferentes tipos de mediciones que se realizan, de los instrumentos utilizados en cada una y de los distintos parámetros que son medidos. Se explican distintos métodos utilizados en Cuba y en otros países y los procedimientos a seguir para llevar a cabo una medición en un enlace de fibra. Fueron analizadas las mediciones reflectométricas y se compararon los softwares de los OTDRs OFT50, K2320 de Siemen y el 7250 de Ando, los de más frecuente uso en Cuba. Se explican los parámetros fundamentales que caracterizan un OTDR, los diferentes eventos que se encuentran en una medición, las cuestiones a tener en cuenta para el trabajo con el instrumento y los aspectos que deben ser considerados para elegir un OTDR más adecuado para el trabajo en Cuba donde se concluyó que el OTDR K2320 de Siemen es el más recomendable para ser utilizado en largas distancias y el OTDR OFT50 es el más recomendable para ser usado en cortas distancias.. VIII.

(9) ÍNDICE INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 1 CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES. .......................... 5 1.1 Teoría de la luz. Modelo físico. ................................................................................. 5 1.1.1 Teoría óptica de la luz. ....................................................................................... 5 1.1.2 Teoría geométrica. Ley de Snell. ........................................................................ 5 1.1.3 Teoría electromagnética. Dispersión de Rayleigh. .............................................. 7 1.2 Tipos de fibras. ......................................................................................................... 8 1.2.1 Fibras multimodo. .............................................................................................. 8 1.2.2 Fibras monomodo. ........................................................................................... 10 1.3 Parámetros de la fibra óptica. .................................................................................. 11 1.3.1 Perfil del índice de refracción. .......................................................................... 11 1.3.2 Apertura numérica ........................................................................................... 11 1.3.3 Atenuación espectral ........................................................................................ 12 1.3.4 Ancho de Banda ............................................................................................... 13 1.4 Cables de fibras ópticas. ......................................................................................... 13 1.4.1 Parámetros a tener en cuenta para escoger la estructura y los elementos de un cable de fibra óptica. ................................................................................................. 13 1.4.2 Elementos del cable óptico ............................................................................... 14 1.4.3 Fabricación del cable. ....................................................................................... 14 1.5 Tipos de conectores. ............................................................................................... 15 1.5.1 Distribuidor de fibra óptica y jumper óptico. .................................................... 17 1.6 Emisores y receptores ópticos. ................................................................................ 17 1.6.1 Emisores ópticos .............................................................................................. 17 1.6.2 Receptores ópticos. .......................................................................................... 18 1.7 Conclusiones del capítulo. ...................................................................................... 19 CAPITULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA. .............................. 21 2.1 Tipos de mediciones. .............................................................................................. 21 2.2 Mediciones directas. ............................................................................................... 21 2.2.1 Medición de atenuación o pérdida total del enlace. ........................................... 22. IX.

(10) 2.2.2 Medición de la potencia del transmisor. ........................................................... 26 2.2.3 Medición de la potencia recibida. ..................................................................... 27 2.2.4 Medición del Umbral de potencia del sistema (Margen de potencia). ................ 28 2.2.5 Comprobación del jumper óptico que interconecta el terminal de transmisión con el ODF. ..................................................................................................................... 29 2.2.6 Descripción general de los medidores de potencia. ........................................... 30 2.3 Mediciones indirectas. ............................................................................................ 32 2.3.1 Atenuación por unidad de longitud ................................................................... 35 2.3.2 Medición de la longitud óptica hasta cada punto de empalmes y del enlace. ..... 37 2.3.3 Medición de las pérdidas en los empalmes. ...................................................... 39 2.3.4 Consideraciones generales para la medición de las pérdidas en los conectores, las pérdidas de retorno (return loss) y pérdidas totales del enlace. .................................. 40 2.4 Características fundamentales para el trabajo con el OTDR. ................................... 41 CAPÍTULO III: ANÁLISIS DE LAS MEDICIONES REFLECTOMÉTRICAS .............. 45 3.1 Introducción ........................................................................................................... 45 3.2 Determinación de los resultados en las mediciones reflectométricas........................ 46 3.2.1 Sistemas para la determinación de la pérdida de los empalmes con el reflectómetro. ........................................................................................................... 46 3.2.2 Localización de las averías y determinación de la longitud óptica. .................... 47 3.2.3 Medición del coeficiente de atenuación. ........................................................... 48 3.3 Prestaciones y facilidades de los softwares para la realización de las mediciones. ... 48 3.3.1 OTDR OFT50. ................................................................................................. 48 3.3.2 OTDR K2320 de Siemen. ................................................................................ 51 3.3.3 OTDR 7250 de Ando. ...................................................................................... 52 3.3.4 Comparación. ................................................................................................... 54 3.4 Características a tener en cuenta para seleccionar un OTDR adecuado. ................... 55 3.4.1 Rango dinámico. .............................................................................................. 56 3.4.2 Zonas muertas. ................................................................................................. 57 3.4.3 Generación de informes.................................................................................... 58 3.4.4 Prestaciones y facilidad de operación del software. .......................................... 58 3.5 Conclusiones del capítulo ....................................................................................... 58 X.

(11) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 60 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 61 ANEXOS ......................................................................................................................... 63 GLOSARIO DE SIGLAS Y TÉRMINOS ........................................................................ 75. XI.

(12) INTRODUCCIÓN. INTRODUCCIÓN Reseña histórica de la fibra óptica. El empleo de la luz para transmitir información ha revolucionado el mundo de las comunicaciones actuales. El desarrollo alcanzado en las investigaciones en el campo de la óptica ha permitido satisfacer la continua demanda del incremento exponencial de la capacidad de transmisión y sin dudas la fibra óptica se ha convertido en el medio de transporte en telecomunicaciones de más capacidad en nuestros días. El experimento de Tyndall en 1870 donde se demuestra la conducción de la luz por un chorro de agua fino, las leyes de Maxwell en 1873 sobre la teoría electromagnética de la luz [1] [2] y el estudio de Rayleigh en 1897 acerca del análisis de una guía de onda, entre otros, (ver anexo I) fueron acontecimientos históricos de gran trascendencia para el posterior surgimiento y desarrollo de la fibra óptica y la base de las principales teorías acerca del comportamiento de la luz. En 1959, como derivación de estudios ópticos realizados, se descubrió una nueva utilización de la luz a la que se denominó rayo láser. Sin embargo, la utilización de este era muy limitado debido a que no existían los conductos adecuados para hacer viajar las ondas electromagnéticas provocadas por la lluvia de fotones originados en esta fuente. Las primeras fibras ópticas que surgieron poseían pérdidas alrededor de los 100000 dB/km debido en gran medida a la atenuación causada por impurezas producto del proceso de fabricación. En 1970 Corning (fabricante) produce fibras con atenuación menor de 20 dB/km y ya para 1979 estas se habían reducido aun más (ver Anexo II). Desde un inicio la fibra logró resultados que no se habían podido obtener con el cable coaxial, ni con el par de cobre, ni con el uso de satélites, ni mediante el radioenlace ya que esta poseía innumerables ventajas con respecto a los ya existentes: - Logró inmunidad a las interferencias. - Peso ligero. - La posibilidad de tener larga distancia entre repetidores. - Alta estabilidad con relación a la variación de la temperatura. - Gran capacidad de transmisión de información (Ancho de Banda). - Bajas pérdidas. 1.

(13) INTRODUCCIÓN - Lento envejecimiento. Las enormes ventajas de la fibra óptica en comparación con los cables de cobre y las transmisiones satelitales la hacen ser hoy en día la mejor opción para realizar enlaces de larga distancia y gran capacidad. En la actualidad, la mayor parte de las comunicaciones intercontinentales se realizan a través de cables ópticos submarinos que, depositados en el fondo de los océanos, tejen una verdadera red alrededor del planeta. Estado del Arte. La fibra es utilizada en redes de área local (LAN, Local Area Network), en redes de área amplia (WAN, Wide Area Network), en redes metropolitanas (MAN, Metropolitan Area Network) y sus facilidades ofrecen cada día más ventajas. El incremento de la velocidad binaria y la longitud de los enlaces han tropezado con efectos dispersivos. La necesidad de reducirlos para lograr calidad en el enlace propició el surgimiento de nuevos tipos de fibra. La fibra óptica monomodo con dispersión desplazada (DSF) [3] es una de las alternativas con que se cuenta en nuestros días, estas son utilizadas en conexiones entre países usando frecuentemente enlaces submarinos donde se requiere alta velocidad. El surgimiento de técnicas de multiplexación óptica en la fibra como WDM (Multiplexación por División de longitud de Onda), que puede ser implementada en cualquier tipo de fibra y para la cual las fibras del tipo DSF no son la más adecuadas, propició el surgimiento de la fibra óptica con dispersión desplazada no cero (NZD, No Zero Dispertion) que es con la cual se obtienen los mejores resultados aplicando esta técnica [4]. Estas fibras son similares a las DSF, con la diferencia que tienen una dispersión baja pero no cero y mediante las cuales se pueden crear enlaces a largas distancias (enlaces transoceánicos) y a altas velocidades (pero sobre todo aumenta la cantidad de portadoras que pueden ser transportadas) reduciendo los efectos dispersivos y posibilitando la compensación de la dispersión con el uso de fibras de dispersión negativa. Las investigaciones enfocadas a crear dispositivos ópticos con posibilidad de conformar una red 100 % óptica continúan. Uno de los logros en cuanto a este tema, es el amplificador de fibra dopada con erbio. Las fibras dopadas de erbio [5] suelen ser de unos 1020 metros, y pueden alcanzar ganancias de varias decenas de decibeles (dB). Hasta la llegada de los amplificadores de fibra dopada con erbio, no existía un dispositivo capaz de amplificar 2.

(14) INTRODUCCIÓN señales ópticas. El proceso para amplificar las señales que viajaban por la fibra óptica, consistía en realizar la conversión óptica a eléctrica, es decir, debían extraer la señal luminosa de la fibra, convertir esa información a señal eléctrica, llevar a cabo el proceso de regeneración-amplificación y volver a convertir la información en señal luminosa. Por su parte, los amplificadores de fibra dopada con erbio, agrandan la señal sin necesidad de realizar conversiones ópticas a eléctricas, lo cual hace posible que se amplifiquen de manera simultánea todas las señales con diferentes longitudes de onda que viajan en el interior de la fibra. Otra de las tecnologías que se han implementado en la fibra óptica es el soliton. Los solitones ópticos [6] son pulsos de luz que viajan libres de distorsión (evitando el fenómeno de dispersión cromática) sobre grandes longitudes de fibra óptica. Los sistemas de comunicaciones ópticas típicos que emplean transmisión por solitones se caracterizan por enlaces de fibra de gran distancia (L >10 000 km) divididos en trayectos de longitud del orden de 50 km entre los cuales se sitúan amplificadores de fibra dopada con erbio con una ganancia tal que compensa las pérdidas del tramo de fibra previo. A partir del desarrollo de la fibra y de acuerdo a los resultados obtenidos en los enlaces con este medio de transporte, la necesidad de asegurar el mantenimiento operativo de estas redes se convirtió en una preocupación a la vez que una necesidad. La cantidad de información que puede transportar un enlace de fibra óptica es inmensa, un corte del enlace puede además de afectar la integridad de las comunicaciones, ocasionar grandes pérdidas al proveedor de los servicios y molestias a los usuarios. Para evitar este riesgo y para proporcionar servicios de calidad es indispensable comprobar luego de la instalación y de forma periódica que los equipos y la infraestructura de la red óptica cumplan las especificaciones de diseño. Es por eso que las mediciones en enlaces ópticos poseen gran importancia en nuestros días y son diversas las pruebas que se realizan en las fibras, mediante estas se pueden solucionar problemas existentes en un tiempo mínimo o evitarlos. Entre las mediciones más comunes e importantes a realizar en un enlace destacan la medición de la atenuación, la localización de empalmes, conectores y otros eventos. De estas mediciones y otras, de las distintas técnicas que existen y de los procedimientos a seguir en cada una para la medición de un enlace por fibra óptica trata este trabajo.. 3.

(15) INTRODUCCIÓN Objetivo general: Explicar las diferentes mediciones en enlaces de fibra óptica y valorar el uso de un OTDR más adecuado para el trabajo en Cuba. Objetivos específicos: 1- Realizar un análisis teórico básico de las fibras ópticas y las mediciones que se ejecutan en estas. 2- Analizar el estado actual de los instrumentos ópticos y las mediciones en el escenario internacional. 3- Valorar la utilización de los instrumentos ópticos de medición en Cuba. 4- Comparar las características de diferentes softwares de mediciones. Hipótesis ¿Será posible la selección de un tipo de OTDR más adecuado para el trabajo en Cuba? Situación Problémica Incompatibilidad entre los diferentes OTDR que se emplean en el mundo lo cual dificulta el análisis integral de las mediciones que se realizan a nivel de país. Problema En Cuba existen varios tipos de OTDR, los cuales salvan los datos de sus mediciones en distintos formatos, lo que provoca la no compatibilidad digital. Tareas 1- Estudio de la fibra óptica y sus características fundamentales. 2- Estudio de los diferentes conectores de fibra óptica. 3- Estudio de los emisores y receptores ópticos. 4- Estudio y análisis de los distintos tipos de mediciones en la fibra óptica. 5- Estudio de los procedimientos y características principales para la realización de mediciones en la fibra óptica. 6- Comparación entre diferentes software de OTDR.. 4.

(16) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES. CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES.. 1.1 Teoría de la luz. Modelo físico. El comportamiento de la luz puede ser estudiado fundamentalmente por tres teorías: -. Teoría óptica de la luz. -. Teoría electromagnética. -. Teoría geométrica. Cada una de estas tres teorías constituye el fundamento teórico de la transmisión de información (luz) en la fibra óptica. 1.1.1 Teoría óptica de la luz. La óptica es una rama de la física que se ocupa del estudio de las propiedades de la luz y su propagación a través de diversos materiales. Los estudios sobre la óptica fueron la base fundamental para el surgimiento de la fibra, las propiedades descubiertas en la luz ofrecían la posibilidad de usarla en el campo de las telecomunicaciones. La luz se comporta como una partícula denominada fotón [7] [8] y tiene una energía (E) que se calcula E = hc/ λ y se expresa en Joule. El comportamiento de la luz como partícula explica como las fuentes generan luz y como los detectores son capaces de reconvertir la luz en energía eléctrica. Debido a estas características de la luz podemos decir que dos haces luminosos se cruzan sin interactuar entre sí. 1.1.2 Teoría geométrica. Ley de Snell. Cuando un rayo de luz incide sobre la superficie de separación de dos medios transparentes se divide en dos rayos, uno permanece en el medio por donde venía la luz, que es el rayo reflejado y el otro penetra en el segundo medio y es el rayo refractado. La luz viaja dentro de un mismo material a una misma velocidad y en una dirección de propagación. Al llegar a la frontera entre un medio y otro (como ocurre en la fibra óptica pues el núcleo es de un material distinto al que lo recubre) no solo cambia su velocidad, sino también la dirección de propagación. La ley de Snell [9] explica este fenómeno. Snell plantea que: 5.

(17) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES n1sen( 1) = n2sen( 2) n1, n2. índices de refracción de los medios 1 y 2 ángulos de las direcciones de propagación medidos con respecto a la normal.. 1, 2. donde n1 = C / V1 n2 = C / V2 C. velocidad de la luz en el vacío.. V1, V2. velocidad de propagación de la luz en los medios 1 y 2.. De esta ley se deduce el ángulo límite o crítico de una fibra (en dependencia de los materiales usados) que no es más que el ángulo del rayo incidente para el cual, el rayo saliente no se propaga en el segundo medio, sino a lo largo de la frontera entre los dos medios. Las reflexiones de Fresnel es otro de los aspectos que debemos conocer para explicar el funcionamiento de la fibra óptica. Fresnel plantea que: •. Cuando la luz se encuentra con un cambio en la densidad del material parte de la energía se refleja.. •. La cantidad de luz reflejada depende de:. - La magnitud del cambio de la densidad de los dos medios. - El ángulo de incidencia de la luz con la frontera de separación entre los dos medios. En otras palabras, si indicamos con E f el porcentaje de energía reflejada resulta: Ef = (. n n0 2 ) n n0. donde n es el índice de refracción del medio desde el cual proviene el impulso incidente y n0 es el índice del otro medio. En el caso de las fibras donde el índice de refracción del núcleo es n = 1.46 a 1.47 y el aire n0 = 1: Ef = (1.5 1) 2 1.5 1. 0.04; por tanto Ef es aproximadamente el 4 % de la potencia óptica del. impulso. En la práctica, la reflexión de Fresnel suministra indicaciones útiles solamente para algunos puntos particulares de la conexión en fibra, como por ejemplo los empalmes mecánicos, los. 6.

(18) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES conectores terminales, los puntos de rotura. Todos estos eventos provocan reflexión y estos son captados por el OTDR (Reflectómetro Óptico en el Dominio del Tiempo) el cual es un instrumento de medición que utiliza este principio para la determinación de estos eventos y para la medición de algunos parámetros y del cual hablaremos en el próximo capítulo. 1.1.3 Teoría electromagnética. Dispersión de Rayleigh. El descubrimiento de las ondas electromagnéticas fue uno de los avances más importantes del siglo XIX. Maxwell [10] postuló la existencia de estas ondas y a través de sus ecuaciones donde se aclaraba el comportamiento de estas contribuyó a que posteriores estudios sobre este tema lograran aclarar el problema de la naturaleza de la luz, por lo que esta podía propagarse mediante una guía de onda debido a su comportamiento ondulatorio y poder aprovechar su velocidad de propagación en las comunicaciones como se realiza hoy en día. Dispersión de Rayleigh Cuando la luz se propaga a través de un material no completamente homogéneo la luz puede verse en otras direcciones distintas a la dirección de propagación, este fenómeno es conocido como dispersión de Rayleigh. En el caso de las fibras ópticas es causada por:  Diferencias en el diámetro del núcleo.  La existencia de pequeñas partículas y zonas no homogéneas (impurezas) que provocan pequeñas variaciones del índice de refracción del núcleo.  Presencia de burbujas o de elementos extraños en el proceso de fabricación, comparables con el tamaño de la longitud de onda. En principio puede ser eliminada totalmente.  Existencia de no homogeneidad intrínseca que no puede ser eliminada. Esta depende de las variaciones térmicas y consiste en fluctuaciones en la densidad del material a nivel molecular. La dispersión de Rayleigh es una de las causas de atenuación en las fibras ópticas, cuando se envía un pulso de luz por la fibra, parte de la luz choca con partículas microscópicas y se dispersa en todas direcciones, esta es mayor cuanto menor es la longitud de onda del pulso. Cuanto menor sea la dispersión de Rayleigh, menor será la atenuación en la fibra que es provocada por esta, más adelante veremos otras causas de la atenuación en las fibras.. 7.

(19) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES Como se había dicho la dispersión de Rayleigh provoca dispersión de la señal en todas direcciones y también hacia atrás, esta difusión de señal hacia atrás es usada por instrumentos de medición como el OTDR para medir atenuación y otros parámetros por lo que este principio es de mucha importancia tanto para el comportamiento de la fibra como para su posterior análisis y medición. 1.2 Tipos de fibras. Existen dos tipos de fibras ópticas:  Fibras Ópticas Multimodo (MM)  Fibras Ópticas Monomodo o Simple Modo (SM) El diámetro del núcleo es una de las diferencias entre estos tipos de fibra, en las multimodo es de 50 – 62.5 micras, mientras en las monomodo de 8 – 10 micras, el revestimiento en ambas es hasta 125 micras. Otra de las características que diferencia un tipo de fibra de otro, es la cantidad de modos que se propagan en cada una. Un modo de propagación es cada una de las distintas posibilidades de propagación de la luz en el interior de una fibra, o sea, las diferentes velocidades y direcciones asociadas a todas las longitudes de onda que hacen que la radiación de propagación se ordene de una cierta manera. Estas formas de propagación serán más diferenciadas y numerosas mientras mayor diámetro tenga el medio de propagación con relación a la longitud de onda. 1.2.1 Fibras multimodo. Dentro de las fibras multimodo se encuentran las fibras multimodo de índice escalonado (SI) y las multimodo de índice gradual (GI). Fibra multimodo de índice escalonado La fibra multimodo de índice escalonado [11] [12] permite el establecimiento de diferentes modos de propagación (ver figura 1.1). Esto ocurre debido a que el diámetro del núcleo es varias veces mayor que la longitud de onda (0.85 -1.3 m). El índice de refracción en el núcleo n1 es mayor que en el revestimiento n2 el cual es constante y como entre los dos índices se crea un salto se le denomina índice en escalón.. 8.

(20) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES PERFIL DEL ÍNDICE r n2. REVEST IM IENT O n2. n1. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ NÚCLEO n1 REVEST IM IENT O. n2. PULSO DE ENT RADA. n n2. SEÑAL DE SALIDA. E. t. t. Figura 1.1: Transmisión de la luz por el interior de una fibra óptica multimodo de índice escalonado. En este tipo de fibra hay un pequeño retardo entre los rayos que inciden paralelos al eje y aquellos que lo hacen con cierto ángulo debido a la diferencia de distancia recorrida, provocando la deformación del pulso inicial. La diferencia de los índices de refracción de las fibras usadas en comunicaciones más común oscila entre 0.007 y 0.02. Para una fibra SI, el número de modos conducido por la fibra es: N=. 0.5( dAN ) 2 2. donde:. d - diámetro del núcleo de la fibra. - longitud de onda de transmisión AN- Apertura Numérica Fibra multimodo de índice gradual En esta fibra [13] el índice de refracción va decreciendo gradualmente del eje del núcleo al exterior (una ley de variación aproximadamente parabólica, en otras fibras es aproximadamente triangular), los rayos luminosos no son reflejados sino curvados según se aproximan al revestimiento (ver figura 1.2). Los rayos que recorren un trayecto más largo permanecen más tiempo en la periferia de la fibra donde el índice de refracción es menor y por tanto la velocidad de propagación es mayor. Así los rayos que recorren más distancia se desplazan más rápidamente que los que cubren menor distancia, por tanto todos los rayos. 9.

(21) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES llegan casi al mismo tiempo al final del recorrido. Para una fibra GI, el número de modos conducido por la fibra es: N=. 0.25( dAN ) 2 2. PERFIL DEL ÍNDICE r REVESTIMIENTO. n2. n2 n1 n1. REVESTIMIENTO. n. n2. n2. SEÑAL DE SALIDA. PULSO DE ENTRADA E. E. t. t. Figura 1.2: Transmisión de la luz por el interior de una fibra óptica multimodo GI. Las fibras multimodo se utilizan para distancias de hasta 20 km y no suelen emplearse con regenadores intermedios. Se usan típicamente en redes de área local. 1.2.2 Fibras monomodo. En estas fibras se propagan pocos modos, normalmente de uno a ocho modos. Esto se logra por la disminución considerable del diámetro del núcleo que hace que la luz se propague en un haz comprimido. Es usada en enlaces locales y en largas distancias con posibilidad de transmisión de decenas de Gbit/s y distancias entre repetidores de cientos de kilómetros. PERFIL DEL ÍNDICE r n2 REVESTIMIENTO. n2 n1 NÚCLEO. n1 n. REVESTIMIENTO. n2. PULSO DE ENTRADA. n2. SEÑAL DE SALIDA. E. E. t. t. Figura 1.3 Transmisión de la luz por el interior de una fibra monomodo.. 10.

(22) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES Hay cuatro tipos de fibras ópticas monomodo estandarizadas por la UIT: 1 G-652: Fibra óptica Monomodo Estándar [14],. = 1310 nm y. = 1550 nm.. Fibra monomodo cuya longitud de onda de dispersión nula está situada entorno a 1310 nm y que puede utilizarse en 1550 nm. 2 G-653: Fibra óptica Monomodo con dispersión desplazada [3],. =1550 nm y. =1310. nm. Fibra cuya longitud de onda de dispersión nula está situada entorno a 1550 nm y que puede utilizarse en 1310 nm. 3 G-654: Fibra óptica Monomodo con pérdida minimizada a 1550 nm [15]. 4 G-655 Fibra óptica monomodo con dispersión desplazada no nula [4]. Son las más eficientes para comunicaciones a largas distancias. 1.3 Parámetros de la fibra óptica. Los parámetros de la fibra son los que caracterizan y diferencian los distintos tipos que puedan existir. Como parámetros tenemos los geométricos, los ópticos y los de transmisión.  Geométricos: diámetro del núcleo y revestimiento, no circularidad y excentricidad del núcleo y el revestimiento (ver Anexo III).  Ópticos: perfil del índice de refracción, apertura numérica y atenuación espectral.  Transmisión: Ancho de banda Los parámetros que veremos a continuación son los ópticos y los de transmisión. 1.3.1 Perfil del índice de refracción. El perfil del índice de refracción es el índice de refracción a lo largo del diámetro de la fibra. La propagación en las fibras se realiza mediante un fenómeno de guías de ondas, constituido a base de dos índices de refracción n1 y n2 tal que n1 mayor que n2, donde n1 es el perfil del índice del núcleo y n2 es el perfil del índice del revestimiento. El índice de refracción como vimos en el epígrafe 1.1.2 cuando analizamos la ley de Snell condiciona la propagación de la luz por la fibra. 1.3.2 Apertura numérica La apertura numérica (AN) es el valor del seno del ángulo con que incide la luz sobre la cara externa del núcleo de la fibra. A medida que aumenta la AN de la fibra, más eficiente. 11.

(23) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES será el acoplamiento del emisor y la fibra, o sea, cuanto mayor sea el valor de AN, más fácil es introducir luz en la fibra. AN = sen . El cono de aceptación (figura 1.4) caracteriza el rango de rayos incidentes que pueden ser transmitidos totalmente por la fibra. El ángulo A es el ángulo crítico del cual ya hablamos en el epígrafe 1.1.2.. Figura 1.4: Cono de aceptación y ángulo . 1.3.3 Atenuación espectral La atenuación espectral es las pérdidas en la fibra óptica en un rango de . En la figura 1.5 se muestra esto, las líneas azules indican los valores de. donde la atenuación es menor, es. por eso que estas longitudes de onda son las más usadas en la fibra (850 nm, 1310 nm y 1550 nm).. Figura 1.5: Atenuación en la fibra óptica para 800 nm ≤. ≥ 1600 nm.. Son varias las causas que provocan atenuación en una fibra óptica: Pérdidas por absorción: Intrínsecas y Extrínsecas Pérdidas por dispersión: Esparcimiento de Rayleigh, Raman y Brillouin. Pérdidas por reflexión de Fresnel. 12.

(24) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES Pérdidas por microcurvaturas. Pérdidas por flexiones o curvaturas. Pérdidas por los empalmes. Pérdidas por conexión (conectores). 1.3.4 Ancho de Banda El Ancho de Banda es la capacidad de respuesta en frecuencia hasta el punto donde la señal de salida baja a -3dB con respecto al máximo. Este está relacionado con la dispersión modal, la dispersión cromática, el perfil del índice y con las microdesviaciones de la fibra con el uso e instalación. 1.4 Cables de fibras ópticas. Para poder utilizar fibras ópticas en forma práctica, estas deben ser protegidas contra esfuerzos mecánicos, humedad y otros factores que afecten su desempeño. Para ello se les proporciona una estructura protectora, formando así, lo que conocemos como cable óptico. Dicha estructura de cable óptico variará dependiendo de si el cable será instalado en ductos subterráneos, enterrado directamente, suspendido en postes o sumergido en agua. El propósito básico de la construcción del cable de fibra óptica es el de mantener estables la transmisión y las propiedades de rigidez mecánica durante el proceso de manufactura, instalación y operación. 1.4.1 Parámetros a tener en cuenta para escoger la estructura y los elementos de un cable de fibra óptica.  Esfuerzo máximo permitido en la fibra durante su fabricación, instalación y servicio: Este parámetro determina la fuerza de ruptura de la fibra y la fuerza requerida para el miembro de tensión.  Fuerza lateral dinámica y estática máxima ejercida sobre la fibra: Determina la configuración del cable y el límite de tolerancia de microcurvaturas.  Flexibilidad: Para lograr una mayor flexibilidad se colocan las fibras en forma helicoidal. Depende del tipo de miembro de tensión y su estructura.  Rango de temperatura y medio donde va a operar el cable: Determina los materiales a utilizar, tomando en cuenta el coeficiente de expansión térmica y su cambio en dimensiones por la humedad. 13.

(25) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES 1.4.2 Elementos del cable óptico  Cubierta Primaria: Capa fina (250 - 500 micras) de acrilatos epóxicos o polímeros de silicio que se aplica sobre el conjunto núcleo / revestimiento. Su principal función es darle protección mecánica, evitar la adhesión de contaminantes y la penetración de humedad.  Cubierta secundaria: Es para la protección contra esfuerzos mecánicos y puede ser de dos tipos, holgada o adherida.  Miembros de tensión: Proporcionar un elemento que absorba las cargas longitudinales (axiales) del cable óptico durante la instalación de modo que las fibras no sean fraccionadas.  Barrera contra la humedad: Se usa jalea de petrolato (jelly), es repelente al agua, se aplica como relleno en el tubo holgado y como relleno en los espacios que dejan libres los elementos del cable. También se usan cintas metálicas de aluminio (en ocasiones acero) recubiertas con polietileno a manera de pantalla longitudinal, las cuales forman un sello hermético.  Cubiertas del Cable: Proteger las fibras y demás elementos del cable de impactos, fricción y elementos corrosivos. Los materiales más usados son el polietileno (PE) y el cloruro de polivinilo (PVC).  Armadura: Proteger contra daños mecánicos, roedores y termitas. Los metales más usados son el acero y el aluminio.  Componentes de amortiguamiento y relleno: Contribuyen al armado y resistencia del cable como barrera térmica. 1.4.3 Fabricación del cable. En el proceso de fabricación del cable [16] [17] se parte de la fibra con la protección primaria y se procede a protegerla con la protección secundaria. En la fabricación de los cables se tiene en cuenta el entorno en el cual será instalado pues son usados materiales específicos para cada cual:  Cable para interior: Se usan materiales de baja flamabilidad y baja resistencia a fluidos.. 14.

(26) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES  Cable para exterior: Se usan materiales resistentes al agua y estos no requieren de baja flamabilidad  Cable universal: Lo mismo para interior que para exterior por lo cual debe combinar las características de los anteriores. Es importante conocer que un cable de fibra óptica soporta una carga de 150 a 300 kilogramos. Una vez superado este límite se puede provocar la rotura inmediata de la fibra o provocar una carga residual, que solo después de un cierto período de tiempo, más o menos largo, se hace evidente. El precio de los cables de fibra puede variar, a continuación el costo de algunos cables con los que nos podemos encontrar en el mercado (en Euro) [18]. El precio que se especifica es por cada dos metros. CABLES DE FIBRA ÓPTICA MONOMODO 9/125. OS1-900AJUS CABLE FO SM 9/125 AJUSTADA 900 um.. 0,40 €. IVH1X1D3-OS1 CABLE FO SM 9/125 SIMPLE 3 mm.. 0,40 €. IVH2X1D2-OS1 CABLE FO SM 9/125 DOBLE MINIZIPCORD 2 mm.. 0,60 €. CABLES DE FIBRA ÓPTICA MULTIMODO 62,5/125. OM1-900AJUS CABLE FO MM 62,5/125 AJUSTADA 900 um.. 0,60 €. IVH1X1D3-OM1 CABLE FO MM 62,5/125 SIMPLE 3 mm.. 0,60 €. IVH2X1D3-OM1 CABLE FO MM 62,5/125 DOBLE ZIPCORD 3mm.. 0,95 €. CABLES DE FIBRA ÓPTICA MULTIMODO 50/125. OM2-900AJUS CABLE FO MM 50/125 AJUSTADA 900 um.. 0,60 €. IVH1X1D3-OM2 CABLE FO MM 50/125 SIMPLE 3mm.. 0,60 €. IVH2X1D2-OM2 CABLE FO MM 50/125 DOBLE MINIZIPCORD 2mm. 0,80 €. 1.5 Tipos de conectores. Los conectores de fibra óptica permiten unir los extremos de dos fibras ópticas. Los principales efectos de la introducción de un conector en una línea óptica son la atenuación de la señal transmitida y la reflexión de parte de dicha señal. Los principales parámetros que caracterizan los conectores son:. 15.

(27) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES Atenuación:. A. 10 Log. Pi dB , donde P0 (mW) es la potencia óptica justo antes de la conexión y P i P0. (mW) es la potencia óptica justo después de la conexión. Pérdida de Retorno (RL):. Pr dB , donde P0 (mW) es la potencia óptica medida en la interfaz de P0 conexión y Pr (mW) es la potencia óptica reflejada por el conector. RL. 10 Log. Existe una gran variedad de conectores que se diferencian por sus aplicaciones o simplemente por su diseño. Conector tipo ST: El conector ST “Straight Tip” dispone de un mecanismo de sujeción en forma de bayoneta que fija la conexión al dar un cuarto de vuelta (ver figura 1 del anexo IV), disponible en versión multimodo y monomodo. Algunos fabricantes de estos conectores son: Quest, Siemon, AMP, FIS. Su atenuación típica es de 0.4dB. Conector tipo SC: El conector SC “Subscription Channel” es de encaje directo de tipo “Push Pull” (ver figura 2 del anexo IV). Disponible en estilo simplex y duplex, eliminando la necesidad de atornillar y destornillar conectores incrementando la densidad de puertos en un mismo espacio y reduciendo tiempo de conexión. Conector tipo FC: El conector FC “Fiber Connector” es muy robusto, utilizado principalmente en telecomunicaciones de larga distancia para aplicaciones de voz. Es muy usado por la forma de rosca que le da gran seguridad (ver figura 3 del anexo IV). La atenuación de este conector varía de 0.6 a 1 dB. Conector tipo LC: El conector LC “Lucent Connector” tiene un tamaño pequeño para aplicaciones de alta densidad, incorpora un único mecanismo de cierre generando estabilidad en el sistema de montaje en racks (ver figura 4 del anexo IV). Conector tipo MTRJ: El conector MTRJ “MT Ferrule, Register Jack latch”, está diseñado principalmente para sistemas de cableado horizontal, redes de área local y sistemas de telecomunicaciones (ver figura 5 del anexo IV).. 16.

(28) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES Conector tipo D4: Similar al FC con versión D4 – PC, tiene una alta durabilidad, sus pérdidas aproximadas son de 0.7 dB y son aplicables en equipos de comunicaciones. Conector tipo FC/PC (contacto físico): Presenta alta durabilidad, tiene pérdidas menores a 0.5 dB y es aplicable en transmisión de voz y datos a alta velocidad. Fiber Jack: Es construido por Panduit, estos son usados tanto para fibras monomodo como para multimodo y se diseña tanto un macho como un hembra para facilitar la conexión. Otros conectores usados también son el VF-45, el LX.5, el Euro2000 y el DIN (ver figura 6 del anexo IV). 1.5.1 Distribuidor de fibra óptica y jumper óptico. El distribuidor de fibra óptica (ODF) se utiliza para terminar cables de fibra óptica en las centrales de telecomunicaciones, para realizar la conexión de los equipos repetidores ópticos utilizando cordones conectorizados o bien para interconectar dos secciones del cable principal utilizando cordones de puente. El jumper óptico es un cable unifibra conectorizado en sus dos extremos, estos se utilizan para interconectar las tarjetas de los equipos de transmisión al ODF y en las mediciones para conectar el equipo de medición a la fibra. 1.6 Emisores y receptores ópticos. Los emisores y receptores ópticos están situados en los extremos del enlace de fibra y la calidad del enlace depende en gran medida de las características de ambos. La utilización de los más efectivos y su acople a la fibra es fundamental para el funcionamiento de los enlaces. 1.6.1 Emisores ópticos Los emisores ópticos son los encargados de convertir la señal eléctrica en luminosa por lo que son elementos fundamentales en un unlace por fibra óptica, estos son los primeros de la cadena óptica. Se usan dos tipos de emisores, los emisores LED y los Láser (LD). Los emisores LED son usados en la fibra multimodo fundamentalmente por cuestiones de compatibilidad de las aperturas numéricas. Los emisores láser poseen características diferentes a los LED que los hacen adecuados para el trabajo con FO monomodos, para las. 17.

(29) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES cuales los LEDs no son apropiados, pero su costo es mayor al igual que la complejidad del terminal. Parámetros característicos de los dispositivos LED y Láser:  Longitud de onda de emisión: Es la longitud de onda de trabajo correspondiente a la máxima potencia emitida (en los LED hasta 1300 nm mientras que el Láser puede llegar a 1550 nm).  Anchura espectral: Ancho de banda espectral al 50 % de la máxima potencia emitida. Dispositivos. Anchura espectral típica. LED. 20 – 40 nm. Láser. menor a 4 nm.  Lóbulo de emisión: Es la magnitud relativa de la potencia radiada en función de la dirección a partir del eje óptico previsto en el encapsulado del emisor. Son importantes también tener en cuenta la potencia óptica de emisión, la emitancia radiante, la intensidad radiante, el área radiante, la corriente umbral para el caso del Láser y los tiempos de respuesta a los impulsos eléctricos. Existen cuatro tipos de láser de acuerdo a la estructura de las capas semiconductoras, los de geometría enterrada (buried heteroestructura, BH), láser de realimentación distribuida (distributed feedback, DFB), confinamiento óptico y eléctrico separados SCH (separate confinement heterostructure) y Láser Fabry - Perot (FP) [19]. Los emisores LED más usados son los de emisión de superficie y los de emisión de borde. 1.6.2 Receptores ópticos. Los receptores ópticos son los encargados de convertir la señal óptica en eléctrica. Se requiere alta fidelidad y sensibilidad de operación con cortos tiempos de respuesta para obtener el ancho de banda requerido. Los receptores usados deben poseer una corriente en ausencia de luz muy pequeña para poder discriminar impulsos débiles y un mínimo nivel de ruido adicional generado por sí mismo.. 18.

(30) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES Los fotodiodos [20] usados son el PIN (positive – intrinsic – negative) y el fotodiodo de avalancha (APD). Parámetros de los fotodetectores:  Eficiencia cuántica: Es el promedio de electrones generados por fotón incidente.  Sensibilidad espectral o responsibidad: Relación entre la magnitud eléctrica de salida y la potencia óptica de entrada.  Apertura de entrada: Máximo ángulo de incidencia de la luz para el cual la superficie del fotodetector está totalmente iluminada. En la siguiente tabla se muestran características comerciales de ambos fotodiodos [21]. Tabla 1.1 Características de fotodiodos comerciales PIN y APD. Fotodiodo. PIN. APD. Longitud de onda de max. eficiencia ( nm ). 900. 900. Eficiencia cuántica. 83. 86. 0.65. 75. Corriente de oscuridad id ( nA ). 10. 50. Tensión de polarización ( V ). 45. 275- 425. 31º. 55º. 1. 120. 150. 250. (%). Rsponsibidad S ( I / W ). Ángulo de apertura de entrada ( ½. ). Ganancia Ancho de banda ( MHz ). 1.7 Conclusiones del capítulo. Los aspectos tratados en este capítulo tienen que ser considerados en el ámbito de las mediciones en enlaces de fibra. Las teorías que explican el comportamiento de la luz, además de ser la base fundamental del funcionamiento de la transmisión por fibra, es la teoría principal usada en los equipos de medición ópticos.. 19.

(31) CAPÍTULO I: LA FIBRA ÓPTICA. ASPECTOS FUNDAMENTALES Conocer el tipo de fibra que se va a medir y sus características fundamentales son de vital importancia para lograr la mayor exactitud y presición en la medición de un enlace de fibra, entre otras razones, debido a que los parámetros característicos de cada fibra es una de las consideraciones a tener en cuenta al realizar una medición, estos deben ser valorados por el operador porque existen instrumentos como el OTDR (Optical Time Domain Reflectometer), que veremos en el próximo capítulo donde algunos de estos parámetros deben ser insertados al equipo (un error al insertar alguno de los parámetros proporcionará una medición errónea). El uso de los conectores es indispensable para las mediciones. La conexión de el instrumento de medición a la FO se realiza por medio de estos, por lo tanto es necesario conocer sus características porque los efectos que este introduzca deben afectar lo menos posible nuestra medición, y si lo hace, conocer en que magnitud, para tenerlo en cuenta en el análisis. Sin el uso de emisores y receptores ópticos sería imposible medir un enlace por fibra. El principio usado por los equipos de medición es la inyección de un pulso óptico en un extremo de una fibra (emisor óptico) y la recepción de este (receptor óptico) ya sea en el otro extremo o en el mismo punto de inserción.. 20.

(32) CAPÍTULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA. CAPITULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA.. 2.1 Tipos de mediciones. Existen fundamentalmente dos procedimientos para realizar las mediciones: la medición directa y la medición indirecta.  Medición directa: Toma un valor de potencia directo de la fibra. Utiliza el método de inserción o el de corte y para la misma se emplea un módulo de mediciones conocido como kit de potencia el cual incluye una fuente láser, un receptor óptico y un atenuador. No se basa en el uso de algoritmos. El empleo de técnicas de medición directa no permite determinar la atenuación por unidad de longitud de un enlace de fibra, las pérdidas en los conectores, ni empalmes presentes en el enlace y solo nos ofrece los datos punto a punto sin conocer las causas que provocan pérdidas en el tramo.  Medición indirecta: Se basa en el análisis y procesamiento de señales retroesparcidas por la fibra. La precisión de la medición depende además de la calidad del equipo, de la correcta manipulación de este por el técnico que ejecute la medición. Se utiliza la técnica reflectométrica o por retrodispersión y se emplea como instrumento de medición el OTDR (Reflectómetro Óptico en el Dominio del Tiempo). 2.2 Mediciones directas. Las mediciones directas a las que vamos a referirnos en este epígrafe son las necesarias para la aceptación y caracterización de un enlace de fibra. 1. Pérdida total del enlace y atenuación por unidad de longitud. 2. Potencia del trasmisor del equipo. 3. Potencia recibida. 4. Umbral de potencia del sistema. 5. Comprobación del jumper óptico que interconecta el terminal de transmisión con el ODF.. 21.

(33) CAPÍTULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA 2.2.1 Medición de atenuación o pérdida total del enlace. Se define la atenuación A (. 0. ), a una longitud de onda. 0. , entre dos secciones transversales. 1 y 2 de una fibra, separadas por una distancia de L (Km) como: A(. 0). = 10 log (P1 / P2) dB. donde P1 es la potencia óptica que atraviesa la sección transversal 1 y P 2 es la potencia óptica que atraviesa la sección transversal 2, ambas medidas en unidades de Watts (mW, W, etc.). Para la medición de este parámetro el procedimiento consiste en medir en dos puntos de la fibra la potencia óptica de la señal que se propaga desde el transmisor. Además del método de inserción, esta medición puede realizarse también por el método de corte. Para hacer un análisis de dichas pérdidas e independientemente del equipo y método de medición a utilizar, previamente se debe realizar un cálculo analítico de atenuación, según se muestra a continuación. Amax = ( L) + (NeAe) + (NcAc) donde: - coeficiente de atenuación en la fibra Multimodo Parámetro Atenuación dB/ km. Monomodo. 850 nm. 1300 nm 1310 nm. 1550 nm. 3.5 max. 0.4 max. 0.25 max. 0.4 max. Ae - atenuación de los empalmes (0.10 dB) Ne - cantidad de empalmes Nc - cantidad de conectores Ac – atenuación de los conectores (0.70 dB) L – longitud del enlace a medir Todos los valores están referidos al máximo y según la norma utilizada por los especialistas de ETECSA en Cuba [22]. El resultado de este cálculo analítico es el valor máximo de 22.

(34) CAPÍTULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA atenuación permisible, por lo que si llamamos Am al valor de la atenuación medida podemos decir que: Amax ≥ Am Medición de la atenuación por unidad de longitud por el método de corte Primeramente se realiza la medición de la potencia óptica en el extremo distante de la fibra a una longitud L1. Luego sin alterar la punta de entrada se corta aproximadamente a una longitud L2 = 2m de fibra, con el objetivo de obtener un segundo punto de medición en la fibra (ver figura 2.1).. Figura 2.1: Método de corte Si se combinan ambas expresiones se obtiene el valor de la atenuación por unidad de longitud de la fibra: P2 P1 dB/km. L1 L 2. donde P1 y P2 son las potencias medidas para las longitudes de fibra L1 y L2 respectivamente y PTx la potencia que se inyecta a la fibra.. 23.

(35) CAPÍTULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA Este es un método de medición muy exacto, pero tiene el inconveniente de ser un método destructivo y poco apto para realizarlo en condiciones de funcionamiento real. Este método no es utilizado en Cuba por los especialistas de ETECSA aunque si es usado en otros países. Medición de la atenuación por el método de inserción. El método de la inserción tiene como principio fundamental la inyección de un pulso de luz por un transmisor en un extremo de la fibra y en otro punto se recibe y se mide el valor de potencia del pulso óptico. La misma se realiza de ODF a ODF, por lo que no incluye el equipo de transmisión, ni los jumpers ópticos de interconexión. Para realizar esta prueba es necesario: 1. KIT de potencia óptica que consiste en: a) Fuente láser. b) Atenuador óptico. c) Medidor de potencia. 2. Dos jumpers ópticos. 3. Un (1) centrador (conector). 4. Casete de limpieza de conectores. 5. Aire comprimido para limpieza de centradores y tomas de equipos. 6. Medio de comunicación. Procedimiento [23] para la medición: 1. Calibrar el medidor de potencia según especificaciones del fabricante. 2. Limpiar la toma de salida del transmisor. 3. Limpiar los conectores del jumper 1 4. Limpiar el centrador 5. Interconectar la fuente láser a través del jumper 1 al centrador según la figura 2.2. 6. Limpiar toma del medidor 7. Limpiar conectores del jumper 2 8. Interconectar el medidor de potencia al otro extremo del centrador a través del jumper 2 según la figura 2.2.. 24.

(36) CAPÍTULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA 9. Ajustar la referencia para la longitud de onda a la que se necesita realizar la medición. Para ello guiarse por los pasos que indica el fabricante según el modelo disponible. JUMPER ÓPTICO 1. - 7 dBm. JUMPER ÓPTICO 2. Centrador. Rx. Tx. Figura 2.2: Diagrama de conexión del kit de potencia para la medición de atenuación. Para efectuar la medición: 10. Dejar conectado el jumper 1 a la fuente láser y el jumper 2 al receptor óptico. 11. Desconectar cada jumper (1 y 2) del centrador. 12. Un técnico irá hacia un extremo del enlace con la fuente láser y con el jumper óptico 1 y el otro técnico hacia el otro extremo con el receptor óptico y el jumper óptico 2 (ver figura 2.3). 13. Encender la fuente láser y el medidor de potencia. 14. Seleccionar la longitud de onda a la que se realizará la medición tanto en la fuente láser como en el medidor de potencia. 15. Acceder en el medidor de potencia al modo referencia según especificaciones del fabricante. 16. Se obtendrá en la pantalla del medidor el valor de la atenuación en dB. 17. Valore el resultado, comparándolo con el obtenido en el cálculo analítico. Este valor debe ser menor que el calculado, de lo contrario existe algún problema en el enlace. 18. Si se va a realizar la medición para una segunda longitud de onda, siga el mismo procedimiento, cambiándola tanto en la fuente como en el receptor según indica el fabricante del módulo.. 25.

(37) CAPÍTULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA Observaciones: No podemos olvidar tener en cuenta la atenuación que provoca el centrador para la obtención real de la atenuación total del enlace.. Figura 2.3: Diagrama de conexión para la medición de atenuación con el Kit de potencia. 2.2.2 Medición de la potencia del transmisor. Es importante conocer la potencia de salida de la fuente de la tarjeta que va a utilizarse en el enlace por varios motivos: . Comprobar que dicha potencia se encuentra en el rango definido en las especificaciones técnicas del equipo de transmisión.. . Obtener un punto de referencia inicial, para evaluar el comportamiento de la fuente durante las comprobaciones previstas en los mantenimientos preventivos durante el período de explotación del sistema.. Esta medición se realiza individualmente para cada tarjeta que participe en los enlaces de ambos lados del mismo. Para realizar esta prueba se necesitan los mismos instrumentos que para la medición anterior. Procedimiento [23]: 1. Calibrar el medidor de potencia según especificaciones del fabricante. 2. Limpiar el toma de salida del transmisor, atenuador y medidor de potencia. 3. Limpiar los conectores de los jumpers ópticos. 4. Conectar el equipo al medidor de potencia. 5. Ajustar el atenuador a 0 dB o algún valor de atenuación dependiendo del nivel de potencia de salida del transmisor (se utiliza el atenuador en esta medición en el caso. 26.

(38) CAPÍTULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA que la potencia a medir sea superior a la que puede ser recibida por el medidor de potencia, de lo contrario no se utiliza o se ajusta a 0 dB.) 6. Ajustar la referencia en el medidor de potencia según indica el fabricante. 7. Medir el valor de la potencia óptica. 2.2.3 Medición de la potencia recibida. Otra medición que puede ser importante para el análisis del comportamiento del sistema de fibra óptica es la potencia que se recibe en el otro extremo del enlace. Debe efectuarse para ambos lados del enlace y para todos los sistemas que se vayan a conectar. Incluye los jumpers ópticos y las tarjetas. Para realizar esta prueba es necesario: 1. Medidor de potencia 2. Un (1) jumper óptico. 3. Casete de limpieza de conectores. 4. Aire comprimido para limpieza de los tomas de los equipos de transmisión y medición. Procedimiento [23]: 1. Calibrar el medidor de potencia según especificaciones del fabricante. 2. Ajustar en el medidor de potencia la longitud de onda de trabajo del sistema. 3. Establecer en el medidor de potencia la opción para medir potencia. 4. Limpiar toma del medidor. 5. Limpiar el centrador en el ODF2. 6. Limpiar conectores del jumper .2 7. Conectar el medidor de potencia a través del jumper óptico 2 al ODF en la fibra donde se realizará la medición. 8. Limpiar la toma de salida del transmisor. 9. Limpiar los conectores del jumper 1. 10. Limpiar el centrador en el ODF 1. 11. Conectar la salida de transmisión de la tarjeta del equipo a través del jumper 1 al centrador del ODF que corresponde a la fibra que se utilizará para establecer el enlace. Ver figura 2.4. 12. Realizar la medición.. 27.

(39) CAPÍTULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA. Jumper 1. ODF 1 C1. Tarjeta de. Jumper 2. ODF 2 E1. E2. C2. Fibra óptica N. salida del. Medidor potencia. equipo de Tx. Fig. 2.4: Diagrama de conexión para la medición de la potencia recibida. 2.2.4 Medición del Umbral de potencia del sistema (Margen de potencia). Esta medición se debe realizar durante la inversión, aceptación o cambio de tarjetas del enlace y se realiza como se muestra en la figura 2.5. Para realizar esta medición es necesario: 1. Atenuador óptico variable 2. Dos (2) jumpers ópticos. 3. Casete de limpieza de conectores. 4. Aire comprimido para limpieza de los tomas de los equipos de transmisión y medición.. Figura 2.5: Medición del umbral de atenuación del sistema. Procedimiento: 1- Conectar el atenuador óptico variable (0 dB) al final del enlace a la entrada del receptor de la tarjeta ( ver figura 2.5).. 28.

(40) CAPÍTULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA 2- Variar poco a poco los valores de atenuación en el atenuador variable hasta llegar a un valor para el cual la tarjeta receptora indica que no recibe señal. 3- El valor medido de atenuación determinará la disminución del nivel de potencia correspondiente a la sensibilidad del receptor y por lo tanto el margen de potencia del sistema. 4- Realizar esta medición a todas las tarjetas a instalar. El margen de potencia es la pérdida máxima que puede tener el enlace, luego de realizada una medición de pérdida del enlace y conociendo este resultado, restando ambos podemos conocer el margen de pérdidas que podemos introducir al sistema (introducción de nuevos conectores, empalmes). 2.2.5 Comprobación del jumper óptico que interconecta el terminal de transmisión con el ODF. Antes de interconectar la tarjeta(s) de los equipos de transmisión al ODF se debe comprobar la continuidad de los jumpers ópticos que se van a utilizar; así como la atenuación que introducirán en el enlace. Para ello se necesita: 1. Fuente láser. 2. Medidor de potencia 3. Casete para limpieza de conectores 4. Aire comprimido Procedimiento [23]: 1. Calibrar el medidor de potencia según recomienda el fabricante. 2. Limpie la toma de conexión de la fuente láser y del medidor de potencia. 3. Limpie los conectores del jumper óptico que va a utilizar en el enlace. 4. Realizar la conexión que se muestra en la figura 2.6. 5. Encender el medidor. 6. Encender la fuente láser. 7. Seleccionar en ambos módulos la longitud de onda de trabajo según aparece en las especificaciones técnicas del fabricante. 8. Seleccionar la opción para medir dB según recomienda el fabricante. 29.

(41) CAPÍTULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA 9. Leer en el medidor el valor de atenuación del jumper óptico. 10. Apagar fuente láser. 11. Desconectar el jumper óptico de la fuente y del medidor de potencia. 12. Realizar la medición a los demás jumper repitiendo los pasos anteriores. Jumper óptico. -7dBm. Rx. Tx Figura 2.6: Conexión para la medición de la atenuación de los jumpers ópticos del enlace. 2.2.6 Descripción general de los medidores de potencia. Los medidores de potencia óptica (ver anexo V) poseen tanto un sensor óptico como el propio indicador de potencia óptica. El sensor óptico realiza la conversión óptica-eléctrica (O/E) de la luz emitida por las fuentes (LED o Láser) o de la luz proveniente visualmente de la potencia de la señal eléctrica que resulta de la conversión de la luz entrante. En lo relativo a la longitud de onda de la fuente, para tener una buena precisión de medición es necesario que el valor de. esté comprendido en la zona de la característica de la fibra poco. influenciada por el grupo OH (la atenuación en la fibra en función de. presenta un pico. notable a causa de la influencia de grupos OH); como especialmente en las fibras monomodo en la segunda ventana, esta zona es muy restringida debido a que un ligero desplazamiento puede llevar a errores de medición no indiferentes. El dispositivo fotodetector de los sensores ópticos es seleccionado basado en la longitud de onda de la señal óptica y deberá tener una gran superficie a fin de que toda radiación en el cono de salida sea interceptada, facilitando así el diseño del dispositivo de acople (directo o por conector). Su respuesta espectral deberá ser compatible con las características espectrales de la fuente. La detección debe ser uniforme y tener características lineales. En la tabla que se muestra a continuación se pueden observar características fundamentales de algunos medidores de potencia.. 30.

(42) CAPÍTULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA Tabla 2.1 Instrumentos de medición de potencia Instrumento. FTM-600. FOT-10A, FOT-20A y OLTS-300. OLP-15/PC. FOS-120A. FLS-130A. Características fundamentales. Posee alta potencia (hasta 26 dBm). Permite transferencia de datos a un PC mediante conexión USB. Reconocimiento automático de la longitud de onda. Gran precisión y amplio rango dinámico. Mide la potencia óptica y la atenuación a cinco longitudes de onda precalibradas, en fibras monomodo o multimodo. Cuando el FOT funciona en modo referencia, se resta el valor de referencia de la potencia recibida. Así, la pantalla muestra únicamente la perdida causada por la fibra bajo prueba. Pueden ser alimentados con baterías de 9V Para fibras monomodo y multimodo. Láser tipo FP con pigtail de 9/125 micras. Detecta las señales con frecuencias moduladas a 270 Hz, 1 KHz, 2 KHz, las cuales se reflejan en el Display. Posee dos diodos láser con una salida común a través de un acoplador. Un adaptador estándar UTA (Universal Test Adapter) para conectarse para la medición. Para fibras multimodo Fuente Led Longitud de onda (nm) de 850 y 1300 Para fibras monomodo Fuente Láser Longitud de onda (nm) de 1310 y 1550. Para algunas de las mediciones citadas es necesario utilizar un atenuador, veremos las características fundamentales del atenuador variable FVA-60B (Exfo).. 31.

(43) CAPÍTULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA. Instrumento. Tabla 2.2 Características del FVA-60 Características. Atenuador óptico variable que permite el análisis del margen óptico. FVA-60B. Se puede configurar para fibras monomodos y multimodos. La longitud de onda puede ser calibrada a 1310/1550 nm o 850/1300 nm. Puede ser programado para que siga un proceso automático.. 2.3 Mediciones indirectas. En las mediciones indirectas la técnica usada es la retrodispersión (bascatering), esta constituye el método más completo para el diagnóstico de las características transmisivas de las fibras ópticas. La técnica consiste en la inyección en la fibra de un tren de impulsos ópticos periódicos y se revela el porcentaje de potencia retrodifundida que se manifiesta en las extremidades propias de inicio de la fibra. La medición es efectuada típicamente por una sola terminación. El instrumento de medición es el Reflectómetro Óptico en el Dominio del Tiempo (OTDR). Existen distintos tipos de OTDR, unos son basicamente un software que es instalado en una computadora y mediante este se controlan todos los parámetros del equipo mientras que en otros más modernos se pueden ver los eventos en el mismo OTDR. Para la medición con este instrumento basta realizar la conexión una sola vez y realizar el procedimiento de medición. En la figura 2.7 se muestra el esquema de la conexión:. Figura 2.7: Conexión del OTDR para realizar las mediciones.. 32.

(44) CAPÍTULO II: MEDICIONES EN ENLACES DE FIBRA ÓPTICA Las bobinas de lanzamiento Un conector en el inicio de la fibra provoca reflexión, la cual puede generar saturación en el receptor del OTDR y evitar que el instrumento pueda analizar correctamente las muestras que le llegan en un breve tiempo. La solución a este problema está en colocar una bobina de lanzamiento entre el OTDR y el ODF (ver figura 2.7) que evite la llegada de una fuerte reflexión al instrumento y permita obtener las características principales del conector. Además es necesario conocer el comportamiento de los conectores al final del enlace, para esto se usa la bobina en el extremo final de la fibra a medir como se puede ver en el diagrama de conexión. Un aspecto importante es lograr que el pulso que será inyectado a la fibra quepa espacialmente dentro de la bobina, garantizando esto no estaremos en presencia de retrodispersión cuando aún el pulso de luz no está totalmente dentro de la fibra a medir, lo cual puede ocasionar errores en el análisis del instrumento. Las longitudes más comunes de estas bobinas están entre uno y dos kilómetros, aunque como ya se dijo, estará en dependencia del ancho del pulso que se usará en la medición. Las bobinas de lanzamiento deben utilizarse en las comprobaciones con OTDR debido a que ayudan a eliminar los problemas producidos por fuertes reflexiones contribuyendo a obtener una imagen más precisa y fiable de la red. Para la medición con el OTDR es necesario comprender el resultado gráfico que muestra el instrumento para las distintas situaciones porque con una sola medición se pueden obtener diversos resultados. La localización de los distintos eventos (los sucesos que importan en el enlace, presencia de conectores, empalmes, grietas, y otros) en el OTDR pueden ser obtenidos por el análisis del operador de este. Para comprender y poder analizar los resultados obtenidos debemos conocer las características principales de los distintos eventos que pueden presentarse.  El extremo inicial de una fibra en el cual se está utilizando un conector delantero normal, muestra siempre reflexión (ver figura1 del anexo VI).  En el extremo final de una fibra (ver figura 2 del anexo VI) ocurre una reflexión seguida de ruido.  La presencia de conectores (ver figura 3 del anexo VI) ocasiona reflexión y pérdida. 33.