FIBRA OPTICA - APUNTES

  • Published on
    15-Jul-2015

  • View
    350

  • Download
    1

Transcript

Fibras pticasLas fibras pticas son conductos, rgidos o flexibles, de plstico o de vidrio (slice), que son capaces de conducir un haz de luz inyectado en uno de sus extremos, mediante sucesivas reflexiones que lo mantienen dentro de s para salir por el otro. Es decir, es una gua de onda y en este caso la onda es de luz.

Las aplicaciones son muy diversas llendo desde la transmisin de datos hasta la conduccin de la luz solar hacia el interior de edificios, o hacia donde pudiera ser peligroso utilizar la iluminacin convencional por presencia de gases explosivos. Tambin es utilizada en medicina para transmitir imgenes desde dentro del cuerpo humano.

Tipos de cable F.O.El cable de fibra ptica se constituye principalmente de un ncleo rodeado de un revestimiento. La diferencia entre sus ndices de refraccin (indicados con n) es lo que hace que el haz de luz se mantenga dentro del ncleo (siempre que el haz haya entrado con el ngulo apropiado y el n del ncleo sea mayor que el del revestimiento). Entonces habr cables con: ncleo y revestimiento de plstico ncleo de vidrio y revestimiento de plstico (PCS=plastic clad silica) ncleo y revestimiento de vidrio (SCS=silica clad silica)

Los conductores de fibra ptica comunmente utilizados en transmisin de datos son de un grosor comparable a un cabello, variando el ncleo entre los 8 y los 100 m (micrones), y el revestimiento entre 125 y 140 m .

Adicionalmente, los conductores pticos tienen un revestimiento de color que sigue un cdigo de identificacin o numeracin, el cual vara segn el fabricante/norma.

Existe otra clasificacin, segn la variacin del ndice de refraccin dentro del ncleo, y segn la cantidad de MODOS (haces de luz) : Multimodo de ndice escalonado [Multimode step index] MM Multimodo de ndice gradual [Multimode graded index] MM Monomodo (ndice escalonado) [Single Mode step index] SM

Nota: La cantidad de modos no es infinita y se puede calcular en base al radio del ncleo, la longitud de onda de la luz que se propaga por la fibra y la diferencia de ndices de refraccin entre ncleo y revestimiento.

Menor ancho de banda AB = 20 a 200 MHz/Km

Ancho de banda medio AB = 500 a 1500 MHz /Km Dimetros de ncleo/revestimiento(en m): 50 / 125 62.5 / 125 100 / 140 Mayor ancho de banda AB > 10 GHz/Km Dimetros de ncleo/revestimiento(en m): 8 a 10 / 125

Como se puede observar en la grfica del centro de la figura anterior, en el ncleo de una fibra multimodo de ndice gradual el ndice de refraccin es mximo en el centro y va disminuyendo radialmente hacia afuera hasta llegar a igualarse al ndice del revestimiento justo donde ste comienza. Por esto es que los modos (haces) se van curvando como lo muestra el dibujo. Dado que la velocidad de propagacin de un haz de luz depende del ndice de refraccin, suceder entonces que los modos al alejarse del centro de la fibra por un lado viajarn ms rpido y por otro, al curvarse, recorrern menor distancia, resultando todo esto en un mejoramiento del ancho de banda respecto a la dendice escalonado. Existe adems un tipo de fibra denominada DISPERSION SHIFTED (DS) (dispersin desplazada) de la cual slo se dir aqu que no debe empalmarse con las comunes. Recientemente ha surgido la fibra del tipo NZD (Non Zero Dispersion) la cual posee un ncleo ms reducido (6 ) y requiere un cuidado especial al empalmarla. Otros tipos: CS (Cut-off shifted), NZ-DS (Non-Zero Dispersion shifted) y ED (Er doped).

Transmisin por Fibras Opticas

La transmisin por FO consiste en convertir una seal elctrica en una ptica, que puede estar formada por pulsos de luz (digital) o por un haz de luz modulado (analgica). La seal saliente del transmisor, se propaga por la fibra hasta llegar al receptor, en el cual se convierte la seal nuevamente a elctrica.Interfaz elctrico/ptica E/O Interfaz ptico/elctrica O/E

FUENTE OPTICA (Laser)Tx (modulador+transmisor )

Medio de Transmisin: F.O.

>>>>

DETECTOR OPTICO (Fotodiodo pin)Rx (receptor+demodulador )

Cables de Fibra Optica A la FO desnuda (ncleo+revestimiento+color) se le agregan protecciones adicionales contra esfuerzos de traccin, aplastamiento y humedad. El revestimiento primario que le da el color a cada fibra (coating) sirve adems como una primera proteccin Cables para ductos # Proteccin secundaria: Tipo adherente o apretada (TIGHT BUFFER) (ej. pigtails, patchcords) Tipo suelta (LOOSE BUFFER) # Elemento de traccin: Alambre de acero latonado Hilado sinttico Kevlar o de Aramida Fibras de vidrio # Relleno que impida la penetracin de humedad: gel siliconado (silica gel) # Cinta antiflama # Empaquetado del conjunto: Envoltura en mylar (parecido al celuloide) # Proteccin mecnica (aplastamiento) antiflama, antirayosUV y contra humedad: Vaina externa tipo PALP (Polietileno-Aluminio-Polietileno)

Cable para ducto o areo

Cables areos autosoportados

Poseen un suspensor o mensajero para el tendido areo entre postes o columnas.

www.occfiber.com/espanol

Cables de interconexin e interiores Poseen un recubrimiento secundario del tipo apretado (tight buffer) en lugar del tubo

Cdigos de colores para identificacin numrica

Para identificar cada fibra y cada grupo de fibras contenidas en los tubos buffer se utilizan diversos cdigos de colores que varan de un fabricante a otro: Cables fabricados por SIECOR (Siemens/Corning Glasses): 1 = VERDE 2 = ROJO 3 = AZUL 4 = AMARILLO 5 = GRIS 6 = VIOLETA 7 = MARRON 8 = NARANJA Entonces, si tenemos dos tubos buffer, uno verde y el otro rojo, con 8 fibras cada uno, ser: BUFFER FIBRA No 1= 2= 3= 4= 5= 6= 7= 8= 9 = 10 = 11 = 12 = 13 = 14 = 15 = 16 = VERDE ROJA AZUL AMARILLA GRIS VIOLETA MARRON NARANJA VERDE ROJA AZUL AMARILLA GRIS VIOLETA MARRON NARANJA

VERDE

ROJO

Ver tabla de 64 FO Cdigo de Colores Estndares TIA-598-A Fibra Optica Cables fabricados por PIRELLI ALCATEL 1 = AZUL 2 = NARANJA 3 = VERDE 4 = MARRON 5 = GRIS 6 = BLANCO 7 = ROJO

8 = NEGRO 9 = AMARILLO 10 = VIOLETA 11 = ROSA 12 = CELESTE

Conectores Para poder conectar un cable de fibra a un equipo es necesario que en cada fibra se arme un conector, o bien, cada fibra se empalme con un PIGTAIL, que es un cable de una sola fibra que posee un conector en una de sus puntas, armado en fbrica. Jumper

(la mitad de un jumper es um pigtail)

Existe una gran variedad de conectores que se diferencian por sus aplicaciones o simplemente por su diseo:

ST y STII+

SC

FC

Euro2000 Simplex Duplex Poseen una tapita para proteger la fibra de rayones y suciedad, con un gatillo para abrirla. DIN

LC

Siguiendo a estos nombres vendrn siglas que indicarn alguna caracterstica en particular.

Cualquiera de estos conectores puede venir en las opciones de pulido PC APC (angular para video) , en MM o SM, simples o dobles (una o dos fibras por conector), PM (polarisation maintaining), etc. Cada conector consta de: Ferrule: es el cilindro que rodea la fibra a manera de PIN. Body: el cuerpo del conector Boot: el mango

Tambin existen conectores con el cuerpo intercambiable segn la necesidad, como el Alberino de Diamond:

Acopladores o adaptadores (adapter, coupling, bulkhead, interconnect sleeve) Son como pequeos tambores o cajas que reciben un conector de cada lado produciendo el acople ptico, con la mnima prdida posible. Se utilizan en los distribuidores, para facilitar la desconexin y cambio rpido, acoplando el pigtail que se haya empalmado al cable de fibra con el patchcord que se conecta a los equipos receptores/emisores. Tambin se usan para conectar un tramo de fibra a los equipos de medicin. Adaptadores Hbridos DIN DIN a E2000 PC

FC MPC SMA

E2000 a FC/PC

E2000 a SC/PC

SC

E2000 a ST/PC

ST

Euro 2000

LSH y LSH-HRL Acopladores distribuidores por fusin o Fusion Couplers o Splitters Permiten la derivacin de la seal ptica por dos o ms fibras distintas Se pueden clasificar en: Distribuidores en serie: son acopladores en T

Distribuidores en estrella:

Cada salida puede tener un determinado valor de atenuacin de la luz, expresada en dB. Tambin se clasifican en: Estandar (Standard couplers) (SSC = Standard Singlemode Couplers) para una longitud de onda con desviaciones mnimas, por ej.: 1310 +/- 5nm. De una ventana (Single window couplers) (WFC = Wavelength Flattened Couplers) para un rango de longitudes de onda, por ej.: 1310 +/40nm. De dos ventanas (Dual window couplers) (WIC = Wavelength Independent Couplers) para dos rangos de longitudes de onda, por ej.: 1310 +/- 40 y 1550 +/- 40nm. Multiplexores de longitud de onda (Wavelength multiplexers) (WDM = Wavelength Division Multiplexers) para dos longitudes de onda separadas, por ej.: 1310 and 1550 nm.

Ventanas y LASERsLa transmisin de informacin a travs de fibras pticas se realiza mediante la modulacin (variacin) de un haz de luz invisible al ojo humano, que en el espectro ("color" de la luz) se sita por debajo del infrarojo.

Si bien es invisible al ojo humano, hay que evitar mirar directamente y de frente una fibra a la cual se le est inyectando luz, puesto que puede daar gravemente la visin. Las fibras pticas presentan una menor atenuacin (prdida) en ciertas porciones del espectro lumnico, las cuales se denominan ventanas y corresponden a las siguientes longitudes de onda ( ), expresadas en nanometros: Primera ventana 800 a 900 nm utilizada

= 850nm = 1310nm = 1550nm

Segunda ventana 1250 a 1350 nm Tercera ventana 1500 a 1600 nm

utilizada

utilizada

LASERPara poder transmitir en una de estas ventanas es necesaria una fuente de luz "coherente", es decir de una nica frecuencia (o longitud de onda), la cual se consigue con un componente electrnico denominado LD diodo LASER (Light Amplification by Estimulated Emision of Radiation). Este componente es afectado por las variaciones de temperatura por lo que deben tener un circuito de realimentacin para su control. Tambin pueden usarse diodos LED.

Detectores pticosComo receptores pticos se utilizan fotodiodos APD o diodos pin (PIN-PD) que posen alta sensibilidad y bajo tiempo de respuesta.

El APD tambin requiere de un ajuste automtico ante variaciones de temperatura.

Indice de refraccinCuando un haz de luz que se propaga por un medio ingresa a otro distinto, una parte del haz se refleja mientras que la otra sufre una refraccin, que consiste en el cambio de direccin del haz. Para esto se utiliza el llamado ndice de refraccin del material, que nos servir para calcular la diferencia entre el ngulo de incidencia y el de refraccin del haz (antes y despus de ingresar al nuevo material). El efecto de la refraccin se puede observar fcilmente introduciendo una varilla en agua. Se puede ver que parece quebrarse bajo la superficie. En realidad lo que sucede es que la luz reflejada por la varilla (su imagen) cambia de direccin al salir del agua, debido a la diferencia de ndices de refraccin entre el agua y el aire. Se utiliza la letra n para representar el ndice de refraccin del material, y se calcula por la siguiente frmula:

n=

c v

0

n : ndice de refraccin del medio en cuestin co : velocidad de la luz en el vaco (3x108 m/s) v : velocidad de la luz en el medio en cuestin

Es decir que es la relacin entre la velocidad de la luz en el vaco y en el medio. Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre menor que en el vaco, el ndice de refraccin ser un nmero siempre mayor que 1. En el vaco: n=1 En otro medio: n>1

Ley de refraccin (Ley de Snell)

n1 . sen

1

=

n2 . sen

2

1: ngulo entre el haz incidente y la normal (perpendicular) a la superficie 2: ngulo entre el haz refractado y la normal a la superficie

El ngulo de incidencia

1

es igual al ngulo de relexin

1'

Reflexin total internaPara que todos los haces de luz se mantengan dentro del ncleo debe darse la reflexin total interna, y esta depende de los ndices de refraccin y del ngulo de incidencia:

Ejemplo: n1=1.5 n2=1.32

n1 . sen 1 = n2 . sen

1.5 . sen 1 = 1.3 . sen 90o (sen 90o =1) sen 1 = 1.3 / 1.5 => 1 > 60o

Entonces, para que todo el caudal de luz se propague dentro de la fibra, en el ejemplo el ngulo de incidencia debe ser mayor o igual a 60o .Nota: Una fibra necesariamente debe tener revestimiento (cladding), puesto que si no lo tuviera, a pesar de seguir cumplindose que el ndice del ncleo es mayor que el del revestimiento que sera el vaco, ante cualquier suciedad o cuerpo que se adhiriera a la fibra, en dicho punto ya no se cumplira esa condicin y se producira una prdida por refraccin hacia afuera.

Apertura numricaEs un indicador del ngulo mximo con que un haz de luz puede ingresar a la fibra para que se produzca la reflexin total interna:

AN = sen siendo el medio externo aire o vaco Entonces, a mayor AN, mayor es el ngulo de aceptancia.

Cono de aceptancia

Cables de Cobre vs. F.O.Segn el mtodo de transmisin de datos, un par F.O. pueden transmitir la misma cantidad de informacin que 2200 pares telefnicos

Con F.O. puedo ampliar considerablemente la capacidad de transmisin, sin necesidad de tender nuevos ductos. Existen bobinas de F.O. de hasta 12Km, siendo las ms comunes las de 4Km, lo cual implica menor cantidad de empalmes.

Atenuaciones tpicas: Coaxil: 40 a 80dB/Km , a 1GHz, a 20 oC Fibra: 0.20 dB/Km , a 1550 nm

Ventajas de las F.O. Dimetro y peso reducidos lo que facilita su instalacin Excelente flexibilidad Inmunidad a los ruidos elctricos (interferencias) No existe diafona (no hay induccin entre una fibra y otra) Bajas prdidas, lo cual permite reducir la cantidad de estaciones repetidoras Gran ancho de banda que implica una elevada capacidad de transmisin Estabilidad frente a variaciones de temperatura Al no conducir electricidad no existe riesgo de incendios por arcos elctricos No puede captarse informacin desde el exterior de la fibra El Dixido de Silicio, materia prima para la fabricacin de F.O., es uno de los recursos ms abundantes del planeta.

Desventajas Para obtener, desde la arena de cuarzo, el Dixido de silicio purificado es necesaria mayor cantidad de energa que para los cables metlicos. Las F.O. son muy delicadas lo cual requiere un tratamiento especial durante el tendido de cables. Corta vida de los emisores lasers.

EmpalmesDebido a que una bobina de cable de fibra ptica no llega a superar los 2Km de longitud, mientras que la distancia entre dos repetidoras o centrales puede ser de 30 o 40 Km, deben realizarse empalmes entre los tramos, y entre cada final y los conectores.

Empalmes manuales o mecnicos Son empalmes rpidos, permanentes o temporarios, que pueden usarse, por ejemplo, para probar bobinas. Producen atenuaciones altas, del orden de 0.20 a 1dB. Vienen rellenos con gel para mejorar la continuidad de la luz. Pueden ser cilindros con un orificio central, o bandejitas cerradas con dos pequeas llaves que nos permiten introducir las fibras.

A las fibras se les retira unos 3 cm del coating (color), se limpian con alcohol isoproplico, y luego se les practica un corte perfectamente recto a unos 5 o 6 mm, con un cortador (cutter o cleaver) especial, con filo de diamante.

Empalmes por fusin Son empalmes permanentes y se realizan con mquinas empalmadoras, manuales o automticas, que luego de cargarles las fibras sin coating y cortadas a 90 realizan un alineamiento de los ncleos de una y otra, para luego fusionarlas con un arco elctrico producido entre dos electrodos. Llegan a producir atenuaciones casi imperceptibles (0.01 a 0.10 dB)

Fuente RXS: http://www.siecor.com/web/college/fibertutorial.nsf/introfro?OpenForm

Ver demo de empalmadora FUJIKURA FSM-40S en video mpeg

Empalmadoras: RXS de SIECOR

FUJIKURA FSM 40S Y FSM40SB

Procedimiento

Con una pinza especial (125 ) se pela (strip) unos 5cm de coating (color)

Se limpia (clean) la fibra con un papel suave embebido en alcohol isoproplico

Se corta (cleave) la fibra a unos 8 a 16mm con un cutter o cleaver, con hoja de diamante, apoyando la fibra dentro del canal, haciendo coincidir el fin del coating con la divisin correspondiente a la medida. Una vez cortada, la fibra no se vuelve a limpiar ni tocar.

Cuidando que la fibra no contacte con nada, se introduce en la zapata de la empalmadora, sobre las marcas indicadas. Repetir el procedimiento con la otra fibra.

En el display se vern las dos puntas, pudindose observar si el ngulo es perfectamente recto, sino fuera as la mquina no nos permitira empalmar.

Presionando el botn de empalme, estando la empalmadora ajustada en automtico, la misma proceder a alinear en los ejes x e y, y a acercar las puntas a la distancia adecuada.

Una vez cumplido esto, a travs de un arco elctrico dado entre dos electrodos, aplicar una corriente de prefusin durante el tiempo de prefusin, y luego una corriente de fusin durante el tiempo de fusin.

Luego har una estimacin (muy aproximada) del valor de atenuacin resultante.

Proteccin de los empalmes La zona del empalme es delicada por lo que se protege de diferentes maneras: pegndose sobre unas almohadillas autoadhesivas existentes en algunos cassettes de empalmes, rodendose con una bisagra autoadhesiva, o con manguitos termocontrables (sleeves) los cuales poseen un nervio metlico. Estos, a su vez, se colocan en un cassette, dentro de una caja de empalme o de un rack distribuidor. Caja de empalme RXS

Cajas de empalmeLos empalmes exteriores se protegen dentro de una caja de empalme, la cual posee en un extremo unos tubos cerrados que se cortarn en su extremo por donde deba pasar un cable, para luego sellarse con termocontrables. La caja posee una tapa o domo que se cierra sobre la base con una abrazadera sobre un oring. Sobre el domo se encuentra la vlvula de presurizacin.

En la base se encuentran las borneras para sujetar los elementos de traccin de los cables y la puesta a tierra que tambin asoma al exterior de la caja. Tambin estn los cassettes o bandejas donde se sitan la reserva de FO desnuda y los empalmes. Del otro lado de las bandejas hay espacio para situar la reserva (ganancia) de buffers aunque puede existir una bandeja para tal fin. Caja de empalme Mondragon Aqu se pueden ver los cassettes donde se enrolla la reserva de FO desnuda, y donde se alojan los empalmes protegidos por los termocontrables. Esta caja posee una tapa con tornillos y es presurizable.

Caja Mondragon amurada en Arqueta

Una arqueta es una cmara de cemento prearmada, con cuatro tapas, diseada para ser enterrada. Suelen medir unos dos metros de lado.

Sellado de cables en ductos y en cajas de empalmeEl ducto por donde sale el cable debe sellarse para evitar que a travs de l pueda ingresar agua a la cmara o viceversa. Esto se logra con un termocontrable segn el siguiente procedimiento:

Con cintas abrasivas se lijan el extremo del ducto y el cable en la zona donde se situar el termocontrable, para mejorar la adherencia y se debe hacer en forma transversal porque de lo contrario se formaran canaletas longitudinales por donde podra circular agua. Sobre el cable, y entrando 1cm aprox. en la zona del termocontrable (segn marca azul) se coloca el papel de aluminio autoadhesivo provisto con la caja, que servir de pantalla trmica para no quemar el cable. Este papel se alisa con un elemento romo, como el mango de un destornillador, para quitarle los pliegues que podran formar tambin canales de entrada del agua. Luego se desplaza el termocontrable sobre el ducto y con una pistola de aire caliente se lo cierra, moviendo la pistola permanentemente para no sobrecalentar el termo, el ducto o la fibra. Se comienza desde el centro hacia un extremo hasta que cierre y llegue a asomar el pegamento, y luego hacia el otro extremo, expulsando de esta manera el aire hacia fuera. El termo posee unos pigmentos verdes que al oscurecerse indicarn que ya se ha alcanzado la temperatura adecuada y mxima para cerrarlo y para derretir el pegamento. No debe seguir calentndose

una zona oscurecida.

Para el ingreso del cable a la caja de empalme debe realizarse lo mismo, y en el caso haber dos cables en una misma entrada se utilizar un clip con pegamento para formar un 8 en el termo como se ve en la siguiente figura:

Distribuidores para centralesEn cada extremo de un enlace de FO se encuentran los distribuidores en donde se empalma cada fibra a un cable de una fibra, conectorizado, denominado PIGTAIL. Estos estn numerados y se conectan a uno de los extremos de un acoplador fijado al gabinete, a donde luego se conectarn los jumpers de los equipos de transmisin o de los medidores. Poseen tapas atornilladas para tapar los conectores y adems unos cassettes o bandejas donde residen los empalmes y la reserva. Tienen adems borneras de sujecin para los elementos de traccin del cable o boquillas cnicas para sujetarlo. Van atornillados en rieles arriba y abajo en el

"vertical", o en un rack.

Equipamiento en un mvil de empalme Vehculo tipo Combi, con estantes, cajones (bao qumico) Grupo electrgeno para generar 220v para alimentar mquinas-herramientas Palancas de apertura de cmaras Bomba Fly de desagote Tubo de oxgeno con manmetro y manguera larga para presurizacin Explosmetro para control de gases peligrosos y oxgeno en cmaras Forzador de aire para ventilar cmaras en caso de gases o falta de oxgeno Conos, vallas, cintas, etc. Escalera Rotopercutora Robot con medidor de luz, uso en la ciudad Morral (balde de lona) para bajar herramientas a la cmara Casco Cinturn de seguridad (para trabajos en altura) Empalmadora de FO Kit de FO (stripper para coating, para buffer, para pigtail y para vaina, dispenser de alcohol, cleaver) OTDR Kit de potencia (fuente laser, atenuador y medidor) Telfono ptico Laser visible identificador Pistola de calor Herramientas varias (sierra, alicate, tijera, destornilladores planos y philips, cutter) Mesa y silla de empalme Lmpara de escritorio de 12v Guantes de latex y de descarne

Soga Carpa Pala Pinza de depilar

Insumos Bidn con nafta Nmeros p/identif. pigtails Alcohol y/o acetona Patchcords y pigtails diversos Acopladores diversos Termocontraibles varios Precintos Grampas Tarugos, tornillos Hilo para ataduras Papel tissue (rollos de cocina) Estopa, trapos

El dB (decibel)Es una unidad de medida adimensional y relativa (no absoluta), que es utilizada para facilitar el clculo y poder realizar grficas en escalas reducidas. El dB relaciona la potencia de entrada y la potencia de salida en un circuito, a travs de la frmula:

N [dB] = 10 log

PS PE

[ ] significa medida expresada en:

Se puede usar para medir ganancia o atenuacin (una ganancia negativa significa atenuacin)

Una ganancia de 3dB significa que la potencia de salida ser el doble de la de entrada. Una atenuacin de 3 dB (ganancia de 3dB) significa que la potencia de salida ser la mitad de la de entrada, es decir, si se tratara de una fibra ptica, en esta se estara perdiendo la mitad de la potencia ptica.

El dBm (decibel miliwatt)Dado que el dB es una medida relativa, cuando es necesaria una medicin absoluta de potencia ptica, por ejemplo la que emite un laser, se utiliza el dBm, es decir se toma como referencia (0 dBm) a 1 mw :

P [dBm] = 10 log

P [mw] 1 mw

El dBr (decibel relativo)Es similar al dBm pero en vez de tomarse una potencia de referencia de 1 mw, se establece una potencia X de referencia. En la medicin de prdida de potencia ptica en un tramo de FO, se conecta el emisor al medidor con los jumpers que se usarn en todas las mediciones, se establece la potencia medida (dBm) como la de referencia (dBr), se reajusta la lectura a cero, y ya se est en condiciones de medir atenuacin del tramo en dB. Tabla de equivalencias Potencia en watts 1 pW 10pW 100pW 1.000pW 10.000pW 100.000pW 1.000.000pW =1 W 10.000.000pW 100.000.000pW 1.000.000.000pW 10mW 100mW 1.000mW =1 W =1 mW =1 nW 1pW Potencia en dBm -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 +10 +20 +30

En esta tabla puede apreciarse la imposibilidad de manejar un grfico en watts, y la comodidad de manejar cifras en dB. (pW=picowatt , nW=nanowatt, W=microwatt, mW=miliwatt)

Atenuacin en F.O.Es la prdida de potencia ptica en una fibra, y se mide en dB y dB/Km. Una prdida del 50% de la potencia de entrada equivale a -3dB. Las prdidas pueden ser intrndecas o extrnsecas. Intrnsecas: dependen de la composicin del vidrio, impurezas, etc., y no las podemos eliminar. Las ondas de luz en el vaco no sufren ninguna perturbacin. Pero si se propagan por un medio no vaco, interactan con la materia producindose un fenmeno de dispersin debida a dos factores: Dispersin por absorcin: la luz es absorbida por el material transformndose en calor. Dispersin por difusin: la energa se dispersa en todas las direcciones.

Esto significa que parte de la luz se ir perdiendo en el trayecto, y por lo tanto resultar estar atenuada al final de un tramo de fibra. Extrnsecas: son debidas al mal cableado y empalme. Las prdidas por curvaturas se producen cuando le damos a la fibra una curvatura excesivamente pequea (radio menor a 4 o 5 cm) la cual hace que los haces de luz logren escapar del ncleo, por superar el ngulo mximo de incidencia admitido para la reflexin total interna.

Tambin se dan cuando, al aumentar la temperatura y debido a la diferencia entre los coeficientes de dilatacin trmica entre fibras y buffer, las fibras se curvan dentro del tubo.

Atenuacin por tramoEs debida a las caractersticas de fabricacin propia de cada fibra (naturaleza del vidrio, impurezas, etc.) y se mide en dB/Km, lo cual nos indica cuntos dB se perdern en un kilmetro.

Medicin con OTDR Hewlett Packard 8146A

Parmetros de medicin: = 1556 nm Indice= 1.465 Ancho de pulso= 1000 ns

Span (rango) = 0 a 6 km Promedios = 15 Cursor A = 3.976 km Cursor B = 2.529 km

Resultado de la medicin: A-B = 1.447 km LSA Attn = 0.185 dB/km

Atenuacin por empalmeCuando empalmamos una fibra con otra, en la unin se produce una variacin del ndice de refraccin lo cual genera reflexiones y refracciones, y sumandose la presencia de impurezas, todo esto resulta en una atenuacin. Se mide en ambos sentidos tomndose el promedio. La medicin en uno de los sentidos puede dar un valor negativo, lo cual parecera indicar una amplificacin de potencia, lo cual no es posible en un empalme, pero el promedio debe ser positivo, para resultar una atenuacin. Prdidas Por insercin: es la atenuacin que agrega a un enlace la presencia de un conector o un empalme. De retorno o reflactancia: es la prdida debida a la energa reflejada, se mide como la difrencia entre el nivel de seal reflejada y la seal incidente, es un valor negativo y debe ser menor a -30 dB (tpico -40dB). En ocasiones se indica obviando el signo menos.

Ejemplo para un conector: Insertion loss < .2 dB typ

< .3 dB max Return loss PC Return loss Super PC Return loss Ultra PC < -30dB < - 40dB < -50dB

Empalmes promediados El resultado real de la medicin de un empalme se obtiene midindolo desde un extremo, luego, en otro momento se medir desde el otro, y finalmente se tomar como atenuacin del empalme el promedio de ambas (suma sobre 2)

La planilla sera, por ejemplo (para =1550nm): A Fibra No 1 2 3 4 AB [dB] 0.30 0.15 0.20 0.10 BA Atenuacin AB [dB] [dB] [dB] 0.30 0.35 0.30 0.40 0.30 0.25 0.25 0.25 0.01 -0.10 -0.03 0.03 E BA Atenuacin [dB] [dB] 0.03 0.10 0.05 0.01 0.02 0.00 0.01 0.02 AB [dB] 0.30 0.20 0.30 0.05 B BA [dB] 0.40 0.10 0.00 0.35 Atenuacin [dB] 0.35 0.15 0.15 0.20

Empalmes atenuadosEn algunos casos, la atenuacin de un tramo de FO es tan baja que en el final del mismo la seal ptica es demasiado alta y puede saturar o daar el receptor. Entonces es necesario provocar una atenuacin controlada y esto se hace con la misma empalmadora, con la funcin de empalme atenuado. En este dibujo se pueden ver todos los causales de atenuacin geomtrica

Entonces, para realizar empalmes atenuados una empalmadora puede desalinear los ncleos o darle un

ligero ngulo a una de las dos fibras.

OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)Un OTDR es un reflectmetro ptico en el dominio tiempo. Es un instrumento de medicin que enva pulsos de luz, a la deseada (ejemplo 3ra ventana:1550 nm), para luego medir sus ecos, o el tiempo que tarda en recibir una reflexin producida a lo largo de la FO. Estos resultados, luego de ser promediadas las muestras tomadas, se grafican en una pantalla donde se muestra el nivel de seal en funcin de la distancia. Luego se podrn medir atenuaciones de los diferentes tramos, atenuacin de empalmes y conectores, atenuacin entre dos puntos, etc. Tambin se utiliza para medir la distancia a la que se produjo un corte, o la distancia total de un enlace, o para identificar una fibra dndole una curvatura para generar una fuga y observando en la pantalla del OTDR ver si la curva se cae. OTDR Hewlett Packard y bobina fantasma

OTDR EXFO FTB7000

OTDR Tektronix NetTek

Parmetros de medicin: Indice de refraccin Ancho de pulso Rango de medicin en Km (longitud de onda) Cantidad de muestras Monomodo, multimodo, etc.

Mediciones de: Atenuacin entre 2 puntos Prdida en empalme Prdida de retorno Atenuacin por tramo Distancias a empalmes, cortes, tramos, etc

OTDR Tektronix NetTek Plataforma PC / Windows CE Pantalla sensible al tacto Optimizacin automtica de los parmetros de testeo Umbrales de medicin preprogramados (valor mnimo al cual se considerar un evento) Mdulos de potencia (hasta 4 de 9 disponibles) Hasta 200 km de alcance (rango de medicin) Tabla de eventos (conector, empalme, tramo) Puerto de impresora, puerto serie, puerto para teclado, disquetera Puertos PCMCIA Batera de hasta 8 hs de duracin Software para PC para reveer las curvas o exportar reportes a diversos formatos Puede realizarse una medicin directa con el ajuste automtico o pueden ajustarse los parmetros manualmente.

Medicin de atenuacin total de un tramo (Medicin de potencia)Para medir la atenuacin total de un enlace de fibra, se utilizan una fuente de luz y un medidor, que se conectarn en ambos extremos de la fibra a medir.

Cules conectores se incluyen y cules no? Cuando necesitamos medir la atenuacin total de un tramo o prdida de potencia, debemos excluir las atenuaciones producidas por los jumpers usados en la medicin. Para esto, antes de realizarla, debemos conectar la fuente de luz al medidor de potencia con los mismos jumpers y adaptadores que usaremos luego, y seguir estos pasos: Encendemos ambos equipos Los ajustamos a CW (continuous wave-onda continua no pulsante) Elejimos la ventana deseada

Presionamos ahora en el medidor el botn ABS>REF para almacenar el nuevo valor de referencia

Entonces, al desconectar los jumpers entre s y conectarlos a la fibra bajo prueba obtendremos el valor de atenuacin de la fibra.

Los conectores conectados a la salida de la fuente y a la entrada del medidor no deben desconectarse hasta no terminar todas las mediciones pues la atenuacin producida por un conector vara cada vez que se vuelve a conectar. Para el caso de que un equipo posea los dos mdulos en l, debe conectarse el jumper de medicin entre su mdulo emisor y su mdulo medidor, establecer la atenuacin producida por este jumper para descontarla de la medicin final, o, si el equipo lo permite, ajustar la referencia. Paralelamente en el otro extremo de la fibra otro operador har lo mismo con otro equipo. La ventaja de este mtodo es que no es necesario que fuente y medidor deban encontrarse en el mismo lugar antes de medir.

Entonces una Medicin de Atenuacin Total podra ser:

Fuente variable EXFOFLS-210A

Medidor de Potencia EXFOFOT-90A

Kit Fuente y Medidor Wandel & Goltermann GOMK6 SM

Temas complementariosAtenuadores pticos variables Tienen un conector de entrada y uno de salida. Producen una atenuacin por fuga por curvatura (a travs de un servomotor) o por algn otro mtodo.

Atenuador EXFO

Identificador lumnico de fibras y roturas Inyecta una luz visible sobre una fibra. Si hay alguna rotura, en un pigtail por ejemplo, se ver la luz dispersada. O podemos identificar una fibra entre un manojo, producindoles una curva, y entonces la que disperse luz ser la fibra correspondiente al conector donde colocamos el laser. Wavetek VFF5 (Visual Fault Finder)

Dispersin cromtica En un medio distinto al vaco la velocidad de propagacin de la luz depende de su longitud de onda. Por ende dos pulsos de luz de distinta l , que sean enviados al mismo tiempo a travs de una FO no llegarn al mismo tiempo. Una fuente de luz no coherente, es decir que no tenga una frecuencia nica de luz sino que posea cierto ancho en el espectro, hara que un pulso angosto y con cierta energa que fuera inyectado en una FO llegara al otro extremo con mayor ancho y menor amplitud, por lo que podra no reconocerse como tal.

Esta dispersin se mide en picosegundos por kilmetro y por nanmetro.

Dispersin de gua de onda (Wave guide dispersion) Se produce en las fibras monomodo cuando, debido al reducido tamao del ncleo, la luz viaja tanto por el mismo como por el cladding. De aqu surge el MFD (Mode-Field Diameter) el cual es el dimetro mnimo del ncleo de una FO para que la luz propagada no lo exceda y circule tambin por el cladding. Dispersin Reflectiva de Fresnel (Fresnel Reflection Losses) Prdida por reflexin ocurrida a la entrada o salida de una FO debido a las diferencias entre ndices de refraccin entre el ncleo y el medio donde se inserta. Dual Window Fiber (Fibra de dos ventanas) Es una fibra fabricada especialmente para transmitir en dos ventanas simultneamente, por ejemplo a 1300 y 1550 nm. Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) Es un dispositivo ptico que incrementa la amplitud de una seal ptica. Contiene siete metros de fibra de vidrio dopada con iones de Erbio. Cuando la luz del laser es inyectada en l llevando a los iones a un alto estado energtico, la fibra dopada pasa de ser un elemento pasivo a ser un medio activo, amplificando as la seal. Index-Matching Fluid Es un fluido o gel que, debido a que posee un ndice de refraccin cercano al del vidrio, reduce las reflecciones causadas por diferencias en los ndices. Suele encontrarse en empalmes mecnicos. Medicin de empalmes por diferencia de altura en pendientes En algunos OTDR, especialmente los ms antiguos, donde la medicin debe realizarse manualmente para cada empalme, se sitan cuatro cursores, dos sobre cada una de las pendientes de los tramos anterior y posterior al empalme, y el resultado se obtiene por la diferencia de altura entre ambas pendientes:

Presin de prueba para cajas de empalme Para probar la estanqueidad de una caja de empalme de FO se le inyecta aire seco (por ej., oxgeno) a una presin de 500 g/cm2, y al otro da se controla con el manmetro si no baj la presin. Tambin se puede realizar la prueba con una esponja embebida en detergente diludo en agua, revisando en las uniones si no se producen burbujas. La presin mxima que soportan algunas cajas de empalme es de 1At (atmsfera), que equivale a 1kg/cm2.

Los valores tpicos son 40kPa (1kPa=6.895 psi, ~ 7psi) para cajas destinadas a redes no presurizadas y 70 kPa para cajas que se insatalen en cables presurizados.

Parmetros mecnicos de un cable de FO Radio de curvatura mnima: Con tensin de instalacin: 15X dimetro exterior, Con tensin de largo plazo: 10X dimetro exterior

Temperatura de operacin: -40C to +85C Temperatura de almacenaje: -55C to +85C Resistencia a aplastamiento: 440 N/cm Resistencia a impactos: 20 impactos Resistencia de flexin cclica: 25 ciclos fuente: http://www.occfiber.com/espanol/

Niveles de potencia ptica para sistemas de comunicaciones Tipo de red Telecomunicaciones Datos CATV [nm] Rango de potencia [dBm] +3 to -45 dBm -10 to -30 dBm +10 to -6 dBm Rango de potencia [W] 50 nW to 2mW 1 to 100 W 250 W to 10mW

1300, 1550 665, 790, 850, 1300 1300, 1550

Un poco de historiaEn 1626 Snell pronuncia las leyes de Reflexin y Refraccin de la luz. En 1668 Isaac Newton a travs de sus experimentos con la luz, estudindola como un fenmeno ondulatorio, encuentra que la luz se propaga de forma similar a las ondas sonoras, es decir que se puede estudiar como una onda mecnica. En 1790 Claude Chappe construye un telgrafo ptico mediante un complicado sistema de telescopios para establecer un enlace entre Pars y Estraburgo. Por medio de torres con sealizaciones mviles poda transmitir informacin a 200 km en 15 minutos. Fue reemplazado luego por el telgrafo elctrico. En 1810 Fressnel establece las bases matemticas sobre propagacin de ondas. En 1870 John Tyndal demostr que un chorro de agua era capaz de conducir un haz de luz:

Experimento de Tyndall

En 1873 James Clerck Maxwell demostr que la luz puede estudiarse como una onda electromagntica. En 1874 el ingeniero Chicolev en Rusia conduca la luz solar a travs de tubos metlicos huecos espejados por dentro, hacia recintos donde era peligroso el uso de antorchas o llamas, por ej. en fbricas de plvora. En 1880 Alexander Graham Bell invent el fotfono para transmitir la voz. El sonido haca vibrar una membrana espejada, la cual reflejaba la luz del sol, hacindola ms o menos divergente hacia el receptor colocado a unos 200 metros. Este consista en un gran espejo parablico en cuyo centro se encontraba un detector de selenio conectado a una batera y un auricular. Este mtodo dependa de la luz solar y de la visibilidad. Fotfono de Graham Bell

En 1910 Hendros y Debye en Alemania experimentan con varillas de vidrio como guas de onda dielctricas. En 1927 Baird (Inglaterra) y Hansell (USA) patentan un sistema que puede transmitir imgenes por medio de fibras de silicio. En 1934 French patenta un sistema de varillas rgidas de vidrio que transmiten seales de voz. En 1936 Estados Unidos comienza a utilizar fibras pticas en telecomunicaciones. En 1960 se construye el primer LASER (amplificacin de luz por estimulacin de radiacin) En 1970 Corning Glass Works manejaban fibras pticas con una atenuacin de 20dB/km auna longitud de onda de 633nm. En 1978 se logra una fibra ptica monomodo y en 1979 se consigue para sta una atenuacin de 0.20 dB/km a 1550 nm.