Introducci

1
Introducción a las Fibras Opticas para
Comunicaciones
info_at_delandsrl.com http//www.delandsrl.com
2
Programa

• Fibras ópticas para comunicaciones conceptos
  teóricos y propiedades
• Conceptos teóricos generales
• Fibras multimodo y monomodo
• Cables con fibras ópticas tipos y aplicaciones

3
Programa

• Elementos pasivos
• Manipuleo de fibras ópticas
• Uso de herramientas
• Conectorizaciones en campo
• Empalmes mecánicos
• Verificación de conectores
• Ubicación en unidades de distribución

4
Programa

• Técnicas de medición
• Cálculos de atenuación
• Certificación de instalaciones
• Preparación de informes

5
Programa

• Video Fabricación de fibras ópticas (Corning
  Glass)
• Video Armado de conectores
• Video Uso de herramientas (Clauss)
• Video Interferometría
• Presentación medición con refractómetro

6
Fibras ópticas - Historia

• Charles Kao - ITT Labs, Harlow, Inglaterra - 1966
• Mensajes a alta velocidad por filamento de vidrio

7
Fibras ópticas - Historia

• Desarrollar un tipo de vidrio lo suficientemente
  puro
• 1 de la luz fuese retenido luego de 1 km de
  recorrido
• longitud de los tramos de cobre sin repetidores
  en esa época
• 1 de luz remanente equivale a 20 dB/km.

8
Fibras ópticas - Historia

• 1970
• científicos de Corning (Drs. Robert Maurer,
  Donald Keck y Peter Schultz)
• menos de 20 dB/km en una fibra óptica de vidrio
  muy puro.

9
Niveles de atenuación
10
ATENUACION vs. LONGITUD DE ONDA
11
Fibras ópticas

• Formadas por un filamento de vidrio de elevada
  pureza.
• Poseen un núcleo por el que se transmiten haces
  de luz con longitudes de onda perfectamente
  establecidas.
• 850 nm
• 1300 nm
• 1550 nm
• nm nanómetro 0.000000001 metros.
• color rojo 700 nm , infrarrojo 900 nm.

12
Ventajas de las fibras ópticas

• Alta calidad de transmisión.
• Mayor capacidad para el transporte de
  información.
• Atenuación mucho menor que en medios de
  transmisón basados en cobre.

13
Ventajas de las fibras ópticas

• Bajo peso y tamaño reducido.
• Es dieléctrica.
• Inmunidad a las interferencias electromagnéticas
  (EMI) y de radiofrecuencia (RFI).

14
Ventajas de las fibras ópticas

• Facilidad de instalación
• Escaso mantenimiento y elevada confiabilidad
• Simplicidad en las actualizaciones y mejoras
• Se pueden usar varias longitudes de onda (WDM).

15
Ventajas de las fibras ópticas

• Los costos de instalación tienden a reducirse.
• Hay menos componentes activos presentes.
• Ausencia de corrosión.
• Alta seguridad. Es virtualemente imposible
  introducirse en un sistema de fibra óptica sin
  ser detectado.

16
Tipos de fibras ópticas

• Multimodo con índice escalonado.
• Multimodo con índice gradual.
• Monomodo con índice escalonado.
• Monomodo con dispersión desplazada.
• Monomodo con dispersión aplanada.

17
(No Transcript)
18
(No Transcript)
19
Qué es un modo ?

• Un modo puede ser pensado como un patrón de
  ondulaciones fijas que se forman en la sección
  transversal de la fibra.
• Si hay varios medios ciclos de tales
  ondulaciones, continuos a lo largo del diámetro
  del núcleo de la fibra, la fibra está operando
  como una fibra multimodo.
• Si hay sólo un medio ciclo, está operando como
  monomodo.

20
Multimodo
Multimodo
Monomodo
21
Primeras instalaciones

• Primer sistema comercial ITT, 1977, industria
  telefónica, multimodo.
• Primera instalación monomodo MCI para sistema
  larga distancia en 1983
• Fines de los 80s reemplaza casi totalmente al
  cobre en las comunicaciones telefónicas de larga
  distancia.

22
Parámetros

• Atenuación de la transmisión
• reducción de su intensidad a lo largo de un tramo
  (absorción, difusión, flexiones - lt 50 mm - y
  microflexiones).
• Se mide en decibeles por km dB/km.

23
Parámetros

• Dispersión
• Diseminación de los pulsos de luz a lo largo del
  segmento de transmisión.
• Un pulso de luz LASER o LED consiste de un rango
  de longitudes de onda
• Cada longitud de onda viaja a una velocidad
  diferente en el vidrio
• Se mide en incrementos de ancho de pulso de la
  unidad de espectro por unidad de longitud
  ps/nm.km

24
Atenuación y dispersión
25
Parámetros

• Diámetro del campo modal
• En las fibras ópticas monomodo la luz es más
  intensa en el núcleo pero algo de luz se propaga
  en la zona del cladding.
• El diámero del campo modal es la medida del
  círculo de luz completo
• Longitud de onda de corte
• Es la longitud de onda por encima de la cual una
  fibra óptica monomodo soporta sólo un modo, o
  rayo, de luz.

26
Parámetros

• Apertura numérica
• Factor que define el grado de exactitud y
  eficiencia con el cual se debe encauzar un haz de
  luz dentro de una fibra óptica.

27
Apertura numérica

• Por ejemplo si tenemos una fibra con 1.45 y
  1 de entre índices de refracción, NA0.21
  radianes ó 12.

28
Parámetros

• Diámetro del campo modal
• Factor que tiene en cuenta la penetración del
  campo modal dentro del cladding.
• Permite mejores mediciones de las propiedades
  funcionales de la fibra que el diámetro del
  núcleo.

29
PERDIDA DE HACES DE LUZ POR MACROFLEXIONES
30
PERDIDA DE HACES DE LUZ POR MICROFLEXIONES Y
FALLAS
31
Tamaño de las fibras ópticas

• Fibra monomodo - diámetro de núcleo de 8-10 µm.
• Fibra multimodo - diámetro de núcleo de 50 a 100
  µm.
• Diámetro externo (ambos tipos) de 124 a 126 µm.

32
Fibras ópticas comerciales más usuales

• Multimodo FDDI Standard. 62.5/125 µm.
• Multimodo 50/125 µm.
• Multimodo 100/140 µm.
• Monomodo 8.7/125 µm.

33
Fibras ópticas comerciales

• Multimodo FDDI Standard. 62.5/125 µm.
• Se la utiliza mucho en redes de área local para
  especificaciones FDDI, FOIRL y Token-Ring. Las
  distancias usuales de aplicación rondan entre 1 y
  4 km.
• Diámetro del núcleo62.5 µm, diámetro de la fibra
  de vidrio o "cladding"125 µm. Sobre la fibra
  suele aparecer una cubierta acrílica protectora
  de 250 µm.

34
Fibras ópticas comerciales

• Multimodo 50/125 µm.
• Fibra multimodo de alta performance, con menor
  atenuación y mayor ancho de banda que la
  anterior.
• Se la suele utilizar para distribución de video y
  distancias moderadas.
• Su costo es menor que la 62.5/125 µm.

35
Fibras ópticas comerciales

• Multimodo 100/140 µm.
• Fibra de baja performance, con mayor atenuación y
  menor ancho de banda que las anteriores.
• Se la suele utilizar para capturar más luz de
  fuentes lumínicas de bajo costo. Bastante usada
  en dispositivos de automatización industrial.
• Su costo es de alrededor del doble de la 62.5/125
  µm.

36
Fibras ópticas comerciales

• Monomodo 8.7/125 µm.
• Es la fibra óptima de mejor performance.
• Es utilizada en grandes distancias (decenas de
  km) para telefonía y televisión por cable.
• En redes de área local/metropolitana se la
  utiliza cuando se desea recorrer grandes
  distancias sin elementos repetidores intermedios.
  
• Debido a que posee un núcleo muy reducido
  requiere fuentes de luz capaces de alinear el haz
  con el eje del núcleo. Esas fuentes de luz
  (fuentes laser en general) son más costosas que
  las utilizadas con las fibras multimodo (fuentes
  basadas en diodos emisores de alta potencia).

37
Fibras ópticas comerciales

• Matched-clad
• Es la que se obtiene con el proceso OVD y es
  reconocida por su consistencia.
• Este factor es muy importante cuando es necesario
  empalmar fibras con fibras

38
Fibras ópticas comerciales

• Depressed-Clad
• Es la que se obtiene con el proceso IVD o MCVD.
• Existe una zona de transición "deprimida" entre
  el valor del índice de refracción del núcleo y el
  del cladding.
• Más concentración de dopantes
• Pueden dar lugar a mayores atenuaciones.
• No son tan consistentes como las anteriores

39
Fibras ópticas en los cables

• Cables
• con fibras ópticas monomodo
• standard (0.35 dB/km)
• dispersión desplazada (0.25 dB/km)
• dispersión aplanada (0.30 dB/km)
• etc.
• con fibras ópticas multimodo
• FDDI / FOIRL standard 62.5/125 µm (3 dB/km)
• de alto rendimiento 50/125 µm (2 dB/km)

40
Selección del tipo de fibra óptica

• Longitud de onda, potencia, NA, tipo de fibra
  óptica.
• Longitud de tramo entre equipos electro-ópticos
  de emisión y recepción.
• De acuerdo al tipo de fibra a utilizar, se
  calcula la atenuación prevista para cada tramo y
  se verifica que esté dentro de los valores de
  atenuación admisibles.

41
Relación mecánica entre las fibras ópticas y su
cable

• Grado de concentricidad de la cubierta primaria
• Ensayos de resistencia (50, 100, 150, 200 kpsi)
• Carga de tracción máxima.
• Durante la instalación
• Permanente
• Carga máxima de aplastamiento.
• Esfuerzos máximos de corte.
• Supervivencia de las fibras a esfuerzos de
  tracción constantes.
• Mandriles de doblado.
• Temperatura de operación

42
Tipos de cables

• Cables
• para interior
• para conductos verticales
• para conductos horizontales
• para exterior
• para ambientes agresivos
• aéreos con tensor
• aéreos sin tensor
• dieléctricos
• etc.

43
Selección del tipo de cable

• Ambiente
• Obra civil
• Tensiones

44
Selección del tipo de cable

• Flexiones o posibles microfisuras que puedan
  aparecer durante la vida útil del cable.
• La cubierta del cable se eligirá en función del
  destino
• .Interior
• .Exterior en contacto con el aire.
• .Exterior aéreo.
• .Exterior subterráneo.
• .Mixto.

45
Selección del tipo de cable

• Cables
• Fibra óptica coating
• Pyrocoat
• Recubrimiento primario 250 / 500 µm (no siempre)
• Recubrimiento secundario 900 µm
• Cubierta protectora primaria elementos
  resistentes
• Cubierta externa elementos resistentes

46
Cables para fibras ópticas

• Cables break-out

BUFFER DE 900 µm (Tight buffer)
RECUBRIMIENTO PRIMARIO DE 250 ó 500 µm
COBERTURA BREAK-OUT
CLADDINGCOATING
NUCLEO
FIBRAS DE KEVLAR
47
Cables para fibras ópticas

• Cables break-out (n fibras)

CUBIERTA EXTERNA
48
Cables para fibras ópticas

• Cable break-out (n fibras) con malla

MALLA METALICA O HILOS DE KEVLAR
CUBEIRTA EXTERNA
49
Cables para fibras ópticas

• Cable tight-buffer (n fibras)

CUBIERTA EXTERNA
ELEMENTO RIGIDIZANTE O DE ACOMPAÑAMIENTO
FIBRA DE KEVLAR
FIBRAS OPTICAS CON BUFFER DE 900 µm
50
Cables para fibras ópticas
FIBRAS OPTICAS COATING

• Cable tubo suelto relleno con gel

ELEMENTO RESISTENTE
CUBIERTA EXTERIOR DE POLIETILENO
ARMADURA DE ACERO CORRUGADO
CINTA CONTRA EL AGUA
COBERTURA INTERIOR DE POLIETILENO
CINTA DE POLIESTER
COMPUESTO CONTRA LA HUMEDAD
TUBO SUELTO RELLENO CON GEL
51
Cables para fibras ópticas

• Cables tipo break-out y/o tight-buffer
• Para redes de hasta 20/25 km
• Para redes troncales con numerosas aperturas
• Pocas fibras ópticas por cable (hasta 48/50
  fibras)
• Dentro de edificios y en ambientes mixtos
  (dentro/fuera)
• En ductos verticales (necesidad de resistencia al
  peso propio)
• En ductos horizontales (necesidad de una gran
  flexibilidad, pequeños mandriles de doblado y
  diámetros reducidos)
• Para mejorar la resistencia a las llamas
• Para acceder a puestos de trabajo
• Para segmentos y pigtails

52
Cables para fibras ópticas

• Cables tipo break-out y/o tight-buffer
• En ambientes agresivos, en contacto directo con
  la tierra, altas/bajas temperaturas (sitios con
  gran amplitud térmica)
• En tendidos aéreos con condiciones climáticas
  extremas (-45/85 C)
• En tendidos aéreos con luces muy extensas
• Necesidad de tendidos dieléctricos
• Ahorro de obras civiles
• Economía en costos de instalación
• Fácil de terminar

53
Cables para fibras ópticas

• Cables tipo tubo suelto rellenos con gel
• Para redes muy extensas (centenas y miles de km)
• Para tendidos submarinos
• Para atender grandes centros de distribución
• Muchas fibras ópticas por cable (50 fibras)
• En ambientes externos
• En ductos horizontales extensos

54
Cables para fibras ópticas

• Cables tipo tubo suelto rellenos con gel
• En ambientes no muy agresivos, en general
  requieren mayor protección que los tipo
  break-out/tight-buffer
• Necesitan obras civiles
• Altos/medianos costos de instalación
• La terminación requiere equipos y mano de obra
  especializada
• Las fibras ópticas mantienen casi intactas las
  condiciones operativas de fábricación (ðmenor
  flexibilidad)
• Mayor control de normas

55
Fibra óptica en tubo suelto
Cable sin tensión
Cable elongado
Cable comprimido
56
Tipos de conectores

• Por su forma de inserción
• ST, FC PC / APC, SC PC / APC - DUPLEX
• MINI-BNC, D4, FDDI, DIN, SMA, Bicónicos, D4,
  ESCON, E2000, etc.
• Por su forma de retención de la fibra
• Epoxy
• Crimpeado
• Con aplastamiento de fibra
• Sin aplastamiento de fibra
• Con epoxy pre-incorporado

57
Tipos de empalmes

• fusión
• masiva
• simple
• mecánico
• Contacto
• Succión
• Sellado
• acople
• plano
• PC, APC, SPC, UPC

58
Conectores y empalmes

• Parámetros para evaluar su rendimiento óptico
• Pérdida por inserción(PI) medida de la capacidad
  para transmitir el nivel de potencia óptica en
  una unión entre fibras, en la dirección de la
  transmisión.
• Reflexión o pérdida por retorno(PR) medida de la
  potencia óptica reflejada en una unión entre
  fibras y guiada por la fibra en dirección hacia
  la fuente de luz.

59
Conectores y empalmes

• Parámetros para evaluar su rendimiento óptico
• PI Afecta fundamentalmente a las transmisiones
  digitales del orden de unidades y decenas de Mbps
  (ó Kbps).
• PR Afecta fundamentalmente a las transmisiones
  digitales de más de 100 Mbps (sobre todo si hay
  amplificadores ópticos) y de 1 ó más Gbps.
• PR Los sistemas de transmisión analógicos en AM
  son muy sensibles a este parámetro.

60
Pérdida por inserción
61
Conectores y empalmes

• Parámetros para evaluar su rendimiento óptico
• PI lt 0.5 dB (0.25dB)
• PR lt - 40 dB

62
Conectores y empalmes

• PI por problemas de alineación y apertura
  numérica.

Superficie de referencia
d 1
Núcleo No 1
d 2
Núcleo No 2
Superficie de referencia
Cladding
N.A.2
N.A.1
Cladding
qc1
qc2 lt qc1
63
Conectores y empalmes

• PI por problemas de excentricidad.

qc
64
Conectores y empalmes

• Reducción de PR.

qc
qc
65
Conectores y empalmes

• PI por problemas de alineación lateral

66
Conectores y empalmes

• PI por problemas de alineación lateral
• 2 w 8 µm , x lt 1 µm para PI lt 0.25 dB
• Valores de Campo modal
• SM std 1310 nm w9.3 µm
• SM ds 1310 nm w6.5 µm
• SM std 1550 nm w10.5 µm
• SM ds 1550 nm w8.1 µm

67
Conectores y empalmes

• PI por problemas de alineación angular

68
Conectores y empalmes

• PI por problemas de alineación angular (Caso
  usual en conectores crimpeados)

69
Conectores y empalmes

• PI por problemas de separación de caras.

70
Conectores

• Conectores. Pulidos PC / SPC y UPC.

71
Conectores

• Conectores. Pulido convexo.

72
Pérdidas por inserción
73
Pérdidas acumuladas
74
(No Transcript)
75
Otros elementos pasivos

• Break-out kit
• Fan-out kit
• Optical couplers

76
Enlaces con fibras ópticas en redes de datos

• La ubicación de los enlaces es muy variada
• Plantas industriales.
• Edificios de oficinas.
• Zonas urbanas.
• Un mismo enlace puede requerir de varios tipos de
  tendido cable subterráneo a cable aéreo, en
  combinación con cable de interior.

77
Enlaces con fibras ópticas en redes de datos

• Las distancias a recorrer no son muy grandes
  (usualmente de 1 a 10 Km).
• La cantidad de fibras ópticas por cable no
  supera, en la mayoría de los casos, un valor de
  4/6 fibras.
• Las condiciones de las etapas de tendido son más
  rigurosas y variadas, lo que requiere utilizar
  cables flexibles y muy resistentes. Se busca
  también no tener que usar mano de obra
  especializada para el tendido o cables muy
  rígidos.

78
Enlaces con fibras ópticas en redes de datos

• Las conectores son de fácil colocación y se busca
  la conectorización directa del extremo de las
  fibras, evitando el uso de "pigtails"
• En redes locales se utilizan equipos emisores con
  baja potencia y gran apertura numérica, lo que
  requiere el uso de fibras multimodo.

79
Enlaces con fibras ópticas en redes de datos

• Los tramos van de un equipo de transmisión a un
  equipo de recepción.
• Existe la posibilidad de utilizar derivadores
  puramente ópticos pero los mismos introducen
  atenuaciones muy elevadas.

80
Ejemplo atenuaciones en un tramo con segmentos
(patch-cords)
81
Ejemplo atenuaciones en un tramo con pigtails
82
Ejemplo de ensamble con pigtail a equipos
Caja de terminación
Casquillo de cable fijo
Funda de protección de empalme
Casquillo de Pigtail
Sujeta cable
Sistema de manejo de fibra
83
Ejemplo de ensamble con acople
84
Medición de parámetros

• Microscopios
• Fuentes de luz con long. de onda estabilizada
• Medidores de potencia óptica
• Atenuadores
• Medidores de pérdida por retorno
• Medidores de pérdida por inserción

85
Medición de parámetros

• Interferómetro
• Optical Time Domain Refractometer (OTDR)

86
Gráfico de un OTDR
REFLEXION EN PANEL FRONTAL DEL OTDR
EMPALME MECANICO (REFLECTIVO)
EMPALME POR FUSION (NO REFLECTIVO)
CONECTOR FINAL (REFLECTIVO)
RUIDO DE BASE
87
Cierre

• Una instalación de fibra óptica debe durar
  decenas de años ya que no corre contra los
  avances de la tecnología.
• El control de calidad requiere de algunos
  conocimientos teóricos.

88
Transparencias
89
Apuntes
90
Transparencias complementarias
91
Conectorizado y mediciones