Cómo diseñar cables de fibra óptica para telecomunicaciones

Curso: Fibra óptica en sistemas de
telecomunicaciones
(Versión 0)
Capítulo IV
Sistemas de
telecomunicaciones
basados en fibra óptica
(Parte 2 de 2)
(Versión 0)
Ing. Antonio J. Delgado Celis
Correo electrónico: adelgado_prof@hotmail.com

2
Curso: Fibra óptica en sistemas de telecomunicaciones
Capítulo IV - Sistemas de telecomunicaciones basados en
fibra óptica / Parte 2 de 2
Agenda del Capítulo IV (2):
3. Los cables de fibra óptica.
4. Conexionado de cables de fibra óptica.
5. Medida de los parámetros de transmisión y
detección de fallas en cables de fibra óptica.
6. Mejoramiento de las características de
transmisión.

3
3.- Los cables de F.O.
Agenda:
1) Parámetros de diseño: sensibilidad a curvaturas y
microcurvaturas, resistencia mecánica, fatigas
estática y envejecimiento.
2) Consideraciones de diseño y constructivas.
3) Principales tipos de cables.
4) Pruebas de los cables: geométricas, ópticas, de
transmisión, mecánicas y ambientales.

4
3.- Los cables de F.O.
La fibra no tiene características adecuadas de tracción que
permitan su utilización directa. Por otra parte, en la mayoría de los
casos las instalaciones se encuentran a la intemperie o en
ambientes agresivos que pueden afectar al núcleo, lo que se debe
impedir para garantizar el mantenimiento de las características
ópticas y mecánicas del sistema.
Es por todo lo anterior que han de preverse una serie de
elementos que la ayuden en ese aspecto e incluso que la
sustituyan.
Así mismo, dada la amplia difusión y desarrollo de los sistemas
ópticos, se hace cada vez más necesario disponer de cubiertas y
protecciones de calidad capaces de proteger a la fibra, en
aplicaciones específicas.

5
3.1.- Los cables de F.O. Æ
Parámetros de diseño
La fibra óptica presenta tres características que
constituyen parámetros diseño del cable:
a. La sensibilidad a las curvaturas y microcurvaturas.
b. La resistencia mecánica.
c. La fatiga estática y el envejecimiento.

6
a.- Sensibilidad a las curvaturas y microcurvaturas
Siempre que la fibra se ve sometida a una curvatura o un pandeo (al
bobinarla, al tender el cable, etc.), se origina una atenuación adicional al
producirse una fuga de modos que en condiciones normales permanecerían
en el núcleo; no obstante, como esta atenuación adicional varía
exponencialmente con el radio de curvatura, estas pérdidas son
inapreciables hasta que se sobrepasa una curvatura crítica.
Como regla práctica, puede considerarse un radio de curvatura mínimo de
valor igual a diez (10) veces el diámetro del tubo que aloja al módulo de
fibras.
En cuanto a las microcurvaturas, estas se producen por fuerzas laterales
localizadas a lo largo de la fibra. Pueden aparecer a consecuencia de
irregularidades de fabricación e instalación, así como por variaciones
dimensionales en los materiales del cable a consecuencia de los cambios
de temperatura.

7
a.- Sensibilidad a las curvaturas y microcurvaturas (continuación)
Las pérdidas debidas a la microcurvatura en un cable de fibras ópticas
pueden limitarse modificando muchos de los parámetros mecánicos de la
fibra o del cable, tales como:
• Aumento del diámetro del revestimiento de modo que la tensión necesaria para
producir microcurvatura sea mayor.
• Aumento del radio de la curvatura continua debido al trenzado.
• Disminución del módulo de elasticidad del recubrimiento y del material de la
cubierta del cable.
• Aumento del espesor del recubrimiento.
• Eliminación de la tensión de la fibra en el interior del cable.

8
a.- Sensibilidad a las curvaturas y microcurvaturas (continuación)
En la práctica se adoptan dos variantes:
• Eliminación de la tensión susceptible de producir microcurvaturas
(estructuras de fibra libre u holgada, ya mencionadas).
• Minimizar los efectos de las tensiones mediante el uso de materiales
amortiguadores de las mismas sobre la fibra (estructuras densas).
En cuanto a la atenuación adicional que producen las microcurvaturas,
depende de su periodicidad y de la amplitud de las mismas.

9
b.- Resistencia mecánica
La resistencia mecánica teórica de las fibras ópticas (del orden de
350 N/mm2) es muy pequeña comparada con las altas tensiones
a que puede estar sometido un cable durante el proceso de
tendido.
Los cables ópticos deben incorporar elementos adicionales que
proporcionen la resistencia necesaria con la mínima elongación,
independizando en lo posible las elongaciones de fibra y del
cable.
Se justifica la preferencia por las estructuras holgadas en la
mayoría de los casos.

10
b.- Resistencia mecánica (continuación)
La probabilidad de rotura aumenta exponencialmente con el esfuerzo de
tracción, y la resistencia disminuye rápidamente al aumentar la longitud.
Por ejemplo: mientras una fibra de 10 metros se puede alargar un 5%,
otra de 1500 metros no soporta más de un 2% de elongación.
Esta probabilidad no es una función claramente definida, aunque se sepa
que de la longitud del cable y del número y profundidad de las fisuras
iniciales.
Por otra parte, la vida útil de la fibra depende de la tensión permanente a
que se la somete, tanto mientras se tiende como cuando queda instalada.

11
c.- Fatiga estática
En el proceso de fabricación se incluyen elementos hidrófugos de
protección de la fibra, ya que la humedad presente en el exterior de la
misma provocar el aumento del tamaño de las fisuras superficiales
originadas procesos de tracción.
La vida media de las fibras está ligada directamente a la relación entre los
valores de fatiga durante el tendido y la tensión permanente a que
quedan sometidas, de modo que si la tensión de servicio es inferior al
20% de la resistencia inicial, el efecto de la fatiga estática es
despreciable, mientras que si excede del 30% la vida de la fibra
alcanza sólo unos días.

12
Los ensayos realizados son no destructivos.
Ha de tenerse en cuenta que el propio ensayo disminuye notablemente la
resistencia posterior de la fibra, por lo que si se quiere evitar este efecto,
ha de realizarse de modo estadístico sobre elementos que no vayan a
prestar servicio posteriormente.
d.- Atenuación por cableado
El cableado introduce una atenuación suplementaria del orden de 0,1
dB/Km, dependiendo de la longitud de onda de explotación.

13
3.2.- Los cables de F.O. Æ Consideraciones
de diseño y constructivas
La aplicación a que se destine el cable determinará en todos los casos su
estructura y, en consecuencia, sus características. En cualquier caso, han
de tenerse en cuenta los siguientes factores:
1) Elongación prevista Æ será pequeña en cables subterráneos y grande en el
caso de cables submarinos o de tendido aéreo.
2) Resistencia mecánica y tensión de trabajo admisible
3) Protección contra humedades
4) Tipo y grado de elementos agresivos ambientales Æ que determinarán las
características mecánicas y químicas de los materiales plásticos a utilizar.
5) Pérdidas adicionales causadas por curvaturas y microcurvaturas
6) Capacidad del cable Æ pequeña en cables destinados a aplicaciones de
gran velocidad y cables monofibra o bifibra para instalaciones de interior, y
grande para los cables de enlace de centrales telefónicas y de distribución.
7) Procedimiento de empalme Æ aspecto muy importante a considerar cuando
el número de fibras es grande, pudiendo determinar en estos casos la
elección de estructuras modulares de cable.

14
de diseño y constructivas: Estructuras
Los cinco primeros factores determinan la elección del tipo y dimensiones
del recubrimiento de la fibra, debiendo optar entonces por:
a. Estructura holgada o libre Æ la fibra y su recubrimiento primario quedan
inmersos en un fluido viscoso que los aísla parcialmente de esfuerzos
externos y humedades.
b. Estructura ajustada Æ la fibra está embutida por extrusión en un material
plástico resistente.

15
a.- Estructuras holgadas
Este tipo de cable busca fundamentalmente aislar a la fibra óptica de las
fuerzas mecánicas exteriores que se ejerzan sobre el cable.
Según la forma en que se disponga la fibra en el interior del cable, puede
ser:
• Con tubito: se utiliza un tubito plástico de alto módulo elástico (rígido), de
diámetro (2 o 3 mm.) superior a la fibra. Esta se adapta libremente en su
interior, a fin de quedar aislada de esfuerzos externos y de las variaciones de
temperatura. Los tubos pueden ser huecos o, más comúnmente estar llenos
de un gel resistente al agua que impide que ésta entre en la fibra, tal como la
silicona hidrófuga estable al menos entre -20 y +60 ºC.
• Con soporte (módulo) acanalado con ranuras: la fibra se coloca
flojamente en la acanaladura (ranura), directamente sobre el cable.

16
a.- Estructuras holgadas (continuación)
En cables de pequeño número de fibras, éstas se ensamblan por grupos de
6, 8, 10 o 12, recubiertos de polietileno, y todos ellos alrededor de un
elemento central resistente de poliamida aromática (aramida) de 0,7 a 4
mm., normalmente Kevlar 49.
Cuando se trata de cables de mayor capacidad se disponen varios de estos
elementos helicoidalmente alrededor de otro elemento resistente de igual o
mayor diámetro, y el conjunto se recubre con una cinta envolvente de
poliéster, una de polietileno (PE), otra estanca de aluminio y polietileno (Al-
PE), y una última de polietileno, o hilaturas de Kevlar en lugar de Al-PE.
A veces se incluyen en el cable conductores metálicos para alimentación de
regeneradores intermedios o para comunicaciones de prueba extremo a
extremo. La identificación de la fibra se hace por coloreado de los
recubrimientos primario y secundario.

17
Figura 4.32. Estructura típica de un cable de fibra óptica de estructura holgada (Tomado
de: http://www.textoscientificos.com/redes/fibraoptica/tiposfibra).

18
Figura 4.33. Ejemplos de cables de fibra óptica de estructura holgada (Tomado de: CommScope Fiber
Optic Cable Products Catalog).

19
b.- Estructuras ajustadas
Contiene varias fibras con protección secundaria que rodean un miembro
central de tracción, y todo ello cubierto de una protección exterior.
Típicamente, el cable está formado por un recubrimiento primario que
consiste en una capa de barniz de acetato de celulosa de 6 µm de
espesor o resinas de silicona de unas 20 µm. La segunda capa, colocada
sobre la anterior por extrusión, va directamente sobre ella y tiene un
espesor aproximado de 0,5 a 1 mm.
La fibra se incorpora a una estructura de elevada resistencia mecánica,
construida por una cubierta termoplástica de doble capa adherida a la
fibra.
La identificación de la fibra dentro del cable se hace coloreando el
recubrimiento secundario. Entre ambos recubrimientos se sitúa a veces
una capa amortiguadora.

20
b.- Estructuras ajustadas (continuación)
Estructura típica de un cable de fibra óptica de estructura rígida (Tomado de:
http://www.textoscientificos.com/redes/fibraoptica/tiposfibra).

21
b.- Estructuras ajustadas (continuación)
Figura 4.35. Ejemplos de cables de fibra óptica de
estructura rígida (Tomado de: CommScope Fiber

22
de diseño y constructivas: Cubiertas
En función del ambiente exterior en que se deba encontrar el cable, se
disponen los diferentes tipos de cubiertas. En la siguiente tabla se
indican algunos tipos de ellas y sus aplicaciones.
Cubierta Aplicación
Polietileno-Kevlar-polietileno Canalización
Polietileno-aluminio-polietileno Canalización
Polietileno-acero-polietileno Canalización
Polietileno-aluminio-polietileno Zanja canalizada
Polietileno-acero-polietileno Zanja canalizada
Polietileno-acero-polietileno Entenado
Polietil.-Kevlar-acero-polietil Aéreo
Tabla 4.1. Tipos de cubiertas para cables de fibra óptica

23
3.2.- Los cables de F.O. Æ Consideraciones de
diseño y constructivas: otros aspectos
Trenzado
Se denomina trenzado a la disposición de las libras en el interior del cable.
Si las fibras se disponen en el cable de manera rectilínea y paralela a lo
largo del elemento de soporte (elemento de suspensión), un accidental
pliegue del cable, sometería a las fibras a compresión longitudinal o a un
estiramiento (extensión).
Código de colores
Para distinguirlas fibras y darles un orden de numeración, se ha convenido
en colorear de distinta manera el revestimiento primario de las fibras
presentes en el interior del mismo tubito o de la misma ranura. Luego se
repiten los colores para los otro tubitos o ranuras. Para los tubitos o las
crestas de las ranuras, también se utilizan distintos colores para poderlos
distinguir y numerar

24
Sistema de coloración (continuación)
Tabla 4.2. Código de colores para fibras ópticas.
Posición Color base
1 Azul
2 Naranja
3 Verde
4 Marrón
5 Gris
6 Blanco
7 Rojo
8 Negro

25
Elementos auxiliares
Además de las fibras, con sus envolturas cubiertas, estos cables
disponen, como es usual en todos los cables para comunicaciones, de
otros conductores auxiliares: para alimentación del sistema de fibras,
conductores para alarmas y para comunicaciones de servicio.

26
3.3.- Los cables de F.O. Æ Principales
tipos de cables
a.- Cables para redes telefónicas interurbanas
Son los de aplicación más común.
Son cables de gran capacidad. Por lo general están formados por
varios tubos, cada uno de los cuales contienen varias fibras ópticas de
con un recubrimiento secundario holgado.
Están protegidos contra la entrada longitudinal y transversal del agua.
Cuando se usan en canalización -práctica más usual- no necesitan
protecciones adicionales contra los agentes mecánicos.
Cuando vayan a ser enterrados directamente o se encuentren en
ambientes especialmente agresivos, se les añade una segunda
cubierta a base de cinta acero-polietileno, que también los protege de
la entrada transversal del agua.

27
tipos de cables
a.- Cables para redes telefónicas interurbanas (continuación)
Normalmente se fabrican cables de 4, 8,16, 32, 64 y 128 fibras.
Figura 4.36. Ejemplos de cables para redes telefónicas interurbanas (Tomado de: CommScope Fiber

28
tipos de cables
Tabla 4.3. Características típicas de un cable de 32 fibras.
CUBIERTA APLICACION
1.- Elemento resistente central Kevlar 49 o acéro galvanizado
2.- Recubrimiento del elemento central Diámetro exterior = 2,5 mm.
Polietileno
3.- Tubo holgado con fibras y relleno de
compuesto antihumedad
Diámetro = 4 mm.
Poliéster
N de tubos = 8
N de fibras por tubo = 4
Diámetro exterior del tubo = 2,5 mm.
4.- Cintas envolventes Poliester
5.- Primera cubierta Polietileno
6.- Protección metálica Cinta estanca Al-polietileno
7.- Cubierta exterior Polietileno
Diámetro exterior = 16 mm.
Otros datos:
Peso (Kg/Km) 220
Radio de curvatura mínimo (mm) 300
Resistencia a la tracción (Nw) 2400
Longitud típica de la bobina (Km) 2 a 4

29
tipos de cables
b.- Cables para redes urbanas y locales
Se utilizan en zonas urbanas o con gran densidad de abonados, para
uniones entre centrales telefónicas y en redes de área local (LAN),
atendiendo a servicios telefónicos, de TV, terminales de datos, etc.,
por lo que el número de fibras a equipar por cable es muy grandes.
Al ir instalados en canalizaciones no precisan cinta de aluminio-
polietileno.
Por lo demás, son similares a los anteriores.

30
tipos de cables
b.- Cables para redes urbanas y locales (continuación)
Figura 4.37. Ejemplos de cables para redes urbanas y locales (Tomado de: CommScope Fiber Optic
Cable Products Catalog).

31
tipos de cables
c.- Cables monofibra y bifibra
Su aplicación más usual es la de latiguillos de conexión de los
equipos a las fibras de los cables de gran capacidad, cuando éstos se
despeinan para la conexión a aquellos.
Su función de latiguillos obliga a que su flexibilidad sea alta, para lo
que el elemento resistente se monta a base de hilatura de Kevlar
trenzada, lo que, a su vez, proporciona características dieléctricas al
conjunto.
Sobre el primer revestimiento (transparente) se coloca el segundo.
ajustado y de material plástico. La cubierta de estos cables suele ser
de poliuretano ignífugo (retardadora de las llamas), como medida
complementaria de seguridad.

32
tipos de cables
c.- Cables monofibra y bifibra (continuación)
Para su conexión a cable y equipo se terminan en sendos conectores
por sus extremos. En cuanto a la identificación como monomodo o
multimodo, se hace por el color de la cubierta exterior, siendo amarillo
para las primeras y verde para las otras.
La cubierta ignífuga del conjunto tiene forma de “8” o elíptica,
disponiendo en su parte central de un hilo de rasgado que permita
abrirlo para extraer independientemente cada una de las fibras.

33
tipos de cables
Tabla 4.4. Características típicas de un cable monofibra.
CARACTERISTICA VALOR TIPICO
Fibra con su primer recubrimiento Diámetro exterior 0.5 mm.
Segundo recubrimiento(ajustado) Diámetro exterior 1 mm.
Trenzado resistente de Kevlar 49
Cubierta de poliuretano ignífugo Diámetro exterior 3 mm.
Peso (Kg/Km) 10
Radio de curvatura mínimo (mm.) 30
Resistencia a la tracción (Newton) 300
Longitudes típicas de bobinas (m.) 2500 a 3000

34
tipos de cables
Tabla 4.5. Características típicas de un cable bifibra.
CARACTERISTICA VALOR TIPICO
Fibras con su primer recubrimiento Diámetro exterior = 0,5 mm.
Segundo reeubrimiento(ajustado) Diámetro exterior = 1 mm.
Trenzado resistente de Kevlar 49
Cubierta de poliuretano ignífugo Diámetro exterior = 3 mm.
Cubierta ignífuga para el conjunto bifibra Peso (Kg/Km) 25 - 30
Radio de curvatura mínimo (mm) 30 - 40
Resistencia a la tracción (Newton) 400 - 500
Longitudes típicas de hobinas (m.) 2500 - 3000

35
tipos de cables
Figura 4.38. Ejemplos de cables mono y
bifibra (Tomado de: CommScope Fiber

36
tipos de cables
d.- Cables dieléctricos
Su principal uso se encuentra en los servicios de banda ancha y
transmisiones telefónicas multicanales.
En algunas aplicaciones de los cables ópticos particularmente las
militares, es imprescindible que carezcan de componentes metálicos,
bien en la zona central de refuerzo o en cualquiera de las cubiertas
exteriores.
También son particularmente útiles en ambientes eléctricamente
ruidosos o en los que se prevean fenómenos de este tipo electrolítico.

37
tipos de cables
d.- Cables dieléctricos (continuación)
El elemento central resistente será, por tanto, de Kevlar, y una de las
capas de protección externa, que en un cable de fibra convencional es
de Al—polietileno o de acero—polietileno, queda sustituida por
hilatura de Kevlar.
El número de fibras es hasta de 32, y por su gran flexibilidad y poco
peso admiten instalación aérea, cosidos o en canalización.

38
tipos de cables
d.- Cables dieléctricos (continuación)
Figura 4.39. Ejemplo de cable dieléctrico (Tomado de: CommScope Fiber Optic Cable Products Catalog).

39
tipos de cables
e.- Cables para empresas eléctricas
Se aprovechan las características dieléctricas e inmunidad a las
interferencias electromagnéticas de los cables de fibra óptica, para la
transmisión de señales de telecomunicaciones a lo largo de las líneas
de distribución de alta tensión.
El cable se aloja en el interior del conductor de tierra de la red de
distribución y. como debe soportar altas temperaturas eventualmente,
los tubos que alojan las fibras son de plástico fluorado. A su alrededor
se dispone una capa de aluminio extruido, sobre la que se cablean una
o dos capas trenzadas de aleación de aluminio, que constituirá el
cable de tierra.

40
tipos de cables
e.- Cables para empresas eléctricas (continuación)
Por su función, el número de fibras necesarias es pequeño.
Los diseños permiten alcanzar temperaturas continuas en el núcleo
óptico hasta de 220 ºC y corrientes de 25 KA debidas a frentes de
onda escarpados en el cable metálico.
Desarrollos posteriores han permitido la instalación de conductores
óptico en el interior de los conductores de fase.

41
tipos de cables
f.- Aplicaciones militares
Además de las características dieléctricas antes mencionadas, se exige en
estas aplicaciones una alta resistencia mecánica y a las radiaciones nucleares,
por lo que el núcleo deberá ser de sílice. Al mismo tiempo, la disposición de
los elementos ópticos y la composición de sus cubiertas será tal que permita
un fácil y rápido pelado y utilización de conectores de campaña.
g.- Cables para empresas ferroviarias
Características normales de trabajo de este tipo de cables deben ser:
• Resistencia a las bajas temperaturas.
• Resistencia a las vibraciones.
• Protección antirroedores.

42
tipos de cables
Tabla 4.6. Tipo de fibra utilizada según la aplicación.
VENTANA DE
OPERACIÓN
APLICACION TIPO DE FIBRA
1ra ventana / 850 nm Enlaces de baja
capacidad (<20 Mb/s) /
Longitudes < 2Km
Multimodo de índice
escalón
2da ventana / 1300 nm Enlaces de alta capacidad
/ Enlaces de decenas de
kilómetros
Multimodo de índice
gradual / Monomodo
3ra ventana / 1550 nm Enlaces de alta capacidad
/ Longitudes de cientos de
kilómetros.
Monomodo

43
tipos de cables

44
tipos de cables

45
tipos de cables

46
tipos de cables

47
3.4.- Pruebas de los cables
MEDIDAS GEOMETRICAS:
z Diámetro de la superficie de referencia (revestimiento).
z Error de concentricidad núcleo-revestimiento
z No circularidad núcleo-revestimiento
z Diámetro, error de concentricidad y no circularidad del recubrimiento primario.
MEDIDAS MECANICAS:
z Resistencia a las microcurvaturas
z Resistencia a la abrasión.
z Resistencia a la tracción y alargamiento.
z Resistencia a la fatiga.
z Dependencia de la atenuación con la temperatura.
z Flexibilidad.

48
MEDIDAS DE TRANSMISION:
z Retrodispersión y atenuación monocromática.
z Atenuación espectral.
z Longitud de onda de corte.
z Dispersión espectral y total.
z Perfil del índice de refracción del núcleo.
z Ancho de banda en el dominio de la frecuencia.
MEDIDAS OPTICAS:
z Diámetro del campo modal.
z Apertura numérica.

49
MEDIDAS AMBIENTALES:
z Pruebas de temperatura.
z Pruebas de alta temperatura y humedad combinadas.
z Comportamiento a bajas temperaturas.
z Ciclos de temperaturas altas, bajas y humedad.
z pH del medio circundante.
z Inmersión en diversos medios agua marina, siliconas, aceite, petróleo, etc.

50
4.- Conexionado de cables de fibra
óptica
Agenda:
1) Requisitos de los métodos de conexionado
2) Empalmes
1. Tipos
a. De fusión
b. Mecánicos
2. Pérdidas en empalmes
3) Conectores
1. Características
2. Tipos

51
óptica
Requisitos de los métodos de conexionado:
¾ Reducida degradación de las propiedades de transmisión de la
fibra (bajas pérdidas de conexión y/o reflexiones).
¾ Alta fiabilidad de la conexión.
¾ Manejo sencillo (incluso para su realización en campo por
parte de operarios e instaladores).
¾ Bajo coste.

52
óptica: Empalmes
Consiste en conectar de manera permanente dos tramos dé fibra
óptica, a fin de dar continuidad al enlace, de manera que la
pérdida de potencia de la señal (atenuación de empalme) en el
punto de conexión sea mínima.
Tipos de empalmes:
z Mecánico (y adhesivos): se usa para trabajar sobre cables que
están funcionando. Para realizarlo se utiliza un soporte mecánico y un
aglomerante en el punto de conexión, que se establece en forma
mecánica.
z Por fusión: consiste en calentar hasta el punto de fusión, por medio
de una descarga eléctrica, los dos extremos de fibra óptica a unir.

53
óptica: Empalmes
Pérdidas en empalmes:
a. Intrínsecas
¾ Diferencias de diámetro entre los núcleos de las fibras.
¾ Excentricidad de los núcleos respectos del revestimiento (núcleos
ovalados).
¾ Diferencias entre los perfiles de los índices de refracción entre las dos
fibras.
¾ Diferencias entre los valores de los ángulos de aceptación de las
fibras.
b. Extrínsecas
¾ Limpieza insuficiente del revestimiento primario.
¾ Corte defectuoso.
¾ Ejes de fibra no alineados.
¾ Ejes de fibra no paralelos.
¾ Imperfección en la fusión.

54
óptica: Empalmes
Pérdidas en empalmes:
Figura 4.44. Causales de atenuación geométrica en un empalme de fibra óptica (Tomado de: CommScope
Fiber Optic Cable Products Catalog).

55
óptica: Empalmes por fusión
Etapas de un empalme por fusión:
1) Alineación Æ las fibras se posicionan y alinean entre loas
electrodos.
2) Prefusión Æ se activan los electrodos, haciendo pasar una
descarga eléctrica que sirve para limpiar la superficie de las
fibras y redondear los extremos.
3) Acercamiento Æ se aplica una fusión sobre las fibras para
acercarlas.
4) Fusión Æ se aplica una descarga de corriente más intensa
que permite fundir las fibras.

56
Con una pinza especial (125µ) se pela
(strip) unos 5cm de coating (color)
Se limpia (clean) la fibra con un papel
suave embebido en alcohol
isopropílico
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 división
correspondiente a la medida.
Una vez cortada, la fibra no se vuelve
a limpiar ni tocar.
d
a
.
U
n
a
v
e
z
c
u
m
p
l
i
d
o
e
s
t
o
,
a
t
r
a
v
é
s
d
e
u
n
a
r
c
o
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 verán las dos puntas,
pudiéndose observar si el ángulo es
perfectamente recto, sino fuera así la
máquina no nos permitiría empalmar.
Presionando el botón de empalme,
estando la empalmadora ajustada en
automático, la misma procederá a
alinear en los ejes x e y, y a acercar las
puntas a la distancia adecuada.

57
d
a
.
U
n
a
v
e
z
c
u
m
p
l
i
d
o
e
s
t
o
,
a
t
r
a
v
é
s
d
e
u
n
a
r
c
o
Una vez cumplido esto, a través de un arco
eléctrico dado entre dos electrodos, aplicará una
corriente de prefusión durante el tiempo de
prefusión, y luego una corriente de fusión
durante el tiempo de fusión.
Luego hará una estimación (muy aproximada)
del valor de atenuación resultante.

58
Clasificación de los empalme por fusión
Según tipos de
descargas eléctricas
• Descarga de corriente continua (DC)
• Descarga de corriente alterna (AC) (1)
Según la técnica
de alineamiento
Fijas Æ (alineamiento pasivo) las
fibras no se desplazan lateralmente,
sino que éstas se sitúan en
posiciones predeterminadas.
Móviles Æ (alineamiento activo) las
fibras se desplazan lateralmente
hasta obtener posiciones precisas
previamente a la descarga.
• Medición de
potencia.
• Visual
•
•

59
Clasificación de los empalme por fusión (continuación)
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.

60
Protección de los empalmes
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.
Factores a considerar para la protección de un empalme:
¾ Fiabilidad (variación de las pérdidas de empalme y rotura).
¾ Facilidad de manejo y coste.
¾ Estabilidad con las variaciones de temperatura.

61
Protección de los empalmes (continuación)
Tipos:
¾ Ranura con forma de V (V-groove) de plástico con cubierta.
¾ Un par de láminas de cristal cerámico.
¾ Un tubo termocontraíble, junto con una varilla de acero o un molde
de plástico.
Para la sujeción se utilizan como adhesivos una reacción química,
la fundición del material o resinas fotosensibles.

62
Tipos de fibra
-Monomodo, Multimodo y DSF
-Una sola fibra 125/250 um o una cinta de fibras
(hasta 12) 125/900 um
Pérdidas típicas de
empalme
0,05 dB para cinta de 12 SMFs
Posicionamiento de
fibras
-Ranuras en V fijas para alineamiento radial
-Motores de alta precisión para alineamiento axial
Alimentación
100-240 V AC, 50-60 Hz, batería adicional o conexión a la
del coche (12 V DC)
Entorno de operación 0-45 ºC, humedad máxima 98% RH no condensada
Monitor 6,5" TFT
Tamaño 223 x 346 x 165 mm
Peso 5,3 kg
Figura 45. Máquina empalmadora RSU 12 de Ericsson (Tomado de: Técnicas de empalme de fibras óptica /
Dr. Francisco Ramos Pascual / revista CONECTRONICA Nº 41).

63
Figura 46. Ejemplos de cajas de empalmes(1).

64
4.- Conexionado de cables de fibra óptica:
Empalmes mecánicos y adhesivos
Empalme Mecánico: utiliza una fuerza mecánica para mantener el
alineamiento de las fibras, por lo que existe la posibilidad de volver a
conectarse (reconfiguración).
Empalme Adhesivo: utiliza un material adhesivo para cumplir la función
de mantener alineadas las fibras. En este sentido es similar a un empalme
por fusión, dado que tiene la característica de ser permanente.
Técnica: ranuras en V realizadas en distintos materiales, tanto duros
como blandos Æ En el caso de materiales blandos es posible realizar
empalmes entre fibras de diferente diámetro.
Método de alineamiento Æ pasivo / el posicionamiento de las fibras
depende de la precisión del substrato y de su evolución con el tiempo.

65
Materiales de adaptación Æ son usados para reducir las pérdidas del
empalme y las reflexiones / Se necesita una adaptación de índices muy
precisa para suprimir las reflexiones / Materiales de adaptación: 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.
Figura 47. Alineamiento de fibras mediante
ranuras en V: substratos duro y blando
(Tomado de: Técnicas de empalme de fibras
óptica / Dr. Francisco Ramos Pascual / revista
CONECTRONICA Nº 41).
Figura 48. Empalme mecánico mediante abrazadera y varillas
(Tomado de: Técnicas de empalme de fibras óptica / Dr.
Francisco Ramos Pascual / revista CONECTRONICA Nº 41).

66
Figura 49. Empalme de múltiples fibras utilizando varillas de cristal y adhesivos (Tomado
de: Técnicas de empalme de fibras óptica / Dr. Francisco Ramos Pascual / revista
Figura 50. Empalme mecánico mediante abrazadera y ranuras en plástico (Tomado de:
Técnicas de empalme de fibras óptica / Dr. Francisco Ramos Pascual / revista

67
Conectores
Son los dispositivos que se utilizan para conectar dos
tramos de fibra, con la probabilidad de hacer
conexiones y desconexiones posteriores.
Se utiliza en todos los casos en los que se deben conectar o desconectar
las terminaciones del cable, según las necesidades de operación y
mantenimiento.
Características:
¾ Gran inmunidad a los agentes externos (polvo, temperatura).
¾ Garantiza una gran cantidad de conexiones y desconexiones sin
deteriorarse.
¾ Pérdidas de inserción mínimas.
¾ Bajas pérdidas de retorno.

68
Conectores
Tipos de conectores para cables de
fibra óptica:
a) FC que se usa en la transmisión de
datos y en las telecomunicaciones.
b) FDDI se usa para redes de fibra
óptica.
c) LC y MT-Array que se utilizan en
transmisiones de alta densidad de
datos.
d) SC y SC-Dúplex se utilizan para la
transmisión de datos (multimodo).
e) ST se usa en redes de edificios y en
sistemas de seguridad (monomodo).
Figura 51. Tipos de conectores (Tomado de:
Wikipedia).

69
5.- Medida de los parámetros de
transmisión
Agenda:
1) Mediciones típicas
2) Condiciones iniciales
3) Métodos de medición de atenuación
1. Método de corte
2. Método de las pérdidas de inserción
3. Método de retroesparcimiento

70
transmisión: Mediciones típicas
Medidas en Laboratorio
• Longitud de onda de corte
• Diámetro de campo modal
Medidas en Campo
• Atenuación
• Retroesparcimiento de la señal (para la
determinación de roturas y falsos
empalmes)
• Respuesta en banda base en el dominio
de la frecuencia.

71
transmisión: Condiciones iniciales
La habilidad y repetitividad de las medidas dependen de una
preparación previa, de carácter mecánico y óptico, de la fibra a
medir, previo pulido de la misma y posterior limpieza.
Los condicionantes para ejecución de las medidas varían según
se trate de una fibra monomodo o multimodo.
¾ Fibras multimodo: son determinantes las condiciones de inserción
de la luz en la fibra.
¾ Fibras monomodo: las mayores dificultades se centran en la
posible saturación del detector cuando se utilizan impulsos de alta
potencia.

72
Equilibrio modal
En una fibra multimodo los diversos modos que se propagan por
ella intercambian energía entre sí (mezcla modal),
fundamentalmente por la influencia de factores externos a la
propagación en sí misma (microcurvaturas, empalmes, etc.).
Esta mezcla de modos puede influir decisivamente en las medidas
de atenuación y ancho de banda, dependiendo del grado de
mezcla.
A partir de determinada longitud de fibra, llamada longitud de
equilibrio, el diagrama de campo electromagnético es
estacionario Æ a partir de allí se ha alcanzado el equilibrio entre
modos.

73
Equilibrio modal (continuación)
Esta longitud oscila normalmente de 1 a 5 Km.
Para evitar la inserción de tal longitud entre la fuente y la fibra a
medir (método de referencia), se emplea un mezclador de
modos, el cual aumenta artificialmente el acoplamiento modal y
permite que se alcance la situación de equilibrio a sólo unos
metros del extremo de la fibra a medir.
Sólo desde la longitud de equilibrio en adelante se pueden
efectuar medidas repetitivas con garantía, pues el parámetro a
medir será independiente de la distribución modal a la entrada.

74
transmisión: Medición de Atenuación
La medición de la atenuación representa la medición de la rutina más
típica de cables y de fibras ópticas.
Tiene por objeto proporcionar un medio que permita asignar cierto valor
de coeficiente de atenuación a un largo de fibra, de modo que los
valores de atenuación de cada tramo puedan sumarse para determinar la
atenuación total de un cable compuesto de varios tramos empalmados.
La medición de la atenuación durante la instalación y mantenimiento de
cable de fibra óptica se realiza usualmente en la longitud de onda de
trabajo del sistema de transmisión.
Procedimientos
de medida de la
atenuación
• Método de corte (ensayo de tipo destructivo Æ
solo aplicable en laboratorio)
• Método de las pérdidas de inserción
• Método de retroesparcimiento

75
Método de corte
El método de corte es una aplicación directa de la definición de
atenuación.
P2 es la potencia emergente en el extremo final de la fibra y P1 es la
potencia que emerge de un punto muy próximo al extremo de entrada de
luz, después de realizar un corte de la fibra , sin modificar las
condiciones de inyección.
Debido a que las conexiones de la fuente no son tocadas, las condiciones
de inyección permanecen inalteradas
Como el error de medición en esta técnica se encuentra limitado
solamente por la estabilidad de la fuente luminosa y del medidor de
potencia, es posible realizar mediciones con bastante precisión.

76
Método de corte (continuación)
Instrumentos de medición:
¾ Fuente de luz estabilizada Æ LED o diodo Láser
¾ Dispositivo de inyección Æ
¾ Medidor de potencia óptica Æ compuesto de un mezclador de modos (filtro
de modos) y un supresor de modos de revestimiento
Ventajas y limitaciones:
¾ Arroja los resultados más exactos Æ es el método de referencia de la UIT.
¾ La instrumentación de campo es relativamente económica.
¾ El margen dinámico es superior a los 60 dB en algunos instrumentos de
campo comercializados.
¾ Permite caracterizar la atenuación de la fibra a una longitud de onda o en
función de varias longitudes de onda.
¾ Sin embargo presenta algunas limitaciones:
¾ Su naturaleza destructiva (en cada medición la fibra se acorta 2 metros).
¾ Requiere una preparación de la fibra en ambos extremos.

77
Método de corte (continuación)
Figura 52. Método de corte para fibras multimodo (Tomado de: Introducción a la ingeniería de la
fibra óptica / Baltasar Rubio Martínez / Addison-Wesley Iberoamericana / 1994).

78
Método de inserción
Este método surgió a fin de solventar el carácter destructivo del
método de corte.
Se utiliza en instalaciones ya terminadas.
Es similar al método de corte, pero P1 es la potencia que emerge
desde un punto del tramo de fibra auxiliar, semejante al de la
prueba, y P2 es la potencia de salida al conectar la fibra bajo
prueba con la fibra auxiliar mediante un conector perfectamente
caracterizado.

79
Método de inserción (continuación)
Ventajas:
• Es útil para las mediciones de campo sobre cable instalado y
equipado con conectores.
• Permite medir la atenuación en función a varias longitudes de onda.
Limitaciones:
• La incertidumbre sobre la atenuación exacta que introduce el
dispositivo de conexión y el requerimiento de preparar ambos
extremos de la fibra instalada con conectores en cualquier caso.
• Su exactitud es siempre menor que la del método de corte.

80
Método de inserción (continuación)
Figura 53. Método de las pérdidas de inserción (Tomado de: Introducción a la ingeniería de la fibra
óptica / Baltasar Rubio Martínez / Addison-Wesley Iberoamericana / 1994).

81
Método de retrodispersión
Se basa en el fenómeno de esparcimiento de Rayleigh, por el
que en un punto de la fibra se esparce energía en el choque de la
señal con impurezas cuyo tamaño es comparable con la longitud
de onda en propagación, de la que sólo una fracción se mantiene
dentro del núcleo y puede regresar al punto de inyección.(1)
Es un método alternativo no destructivo.
Además de la atenuación, este método proporciona información
sobre las características de propagación de la fibra.

82
Método de retrodispersión (continuación)
Otras aplicaciones:
¾ Continuidad óptica y localización de averías (roturas, efectos dieléctricos,
defectos físicos, etc.).
¾ Identificación de irregularidades localizadas que se manifiestan en un
incremento de atenuación.
Ventajas:
ƒ No es destructivo.
ƒ Las mediciones se pueden repetir fácilmente, para ello se requiere acceder a
un solo extremo de la fibra, lo que constituye su principal ventaja desde el
punto de vista práctico para mediciones en cableado ya instalado.
ƒ Permite medir la atenuación de inserción de empalmes y conectores.
ƒ Proporciona información detallada sobre las características de atenuación de
la fibra y su dependencia con la longitud.
ƒ No contempla la exigencia de equilibrio modal y supresión de modos de
revestimiento.

83
Desventajas:
ƒ Incapacidad para realizar mediciones espectrales.
ƒ El nivel de señal óptica retrodispersada es normalmente pequeño y próximo
al nivel de ruido Æ limitación a la máxima gama dinámica, con el
inconveniente adicional de que la señal experimenta una doble atenuación.
ƒ Incapacidad para controlar la distribución de modos de luz retrodispersada
Æ un coeficiente de atenuación diferente para los dos sentidos de
propagación.
ƒ Sensibilidad a las no homogeneidades de las fibras.(1)

84
Figura 54. Esquema para medida del retroesparcimiento (Tomado de: Introducción a la ingeniería
de la fibra óptica / Baltasar Rubio Martínez / Addison-Wesley Iberoamericana / 1994).

85
P(t) = E.R. αR.vg.e-2αvgt/2 (I)
donde: E Æ amplitud de impulso de excitación
R Æ parte de potencia óptica que regresa al emisor
αR Æ coeficiente de atenuación debido al efecto Rayleigh
vg Æ velocidad media de grupo (=c/n)
α(dB/Km) = 10.log(P1/P2) (II)
2.(L2-L1)

86
Fibras monomodos:
R ≈ 2.δ (III)
√Ф0.V/a
donde: δ Æ diferencia relativa de índices de refracción
Ф0 Æ diámetro del campo modal al 50%
V Æ frecuencia normalizada
a Æ radio del núcleo de la fibra
Fibras multimodo de índice gradual:
R ≈ 3.(n1
2 – n2
2) ≈ 0,75.δ (IV)
8.n1
2

87
Figura 55. Ejemplo de curva de potencia retroesparcida (Tomado de: Recomendación
G651- Características de los medios de transmisión – Cables de fibra óptica).
1) Reflexión causada por
el dispositivo de
acoplamiento en el
extremo de entrada de
la fibra.
2) Zona de pendiente
constante.
3) Discontinuidad debida a
un defecto local,
empalme o
acoplamiento.
4) Reflexión debida a un
defecto dieléctrico.
5) Reflexión en el otro
extremo de la fibra.

88
6.- Mejoramiento de las características
de transmisión
La dispersión tiene un efecto determinante en la longitud
máxima de un enlace de fibra.
Se han diseñado diversos tipos de fibra para evitarla:
¾ Fibra con dispersión desplazada (DSF)
¾ Fibra con dispersión aplanada (DFF)
¾ Fibra con dispersión optimizada (DOF)
¾ Fibra compensadora de dispersión (DCF)

89
de transmisión

90
de transmisión

91
de transmisión

92
de transmisión

93
de transmisión

94
BIBLIOGRAFIA
z Introducción a la ingeniería de la fibra óptica / Baltasar Rubio
Martínez / Addison-Wesley Iberoamericana / 1994.
z 1er Curso Internacional de Sistemas de Transmisión por fibra
óptica / INACAP – CINCATEL / Santiago de Chile / 1997.
z Técnicas de empalme de fibras ópticas / Dr. Francisco Ramos
Pascual / Revista CONECTRONICA nº 41
z CommScope Fiber Optic Cable Products Catalog
z Curso: Mantenimiento de Redes de Fibra Opticas / Ingeniero
Roberto Taype P. / Universidad de Perú - Facultad de
Ingeniería – Escuela Profesional de Electrónica
z Redes ópticas DWDM

95
“No se nos otorgará la libertad externa más que en la
medida exacta en que hayamos sabido, en un
momento determinado, desarrollar nuestra libertad
interna.”
Mohandas
Karamchand Gandhī
(2 de octubre de 1869 - 30 de enero de
1948)

Cómo diseñar cables de fibra óptica para telecomunicaciones

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Cómo diseñar cables de fibra óptica para telecomunicaciones

Similar a Cómo diseñar cables de fibra óptica para telecomunicaciones (20)

Último

Último (15)

Cómo diseñar cables de fibra óptica para telecomunicaciones