La Fibra Óptica Métodos y procedimientos de empalmes

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA La Fibra Óptica. Métodos y procedimientos de empalmes. Autor: Deivy Machado Morales. Tutor: Msc. José de las Nieves Rodríguez Sánchez. Santa Clara 2007-2008 "Año 50 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA La Fibra Óptica. Métodos y procedimientos de empalmes. Autor: Deivy Machado Morales e-mail: deivy@uclv.edu.cu. 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: jose.rodriguezsanchez@etecsa.cu. Santa Clara 2007-2008 "Año 50 de la Revolución". 2.

(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 publicados 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. 3.

(4) PENSAMIENTO. La teoría es asesinada tarde o temprano por la experiencia. Albert Einstein.. I.

(5) DEDICATORIA. A mi padre por ser mi guía y mi ejemplo. A mi madre y mi hermano por ser importantes para mí. A Maciel por su cariño y apoyo.. II.

(6) AGRADECIMIENTOS. A mi padre por su esfuerzo, dedicación y amor. A Maciel por apoyarme siempre y hacer suyo este momento. A mi madre y mi hermano por apoyarme y quererme. A mi tutor por su tiempo, paciencia, dedicación y amistad. A todas las personas que me han apoyado en la vida y en la realización de este trabajo.. III.

(7) TAREA TÉCNICA. 1.. Realizar un estudio bibliográfico y actualización del estado del arte sobre: a) Teoría básica de la fibra óptica. b) Cables de fibra óptica, construcción y sus especificaciones. c) Accesorios, herramientas y equipamiento utilizados en los empalmes. d) Máquinas empalmadoras. e) Procedimientos utilizados para los empalmes.. 2.. Análisis de los métodos de empalmes.. 3.. Análisis de los procedimientos utilizados por los empalmes.. 4.. Realizar el informe y defensa del trabajo.. Firma del Autor. Firma del Tutor. IV.

(8) RESUMEN. RESUMEN En este trabajo se realizó un estudio de las características de la fibra óptica, la realización de empalmes y los equipos especializados para realizar estos. Se hizo una recopilación de tipos de herramientas, módulos de empalmes, referencias bibliográficas necesarias para la realización del trabajo. Entre las características de la fibra se profundizó en su construcción, los tipos que existen, los parámetros que presentan. Se analizaron los métodos fundamentales para la realización de los empalmes. Se abundó en los tipos específicos de empalmadoras, que son los equipos necesarios para realizar los métodos de empalmes por fusión, sus costos e implementación. Se hizo un análisis entre las empalmadoras que utilizan el sistema LID y las que utilizan el sistema PAS y una comparación entre ellas, diferenciándose en cuanto a la alineación de la fibra y a la evaluación de la atenuación del empalme. Se analizaron los procedimientos para realizar un buen empalme en la fibra óptica en Cuba y en Italia, existiendo gran similitud entre ambos procedimientos.. V.

(9) ÍNDICE. ÍNDICE INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LA FIBRA ÓPTICA............................................ 6 1.1 Teoría de la luz. Modelo físico .................................................................................. 6 1.1.1 Teoría óptica de la luz ........................................................................................ 6 1.1.2 Teoría geométrica. Ley de Snell ......................................................................... 6 1.1.3 Teoría electromagnética. Dispersión de Rayleigh ............................................... 7 1.2 Tipos de fibras .......................................................................................................... 8 1.2.1 Fibras multimodos ............................................................................................. 9 1.2.2 Fibras monomodo ............................................................................................ 11 1.3 Parámetros de la fibra óptica ................................................................................... 12 1.3.1 Perfil del índice de refracción ........................................................................... 12 1.3.2 Apertura numérica ........................................................................................... 13 1.3.3 Atenuación espectral ........................................................................................ 13 1.3.4 Ancho de Banda ............................................................................................... 14 1.3.5 Longitud de onda de corte ................................................................................ 14 1.4 Cables de fibras ópticas .......................................................................................... 14 1.4.1 Parámetros importantes para escoger la estructura y los elementos que forman un cable de fibra óptica .................................................................................................. 16 1.4.2 Elementos del cable óptico ............................................................................... 16 1.4.3 Estructura básica de los cables ópticos ............................................................. 17 1.4.4 Fabricación del cable........................................................................................ 18 1.5 Tipos de conectores ................................................................................................ 20 CAPÍTULO 2. EMPALMES EN LA FIBRA ÓPTICA ..................................................... 22 2.1 Variantes de empalmes ........................................................................................... 22 2.1.1 Empalmes mecánicos ....................................................................................... 23 2.1.2 Empalmes por fusión........................................................................................ 27 2.2 Tipos de empalmadoras .......................................................................................... 31 2.3 Características de los conectores ............................................................................. 35. VI.

(10) ÍNDICE 2.4 Módulos de empalmes y ODF ................................................................................. 37 2.4.1 Módulos de empalme UCAO ........................................................................... 38 2.4.2 Cierre de los módulos de empalmes ................................................................. 39 2.4.3 Distribuidor de fibra óptica (ODF) ................................................................... 39 2.5 Conclusiones del capítulo ....................................................................................... 40 CAPÍTULO 3. SISTEMAS DE ALINEACIÓN Y ESTIMACIÓN DE ATENUACIÓN DE EMPALMES .................................................................................................................... 41 3.1 Funcionamiento de las empalmadoras ..................................................................... 41 3.2 Factores que influyen sobre el proceso de fusión..................................................... 45 3.3 Sistemas de alineación y evaluación de atenuación de empalmes ............................ 48 3.3.1 PAS (Profile Alingment System) ...................................................................... 48 3.3.2 LID System (local injection and detection-System) .......................................... 50 3.4 Análisis de los resultados prácticos obtenidos por los diferentes sistemas ............... 51 CAPÍTULO 4. PROCEDIMIENTOS PARA REALIZAR UN BUEN EMPALME EN FIBRA ÓPTICA............................................................................................................... 54 4.1 Aspectos a tener en cuenta para lograr un buen empalme ........................................ 54 4.1.1 Habilidad del operario ...................................................................................... 54 4.1.2 Limpieza del área de trabajo ............................................................................. 55 4.1.3 Empalmadora ................................................................................................... 55 4.1.4 Fibra óptica ...................................................................................................... 56 4.2 Procedimiento para realizar un empalme ................................................................. 57 4.2.1 Procedimiento para realizar un empalme en Cuba ............................................ 57 4.2.2 Procedimiento para realizar un empalme en Italia ............................................. 61 4.2.3 Recomendaciones para una mejor implementación en los procedimientos ........ 61 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 62 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 64 GLOSARIO DE SIGLAS Y TÉRMINOS ANEXOS VII.

(11) INTRODUCCIÓN. INTRODUCCIÓN La humanidad siempre ha tenido la necesidad de comunicarse y para lograrlo fue haciendo uso de diversos medios a lo largo de la historia. Cada uno de estos medios ha encontrado un lugar y una aplicación particular en las telecomunicaciones. Entre todos ellos destacan las fibras ópticas [1] por sus muy singulares propiedades: ligeras, compactas, con bajas pérdidas, gran capacidad de transmisión de información, robustas ante las interferencias e intercepciones. La fibra por si sola no vino a resolver el problema, sino que la luz, uno de los más antiguos recursos utilizados por el hombre en su necesidad de comunicarse, utiliza a la misma como un medio de transporte para mover gran cantidad de información, aumentando de esta forma el número de usuarios. Para poder referirnos a la fibra óptica, primeramente debemos conocer su concepto. Fibra óptica, guía de ondas luminosas en forma de filamento, generalmente de vidrio aunque también puede ser de materiales plásticos, capaz de transportar una potencia óptica en forma de luz, en la fibra la luz es emitida por un láser o LED. Las fibras utilizadas en telecomunicación a largas distancias son siempre de vidrio, utilizándose las de plástico en adornos, para algunas aplicaciones a distancias cortas y bajas velocidades, debido a que presentan mayor atenuación o posibilidad de sufrir interferencias. En las instalaciones de sistemas de fibra óptica es necesario utilizar elementos de interconexión a modo de empalmes. A la hora de realizar estos empalmes se debe procurar que las pérdidas sean lo más reducidas posibles. Se recurre al empalme cuando se quiere unir tramos de cable de fibra óptica en enlaces donde la distancia a cubrir es grande, utilizándose también para reparar cables ópticos ya instalados. Los empalmes se diseñan de modo que permitan conexiones permanentes. La fibra óptica a pesar de ser un invento del pasado siglo XX, tiene sus antecedentes históricos mucho más allá. (Anexo 1) Con la implementación de los sistemas de telecomunicaciones por fibra óptica se comienzan a observar ventajas sobre los antiguos sistemas con cables de cobre, con coaxial (Anexo 2), con los radio enlaces y con los satélites. Entre las ventajas podemos señalar:. 1.

(12) INTRODUCCIÓN mayor calidad y más velocidad en la transmisión. canal privado sin posibilidades de ser intervenido. la diafonía entre fibras es nula. alta estabilidad a la temperatura. amplios campos de aplicación. en relación con los satélites tiene un menor costo de implementación, poner un satélite en órbita tiene en costo de 100 millones de dólares por kilogramos. Estas grandes ventajas de la fibra óptica la hacen ser, hoy en día, la mejor opción para realizar enlaces de larga distancia. 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. Las características de las fibras se han tenido que mejorar debido a que los requerimientos de transmisión son cada vez mayores, el incremento de la velocidad binaria y la longitud de los enlaces han tropezado con los efectos de la dispersión. La necesidad de reducir este efecto para lograr calidad en el enlace propició el surgimiento de nuevos tipos de fibra. La fibra óptica monomodo con dispersión desplazada o DSF es una de las alternativas con que se cuenta en nuestros días, estas son utilizadas en conexiones entre países usando frecuentemente enlaces submarinos [2] donde se requiere alta velocidad. El surgimiento de técnicas de multiplexación óptica en la fibra como WDM (Multiplexación por División de longitud de Onda), la cual puede ser utilizada por cualquier tipo de fibra y para la cual la fibra del tipo DSF no es la más adecuada debido a que en esta ocurre el efecto de Kerr (generación de intermodulación entre las portadoras de. 2.

(13) INTRODUCCIÓN un multiplex) el cual es un fenómeno inherente a WDM, hizo que surgiera la fibra óptica con dispersión desplazada no cero NZD (No Zero Dispersion) que es con la cual se obtienen los mejores resultados aplicando esta técnica. Estas fibras son similares a las DSF, con la diferencia que tienen una dispersión baja pero no cero, con este tipo de fibras se logra abrir el espectro, o sea que aumenta la cantidad de portadoras que se pueden poner por longitud de onda. Mediante estas fibras se pueden crear enlaces a largas distancias (enlaces transoceánicos) y a altas velocidades (10 Gbit por longitud de onda). Las investigaciones enfocadas a crear dispositivos ópticos con posibilidad de conformar una red 100% óptica continúan. La intención es aprovechar aún más las bondades de las fibras ópticas. Uno de los logros en cuanto a este tema, es el amplificador de fibra dopada con erbio [3], el material de la fibra se contamina con partículas de erbio. Las fibras dopadas de erbio suelen ser de unos 1020 m, y pueden alcanzar ganancias de varias decenas de decibeles (dB) con una señal de bombeo de unos cuantos miliwatt. Hasta la llegada de los amplificadores de fibra dopada con erbio, no existía un dispositivo capaz de amplificar señales ópticas. El proceso para amplificar las señales que viajaban por la fibra óptica, consistía en realizar la conversión óptica a eléctrica, es decir, que se debía extraer la señal luminosa de la fibra, convertir esa información a señal eléctrica, llevar a cabo el proceso de regeneración y volver a convertir la información en señal luminosa para nuevamente inyectarla en la fibra. 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 viajen en el interior de la fibra. Otra de las tecnologías que se han implementado en la fibra óptica es el solitón. Los solitones ópticos son pulsos de luz que viajan libres de distorsión (evitando el fenómeno de dispersión cromática) sobre grandes longitudes de fibra óptica como consecuencia de un balance entre los efectos dispersivos y no lineales. 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 (EDFA) con una ganancia tal que compensa las pérdidas del tramo de fibra previo. La gran aplicación de la técnica de. 3.

(14) INTRODUCCIÓN transmisión basada en solitones se encuentra en los sistemas de comunicaciones de gran capacidad y larga distancia, como por ejemplo los enlaces de fibra transoceánicos. Científicos del NTT (Nippon Telephone & Telegraph) de Japón han demostrado ya la transmisión libre de errores de una señal de 40 Gbit/s sobre 70.000 Km. de fibra, lo que confirma el gran potencial de esta técnica, especialmente si se combina con esquemas DWDM. La cantidad de información que transporta 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 (puede cortar las comunicaciones telefónicas entre dos usuarios inesperadamente). Este tipo de fallas en la fibra óptica se puede solucionar con la realización de empalmes en la fibra, restableciendo de esta forma el servicio perdido. Estos empalmes se deben realizar de forma correcta, debido a que un empalme mal realizado no soluciona el problema y continúan las molestias a los usuarios y las pérdidas al proveedor de servicios. Objetivo general: Analizar los métodos y los procedimientos de empalmes en la fibra óptica. Objetivos específicos: 1.. Realizar un análisis teórico-básico de las fibras ópticas y de los empalmes. realizados en estas. 2.. Analizar el comportamiento de los diferentes tipos de empalmadoras.. 3.. Analizar los procedimientos de empalmes en Cuba y en Italia.. Hipótesis: ¿Tienen los mismos resultados los diferentes tipos de empalmadoras? ¿Son precisos los procedimientos utilizados para obtener un empalme con calidad?. 4.

(15) INTRODUCCIÓN Situación problémica: La diversidad de empalmadoras adquiridas por Cuba y la realización de los procedimientos establecidos. Interrogante científica: ¿Qué empalmadora obtiene los mejores resultados? Tareas: 1. Estudio de la fibra óptica y sus características fundamentales. 2. Estudio y análisis sobre los diferentes tipos de empalmes que existen. 3. Análisis de los resultados obtenidos con los diferentes tipos de empalmadoras. 4. Análisis de los procedimientos de empalmes en Cuba y en Italia. 5. Realizar el informe y defensa del trabajo.. 5.

(16) CAPÍTULO 1. CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LA FIBRA ÓPTICA 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 1.1.1 Teoría óptica de la luz La óptica es la 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 ya que 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 y tiene una energía E que se calcula E = hc/λ [4] 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. 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 y es el rayo reflejado, 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) no solo cambia su velocidad, sino también la dirección de propagación. La ley de Snell [5] explica este fenómeno. De esta ley se deduce el ángulo límite o crítico [6] de una fibra (en dependencia de los materiales usados) que no es mas 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. 6.

(17) CAPÍTULO 1 Otro aspecto teórico que debemos conocer es conocido como las Reflexiones de Fresnel que plantea: Cuando la luz se encuentra con un cambio en la densidad del material parte de la energía se refleja (hasta un 4%). 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. Cuando se va a realizar un empalme en la fibra para reducir las reflexiones de Fresnel se puede utilizar un material de adaptación óptica entre los extremos de las fibras. El material se elegirá de modo que iguale las propiedades ópticas de las fibras. Entre los materiales utilizados corrientemente figuran los geles de silicona, los adhesivos curables por rayos ultravioleta, las resinas epóxidas y las grasas ópticas. Estos aspectos teóricos tratados en este epígrafe son de gran incidencia e importancia en la fabricación y funcionamiento de las fibras ópticas. 1.1.3 Teoría electromagnética. Dispersión de Rayleigh El descubrimiento de las ondas electromagnéticas (OEM) [7] fue uno de los avances más importantes del siglo XIX. Maxwell postuló la existencia de las OEM y desarrolló las ecuaciones que explicaban el comportamiento de estas ondas lo que contribuyó a que posteriores estudios sobre este tema lograran aclarar el problema de la naturaleza de la luz. Uno de los estudios realizados a la naturaleza de la luz arrojó como resultado que esta podía desplazarse 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. La dispersión de Rayleigh es la dispersión de la luz o cualquier otra radiación electromagnética por partículas mucho menores que la longitud de onda de los fotones. 7.

(18) CAPÍTULO 1 dispersados. Para que la luz sea dispersada, el tamaño de las partículas debe ser similar o menor que la longitud de onda. Esta en la fibra óptica 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 pueden ser eliminados. Esto 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 la atenuación en las fibras ópticas ya que cuando se envía un pulso de luz por la fibra, parte de la luz choca con unas partículas microscópicas y se dispersa en todas direcciones, esta es mayor cuanto menor es la longitud de onda del pulso. 1.2 Tipos de fibras Existen dos tipos de fibra [8] según la cantidad de modos de propagación que puedan transmitir: multimodo (MM). monomodo (SM). Sería bueno definir entonces que es un modo de propagación. Es cada una de las distintas posibilidades de propagación de la luz en el interior de una guía o fibra, o sea, las diferentes direcciones asociadas a todas las longitudes de onda 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. 8.

(19) CAPÍTULO 1 El modo de propagación depende de: Frecuencia de transmisión ( ), Diámetro del núcleo (d) Variación del índice de refracción (n), Apertura Numérica (A.N.) 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. 1.2.1 Fibras multimodos Dentro de las fibras multimodos se encuentran las fibras multimodos de índice escalonado (SI) y las multimodos de índice gradual (GI). El perfil del índice de refracción es el índice de refracción a lo largo de un diámetro de fibra. Fibra multimodo de índice escalonado La fibra multimodo de índice escalonado permite el establecimiento de diferentes modos de propagación. Esto ocurre ya que el diámetro del núcleo es varias veces mayor que la longitud de onda (0.85 -1.5. m). El índice de refracción en el núcleo n1 y en el. revestimiento n2 es constante. El índice n1 es siempre mayor que n2 y como entre los dos índices se crea un salto se le denomina de índice en escalón. 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. n2 = n1 (1 -. ). = (n1 - n2) / n1. En la frontera entre el núcleo y el revestimiento ocurre una reflexión total interna, el ángulo crítico en este caso será: sen. c. = n2 / n1 = 1-. c. = sen-1(1-. ). La diferencia de los índices de refracción de las fibras usadas en comunicaciones más común oscila entre 0.007 y 0.02.. 9.

(20) CAPÍTULO 1 Para una fibra SI, el número de modos conducido por la fibra es: N = 0.5 (. d AN)2 / ². donde: d es el diámetro del núcleo de la fibra. PERFIL DEL ÍNDICE r n2. REVESTIMIENTO n2. n1. ____________________________________ NÚCLEO n1 REVESTIMIENTO n2. PULSO DE ENTRADA. n n2. SEÑAL DE SALIDA. E. t. t. Fig. 1.1 Transmisión de la luz por el interior de una fibra óptica multimodo con índice escalonado. En la fibra SI se presentan dos tipos de rayos (Anexo 3): Meridionales y Oblicuos. Fibra multimodo de índice gradual [9] En esta fibra el índice de refracción va decreciendo gradualmente del eje del núcleo al exterior (ley de variación aproximadamente parabólica, en otras fibras es aproximadamente triangular), los rayos luminosos no son reflejados sino curvados según se aproximan al revestimiento. 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 llegan casi al mismo tiempo al final del recorrido. Con esto se logra menor atenuación. Para una fibra de GI, el número de modos conducido por la fibra es: N = 0.25 ( dAN)2 / ². Las fibras multimodos se utilizan para distancias de hasta 20 Km. y no suelen emplearse con regenadores intermedios. Se usan típicamente para enlaces entre centrales y para redes de área local.. 10.

(21) CAPÍTULO 1 PERFIL DEL ÍNDICE r REVESTIMIENTO. n2. n2 n1 n1. REVESTIMIENTO. n. n2. n2. SEÑAL DE SALIDA. PULSO DE ENTRADA E. E. t. t. Fig.1.2 Transmisión de la luz por el interior de una fibra óptica multimodo con índice gradual 1.2.2 Fibras monomodo Propagación de pocos modos, normalmente de uno a ocho modos, lo que sucede normalmente es que estos modos se propagan de manera muy similar y es como si fuera uno solo. Esto se logra por la disminución considerable del diámetro del núcleo que hace que la luz se propague en un haz comprimido, evitando la dispersión modal. Es usada para cables locales, largas distancia y submarinos con posibilidad de Tx de cientos de Mbit/s y una distancia entre repetidores de hasta decenas de Km. PERFIL DEL ÍNDICE r n2 REVESTIMIENTO. n2 n1 NÚCLEO. n1 n. REVESTIMIENTO. n2. PULSO DE ENTRADA. n2. SEÑAL DE SALIDA. E. E. t. t. Fig.1.3. Transmisión de la luz por el interior de una fibra monomodo. 11.

(22) CAPÍTULO 1 Hay cuatro tipos de fibras ópticas monomodo estandarizadas por la UIT: 1. Fibra óptica Monomodo Estándar [10]:. = 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. Fibra óptica Monomodo con dispersión desplazada [11]. =1550 nm y. =1310 nm. Fibra monomodo cuya longitud de onda de dispersión nula. está situada entorno a 1550 nm y que puede utilizarse en 1310 nm. 3. Fibra óptica Monomodo con pérdida minimizada a 1550 nm [12]. 4. Fibra óptica monomodo con dispersión desplazada no nula [13]. Hay que señalar que en las fibras monomodo los problemas de empalme se encuentran principalmente en el pequeño diámetro del núcleo Dn = 10μm, esto exige contar con equipos y mecanismos de alineamiento de las fibras con una mayor precisión. Lo que significa que es más riguroso y complicado realizar empalmes en este tipo de fibra. 1.3 Parámetros de la fibra óptica Los parámetros de la fibra [14] son los que caracterizan y diferencian los diferentes tipos de fibra que puedan existir. Como parámetros tenemos los geométricos, los ópticos y los de transmisión (Anexo 4). Los geométricos son: el diámetro del núcleo y revestimiento, no circularidad y excentricidad del núcleo y el revestimiento. Como ópticos están: perfil del índice de refracción, apertura numérica y atenuación espectral. Ancho de banda y longitud de onda de corte son parámetros de transmisión. 1.3.1 Perfil del índice de refracción El perfil del índice de refracción es el índice de refracción a lo largo de un diámetro de 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 > n2, donde n1 es el perfil del índice del núcleo y n2 es el perfil del índice del revestimiento.. 12.

(23) CAPÍTULO 1 1.3.2 Apertura numérica La apertura numérica (AN) [15] 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 será el acoplamiento del emisor y la fibra, pero un gran número de modos pueden propagarse por la fibra. 1.3.3 Atenuación espectral La atenuación espectral es las pérdidas en la FO en un rango de longitudes de ondas. Son varias las causas que provocan atenuaciones en una fibra óptica: Pérdidas por Absorción: Intrínseca y Extrínseca Pérdidas por Dispersión: Esparcimiento de Rayleigh, Raman y Brillouin Temporal: Modal Cromática: Material y Guíaonda Pérdidas por reflexión de Fresnel. Pérdidas por Microcurvaturas. Pérdidas por Flexiones o Curvaturas. Pérdidas por los Empalmes. Pérdidas por Conexión (conectores). En cuanto a las pérdidas por los empalmes se debe decir, primeramente, que lo empalmes vienen al resolver el problema de unir dos fibras, se utilizan para realizar algunas derivaciones que son necesarias para la expansión de la red o sea que son acciones necesarias. Estas pérdidas en los empalmes se trata que sean lo menor posible y deben cumplir con los valores mínimos de acuerdo a las normativas de cada fabricante.. 13.

(24) CAPÍTULO 1 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.. Fig. 1.4 Ancho de banda 1.3.5 Longitud de onda de corte La longitud de onda de corte es la longitud de onda que define la operación de la fibra en régimen MM o SM y depende de: diseño de la fibra y estructura del cable. Si se opera a una s. <. c. el comportamiento de la FO será multimodo ya que se permitirá la propagación de. un segundo modo de orden superior y aumentaría la dispersión modal y por tanto la atenuación. Si para la sección de cable más corta (conexión con fuentes y detectores, puentes de interconexiones) se cumple que: de la FO en cada sección del cable. La. s>. c se. asegura el comportamiento unimodal. c de una fibra SM, es afectado por cualquier. flexión inducida en la fibra, tal como puede ocurrir en el proceso de cableado. Si c es muy baja, esta flexión puede producir una atenuación extra en valores de longitud de onda mayor que 1300 nm. 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. 14.

(25) CAPÍTULO 1 proporciona una estructura protectora, formando así, lo que conocemos como cable óptico. Dicha estructura de cables ópticos variará dependiendo de si el cable será instalado en ductos subterráneos, enterrado directamente, suspendido en postes, sumergido en agua, etc. El propósito básico de la construcción del cable de fibra óptica es el mismo; mantener estables la transmisión y las propiedades de rigidez mecánica durante el proceso de manufactura, instalación y operación. Entre los cables de fibra óptica [16] podemos encontrarnos con los cables para largas distancias. La mayor aplicación de estos cables es en la transmisión telefónica para enlaces mayores de 2 Km. Según sus características pueden ser: cables con estructuras rígidas o adheridas (Tight). cables con estructuras sueltas u holgadas (loose). cables de cintas.. Fig. 1.5 Cable de fibra óptica La estructura del cable de fibra óptica es la siguiente: Protección de la fibra (recubrimiento primario y secundario, minitubo).. 15.

(26) CAPÍTULO 1 Elemento central. Organización de los minitubos. Elementos de refuerzo. Cubierta del cable. 1.4.1 Parámetros importantes para escoger la estructura y los elementos que forman 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. 1.4.2 Elementos del cable óptico Cubierta primaria: Consiste en una pintura que se aplica encima del recubrimiento de la fibra y protege contra la humedad y le proporciona flexibilidad al cable. Cubierta secundaria: Es para la protección contra esfuerzos mecánicos y puede ser de dos tipos, holgada o adherida [17]. Para la primera, la protección en los extremos no es la mejor mientras que si es buena en la adherida.. 16.

(27) CAPÍTULO 1 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, esta técnica recibe el nombre de LAPK. Cubiertas del Cable: Proteger las fibras y demás elementos del cable de impactos, fricción y elementos corrosivos. Materiales usados: polietileno (PE), cloruro de polivinilo (PVC), poliuretano. Armadura: Proteger contra daños mecánicos, roedores y termitas. El metal más usado es el acero y también se utiliza el aluminio. Para la protección contra roedores específicamente lo que se usa son cintas de acero corrugado. Componentes de Amortiguamiento y Rellenos: Contribuyen al armado y resistencia del cable como barrera térmica. 1.4.3 Estructura básica de los cables ópticos Con elemento central de tensión: Miembro de tensión colocado en el centro del cable y alrededor de él se colocan las fibras con cubiertas secundarias en forma helicoidal, rellenándose los espacios libres con Jelly. El conjunto se reúne en una cinta de Mylar (mantener en su lugar a las fibras y servir de barrera térmica), formándose así el núcleo del cable. Esta estructura es ventajosa ya que se obtienen cables de dimensiones reducidas y con buena flexibilidad. Estructura de Núcleo Ranurado: Incorpora al elemento central de tensión una cubierta plástica con ranuras en la periferia (de 6 a 12 ranuras) que van en forma helicoidal. En estas ranuras se alojan las fibras que pueden ir con cubierta secundaria de tubos adheridos, o bien. 17.

(28) CAPÍTULO 1 únicamente con cubierta primaria. En cada ranura puede ir más de una fibra. Las ranuras no llenadas con fibras se rellenan de Jelly. En este caso los cables poseen dimensiones mayores que con el elemento central. Con elemento de tensión exterior: Emplea un elemento de tensión externo, el cual, envuelve a las fibras. Las fibras pueden ir nada más con cubierta primaria o con secundaria de tubo adherido. 1.4.4 Fabricación del cable Para la fabricación del cable se parte de la fibra con la protección primaria y se procede a protegerla con la protección secundaria. El equipo para esta protección permite la aplicación de material termoplástico adecuado sin provocar degradación de las características ópticas de la fibra. Si este proceso no se realiza con un equipamiento adecuado se producen grandes cambios en las características de transmisión de la fibra. En la fabricación de los cables se tiene en cuenta el entorno para el cual será aplicado: Cable para Interior: Se usan materiales de baja flamabilidad y baja resistencia a fluidos. 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. El corte y la preparación del cable es uno de los pasos a seguir en el proceso de empalme en la fibra. En el caso de cables rellenos de un fluido gelatinoso, deberá eliminarse mecánicamente de las fibras ese fluido hidrófugo utilizando tejido de papel sin hilachas o trapos de algodón. Se pueden utilizar los disolventes comerciales disponibles para ayudar en esta limpieza. Habrá que actuar con cuidado para que el material matriz de las cintas y los recubrimientos de las fibras no sufran ningún daño de tipo mecánico o químico. Después de fabricar el cable se hacen una serie de pruebas para comprobar la calidad de la confección: 18.

(29) CAPÍTULO 1 Prueba de tensión. Prueba de comprensión. Prueba de impacto. Prueba de Doblado o Flexión Cíclica. Prueba de Torsión. Otras pruebas que no deben dejar de realizarse son las térmicas y las ambientales, las cuales verifican la eficacia de la fibra ante distintas temperaturas y la fiabilidad de esta ante la humedad y otros factores atmosféricos. Es importante conocer que un cable de fibra óptica soporta una carga de 150 a 300 Kg. 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. Tipos de cables de fibras ópticas CABLE 1X02 FO MM 62,5/125 EXTERIOR CABLE 1X04 FO MM 62,5/125 EXTERIOR CABLE 1X02 FO MM 62,5/125 EXTERIOR CABLE 1X12 FO MM 62,5/125 EXTERIOR,. Estructura POLIETILENO, A.CORRUGADO, POLIETILENO, A.CORRUGADO, F.VIDRIO REFORZADA, POLIETILENO. F.VIDRIO REFORZADA, POLIETILENO.. Precios 1,90 €. CABLE 1X02 FO SM 9/125 EXTERIOR,. F.VIDRIO REFORZADA, POLIETILENO. FIBRA DE VIDRIO, POLIETILENO. FIBRA DE VIDRIO, POLIETILENO. FIBRA DE VIDRIO,. 0,95 €. CABLE 1X08 FO SM 9/125 EXTERIOR, CABLE 1X16 FO SM 9/125 EXTERIOR, CABLE 1X24 FO SM 9/125 EXTERIOR,. 2,10 € 1,10 € 2,25 €. 1,05 € 1,25 € 1,45 €. Tabla. 1.1 Precios de algunos cables de fibras ópticas para dos metros de cable [18].. 19.

(30) CAPÍTULO 1 Los principales fabricantes de cables de fibra óptica son: LUCENT. ALCATEL. TELECO CAVY. CORNING. PIRELLIS. ERICSSON. TRATOS. MERCURY. Fig. 1.6 Cables de fibra óptica fabricados por PIRELLIS 1.5 Tipos de conectores Los conectores [19] de fibra óptica (Anexo 5) permiten unir los extremos de dos fibras ópticas o unir un cable de fibra a un equipo. Dicha unión no es permanente, sino que puede abrirse y cerrarse varias veces. Los conectores ópticos son necesarios en los puntos de la red en los que se requiere flexibilidad en su configuración. Existe una gran variedad de conectores que se diferencian por sus aplicaciones o simplemente por su diseño. Algunos de los conectores existentes son: Conector tipo ST (Fig. 1 Anexo 5). Conector tipo SC (Fig. 2 Anexo 5). Conector tipo FC (Fig. 3 Anexo 5).. 20.

(31) CAPÍTULO 1 Conector tipo LC (Fig. 4 Anexo 5). Conector tipo MTRJ (Fig. 5 Anexo 5). Conector tipo SMA905 y SMA906. Conector tipo D4. Conector tipo FC /PC (contacto físico). Conectores con excentricidad ajustable. Conector tipo Euro2000 (Fig. 6 Anexo 5). Conector Optoclip. Conector tipo DIN. (Fig. 7 Anexo 5) Como se dijo anteriormente, los conectores se utilizan en lugares donde es necesario conectar y desconectar con frecuencia, contrario a la mayoría de los empalmes que se realizan de manera fija y que presentan una menor atenuación que los conectores por lo que son más fiables para un mejor rendimiento de la red.. 21.

(32) CAPÍTULO 2. CAPÍTULO 2. EMPALMES EN LA FIBRA ÓPTICA Las características de una fibra y de un cable de fibra óptica, hacen que se tenga particular atención durante su tratamiento. De hecho es necesario predisponer una serie de infraestructuras y accesorios que faciliten los trabajos a realizar, siempre en busca de preservar la integridad del cable durante toda la operación. Los empalmes ópticos vienen a resolver el problema de unir dos fibras ópticas, pero hay que tener gran responsabilidad y cuidado a la hora de realizar estos empalmes [20] para que la fibra no sufra modificaciones muy bruscas que impidan su correcto funcionamiento. 2.1 Variantes de empalmes Los empalmes constituyen puntos críticos de la red de fibra óptica porque influyen mucho no sólo en la calidad de los enlaces sino también en la duración de los mismos. De hecho, el empalme garantiza la estabilidad y alta calidad de funcionamiento a lo largo del tiempo. Se suele decir que un empalme es de alta calidad cuando “la pérdida que se produce en él es reducida y su resistencia a la tracción se acerca al nivel de prueba de la fibra”. Los empalmes deberán ser estables durante la vida útil para la que se ha diseñado el sistema en las condiciones ambientales previstas. La colocación de los empalmes en las cajas de protección de empalme asegura una buena protección del mismo. En la caja de empalme se aplica una cinta selladora en la zona de entrada del cable, se cierran las entradas de cable que queden libres con un tapón envuelto en cinta selladora igual que los cables. Todas estas acciones se realizan para proteger los empalmes de humedad o de cualquier otro fenómeno ambiental que pueda provocar daños en el trabajo realizado. Las pérdidas en los empalmes pueden contribuir en forma considerable con el balance de potencia del sistema (menor alcance). Los empalmes deben ser económicos, confiables y de calidad. Las pérdidas se clasifican en intrínsecas (como por ejemplo homogeneidad y composición de la fibra) que son las pérdidas debido al proceso de fabricación de la fibra, y extrínsecas (como por ejemplo proceso de empalme, desalineación) que son las pérdidas que se producen debido a la manipulación y trabajo con la fibra. Los factores claves en empalmes sobre el terreno son: pérdidas por inserción, resistencia mecánica y estabilidad térmica.. 22.

(33) CAPÍTULO 2 En la actualidad se pueden utilizar dos tecnologías fundamentales para empalmar fibras ópticas de cristal [21]: Empalme mecánico. Empalme por fusión. La elección de una y otra depende de la calidad de funcionamiento esperada y de consideraciones relativas a la instalación y el mantenimiento. Los empalmes se diseñan de modo que permitan conexiones permanentes. Ambos métodos permiten realizar una unión, eficiente de los dos extremos de las fibras. La atenuación en el punto de empalme debe estar por debajo de los valores máximos de acuerdo a las normativas de cada operadora o cliente. Para realizar cualquier tipo de empalme es necesario preparar bien la fibra para que presente las mejores condiciones, las fibras deben estar limpias, deben estar bien cortadas y bien peladas. Para esta preparación es necesaria la utilización de una serie de herramientas para facilitar el trabajo. La mayor parte de estas herramientas son (Anexo 6): Pinza Pelafibra (Patch- Cord), Corta Tubos Buffer, Abre Cable, Corta Fibra o cortadora, Tijeras, Cinta Métrica, Pinza de Corte. El Corta Fibra o cortadora es una de las herramientas más importantes porque de la calidad del corte que tenga la fibra dependerá en gran medida la calidad del empalme. El corte debe ser lo más liso posible y deben quedar con un ángulo lo más recto posible con respecto al cable de fibra. Aquí podemos decir que Fujikura es un gran productor con cortadoras en el mercado como: CT-30A y CT-02. (Anexo 7) 2.1.1 Empalmes mecánicos Las técnicas de empalmes mecánicos [22], que fueron las primeras en ser desarrolladas, prevén el alojamiento de las fibras en un oportuno elemento mecánico, que realiza el alineamiento y su sucesivo bloqueo mediante elementos de retención particulares; luego se deposita entre las fibras un elemento adaptador de índices y al final se protege todo con un contenedor protector.. 23.

(34) CAPÍTULO 2. Fig. 2.1 Empalme mecánico La alineación de las fibras se consigue de distintas formas: canaletas en “V”, barretas, tubitos, cilindros de precisión; es muy importante que las fibras estén en perfecto contacto con las superficies de alineación, de modo tal que no se produzca desalineación. Para esto se provee de un elemento retensivo que puede ser realizado con adhesivos, elementos eléctricos, cubiertas con bloques. Como adaptadores de índices se usan resinas siliconadas, adhesivos ultravioleta (UV), gasas ópticas; además de reducir las pérdidas por reflexión, permiten compensar pequeñas desalineaciones producidas por la rugosidad e irregularidad de las superficies de apoyo de la fibra. Para proteger el empalme mecánico de los factores ambientales y conferirle cierta resistencia a la tracción, se le aloja generalmente en un contenedor protectivo (plástico o metálico). Este último le da al empalme robusteza mecánica y facilidad de manipulación. A continuación se presentan algunos de los empalmes mecánicos que se obtienen en el mercado y se describen de algunos, su principio de funcionamiento y sus prestaciones. En primer lugar se tiene el empalme mecánico temporal “Springroove”, estudiado y realizado en Italia por los laboratorios “CSELT”, está compuesto por un soporte que contiene dos cilindros de precisión, que constituyen el sistema de guías de la fibra, más un elemento elástico que permite mantener en posesión los extremos de las fibras. La principal ventaja de este empalme es que puede ser realizado sin la utilización de instrumentos ópticos o mecánicos, ya que sólo hay que insertar, manualmente, entre las dos canaletas la fibra, una 24.

(35) CAPÍTULO 2 vez retirados de sus revestimientos primarios y secundarios. A esto falta agregarle el adaptador de índices. Las pérdidas por conexión son extremadamente bajas, 0.05 dB para fibra multimodo. Este puede ser utilizado también con elemento de acoplamiento fijo o móvil, durante pruebas de laboratorio y mediciones en obra. Otro ejemplo de cómo obtener unas canaletas en “V” de alta precisión, es provisto por el empalme mecánico elastomérico desarrollado por GTE. Constituido externamente de un tubito de vidrio premoldeado, contiene en la parte central dos inserciones en material elástico (llamadas elastómeros) que superpuestas presentan una sección hexagonal, la inserción inferior presenta una canaleta en V obtenida por medio del láser. Las fibras se acomodan en las canaletas por medio premoldeados que favorecen la inserción y la guía. También en este caso la ejecución del empalme es muy simple, ya que sólo se debe enhebrar la fibra una vez que se han quitado los revestimientos. No es necesario agregar adaptadores de índice ya que viene predispuesto en el interior de las inserciones elastoméricas. Las pérdidas de tales empalmes pueden variar entre 0.10 y 0.20 dB dependiendo si se trata de fibra multimodo o monomodo. El empalme GTE puede ser utilizado temporalmente, pudiendo ser reutilizado una decena de veces o permanentemente insertando en un contenedor protectivo. Un empalme mecánico casi completamente metálico es aquel comercializado por Mekconlite. Este está compuesto de un cuerpo central cilíndrico donde está hecha la canaleta en “V”, de una barra elástica para favorecer la alineación y de un sistema de bloqueo y anillo. En las extremidades del cuerpo central se alojan dos elementos de la retención, con núcleo en material plástico, que permiten el bloqueo de las dos fibras a empalmar. Para poder efectuar el empalme se deben aflojar los dos elementos de retención y desbloquear el anillo, se procede entonces a la inserción de la primera fibra, sin su revestimiento, en el agujero pasante y después en el surco central, ajustando por último el elemento de retención. Se prepara de forma análoga la segunda fibra, hasta que hace contacto con la primera fibra, manteniendo las fibras en contacto se corre el anillo a la posición de bloqueo y por último se cierra el segundo elemento de retención. Es buena práctica agregar preventivamente en el surco el líquido adaptador de índices. Con estos empalmes es posible obtener empalmes con valores de atenuación en el orden de los 0.2 dB 25.

(36) CAPÍTULO 2 para fibra multimodo y de 0.4 dB para fibra monomodo. El empalme Mekconlite, estructuralmente robusto, se utiliza casi exclusivamente para conexiones temporarias, también gracias a su completa reutilización la SIP lo ha escogido para ser utilizado en casos de intervenciones de emergencia. El empalme mecánico autocentrante, desarrollado por Norland está compuesto por un tubito de vidrio en cuyo interior se encuentran alojados los elementos de alineación y los embudos tanto para la inserción de la fibra como para la inyección del pegamento a través de luz ultravioleta. El elemento de alineación está formado por cuatro cilindros de vidrio soldados entre sí y ligeramente plegados en sus extremidades. De esta manera se tienen cuatro cámaras en V. Cuando se insertan las fibras, los pliegues la comprimen contra la ranura obteniendo así una óptima alineación. Luego se bloquean las fibras inyectando el adhesivo y haciéndolo polimerizar con una lámpara ultravioleta. La pérdida de este tipo de empalmes varía entre 0.2 y 0.3 dB. Los empalmes mecánicos a tubitos representan la solución más simple e inmediata para obtener una conexión permanente. Esta técnica se basa en el uso de tubitos generalmente de vidrio cuyo diámetro interno debe ser lo más preciso posible, para conseguir el correcto alineamiento de las dos fibras. En la mitad del tubito se ve un agujero que permite la inyección del adhesivo, que le da una buena resistencia mecánica y la adaptación de los índices de refracción. La protección final es asegurada con un termocontraíble. Una variante a este método, que permite minimizar el juego de la fibra, es el uso de un tubito de pirex, cuyo punto de fusión es más bajo que el del silicio. El calentamiento del tubito provoca que se adhiera a la primera fibra, insertando luego la segunda fibra y bloqueando la conexión con el adhesivo adaptador de índices. Los valores de atenuación que se consiguen con estos tipos de empalmes son bastante elevados: 0.3 dB para fibra multimodo y 0.5 para fibras monomodo. En el mercado se encuentran disponibles empalmes mecánicos del tipo múltiple, los cuales permiten realizar el empalme de más de una fibra contemporáneamente. Como técnica se utiliza generalmente aquella de surcos paralelos, realizados sobre superficies de sustratos. 26.

(37) CAPÍTULO 2 plásticos elaborados con alta precisión. Los dos grupos de fibras, luego de la correspondiente preparación, se enhebran en las hendiduras de prealineamiento y luego empujadas en los surcos hasta el contacto recíproco. Una cobertura pegada o encastrada le provee de cierta robustez a mecánica. Las pérdidas rondan los 0.2 dB para fibras multimodo y 0.5dB para monomodo. 2.1.2 Empalmes por fusión La técnica de empalme mediante fusión [23] es seguramente la más utilizada tanto para empalmar fibras multimodo como monomodo. Existen diferentes métodos para obtener un empalme por fusión de fibras o cintas de fibras. En la actualidad, la fusión por arco eléctrico es el método más utilizado para hacer en el terreno empalmes fiables de fibras ópticas ya sean simples o en masa. Esta consiste en calentar las dos extremidades a unir hasta el punto de fusión, realizando, al mismo tiempo, una ligera presión axial sobre las dos fibras hasta obtener la fusión. Esto permite obtener la continuidad del medio transmisivo en el punto de empalme.. Fig. 2.2 Empalmes por fusión Las virtudes principales de los empalmes obtenidos a fusión son: ausencia de elementos mecánicos en el punto de fusión que molestan y son objeto de fragilidad; perfecta adaptación del índice de refracción; independencia entre las características transmisivas y los cambios térmicos y mecánicos; bajísimos valores de atenuación [24].. 27.

(38) CAPÍTULO 2 La temperatura necesaria para obtener la fusión son de alrededor de los 2000°C. Tales valores pueden ser obtenidos por medio de una descarga con un arco formado por dos electrodos de tungsteno (método más común), o con llama debido a la combustión de dos gases, o también con láser. En las máquinas empalmadoras con arco eléctrico, se tienen valores típicos de tensión aplicada de entre 3000 y 7000 V, con corrientes en el orden de 10-20 mA. Las empalmadoras para fibras ópticas hoy en el mercado, prevén el alojamiento del sistema de alineación en la misma máquina. Esto permite tener personal sólo en el lugar del empalme. Estas máquinas se distinguen en LID (Local Injection and Detection) que realiza el alineamiento de la fibra automáticamente mediante la optimización de la potencia transmitida y PAS (Profile Alignement System) que realiza este alineamiento geométricamente. En próximos epígrafes se abordará con mayor énfasis el tema de las empalmadoras y los métodos que utilizan para la alineación de la fibra y la evaluación de la atenuación del empalme. Las máquinas preparadas para empalmar fibras a fusión comprenden: un dispositivo de alta tensión provisto de electrodos para generar el arco, soportes para el posicionamiento y bloqueo de las fibras, sistema de alineamiento recíproco de las dos fibras realizado a través de movimientos micrométricos, obtenidos manualmente con la ayuda de un microscopio o automáticamente a través de los sistemas LID y PAS. El procedimiento para la ejecución de los empalmes consta de las operaciones siguientes: preparación del cable de fibra (cortarlo, pelarlo); acomodarlo en los casetes; preparación de los extremos de las fibras y su alineación; prefusión; fusión; retiro y protección de empalme. La preparación de los extremos de las fibras comprende dos pasos: el retiro del revestimiento y el corte de la punta. El quitado de los revestimientos, primario y secundario, se puede hacer mecánica o químicamente; el segundo método es preferible sobre todo para el revestimiento primario porque no provoca estrés a la fibra. El corte de la fibra debe ser muy preciso, en cuanto de eso depende el resultado del empalme. Es necesario que la punta sea lo más perpendicular posible al eje de la fibra y que no presente. 28.

(39) CAPÍTULO 2 irregularidades superficiales (cortes, rugosidad, restos). El corte puede ser realizado manualmente mediante la incisión de la fibra con una hoja cerámica y posterior pliegue o automáticamente con máquinas cortadoras. Las fibras así preparadas se ponen en los soportes de la empalmadora para poder proceder con alineación de las mismas. En el caso de las fibras multimodo el sistema de alineación está constituido por zócalos en forma de V de precisión, provisto de un micromanipulador para el movimiento axial. Como referencia se utiliza el revestimiento de las dos fibras. En el caso de fibras monomodo el sistema es más complejo, permitiendo micromovimientos sobre los tres ejes ortogonales de las fibras; éste puede ser tanto manual como automático. La alineación manual de fibras monomodo se obtiene mediante un sistema visual y un sistema manipulador. La parte visual comprende, en general, un microscopio, con un centenar de aumentos, que permite observar la fibra sobre dos planos perpendiculares. El sistema de manipulación permite un solo movimiento, axial, para la fibra usada como referencia, mientras que permite tres movimientos (axial, longitudinal y transversal) para la segunda fibra. Los movimientos se obtienen con trasladadores micrométricos de precisión, con resolución de al menos 0.1 micrómetros. La alineación automática de las fibras monomodo permite reducir notablemente las pérdidas externas al empalme, debidas al desalineamiento angular y transversal. Este se basa en el alineamiento activo de los núcleos de las fibras, utilizando el sistema LID o PAS. Para obtener la alineación existen muchas técnicas; algunas prevén la inyección y relevo de la señal en los extremos lejanos de la fibra a empalmar; otros la realizan en la misma empalmadora; y otras lo hacen parte en la empalmadora como en los extremos lejanos. La operación de prefusión consiste en una descarga de intensidad y duración breve que permite limpiar los extremos de las fibras. Esta permite eliminar partículas de vidrio, polvo, imperfecciones superficiales que, interpolando aire en el momento de la fusión podrían determinar un mal resultado del empalme. La fusión consiste en el calentamiento de los extremos de las dos fibras hasta obtener el empalme. Antes de la fusión, las fibras son alineadas y se pueden encontrar en contacto o. 29.

(40) CAPÍTULO 2 con una separación de algunos micrones; en cambio, durante el arco se empujan una contra la otra, para compensar la reducción de la sección transversal en la zona de fusión. Toda la operación la desarrolla de manera automática la máquina empalmadora. Los parámetros típicos de la fusión, corriente y duración del arco, compenetración de las dos fibras, deben ser seleccionados de modo adecuado a las características de las fibras a empalmar, con el fin de optimizar la atenuación y la robusteza mecánica del empalme. Para no degradar tales características es buena norma no realizar sobre la fibra un segundo arco. Actualmente se encuentran disponibles en el mercado las empalmadoras a fusión múltiple, las cuales permiten la fusión simultánea de más de dos fibras (hasta un máximo de 10-12) con un solo arco eléctrico. Con aparición de cables de alta potencialidad, tales máquinas resultan indispensables para minimizar los tiempos de empalme. Una vez obtenida la fusión, el empalme debe ser extraído de la máquina e, inmediatamente después, protegido. La protección debe proveer tanto la reconstrucción de revestimiento primario, para no exponer la fibra a la humedad, como la robusteza mecánica del empalme mismo [25]. Durante estas operaciones se debe evitar absolutamente tocar con las manos la zona descubierta, para no dejar restos de sudor, grasa o polvo sobre el empalme. Los sistemas de protección del empalme, actualmente en comercio, pueden ser de tres tipos: en frío, a calor y mediante una protección ultravioleta. En el primer caso el empalme se aloja en una sede, metálica o plástica, que contiene una resina siliconada o bituminosa repelente al agua y la humedad; tal protección se aplica al empalme obtenido. En el segundo caso, la fibra se enhebra en un tubito termocontraíble reforzado con una barreta de acero un vidrio; tal elemento protector debe ser enhebrado en una de las dos fibras a empalmar, para luego ser deslizado sobre la zona del empalme. En el tercer caso se le coloca a la fibra un tubo de diámetro superior, al que se le inyecta un gel sensible a la luz ultravioleta y luego se le aplica dicha luz, la fibra en este caso no pierde flexibilidad. En Cuba la protección que se utiliza es la del tubito termocontraíble. Los protectores pueden ser, por ejemplo, manguitos termorretractables, mordaza bivalva protectores o encapsuladores recubridores de fibras. Los protectores de empalmes por fusión monofibras deberán poder aceptar fibras recubiertas con un diámetro de 250. m. 30.

(41) CAPÍTULO 2 (nominal), fibras con tubos protectores apretados de 900. m de diámetro (nominal) o. combinaciones de 250 m/900 m. Normalmente se necesitan herramientas o equipos para instalar o fabricar estos protectores. Los protectores se diseñarán de manera que sirvan para aplicaciones aéreas, subterráneas o enterradas y el fabricante deberá dar información sobre la compatibilidad con las bandejas organizadoras de empalmes y sobre las herramientas o equipos necesarios para su aplicación. En particular, deberá dar información sobre las longitudes mínimas/máximas de fibra desnuda que acogerá el protector y sobre las dimensiones de almacenamiento del protector completo (longitud, anchura y altura), así como detalles relativos a su aplicación. En el caso de protectores del tipo manguito termorretractable, el fabricante habrá de especificar el tiempo y la temperatura necesarios para completar la termorretracción, lo que se tendrá en cuenta al ajustar los valores de funcionamiento del horno. La función del elemento de tracción, si está presente, consiste en mejorar la resistencia mecánica del empalme sin afectarle, tanto desde el punto de vista óptico como mecánico. Deberá ser recto y carecer de rebarbas y bordes agudos. Durante el enfriamiento, habrá que tratar de evitar las deformaciones que provocan atenuación debido a la curvatura. En el caso de los protectores llenos de resina curable por rayos ultravioletas, el fabricante habrá de especificar la energía total (tiempo de exposición y potencia) aplicada por la lámpara de rayos ultravioleta. Los empalmes pueden presentar algunos defectos en dependencia de la habilidad y cuidado que se tenga en el momento de realizar un empalme. Entre estos defectos tenemos (Anexo 8): presencia de polvo e impurezas en las puntas, excesiva distancia entre las puntas, excesivo acercamiento de las puntas y desalineamiento entre las fibras. 2.2 Tipos de empalmadoras Las empalmadoras son los equipos encargados de realizar el empalme por fusión, dependiendo en buena medida la calidad de los empalmes de estos equipos. Estos empalmes se realizan mediante la unión por medio de la fusión debido a la aplicación de un arco eléctrico que funde ambas fibras ópticas en sus extremos. Aunque el costo inicial del. 31.

(42) CAPÍTULO 2 equipo para fusión es considerablemente elevado, el resultado de los materiales consumibles para realizar los empalmes por fusión es muy bajo y el resultado del empalme de fusión es considerablemente superior al obtenido mediante los empalmes mecánicos. Dentro de las empalmadoras de fusión hay dos tipos de ellas: LID PAS Las empalmadoras con sistema LID (Local Inject and Detect System) ó Sistema de Inyección y Detección (de luz) en forma Local, consiste en introducir luz en una fibra y verificar la recepción en la otra (de las que se van a empalmar). En muchas ocasiones se adiciona a este sistema un sistema de posicionamiento de las fibras lo que permite realizar los empalmes en forma más eficiente y con una calidad consistentemente buena. Las empalmadoras que tienen el sistema LID, teóricamente proporcionan los empalmes más consistentes de todas las formas de empalme en un rango promedio de 0.05 dB en forma confiable cuando la concentricidad de los núcleos de las fibras es el principal problema a resolver. Las empalmadoras con sistemas PAS (Profile Alingment System) consisten en realizar el alineamiento de la fibra de forma geométrica, son muy confiables, teóricamente ocupando el segundo lugar en confiabilidad ya que son afectadas por la concentricidad de las fibras. Cabe mencionar que cualquier tipo de empalme por fusión tiene mejor desempeño que los empalmes de tipo mecánico. Los costos de los equipos y las interfases para fibra óptica en la actualidad permanecen con precios mayores que los que se utilizan para el cobre. Esto se debe parcialmente a la limitada producción de los componentes de fibra óptica debido a la gran capacidad de transmisión. Esta situación se está revirtiendo en forma acelerada en los últimos tiempos debido a que existe la tendencia de llevar las señales mediante cables de fibra óptica hasta el usuario. Uno de los mayores productores de empalmadoras es Fujikura [26] con una gran cantidad de producciones en el mercado. Se pueden mencionar algunas como: FSM-11S, FSM-17S, FSM-40S [27], FSM-50S, FSM-60S y FSM-70S.. 32.

(43) CAPÍTULO 2 FSM-11S: denominada SpliceMate, permite realizar empalmes de fusión de fibras monomodo, multimodo, así como en fibras especiales. Permite obtener empalmes de pérdidas típicas inferiores a 0.05dB en fibras monomodo y 0.02dB en fibra multimodo. El monitor LCD color es de 3.5 pulgadas con dos posiciones. La alineación se realiza de forma automática sobre el núcleo de la fibra en 15 segundos para monomodo. Incluye la función de calibrado automático del arco de empalme. Actualmente es la empalmadora más pequeña del mercado con un peso de 810 gr. incluida la batería. Sus dimensiones son 110 x 80 x 100 mm. Se suministra con maleta de transporte. FSM-17S: permite realizar empalmes de fusión de fibras monomodo, multimodo, así como en fibras especiales. Permite obtener empalmes de pérdidas típicas inferiores a 0.05dB en fibras monomodo y 0.02dB en fibra multimodo. El monitor LCD color es de 5.6 pulgadas. La alineación se realiza de forma automática sobre el núcleo de la fibra en 11 segundos para monomodo. Incluye la función de calibrado automático del arco de empalme. Tiene un peso de 2.6 Kg. y unas dimensiones de 150 x 150 x 150 mm. Se suministra con maleta de transporte. FSM-50S: permite realizar empalmes de fusión de fibras monomodo, multimodo, así como en fibras especiales identificándolas automáticamente. Permite obtener empalmes de pérdidas típicas inferiores a 0.02dB en fibras monomodo y de 0.01dB en fibra multimodo. El monitor LCD color es de 5.6 pulgadas con múltiples posiciones. La alineación se realiza de forma automática sobre el núcleo de la fibra en 9 segundos en monomodo. Incluye la función de calibrado automático del arco de empalme. Tiene un peso de 2.8 Kg. y unas dimensiones de 150 x 150 x 150 mm. Se suministra con maleta de transporte. También se pueden encontrar en el mercado con las empalmadoras X76, X77, la FSU 975 de la ERICSSON que es otro de los fabricantes de empalmadoras, la RSU12 y la RSU8(Anexo 9), la FUJI STEREO 2TRACKS (2 pistas) y una de las más recientes en el mercado es la FastCat Type39 de la Sumitomo Electric .. 33.