Tipos de Conectores de Fibra Óptica
ST (Straight Tipo Punta Recta): Es el conector más usado
especialmente en terminaciones de cables MM y para aplicaciones de Redes.
Conector ST
LC (Lucent Connector
or “Littlie Connector” ó Conector
pequeño): Conector más pequeño y sofisticado, usado en Trasceivers y
equipos de comunicación de alta densidad de datos.
FC (Ferule Connector
ó Conector Férula): Conector usado para equipos de medición como OTDR.
Además comúnmente utilizado en conexiones de CATV.
SMA (Sub Miniature A
ó Conector Sub Miniatura A): Usado en dispositivos electrónico con
algunos acoplamientos óptico. Además de uso Militar.
El uso de los acrónimos: PC, APC, UPC; indicando tipo de
conexión, es decir Phyical Contact (PC) o Contacto Físico. Angle (A) con
ángulos de inclinación en la punta. Y Ultra (U) conexión de muy bajas pérdidas.
Por ejemplo: SC / APC
EMPALMES Y CONECTORES DE FIBRA ÓPTICA
Generalidades
En las
instalaciones de sistemas de fibra óptica es necesario utilizar elementos de
interconexión a modo de empalmes y conectores. A la hora de realizar estos
empalmes y conexiones 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. Actualmente existen tres formas de
realizar un empalme de fibras:
Mediante un conector: Es
totalmente desmontable, por lo que nos permite la conexión y desconexión
repetitiva sin degradación de la transmisión. La única desventaja que esto
tiene, es que la atenuación es mayor.
Mediante fusión mecánica:
une las fibras preparadas en un tubo ajustado de forma temporal.
Mediante
fusión térmica: Es un sistema permanente, el cual consiste en calentar hasta el
punto de fusión las puntas preparadas de las dos fibras, las cuales se empalman
con una máquina. Lo negativo de éste método es el coste que conlleva dicha
máquina.
Empalmes
En
los empalmes de fibras ópticas, aseguramos una alta y estable calidad de
transmisión en servicio, con un mínimo de mantenimiento, y sometidos a
diferentes condiciones ambientales. La pérdida en los empalmes puede ser
significativa, siendo especialmente muy sensible al ángulo de corte de los
extremos de las fibras a empalmar y a la falta de acuerdo con el diámetro
modal. Los empalmes se efectúan en un ambiente limpio, sin polvos en
suspensión, bien iluminado, evitando en lo posible la exposición solar directa.
La ejecución de los mismos debe ser realizada en el interior de un vehículo
acondicionado especialmente para tal fin, así mismo se deja una cantidad
suficiente de fibra en un arreglo holgado dentro de las cajas de empalmes, para
rehacer eventualmente los mismos si las características finales no responden a
las de aceptación. En los casos en que se utilicen substancias químicas como
agentes removedores (alcohol isopropílico, terpeno, dicloro metano) se efectúa
una especial limpieza posterior, para evitar acciones residuales que podrían
causar la degradación de la calidad del empalme.
Los empalmes se protegen convenientemente de
acciones mecánicas y ambientales con los dispositivos adecuados como lo son las
mangas termocontráctiles. Asimismo se asegura que los radios mínimos de
curvatura, en el arreglo de las fibras en las bandejas, se mantenga entre 60 y
75 mm. Para el empalme de una fibra se tienen en cuenta dos parámetros: la
pérdida por empalme permitida y el número de intentos para
realizar la unión con éxito. La atenuación por empalme ideal se encuentra entre
0,1 dB y 0.2 dB.
Principales causas
de pérdidas en empalmes
Pérdidas intrínsecas
Dependen
de la composición del vidrio, impurezas, etc., y no las podemos eliminar. Las
ondas de luz en el vacío no sufren ninguna perturbación. Pero si se propagan
por un medio no vacío, interactúan con la materia produciéndose un fenómeno de
dispersión debida a dos factores:
Dispersión
por absorción: la luz es absorbida por el material
transformándose en calor. Dispersión por difusión: la energía se
dispersa en todas las direcciones. Esto significa que parte de la luz se
irá perdiendo en el trayecto, y por lo tanto resultará estar atenuada al final
de un tramo de fibra.
Pérdidas extrínsecas
Son debidas al mal cableado y al empalme
de la fibra.
Pérdidas por curvaturas. Se
producen cuando le damos a la fibra una curvatura excesivamente pequeña
(radio menor a 4 o 5cm) la cual hace que los haces de luz logren escapar del
núcleo, por superar el ángulo máximo de incidencia admitido para la reflexión
total interna. También se dan cuando, al aumentar la temperatura y debido a la
diferencia entre los coeficientes de dilatación térmica entre fibras y buffer,
las fibras se curvan dentro del tubo.
Pérdidas de retorno o
reflactancia. Es la pérdida debida a la energía reflejada, se
mide como la diferencia entre el nivel de señal reflejada y la señal
incidente, es un valor negativo y debe ser menor a -30 dB (típico -40dB). En
ocasiones se indica obviando el signo menos. Un ejemplo de estas pérdidas se da
en la siguiente tabla
Pérdidas por inserción. Es
la atenuación que agrega a un enlace la presencia de un conector o un empalme.
Corte
de la fibra
La calidad obtenida en el extremo de la
fibra tras el corte afecta a las pérdidas del empalme posterior, resultando
difícil obtener superficies pulidas mediante la técnica de empalme por fusión
directa. Por este motivo, se han propuesto diversas técnicas de corte de fibras
que no utilizan máquina de pulir. En cuatro de estas técnicas, a la fibra se le
hace una muesca y posteriormente se dobla para realizar el corte. Entre las
distintas posibilidades para producir dicha muesca se encuentran: un filo de
cuchilla, una descarga eléctrica, un alambre caliente o un láser de CO2.
Incluso existe otra posibilidad que consiste en realizar una muesca y tirar
posteriormente de la fibra sin doblarla. De entre todos los métodos, el más
ampliamente utilizado es el basado en la muesca con cuchilla o elemento similar
y posterior doblez de la fibra.
Tipos de empalmes
Empalmes mecánicos y
adhesivos
Tanto los métodos mecánicos como la utilización
de adhesivos para realizar el empalme de fibras no se basan en la generación de
calor. Por lo tanto, ambos métodos presentan varios aspectos
comunes en lo relativo al posicionamiento de las fibras. La técnica básica
utiliza ranuras en V realizadas en distintos materiales, tanto duros como
blandos (figura 4.1). En el caso de materiales blandos es posible realizar
empalmes entre fibras de diferente diámetro, ya que el material se deforma para
hacer coincidir los centros de ambos núcleos. El método usual de alineamiento
que se utiliza es el fijo (alineamiento pasivo). Dado que ninguno de los dos
métodos utiliza fusión, el posicionamiento de las fibras depende de la
precisión del substrato y de su evolución con el tiempo. La clave se basa en un
substrato preciso de baja pérdida y con fiabilidad a largo plazo. Existen
multitud de materiales propuestos, tales como silicio, metales, plásticos y
acero. Cuando el coeficiente de dilatación térmica del substrato es similar al
de las fibras de sílice, resulta fácil eliminar la variación de las pérdidas
con la temperatura y asegurar una fiabilidad a largo plazo.
Generalmente suelen emplearse materiales de
adaptación entre las fibras en ambos métodos (mecánicos y adhesivos) para
reducir las pérdidas del empalme y las reflexiones. Aunque las pérdidas del
empalme no son sensibles al índice de refracción, la reflexión sí que resulta
muy sensible. Por lo tanto, se necesita una adaptación de índices muy precisa
para suprimir las reflexiones. Cuando se requiere muy baja reflexión, también
debe tenerse en cuenta la variación con la temperatura del índice de refracción
del material de adaptación. Algunos ejemplos
de materiales de adaptación serían el gel y resina de Silicio, adhesivos
fotosensibles o resinas de epoxy. En el método de empalme basado en adhesivo se
prefiere que éste sirva simultáneamente como material de unión y de adaptación.
Empalmes
por fusión
Empalme de fibras por fusión directa.
Existen diversos métodos de empalme de
fibras ópticas por fusión directa, todos ellos clasificados en base al
tipo de fuente de calor utilizada: una descarga eléctrica, un láser gaseoso o
una llama. El primero de ellos es el más ampliamente utilizado en el caso de
fibras de sílice. En especial, se han desarrollado varias técnicas para
realizar empalmes por medio de descarga eléctrica, tales como el método de
prefusión, el método de descarga de alta frecuencia con un elevado voltaje de
trigger (HHT), y el método de calentamiento uniforme para realizar empalmes de
múltiples fibras.
Los métodos de empalme por fusión directa
utilizan una fuente de calor para fundir y unir las fibras ópticas. A diferencia
de otros métodos que utilizan materiales de adaptación o adhesivos, en este
caso no existe ningún otro material más que la propia fibra en la región del
empalme. Por lo tanto, este método posee inherentemente bajas pérdidas por
reflexión y alta fiabilidad.
Método
de prefusión. Aparte de otros factores de pérdidas
más comunes presentes al realizar empalmes, tales como desplazamiento
lateral o inclinación, el único factor de pérdidas en el caso del método de
empalme por fusión es la formación de burbujas confinadas entre ambos extremos
de las fibras. Cuando se produce esto, las burbujas introducen elevadas
pérdidas de unos pocos decibelios o incluso más. En los procedimientos de
empalme anteriores a la existencia del método de prefusión, ambas fibras se
presionaban ligeramente y posteriormente se fusionaban por medio de una
descarga eléctrica. Sin embargo, cuando los extremos de las fibras no eran
lisos se producían desplazamientos laterales y dobleces, además de una mayor
probabilidad de formación
El procedimiento consiste en situar los
extremos de ambas fibras con una separación de unas micras y posteriormente
prefusionarlos con una descarga eléctrica, lo que produce unas superficies
lisas. Entonces éstas se desplazan y presionan bajo la descarga. Tras tocarse
los extremos, ambas fibras permanecen presionadas debido al movimiento. El
calentamiento, por otro lado, continúa incluso una vez que ha cesado el
desplazamiento. El tiempo de descarga para la prefusión es inferior a 1
segundo. Por otro lado, el tiempo global de descarga es de unos pocos segundos
y para fibras monomodo resulta relativamente pequeño en comparación con el necesario
para fibras multimodo. Con este método se obtienen bajas pérdidas en la región
del empalme incluso para superficies no perfectas. Dado que es difícil obtener
superficies perfectamente pulidas fuera del laboratorio, este método resulta
beneficioso en la construcción de una máquina empalmadora para estos fines.
Método HHT. En
la práctica existen dos tipos de descargas eléctricas que se clasifican en descarga
de corriente continua (DC) y descarga de corriente alterna (AC). En general,
una descarga AC se prefiere sobre una descarga DC. En el caso de una descarga
DC solamente se gasta un electrodo, mientras que en la descarga AC se gastan
simultáneamente y de forma simétrica los dos electrodos. El método HHT
pertenece precisamente al grupo de descargas AC, y como se verá a continuación
una descarga de alta frecuencia posee propiedades beneficiosas.
Técnicas
de alineamiento de fibras
Tanto
los métodos de prefusión como de descarga estable son importantes para
conseguir bajas pérdidas en los empalmes. Sin embargo, también resulta crucial
un buen alineamiento previo de las fibras. Las distintas técnicas de
alineamiento pueden clasificarse en fijas y móviles
Técnica
fija
En
la técnica fija las fibras no se desplazan lateralmente, sino que éstas se
sitúan en posiciones predeterminadas. Éste método se conoce también como
alineamiento pasivo y es ampliamente utilizado en las máquinas empalmadoras
debido a su simplicidad. Cuando se utilizan fibras con una excentricidad de
núcleo pequeña, este método es válido no sólo para fibras multimodo sino
también para fibras monomodo. Dado que las tecnologías de fabricación de fibras
han mejorado en la actualidad, es posible conseguir empalmes de varias fibras
monomodo de forma simultánea con valores de pérdidas inferiores a 0,05 dB
utilizando máquinas que emplean esta técnica.
Técnica
móvil
En
las técnicas móviles las fibras se desplazan lateralmente hasta obtener
posiciones precisas previamente a la descarga. Este método se conoce también
con el nombre de alineamiento activo. Hasta la fecha se han propuesto múltiples
técnicas para realizar el alineamiento, especialmente durante las primeras
fases de desarrollo de los empalmes de fibras monomodo, las cuales presentaban
una elevada excentricidad en el núcleo en comparación con las fibras actuales.
Técnicas
de monitorización de la potencia óptica. Se
basa en la medida de la potencia óptica transmitida para realizar el
alineamiento. Existen tres posibilidades dependiendo de los puntos del sistema
que se utilizan para realizar la medida. Tanto la inyección como la detección
de potencia se realizan en la mayoría de los casos por medio de la curvatura de
la fibra.
Métodos
Visuales. Son otras de las técnicas no fijas de
alineamiento de fibras. En una de las técnicas se utiliza un microscopio
para observar en una dirección o en dos direcciones perpendiculares los
diámetros exteriores de las dos fibras. Para observar las dos direcciones se
coloca un espejo cerca de las fibras. La imagen aumentada puede verse
directamente o indirectamente, en este último caso a través de un monitor de TV
y una cámara. Dado que para el alineamiento se utiliza como referencia el
diámetro exterior de las fibras, esta técnica es poco eficiente en el caso de
fibras monomodo con excentricidad en el núcleo. Para ello debería utilizarse
algún método de monitorización directa del núcleo, como por ejemplo: el uso de
la fluorescencia de un núcleo de sílice dopado con Germanio y excitado con luz
ultravioleta, el uso de un microscopio de contraste por interferencia
diferencial, el uso de un divisor de haz y luces inyectadas en ambas
direcciones o el uso de un microscopio ordinario.
Técnica
de sensado de luz. También pertenece al
conjunto de técnicas móviles. En esta técnica se detectan las posiciones
de las fibras en dos direcciones perpendiculares por medio de dos sensores de
luz por cada fibra, por lo que son necesarios cuatro sensores en total.
En las técnicas móviles resulta
imprescindible la presencia de mecanismos muy precisos para realizar los
movimientos finos que se precisan durante el alineamiento. Algunos mecanismos
propuestos consisten en una plataforma móvil de precisión controlada por un
motor, un dispositivo piezoeléctrico o un dispositivo de deformación elástica.
Las características de linealidad en el movimiento, desplazamiento máximo y
tamaño dependen de la técnica de alineamiento y del diseño de la máquina
empalmadora.
Protección
del empalme
Generalmente la cubierta de las fibras se
elimina previamente a la realización del empalme. Durante el proceso
consistente en eliminar las cubiertas, cortar las fibras y situarlas en la
máquina empalmadora, e incluso en el proceso de calentamiento, se producen
grietas en las fibras que debilitan su resistencia. La resistencia de las
fibras tras realizar un empalme se reduce en un 10% aproximadamente, por lo que
se hace necesaria la posterior protección de la zona tratada.
A
la hora de seleccionar un método de protección se deben considerar factores
tales como: fiabilidad (variación de las pérdidas de empalme y rotura),
facilidad de manejo y coste. Cuando el método de protección o su diseño no es
bueno, las pérdidas del empalme sufren gran variación con la temperatura. Si
por el contrario se realiza de forma adecuada, las pérdidas varían tan sólo
0,02 dB para rangos de temperatura desde -30 ºC hasta +60 ºC. De entre los
distintos métodos de protección utilizados destacan: una ranura con forma de V
(V-groove) de plástico con cubierta, un par de láminas de cristal cerámico, un
tubo que se contrae con el calor junto con una varilla de acero o un molde de
plástico. Finalmente, para la sujeción se utilizan como adhesivos una reacción
química, la fundición del material o resinas fotosensibles.
Cajas
de empalme
Los
empalmes exteriores se protegen dentro de una caja de empalme, la cual posee en
un extremo unos tubos cerrados que se cortarán en su extremo por donde deba
pasar un cable, para luego sellarse con termocontraíbles. La caja posee una
tapa o domo que se cierra sobre la base con una abrazadera sobre un o-ring.
Sobre el domo se encuentra la válvula de presurización. En la base se
encuentran las borneras para sujetar los elementos de tracción de los cables y
la puesta a tierra que también asoma al exterior de la caja. También están las
bandejas donde se sitúan 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
Distribuidores
para centrales
En 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 están numerados y se conectan a
uno de los extremos de un acoplador fijado al gabinete, a donde luego se
conectarán los jumpers de los equipos de transmisión o de los medidores. Poseen
tapas atornilladas para tapar los conectores y además unos cassettes o bandejas
donde residen los empalmes y la reserva. Tienen además borneras de sujeción
para los elementos de tracción del cable o boquillas cónicas para sujetarlo. Van
atornillados en rieles arriba y abajo en el "vertical", o en un rack.
Máquinas
de empalme de fibras
Existen
disponibles comercialmente multitud de máquinas de fácil manejo para realizar
automáticamente el empalme de diversos tipos de fibras ópticas: monomodo,
multimodo, fibras de dispersión desplazada, fibras mantenedoras de
polarización, etc. La mayoría emplean los métodos de prefusión y HHT para
realizar la unión. Para su funcionamiento disponen de una pequeña batería interna
de 12 V o de conexión a la red. En la figura 4.8 se muestra un ejemplo de una
de estas máquinas y en la tabla 4.2 se resumen sus principales características
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