Fusión de Fibra Óptica

 

Fusión de fibra óptica Actualmente existen tres formas de realizar un empalme de fibras:   Mediante un conector:  conector:  Es totalmente desmontable, por lo que nos permite la conexión y desconexión continua sin degradación de la transmisión. La única desventaja que esto tiene es que la atenuación es mayor

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  Empalmes mecánicos: Un mecánicos: Un método bastante común es la utilización de un capilar que puede ser cilíndrico o rectangular la idea introducir la fibra en el capilar de forma que el alineamiento esté forzado y rellenar el capilar con un adhesivo transparente (suele ser resina) con el índice de refracción del núcleo de la fibra.

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Se han conseguido con este método atenuaciones medias de 0.1dB en fibras tanto multimodo como monomodo. El problema en los cilíndros aparece en la tolerancia de los capilares utilizados y debido a ello en productos comerciales las pérdidas suelen estar alrededor de 0.5dB. Para solucionarlo se utilizan los cuadrados en estos se han conseguido de forma comercial pérdidas menores menores de 0.1dB.

 

    Empalmes de fusión: Es fusión: Es un sistema permanente, el cual consiste en calentar c alentar hasta el punto de fusión las puntas preparadas de las dos fibras, las cuales se empalma empalman n con una máquina.

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PREPARACIÓN DE LAS FIBRAS   Pelado: Eliminar Pelado: Eliminar las protecciones de la fibra. Pelar el revestimiento primario primario desde el extremo con la peladora la longitud depende del tipo de fusionadora a usar.

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• Limpieza: Limpieza: Después  Después del pelado, limpiar los restos del revestimiento pasando por la fibra

un algodón mojado en alcohol de alta pureza, desde el inicio hasta el extremo de la fibra pelada. También puede usar el dispensador de alcohol para la limpieza.

 

  • Corte: Corte:  

1.  Abrir la tapa de la Cortadora y fijar la fibra en la ranura de corte usando la pestaña pestaña..

2.  Mantener la fibra óptica perpendicular con respecto a la superficie de corte.

3.  Mover hacia delante la cuchilla asegurándose que la parte delantera reposa cerca de la ranura de corte. Si no es así la fibra puede quedar más larga de lo previsto. 4.  Mover hacia abajo la cuchilla de la cortadora para cortar la fibra.

 

5.  Abrir la tapa y extraer la fibra cortada.

 

6.  Sacar los restos y poner en la caja de deshechos.

Repite las operaciones anteriores con el otro extremo del otro cable que se desea empalmar.

FUSIÓN DE LAS FIBRAS Empalmes de fibras Alineamiento entre fibras y pérdidas en la unión.

 

Al contrario que en un empalme de conductores eléctricos la alineación va a tener gran importancia en los empalmes de fibra óptica, ya que la luz guiada ha de salir de una fibra e introducirse en la siguiente. Ya a primera vista parece bastante más complejo que en los conductores eléctricos. Incluso cuando dos fibras están perfectamente cortadas (corte perpendicular al eje) y alineadas, un porcentaje de la luz transmitida por la primera fibra será reflejada al encontrarse con una intecara vidrioaire, la luz que salga de la primera no toda incidirá sobre la superficie decon la segunda debido apertura numérica (la luz distribución angular angular la que entró) o aa la errores de alineamiento alineamiento. . saldrá con la misma Analicemos cada uno de los dos posibles fenómenos por los que tendremos una atenuación de la señal. El primer efecto se conoce como reflexión de fresnel y nos dice que la magnitud de luz reflejada (suponiendo que no se supera el ángulo crítico que obtenemos por la ley de Snell) es:

Donde r es la fracción de luz reflejada, es el índice de refracción del medio por el que se mu mueve eve la luz y es el medio al q que ue pasa la lu luz. z. La pérdida en decib decibelios elios será pues:

Para cada intercara y como tenemos dos segmentos de fibra este valor se doblará. Lamentablemente la reflexión de Fresnel no es la única fuente de atenuación, como ya hemos comentado, comentado, aún queda la ffuente uente potencial de mayor atenuación que es la causada por los problemas de alineamiento entre las fibras, tanto longitudinal, como axial o angular. Pero no sólo los problemas geométricos nos van a afectar sino también desviaciones en parámetros ópticos como:   Núcleos con diámetros diferentes: 

 

Apertura numérica diferente:

 

Perfil de índice de refracción diferente:

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Excentricidad y elipticidad del núcleo:

Por supuesto los mejores resultados al unir dos fibras los conseguiremos si éstas son idénticas y están bien hechas, si suponemos que esto es cierto y cada vez podemos asegurarlo mejor (con fibras de las mismas características y el mismo fabricante) podríamos podríamo s reducir la atenuación los los problemas geométricos. Las pérdidas de potencia óptica resultante resultantesa de tres tipos de error de alineamiento dependen del tipo de fibra y en e n particular del diámetro del núcleo y de la distribución de potencia entre los modos permitidos. También tenemos los errores de alineamiento:

 

Desajuste lateral:

 

Desajuste angular:

 

Desajuste longitudinal:

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  Parece claro que relativamente pequeños errores en el alineamiento pueden causar atenuaciones significativas y esto será especialmente cierto cuando los núcleos de las fibras se vayan reduciendo. También por ello fibras de núcleos grandes van a resultar poco afectadas y por ello las fibras de plástico son tan simples de conectar. También podemos deducir que va a haber grandes diferencias entre la utilización de fibras monomodo monomodo y multimod multimodo o precisamente por las diferencias entre los tamaños de los núcleos. Pérdidas en uniones de fibras multimodo Se han realizado estudios teóricos para calcular las atenuaciones producidas por los distintos tipos de errores de alineamiento. Vamossimplemente Vamossimpl emente a nombr nombrar ar alguna de las expresiones usadas para el cálculo de atenuaciones debidas a errores de alineamiento alineamien to laterales y angulares: Eficiencia lateral Los errores por no alineamiento lateral reducen la región de solapamiento entre los núcleos de las fibras. Si asumimos que todos los modos permitidos están uniformemente uniformemente excitados en el interior de la fibra podemos calcular la eficiencia de la conexión entre fibras partiendo de la separación entre lo loss cen centro tross de llas as fi fibra brass ( ) y el radio radio del núcle núcleo o ( ). La eficien eficiencia cia d dee acop acoplam lamien iento to lateral puede calcularse entonces como:

Resultando que la atenuación en decibelios es: Los resultados obtenidos por esta fórmula son ligeramente mayores que los medidos ya que el que los modos estén todos igualmente excitados es un caso especial. También en algunas ocasiones verun la primera fórmulaque simplificada consideran do que y esto será así se sí, puede tenemos gel intermedio tenga el considerando mismo índice

 

de refracción del núcleo de las fibras, o bien éstas están tan juntas que suponemos que no hay aire en medio. El mismo cálculo pero para fibras de índice gradual y considerando que no hay diferencias en los índices de refracción sería:

Para el cálculo de la atenuación en decibelios:

Se acepta como norma que para tener pérdidas de inserción menores que 0.5dB (lo máximo aconsejable) debidas a errores de alineamiento por desplazamiento lateral estos deberán ser menores del 5% del diámetro del núcleo de la fibra. Eficiencia angular Pasemos ahora a las pérdidas por errores de alineamiento angular. La fórmula siguiente predice con exactitud suficiente la eficiencia de acoplamiento angular:

Podemos observar que este tipo de errores se suaviza utilizando fibras con una longitud numérica (NA) grande. Eficiencia longitudinal La distribución angular a la salida de la fibra sigue el mismo patrón que la luz que ha sido guiada desde la entrada, a la entrada tenemos que la apertura numérica nos indica el patrón angular, de tal forma que a la salida tendremos un cono cuyo ángulo viene determinado por esta y por tanto un incremento de la NA decrementará la eficacia de este acoplo en oposición de lo que ocurre en la eficacia angular.

Perdidas en uniones de fibras monomodo Debido a las reducidas dimensiones del núcleo de una fibra monomodo la atenuación de la señal producida por errores de alineamiento serán mucho mayores que en las fibras multimodo. Una formulación simplificada para estos errores nos dice que la atenuación calculada será:

Donde el valor:

es el tamaño del punto (spot) normalizado para el modo fundamental y tiene

 

  Donde es el radio del núcleo de la fibra y es la frecuencia normalizada normalizada.. También hay fórmulas para el cálculo de la atenuación por errores de alineamiento angular en función del de error:

Cuando tenemos ambos errores de alineamiento no es cierto que pueda calcularse el error total como suma de ambos aunque para errores menores de 0.75dB se obtiene una aproximación aproxim ación razonable. El último modelo teórico que vamos a citar es uno que nos permite calcular las pérdidas intrínsecas en una unión entre dos fibras, es decir, considerando que no hay errores de alineamiento alineamien to de ningún tipo siempre habrá unas perdidas no evitables, éstas se pueden calcular según:

Donde y se pueden calcular a partir de la segunda fórmula para monomodo. Podemos ver que de ser iguales estas pérdidas desaparecen. • Las fusionadoras alinean, aproximan y calientan las fibras para obtener un empalme

perfecto, de bajas pérdidas y mínimas reflexiones. • Se basan en e n apoyar las fibras sobre unos soportes acanalados en V. • La geometría de las fibras introduce un grado de incertidumbre respecto al

alineamiento. Método Tradicional de fusión Melt-back) La soldadura de fibras implica el calentamiento hasta su punto de fusión de los extremos de dos fibras preparadas con la aplicación de suficiente presión axial como para que se unan. Es pues imprescindible que las fibras desnudas (sin capas protectoras) están correctamente posicionadas posicionadas y alineadas para que en el punto de fusión haya continuidad y no errores de alineamiento alineamiento.. Los sistemas de calentamiento pueden ser varios, aunque los más usados son los arcos voltaicos. Esa técnica ofrece la ventaja de ser un método con calentamiento puntual fácil de controlar. Por este método se han conseguido conseguido atenuaciones menores de 0.1dB.

 

  El arco de potencia se reduce si la distancia de fusión es demasiado grande, o se incrementa la fusión si es demasiado pequeña. El tiempo normal de calentamiento es de aproximadamente aproxim adamente 8 a 20 se segundos gundos con potencia de arco de empalme. El valor de fusión recomendado recomendad o va de 100 micras a 250 micras dependiendo del diámetro de la fibra. (a) Antes de la descarga del arco (b) Descarga del arco (c) Después de la descarga del arco

El problema aparece cuando se intentan soldar fibras monomodo ya que los núcleos tienen dimensiones menores de y por tanto se necesitan errores de alineación

 

menore meno ress de .P Par araa re reso solv lver er est estee prob proble lema ma qu quee pare parece ce iins nsol olub uble le nos nos ayu ayuda da la m mad adre re naturaleza mediante el fenómeno de la tensión superficial que va a conseguir un autoalineamiento autoalineam iento gracias al cual se consiguen pérdidas de 0.3dB.

Método de empalme Offset  Offset  En el método de corte y empalme offset, las fibras se empalman con un eje de desplazamiento (ver. Fig. 2 para fibras de 125 micras [6]). Se mide la variación de offset provocada por la tensión superficial. La potencia de arco necesita ser reducida si la variación de desplazamiento es demasiado grande o mayor si la variación de desplazamiento desplazami ento es demasiada pequeña. Al igual que en el método tradicion tradicional al de fusión, este método requiere, normalmente, múltiples preparaciones preparaciones de ffibra ibra y empalmes para llegar a una potencia de arco aceptable. Este método funciona bien para las fibras de telecomunicaciones, ya que la mayoría de los diámetros de fibra de vidrio son consistentemente de 125 micras. Sin embargo, el método de corte y empalme offset no funcionaría para una gran parte de los diversos tipos de diámetro de fibra, ya que la potencia de arco adecuada sería necesario establecerla para cada fibra antes del empalme. Por lo tanto, este método sólo se aplica a las fibras con un diámetro constante, como fibras de vidrio de 125 micras de diámetro de telecomun telecomunicaciones. icaciones.

 

Una nueva tecnología del método de potencia variable de fusión  fusión   Se emplean unas pocas técnicas clave en el proceso de la fusión de potencia de arco variable. En primer lugar, el tiempo de calentamiento del arco es muy corto, y variará en función del diámetro de fibra de vidrio medida. Para fibras de 125 micras de diámetro, el tiempo de arco puede ser de sólo 0,3 segundos, en lugar de unos pocos segundos en la fusión tradicional. tradicional. En segundo lugar, la potencia de arco comienza en un nivel de potencia bajo y se aumenta en un pequeño paso, suficiente para evitar que el extremo de la fibra se deforme demasiado rápido.

 

Especificaciones fusionadoras: 1.- FUSIONADORA DE FIBRA FIBRA ÓPTICA PROLITE-40) Listado de características y especificaciones Fibras aplicables Monomod Monomodo o (ITU-T G652) y (ITU-T G657), Multimodo Multimod o (ITU-T G651), DS (ITU-T G653), NZDS (ITU-T G655). Longitud corte de fibra 8 ~ 16 mm (Diámetro recubrimiento: 250 μm). Diámetro de fibra 16 fibra 16 mm (Diámetro recubrimiento: 250 ~ 1000 μm). Diámetro Revestimiento: 80 ~ 150 μm. Diámetro Recubrimiento: 100 ~ 1000 μm. Contador de fibra Individual. Método de alineación de fibra Alineación del núcleo.  núcleo.  Modo de fusión Automático en 3 ejes (X, Y, Z). Perdidas de retorno >60dB. Valores medios de pérdidas por fusión: 0,02 dB (Fibra óptica SM)  SM)  0,01 dB (Fibra óptica MM) 0,04 dB (Fibra óptica DS) 0,04 dB (Fibra óptica NZDS) Tiempo de calentamiento fusión medio: 9medio: segundos estándar). Tiempo de 30 s(monomodo (puede ajustarse de 1 a 60 s).  s).   Programas de fusión: 12 programas preprogramados de fábrica y 188 programas definibles por el usuario y configurables en función de la situación. Pantalla LCD a color de 5”.  Muestra simultáneamente simultáneamente en pantalla la fibra en el eeje je X e Y. Menú interfaz de funcionamiento Español, Inglés, Alemán, Portugués y Coreano.  Coreano.  Luz Interna (adecuada para trabajar de noche). Calefactor Integrado en la fusionado fusionadora. ra. Parámetros ajustables: Ángulo corte, duración calentamiento, potencia de pre-arco, duración pre-arco, potencia arco, duración arco, etc. Almacenamiento de resultados: 5000 resultados de fusión, 3 parámetros por  por resultado. resultado.   Prueba de tracción 2N. Visualización fibra y ampliación 400X (vista X o Y), 200X (vista X y Y). Y).   Vida del Electrodo 2500 arcos. Núm. de fusiones/ Calentamientos con batería Típicamente 130 ciclos (fusión / calent. c alent. Tubo) con una batería interna de litio. Interfaz RS232: Para la transmisión de datos, almacenamiento e impresión. ALIMENTACIÓN Batería De Li Ion Polímero. Carga de batería Por cargador interno. Tiempo de carga 3h 40min. Externa Tensión 13.5 V DC Consumo 25 W. Adaptador red cargador De 100 a 240V 50Hz / 60 Hz (Incluido).

 

  CONDICIONES AMBIENTALES Margen de temperaturas -10~+50 °C. Humedad relativa máxima 0~ 95 RH (Sin conden condensación). sación). CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS Dimensiones A. 150 x Al. 160 x Pr. 150 mm. Peso 3.52 kg. ACCESORIOS INCLUIDOS AF-001 Cortadora de Fibra óptica. AF-002 Electrodos de repuesto. AF-003 Peladora de fibra óptica. AF-004 Toallitas de limpieza. AF-005 100 Protectores de fusión 40 mm. DC-299 Maleta de transporte. AL-040 Adaptador de red Prolite 40. 40. CA-009 Cable de alimentación AC, Clavija CEE7/VII ,conector IEC320 C5. Pinzas SMD. Pinzas de plástico. Pincel de limpieza.

 

Especificaciones PROLITE-41 Tipos de fibra óptica aplicable Monomodo, Multimodo, DS, NZDS. Número de núcleos de la fibra Un solo núcleo. Diámetro de la fibra óptica Diámetro recubrimiento: 125 μm, diámetro revestimiento: 250 μm-900 μm. Programa de fusiòn Pre-configu Pre-configurados: rados: 40 grupos, Configurables: Configurables: 80 grupos. Valores de pérdidas SM).  0,02 dB medios (Fibra óptica MM). por fusión 0,03 dB (Fibra óptica SM).  0,06 dB (Fibra óptica DS). 0,06 dB (Fibra óptica NZDS). Alineación Alineación por núcleo y alineación por recubrimiento recubrimiento.. Pérdida por eco Por debajo de 60 dB. Tiempo de duración de la fusión 7 s (para caso típico). Estimación de pérdida por fusión Sí. Test de tensión 2 N. Pantalla LCD Color de 4,3". Número de Aumentos de la fibra X/Y:115 veces, X o Y:230 veces. Alimentación Batería de Litio de 11,1 V. Adaptadorr DC Externo 13,5 V y 5 A. Adaptado Adaptador coche 12 V. Adaptador Batería En uso normal dura 180 ciclos de fusión + hornillo calefactor. Carga completa de la batería 3 h. Vida de la batería aprox. 500 recargas. Almacenamiento de Resultados de Fusión 5000 grupos de los últimos registros.  registros.   Interfaz de datos USB 2.0. HORNILLO CALEFACTOR Diámetro de cable de fibra 250 μm - 900 μm, 2 ~ 3 mm.  Longitud manguito 60 mm/40 mm(FP-03). Tiempo de Aplicación Hornillo 35 s (60 mm) / 28 s (40 mm). Temperatura de Hornillo Calefactor 120 ~ 160 °C. CONDICIONES AMBIENTALES DE FUNCIONAMIENTO Altitud Hasta 2000 m. Margen de temperaturas De 5 a 45 ºC (Desconexión automática por exceso de temperatura). Humedad relativa máxima 80 % (Hasta 31°C), decreciendo linealmente hasta el 50% a 40 °C. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS Dimensiones A. 140 mm x A. 160 mm x Pr. 150 mm. Peso 1,6 kg (sin batería), 1,8 kg (con batería). ACCESORIOS INCLUIDOS AF-006C Cortadora. AF-002C Juego de Electrodos de repuesto.

 

Peladora estándar. Paquete de Manguitos termocontra termocontraíbles. íbles. Adaptadorr DC externo. Adaptado Cable de alimentación del Adaptador DC Externo. Maleta de transporte. Pinzas. Cepillo y pera sopladora. Bote dispensador de alcohol. Bandeja de refrigeración. Peladora para cable plano o drop. Repuesto de pinza imantada para hornillo. Juego de Pinzas de Sujeción imantadas para fibra.