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Indice de refracción teórico de un medio: relación entre la velocidad de la luz en el vacío c y la velocidad de la luz en el medio vp.
n = c / vp
c = 300.000 Km/segVidrio de la f.o. Comercial: n=1,44
n depende de la λλ en el medio en el medio ⇒ Existen variaciones en la velocidad de propagación de la onda de luz a través de un mismo medio de propagación.
ÍÍNDICE DE REFRACCINDICE DE REFRACCIÓÓN (II)N (II)
Si Vp no es constante ⇒ las ondas de luz emplean distintos tiempos en recorrer la misma distancia física en la f.o.El tiempo que emplea el pulso lumínico en propagarse depende de un nuevo factor que es el Índice de refracción de grupo ng
REFRACCIREFRACCIÓÓN Y REFLEXIN Y REFLEXIÓÓN (I)N (I)
REFRACCIÓN: Cambio de velocidad, dirección y sentido que sufre una onda de luz al incidir sobre otro medio. La propagación de la onda prosigue por el segundo medio.
REFLEXIÓN: Cambio de dirección y sentido que sufre una onda de luz al incidir sobre otro medio con n menor. La propagación de la onda prosigue por el medio inicial.
Núcleo (Core): Zona interior de la f.o., donde se produce la propagación de la onda de luz. Existe propagación porque nn > nrRevestimiento (Cladding): Capa central concéntrica con el núcleo.Recubrimiento primario (Coating o Jacket): Capa exterior de la fibra óptica, concéntrica con las dos anteriores.
La trayectoria descrita por la onda de luz en su propagación depende de la distribución de los índices de refracción a lo largo de las secciones del núcleo y revestimiento (Perfil de f.o.)
Perfil de índice de refracción es la distribución del índice de refracción a lo largo de un diámetro de una fibra óptica.
– Perfil gradual: nc no se mantiene constante presentando una sección de forma acampanada ⇒ n es máximo en el centro del núcleo y decrece a medida que nos aproximamos al revestimiento. (MM)
– Perfil escalonado: nc se mantiene constante, presenta una sección recta ⇒ n es máximo en toda la sección del núcleo. (SM/MM)
TIPOS DE FIBRAS: MULTIMODO (II)TIPOS DE FIBRAS: MULTIMODO (II)
Multimodo: índice gradual– Perfil de índice parabólico: se reduce la dispersión.– Ancho de banda 1000MHz x Km– 62,5/125µm mayor atenuación que 50/125 µm– Atenuación menor a 1300nm que a 850nm– λ utilizadas: 850 y 1300nm– Mayor ancho de banda a 1300nm
TIPOS DE FIBRAS: MONOMODOTIPOS DE FIBRAS: MONOMODO
Monomodo: salto de índice– El diámetro del núcleo solo permite el modo fundamental:
No hay dispersión modal– Ancho de banda 100GHz x Km– Longitud de onda de corte: 1255nm– Atenuación menor a 1550nm que a 1310nm– λ utilizadas: 1310 y 1550nm
Disminución o pérdida de potencia de luz inyectada en la fibra con la distancia.La atenuación A(λ) a una λ entre dos secciones transversales de una f.o. 1 y 2 separadas una distancia L se define como:
Factores que intervienen el la atenuación:– Dispersión Rayleigh o Scattering
– Absorción de la luz
• Dióxido de Silicio (UV, IR)• Iones oxhidrilo (OH) (950nm, 1230nm y 1450nm)
– Curvaturas: se excede el ángulo critico. Radio de curvatura mínimo:máxima curvatura que puede soportar una fibra óptica circunscrita en un mandril de radio: radio de curvatura mínimo, sin variar alguna de sus características de transmisión.
Ventanas de transmisión: 850nm, 1310nm, 1550nm1550nm es la ventana de transmisión de atenuación mínima
Dispersión en el material– Variación del índice de refracción puntual del núcleo de fibra óptica– Vp no se mantiene constante
Dispersión en la Guíaonda– Falta de uniformidad en los fenómenos de reflexión del haz lumínico
que se propaga en el núcleo de la fibra– Dispersión característica de las fibras de salto de índice ya que la
propagación se produce por reflexiones sucesivas.
La suma de estos dos tipos de dispersión es lo que se llama: Dispersión cromática o intramodal. Depende de λ.1310nm es la λ con cero de Dispersión cromática (en SMF)
DISPERSIDISPERSIÓÓN EN EL MATERIAL Y GUN EN EL MATERIAL Y GUÍÍAONDAAONDA
El material utilizado para la fabricación de las fibras ópticas es el dióxido de silicio, SiO2 (cuarzo ó arena de silice)El dióxido de silicio debe ser muy puro para garantizar su alta transparencia ópticaDurante el proceso de fabricación se incorporan los aditivos de dopado necesarios para modificar los índices de refracción del núcleo y del revestimientoDopado del revestimiento: Boro y Flúor que reducen el índice de refracciónDopado del núcleo: Germanio y Fósforo para aumentar el índice de refracción
Desarrollado inicialmente por Corning GlassUtilizada por Lucent y AlcatelSe instala un tubo de cuarzo en un torno Se calienta el tubo entre 1400 y 1600 ºCSe gira y se desplaza longitudinalmente el tubo de cuarzoSe introducen dopantes que se depositan en el interior del tubo formando sucesivas capas concéntricasEl tubo de cuarzo con el dióxido de silicio en su interior convenientemente dopado, se convierte en un cilindro macizo que constituye la preforma, esta operación se realiza con un quemador entre 1700 y 1800ºCTamaño de la preforma 1m x 1cm de diámetro
Desarrollado inicialmente por NTTTecnología japonesa: Sumitomo, FujikuraLa técnica es la misma que en el MCVD, la diferencia radica en que en este método se deposita tanto el núcleo como su revestimientoSe necesita un cilindro auxiliar sobre el que la preforma porosava creciendo axialmente Se tienen que controlar la deposición del silicio de Germanio para crear el núcleo y el revestimientoEste proceso presenta las ventajas frente al MCVD de que permite obtener preformas con mayor diámetro y mayor longitud a la par que precisa un menor aporte energético
Desarrollada inicialmente por Corning GlassUtilizada por Corning, Siecor, Optical FibresSe parte de una varilla de substrato de cerámicaSe depositan cientos de capas con dopantes que luego formarán el núcleo y el revestimientoSe realiza un secado de la preforma porosa con cloro gaseosoSe realiza el colapso de forma análoga al método VADOptimizándose el proceso de secado es posible fabricar fibras con bajas atenuacionesEste método permite una alta calidad obteniéndose unos perfiles mas homogéneos
ESTIRADO DE LA FIBRA ESTIRADO DE LA FIBRA ÓÓPTICAPTICA
En este proceso se fija el diámetro exterior de la fibraSe somete a la preforma a una temperatura de 2000ºC en un horno tubular para el reblandecimiento del cuarzoFactores decisivos:
• Uniformidad en la tensión de tracción que origina el estiramiento de la fibra > 1% (Proof test: 100 Kpsi)
• Ausencia de turbulencias en el horno• Ausencia de cuerpos extraños
Se le aplica una capa de material sintético de protección que preserva mecánicamente y evita la formación de microcurvaturas (acrilato 250 µm)
Los elementos estructurales que conforman un cable de fibra óptica son:
– Fibras ópticas– Protecciones secundarias– Sustancias anti-agua– Cubiertas de protección– Elemento central– Elementos de tracción– Cordones y ataduras– Acero copolímero
Protección ajustada: Consiste en aplicar una cubierta inicial de material plástico (Poliamida, PVC) directamente sobre el recubrimiento primario de la fibra óptica que recibe el nombre de protección secundaria
Protección holgada:– Se crea una estructura holgada (tubo PBT) en el interior de la cual se
alojan las fibras ópticas– Cada protección holgada aloja en su interior una o varias fibras ópticas
que se guían describiendo una trayectoria helicoidal (exceso de fibra 0,05 % - 0,15 %)
– Se produce un incremento longitudinal de los tubos respecto del cable entre 1% y 4% en función del diámetro de la estructura holgada debido a su disposición en SZ.
– La movilidad axial de la fibra dentro de la protección absorbe, sin que se produzca esfuerzo alguno en la fibra óptica elongaciones y contracciones de hasta el 0,5% de la longitud total del cable
Protección holgada: Presenta un comportamiento idóneo ante las vibraciones y absorbe las contracciones y dilataciones debidas a los cambios de temperatura
Se utilizan para garantizar la estanqueidad longitudinal del cable óptico, previniendo de la condensación de la humedad y la penetración de la humedad en su interior Sustancia hidrófuga basada en aceite de parafina, que a temperaturas de entre –30ºC y 70ºC mantiene constante su grado de viscosidad, por lo que no se congelaSe limpia con disolventes específicosNo ataca a la fibra óptica, ni altera sus propiedades Se utiliza un gel para el relleno de los tubos holgados y se puede usar otro para los huecos entre los tubos dentro del núcleo del cable bajo la primera cubierta.
Son necesarias para proteger a las fibras ópticas de todos los esfuerzos mecánicos, cambios térmicos del exterior así como de los ataques químicos Tipos de cubiertas:
– Cubierta de polietileno (P), de color negro, muy resistente a la radiación UV.
– PVC (V), protección contra agresiones químicas, problema de emisión de halógenos
– Plásticos fluorados, aguanta temperaturas superiores a los 100ºC, algo viscoso
– Cubiertas libres de halógenos (LSZH,TI) se construyen con vinilacetato de etileno
– Poliuretano (PU), que da gran flexibilidad al cable
Baja emisión de humos (LS)Retardo de la llama (FR)No inflamablesAuto extinguibles Emisión cero de halógenos (LSZH)Totalmente dieléctricoAntirroedoresResistente a ultravioletasAntihumedadAlta flexibilidadEstanco
Es la parte central del cable de fibra óptica sobre la que se cohesionan los diversos elementos estructurales Los tubos holgados y varillas pasivas de relleno y cordones antihumedad están dispuestos en capas trenzadas en SZ sobre el elemento centralEl elemento central tiene que tener un bajo coeficiente de dilatación lineal ya que es el elemento encargado de dar rigidez y soportar los esfuerzos de tracción y contracción del conjuntoGeneralmente está compuesto por Fibra de vidrio (FV) 83 % y resina epoxy.
Soportan las cargas debidas a los esfuerzos mecánicos del cable Cubiertas o armaduras adicionales que se utilizan para la protección del núcleo ópticoFibras de aramida (kevlar ®) y cintas de aceroProtección contra roedores:
– Envoltura longitudinal de cinta de acero copolímero corrugado, espesor 0,155 mm
Cables de exterior:– Cables para tendidos subterráneos (PKP), interior de
conductos, galerías de servicio ó enterrados, dieléctricos o con armadura metálica
– Cables autoportantes (ADSS), tendidos aéreos en postes o torres de tendido eléctrico
– Cables compuestos Tierra-Ópticos(OPGW) se utilizan en líneas aéreas de alta tensión y realizan las funciones de comunicaciones ópticas y cable de tierra o cable de fase
– Cables submarinos, sobre o enterrados en el lecho marino, soportan grandes presiones
Los ensayos mas comunes son:– Resistencia a la tracción– Resistencia a la flexión– Resistencia a la torsión– Resistencia al aplastamiento– Resistencia al impacto– Resistencia al envejecimiento– Ciclos climáticos– Ensayo de resistencia al disparo– Radio de curvatura – Ensayos de fuego
CABLES DE FIBRA CABLES DE FIBRA ÓÓPTICA (I)PTICA (I)
Protección mecánica y ambiental de la fibra desnuda durante la instalación: cables similares a los de cobre (aéreos, enterrados, bajo conducto). Limitaciones: curvaturas y tensiones excesivas
Protección de la fibra durante toda la vida operativa del cable: diseño adecuado de estructura y materiales
CABLES DE FIBRA CABLES DE FIBRA ÓÓPTICA (II)PTICA (II)
Identificación de las fibras después del tendido:mediante la estructura del cable (tubos) y el coloreado individual de las fibras desnudas. Fácil acceso a las fibras individuales para conexión, empalme...
Para mantener las características ópticas y mecánicas de la fibra durante su uso: el cable debe garantizar y proteger las propiedades de la fibra original.
Métodos de tendido– Tendido en canalizaciones (tracción o soplado)– Tendido en interior de zanja– Grapado en paredes– Disparado en canalización– Tendido en líneas aéreas de alta tensión
ADAPTADORES O DOBLES HEMBRAS (I)ADAPTADORES O DOBLES HEMBRAS (I)
Permiten la conexión entre dos conectores de f.o. del mismo tipoEn su interior, el casquillo (sleeve), asegura un alineamiento muy preciso de las ferrules de los conectores, y con ello, el alineamiento de las fibras ópticas en conexión. De este modo, se asegura que las pérdidas de inserción introducidas sean mínimasLos casquillos interiores pueden estar fabricados de Fósforo-bronce o de zirconio, siendo este último material de mayor duración.
ATENUADORES DE FIBRA ATENUADORES DE FIBRA ÓÓPTICAPTICA
Fijos y variablesPermiten adecuar el nivel de potencia óptica.Aplicación típica en cabeceras de distribución o en los primeros nodos.Evitan saturaciónDiversos encapsulados
– En línea– Macho/hembra– Altas PR (40/60dB)– Baja tolerancia (<1dB)
ACOPLADORES DIVISORES O SPLITTERS (I)ACOPLADORES DIVISORES O SPLITTERS (I)
Permiten acoplar o dividir la potencia ópticaCuentan con un número variable de puertos de entrada y salida variables a las que se conexionan las fibra ópticas.
– Los acopladores 1x2 pueden ser:• Balanceados (50:50)• No balanceados (10:90, 20:80,
Sustratos de sílice (0.01 dB/cm)Preparador por micro-litografíaIntercambio de ionesFijación de fibras delicadaNecesitan mayor protección que los de fusiónPegado de fibras con epoxyadaptadoras de índice.
Permiten eliminar alguna de las ventanas habituales de trabajo.Habitualmente señales de supervisión en 4ª ventana (1650nm)Aplicación típica de interconexión de operadoras para eliminar la supervisión.
CORDÓN, JUMPER o PATCHCORD. Conectorizadoslos dos extremosRABILLO o PIGTAIL. Conectorizado sólo un extremoBIFIBRA. Dos cables unidosMULTIJUMPER. Varios cables o fibras ópticas conectorizadas en los dos extremosMULTIPIGTAIL. Varios cables o fibras ópticas conectorizadas en un solo extremo
Atendiendo al cuerpo del conector este puede ser de muchos tipos: SC, FC, MU, LC...Atendiendo al pulido del conector estos pueden ser PC ó APCCombinando el tipo de cuerpo y el pulido se obtienen los distintos tipos de conectores SC/APC, FC/PC, FC/APC...
Diseñado en los años 60 a partir del SMA tipo A utilizado en radiofrecuenciaVarios tipos SMA 905 y SMA 906 se diferencian en la forma de la ferruleFerrule ø3,17 mmNo existe contacto
Tipo de fibra multimodo 50/125, 62,5/125, 230umP.I. Típicas entre 0,3 y 1,5 dB dependiendo de la calidad del conector y el tipo de la fibraRepetibilidad: <0,5 dB / 500 conexionesTracción: cable-conector 100NVentajas
– Retención por rosca– Muchos años en el mercado
Desventajas– Conector lento (rosca)– Carece de muelle
Conector tipo bayoneta, similar al BNCTiene pieza llave lo que obliga a la ferrule a adoptar una única posición de trabajoFerrule de 2,5 mmPulido plano o convexoExiste contacto con muelle
Tipos: Plano, PC, SPC monomodo y multimodoP.I. entre 0,1 y 0,6 dBP.R. >18 dB, >30 dB y >40 dBRepetibilidad: <0,2 dB / 500 conexionesTracción: cable-conector 200NVentajas
Desarrollado por NTT y SEIKOCuerpo metálicoRoscado con muelle en la ferrulePieza guía que obliga a adoptar una posición de trabajo y permite la optimizaciónFerrule de 2,5 mm de zirconio, metal
Conector plástico Redes locales, usuarioConector PUSH-PULLPieza guía que fija la posición de contacto entre las ferrulesFerrule 2,5 mm de zirconio, metal Versión duplex
Diseñado por DIAMOND (licencia)PlásticoMejora el diseño del SCTapón automáticoFerrule de 2,5 mm zirconio, metalOptimizable durante el proceso de fabricaciónCódigo de colores
Licencia AMP/SIECORPlástico, sin ferruleAloja dos fibras en el conectorMecanismo de acople tipo RJNo necesita ni pegado ni pulidoVersiones de cable 3 mm y zip
Manejar y tender con tapón protectorProteger del polvo y del contactoLimpiar cuidadosamente con alcohol iso-propílico y papel sin residuos antes de la conexión conector y adaptador
Factores que intervienen el la atenuación– Dispersión Rayleigh o Scattering– Absorción de la luz
• Dióxido de Silicio (UV, IR)• Iones oxhidrilo (OH) (950nm, 1230nm y 1380nm)
– Curvaturas: se excede el ángulo critico. Radio de curvatura mínimo: máxima curvatura que puede soportar una fibra óptica circunscrita en un mandril de radio: radio de curvatura mínimo, sin variar alguna de sus características de transmisión.
Ventanas de transmisión: 850, 1310, 1550 y 1625 nmLa atenuación es menor conforme aumenta la longitud de onda.
Dispersión: es la difusión del pulso de luz a lo largo de la fibra
– Dispersión modal (Sólo en multimodo) Se produce porque la velocidad del haz de luz cuando se propaga por el núcleo dela f.o. No se mantiene constante
– Dispersión en el material • Variación del índice de refracción puntual del núcleo de fibra
óptica• Vp no se mantiene constante
– Dispersión en la Guiaonda• Falta de uniformidad en los fenómenos de reflexión del haz
lumínico que se propaga en el núcleo de la fibra• Dispersión característica de las fibras de salto de índice ya que la
propagación se produce por reflexiones sucesivas.– Polarización (PMD) en X e Y la luz tiene retardo diferente, afecta más
FRESNEL REFLECTION. Reflexiones producidas al pasar la luz de un medio a otro, por ejemplo, en conectores
RAYLEIGH SCATTERING. Debido a variaciones en la densidad de la fibra, una pequeña cantidad de luz regresa al OTDR (backscattering), este retorno es continuo a lo largo de la fibra y es atenuado por esta
Debemos configurar en el OTDR el índice de refracción de la fibra que estamos midiendoConociendo el I.R. y la longitud de onda sabemos la velocidad a la que viaja la luzSi enviamos un pulso de luz, podemos saber a que punto de la fibra pertenece la luz de retornoRepresentación gráfica de los niveles de retorno medidosAnálisis de los niveles para localizar los eventos
Distancia durante la cual el OTDR puede no distinguir dos eventos consecutivosLa inicial se soluciona con una bobina de lanzamientoA mayor anchura de los pulsos de luz, mayor zona ciegaSe define la zona ciega de un evento a el área entre dos puntos separada 1,5 dB del tope de reflexión, a partir de este punto podríamos distinguir otros eventos
Valor típico de 20 dB a 40 dBDetermina el alcance del OTDR en KmCuanto más ancho es el pulso de luz, mejor es el rango dinámicoSe mejora eliminando ruido, mediante el promedio de medidas (varios pulso de luz)
Nº de pulsos de luz 2048, 32768 ó 261288 : a mayor número mayor definición16384 muestreos por pulsoEscala 4Km / 0,25m a 256Km / 16mAncho del pulso 10ns a 20000ns, esta ligado con la resolución y el rango dinámico