INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y

ELCTRICA UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LPEZ MATEOS

INGENIERA EN COMUNICACIONES Y ELECTRNICA

OPTIMIZACIN DEL PROCESO DE EMPALME POR FUSIN DE FIBRAS PTICAS MULTIMODO DE NDICE GRADUAL PARA

REDUCIR PRDIDAS

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRNICA

PRESENTAN:

CELIS BAILN ISAAC ROSAS MARTNEZ HUGO ENRIQUE

ASESOR:

DR. RAL CASTILLO PREZ

MXICO, D.F. 2008

Agradecimientos Por su apoyo incondicional y profundo inters en mi bienestar quisiera agradecer de forma muy especial a mis Padres, mi hermano y a mi familia cercana, quienes han hecho posible la culminacin de mi carrera profesional y la elaboracin de esta publicacin.

No puedo dejar de mencionar mi agradecimiento a los profesores y compaeros de la ESIME Zacatenco que colaboraron en mi formacin profesional, y en particular al profesor Ral, quien fue nuestro asesor en este trabajo.

Adems le doy las gracias al Instituto Politcnico Nacional por haberme dado la educacin, las herramientas y las instalaciones para finalizar tanto mi carrera tcnica, como ahora mis estudios de Ingeniera.

Muchas gracias.

Atte. Isaac Celis Bailn.

A Dios, Por tu Gracia Inmensa en mi vida, por todas tus bendiciones, por tu especial cuidado, por tus maravillas Seor, estoy inmensamente agradecido, por que sin Ti nada de esto hubiera sido posible; durante toda mi preparacin profesional pude ver que somos linaje escogido, real sacerdocio, nacin santa, pueblo adquirido por Dios 1Pedro2:9 Gloria y hermosura es su obra, Y su justicia permanece para siempre... Salmo 111:3 Gracias Seor. A mis Padres, Gracias por su apoyo incondicional, por sus inmensas ganas de trabajar para lograr mi bienestar y poder concluir mis estudios profesionales. Los amo y agradezco tanto a Dios por haberlos planeado y escogido para m. Honra a tu padre y a tu madre, como Jehov tu Dios te ha mandado, para que sean prolongados tus das, y para que te vaya bien sobre la tierra que Jehov tu Dios te da... Deuteronomio 5:16 A Nadia Yannis, Una vez ms te dedico este trabajo, as como lo fue en la vocacional... Gracias por estar conmigo durante los momentos buenos y malos durante mi carrera profesional. Quiero que ests a mi lado y me permitas demostrarte mi amor y continuar dedicndote mis logros. Te amo con todo mi corazn y esto apenas es el comienzo para disfrutar juntos de las grandes bendiciones de Dios juntos. Ponemos nuestros sueos y anhelos en manos de Dios para que los haga realidad. Mejores son dos que uno; porque tienen mejor paga de su trabajo. Por que si cayeren, el uno levantar a su compaero; pero ay del solo! Que cuando cayere, no habr segundo que lo levante. Eclesiasts 3:9-10 Al Instituto Politcnico Nacional, Es un honor ser egresado de esta gran institucin, particularmente de ESIME, la mejor escuela de Ingeniera del pas. Gracias por mi formacin profesional y por los conocimientos adquiridos. Gracias por cada profesor y por cada compaero a lo largo de 9 semestres.

Atte. Hugo Enrique Rosas Martnez.

Contenido

Objetivo General Objetivos Particulares Justificacin Hiptesis Introduccin Captulo 1 Sistema ptico Bsico 1.1 Evolucin de los Sistemas de Ondas Luminosas

1.2 Fabricacin de la Fibra ptica 1.3 Sistemas de Comunicacin pticos 1.4 Fibra ptica como un Canal de Comunicacin 1.5 Transmisores pticos 1.6 Receptores pticos 1.7 Ventajas y Desventajas del uso de Fibra ptica 1.8 Principios de funcionamiento 1.9 ptica Geomtrica 1.10 Tipos de Fibras pticas

1.10.1 Fibras pticas Multimodo 1.10.1.1 Fibras pticas Multimodo de ndice Escalonado 1.10.1.2 Fibras pticas Multimodo de ndice Gradual 1.10.2 Fibras pticas Monomodo Captulo 2 Empalmes de Fibras pticas

2.1 Caractersticas de los empalmes de Fibra ptica. 2.2 Tipos de empalme 2.3 Proceso del empalme por fusin

2.3.1 Labores Previas al Empalme de Fusin 2.3.1.1 Preparacin de la Fibra ptica 2.3.1.2 Desnudado de la Fibra ptica 2.3.1.3 Corte de la Fibra ptica 2.3.1.4 Limpieza de la Fibra ptica

2.3.2 Proceso de Fusin 2.4 Prdidas del Proceso

2.4.1 Factores Intrnsecos

I I II II 1

3 3 5 6 7 7 8 10 11 11 12 12 12 14 15

16

16 17 17 18 18 18 19 20 20 21 22

2.4.1.1 Variacin de los Dimetros de las Fibras pticas. 2.4.1.2 Variacin en las Aperturas Numricas 2.4.1.3 Variacin en la Distribucin del ndice de Refraccin 2.4.1.4 Variacin en la concentricidad entre ncleo y revestimiento 2.4.2 Factores Extrnsecos

2.4.2.1 Desalineamiento Radial entre Fibras pticas 2.4.2.2 Separacin Axial entre Fibras pticas 2.4.2.3 Desalineamiento Angular entre Fibras pticas 2.4.2.4 Desviacin Angular entre Fibras pticas. 2.4.2.5 Acabado Superficial del corte.

2.4.2.5.1 Desprendimiento 2.4.2.5.2 Pico 2.4.2.5.3 Desviacin 2.4.2.5.4 Fractura 2.4.2.5.5 Opacidad 2.4.2.5.6 Rugosidad 2.4.2.5.7 Espiral 2.4.2.5.8 Concavidad 2.4.2.5.9 Convexidad 2.4.2.5.10 Rotura

2.5 Parmetros caractersticos del proceso de empalme por fusin. 2.5.1 Corriente de Limpieza 2.5.2 Tiempo de Limpieza 2.5.3 Corriente de Prefusin 2.5.4 Tiempo de Prefusin 2.5.5 Corriente de Fusin 2.5.6 Tiempo de Fusin 2.5.7 Z-Gap 2.5.8 Avance segn el eje Z 2.5.9 Tiempo de Retardo 2.5.10 Punto de Fusin

2.6 Influencia de los parmetros en la Apariencia del Empalme

Captulo 3 Descripcin del equipo y procedimientos para empalmar 3.1 Medidas de seguridad

3.2 Prcticas realizadas 3.2.1 Medida de la Apertura Numrica. 3.2.2 Estabilidad de la Fuente. 3.2.3 Medida de la Atenuacin.

3.2.3.1 Medida directa 3.2.3.2 Medida por insercin

3.2.3.2.1 Medida por substitucin 3.2.4 Conectorizacin de fibras pticas.

3.2.4.1 Preparacin del cable

22 23 23 24

25 25 26 27 27 28 30 30 31 32 33 34 34 35 35 36 37 37 37 37 37 38 38 38 38 39 39 40

42

42 43 43 46 47 53 55 56 58 59

3.2.4.2 Preparacin de la fibra 3.2.4.3 Montaje y fijacin del conector 3.2.4.4 Abrasin y pulido de la fibra 3.2.4.5 Inspeccin visual 3.2.4.6 Medida de la atenuacin del cable ptico con conectores

3.2.5 Corte de la fibra ptica 3.3 Empalmes de fibras pticas 3.4 Descripcin del equipo a utilizar

Captulo 4 Experimentacin. Desarrollo de pruebas de empalme

4.1 Empalmes con programas predefinidos 4.2 Resultados de la medicin de atenuacin y de los empalmes con programas predefinidos

4.2.1 Programa Mmode Warm 4.2.2 Programa Mmode Cool 4.2.3 Programa Mmode Standard 4.2.4 Programa Mmode Hi Pref. 4.2.5 Programa Mmode Hi Stuff

4.3 Variacin de parmetros de programas predefinidos 4.3.1 Multimodo Hi Pref. 4.3.2 Multimodo Warm 4.3.3 Encontrando el empalme con baja atenuacin. Parmetro Arco2a

4.4 Combinacin de parmetros de Arco1 con el Arco 2a 4.5 Combinacin de parmetros de Tiempo 1 con el Arco 2a 4.6 Combinacin de parmetros de Desplazamiento con el Arco 2a 4.7 Combinacin de parmetros de Zona de Wiggle con el Arco 2a 4.8 Combinacin del mejor empalme obtenido. Anlisis de distancias y cortes entre fibras.

Captulo 5 Conclusiones Bibliografa

60 61 62 65 65 67 68 72

75

75 77

77 78 80 81 82 85 86 88 89 90 91 92 92 93

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I

Objetivo General Optimizar los parmetros utilizados en el proceso de empalme por fusin de fibras pticas multimodo de ndice gradual partiendo de las condiciones existentes para reducir las prdidas.

Objetivos Particulares Conocer los antecedentes de las comunicaciones pticas Analizar las caractersticas de las distintas fibras pticas existentes Investigar las diferentes tcnicas de empalme Conocer las medidas de seguridad que son necesarias para el manejo de fibra ptica Realizar empalmes de fibras pticas multimodo de ndice gradual utilizando los programas existentes en la empalmadora Fase II de Tritec Seleccionar el programa que genere la menor atenuacin y utilizarlo como base variando sus parmetros para minimizar las prdidas

II

Justificacin En las comunicaciones realizar enlaces con la menor atenuacin es un punto de vital importancia dado que se pueden ahorrar equipos regeneradores de la seal. Mientras ms baja sea esta atenuacin, lo cual permitir disminuir equipos, obtendremos menores gastos en los equipos antes mencionados. Los empalmes son empleados en la industria de las comunicaciones, y stos deben realizarse para unir dos fibras pticas. Nuestro proyecto tiene el fin de obtener un empalme ptimo con las menores prdidas, lo cual representa expandir alcance en distancia y aumentar potencia a la salida. Para las comunicaciones pticas representa un beneficio, ya que industrias que desarrollan empalmes pueden optimizar y mejorar sus procesos de fusin, en base a lo desarrollado en el presente proyecto cualquier empresa con sus empalmadoras puede llevar a cabo un anlisis de la misma manera. Para la Seccin de Estudios de Postgrado e Investigacin (SEPI), se apoya a una lnea de investigacin que desarrollan alumnos y profesores de licenciatura y maestra. El presente proyecto es parte de los proyectos que se desarrollan en la SEPI.

Hiptesis La modificacin de tiempos y corrientes a los valores especificados para la empalmadora permitir reducir prdidas en los empalmes de fibras pticas multimodo de ndice gradual.

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Introduccin El uso de la luz para fines de comunicacin se remonta a la antigedad, si interpretamos las Comunicaciones pticas en un sentido amplio. La mayora de las civilizaciones han utilizado espejos, fuego o seales de humo para transmitir una sola pieza de informacin (como la victoria en una guerra). Esencialmente la misma idea se utiliz hasta finales del siglo XVIII, por medio de lmparas de sealizacin, banderas y otros dispositivos semforo. El primer telgrafo ptico fue puesto en servicio entre Pars y Lille (dos ciudades francesas separadas por aproximadamente 200 km) en julio de 1794. Para 1830, la red se haba extendido a toda Europa. El papel que desempeaba la luz en estos sistemas era simplemente hacer visibles las seales codificadas para que stas pudieran ser interceptadas por las estaciones repetidoras. Los sistemas opto-mecnicos del siglo XIX eran inherentemente lentos. A lo largo de los aos los sistemas pticos de comunicaciones han incrementado su capacidad de transmitir informacin, de tal manera que han pasado de utilizar un mtodo mecnico bastante rustico para el intercambio de informacin, hasta un sistema de comunicaciones que utiliza el lser como fuente luminosa confinada en un material llamado fibra ptica, para transmitir informacin a los diferentes usuarios que la requieran, de una forma ms rpida y efectiva. La aplicacin de las comunicaciones por fibra ptica es en general posible en cualquier rea que requiera la transferencia de informacin de un lugar a otro. Como sea, los sistemas de comunicacin por fibra ptica han sido desarrollados mayormente para aplicaciones de telecomunicaciones. Esto es entendible en vista de las redes telefnicas mundiales existentes que son utilizadas para transmitir no slo seales de voz, sino tambin datos de computadora y mensajes de fax. Los sistemas de comunicaciones por fibra ptica presentan diversas ventajas en comparacin con los sistemas convencionales de cobre, siendo las mas relevantes: 1.) Baja prdida en la transmisin y un ancho de banda amplio, 2.) Menor tamao y peso, 3.) Inmunidad a la interferencia, 4.) Aislamiento elctrico, 5) Seguridad de la seal, 6) Abundante materia prima. Para poder obtener el mayor beneficio de dichas ventajas es de primordial importancia asegurarse que la integridad de la fibra ptica, que sirve como nuestro canal de comunicaciones, se conserve lo mas intacta posible. Este problema se presenta cuando se desea enlazar dos puntos separados por una gran distancia geogrfica por medio de fibra ptica, ya que no es posible fabricar un cable de fibra ptica de tamao infinito debido a las limitantes que presentan los equipos y tcnicas que a lo largo de este trabajo se detallan; por lo tanto se deben realizar uniones (empalmes) a lo largo del enlace de fibra ptica.

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Los empalmes que se realicen a lo largo de un enlace de fibra ptica deben de introducir o agregar la menor atenuacin posible al canal de comunicaciones, lo cual permite reducir la potencia en la transmisin de los datos, as como disminuir el uso de repetidores o amplificadores pticos a lo largo de la trayectoria, la combinacin de estos factores se ve reflejada en la disminucin de costos y en el incremento de la cobertura o alcance que tendr dicho enlace. Para el empalme de fibras pticas existen diferentes mtodos, siendo el ms comn en la actualidad, y el que utilizaremos en nuestras pruebas, el empalme por fusin. Este tipo de empalme o unin se realiza mediante un equipo llamado empalmadora de fusin. El principio bsico en el empalme por fusin es que dos fibras previamente preparadas se coloquen juntas y sus terminaciones se fundan mediante un arco elctrico para formar una unin homognea. En el pasado las fibras pticas utilizaban mtodos de alineacin para ser empalmadas como la Alineacin por Inyeccin y Deteccin Local de Luz, o la Alineacin por Video. La fibra ptica actual es fabricada bajo estndares ms rigurosos, lo cual permite considerar que el ncleo de las fibras es concntrico al revestimiento. Este avance en la fabricacin de las fibras pticas permiti la creacin de una generacin nueva de empalmadotas, las cuales basan su sistema de alineacin utilizando como gua el revestimiento de la fibra ptica. La empalmadora Fase II de Tritec, la cual utilizaremos en nuestras pruebas, cuenta con un sistema de alineacin basado en la referencia que da el revestimiento de la fibra ptica, pero a pesar de los avances de la tecnologa con este mtodo de alineacin, existen factores que provocan malas uniones entre las fibras. Dichos factores estn relacionados con el corte de las fibras pticas, la separacin axial y desalineamiento entre las fibras, as como los parmetros que componen los programas que utiliza la empalmadora para realizar las uniones. Para poder optimizar el proceso de empalme por fusin de fibras pticas multimodo de ndice gradual propondremos cambios en los programas predefinidos en la empalmadora, los cuales tomando en cuenta los valores de atenuacin que obtengamos nos permitirn definir un programa que permita realizar empalmes con este tipo de fibras introduciendo la menor atenuacin posible, con el equipo disponible. Mencionaremos en el Captulo 1 los antecedentes de los sistemas de comunicaciones pticos, as como sus componentes y las caractersticas ms importantes de las fibras pticas. Por otra parte en el Captulo 2 nos enfocaremos a los empalmes de fibras pticas, analizando cuales son los factores que introducen las prdidas ms significativas durante el proceso de empalme. Una vez definida la parte terica, en el Captulo 3 centramos nuestra atencin en los mtodos para medir la atenuacin, seleccionando el ms estable, el cual utilizaremos en las pruebas de empalme. En el Captulo 4 de este trabajo se exponen los resultados obtenidos utilizando los programas predefinidos en la empalmadora, as como los valores de atenuacin obtenidos al modificar dichos programas. Finalmente en el Captulo 5 presentamos las conclusiones a las cuales llegamos despus de la experimentacin.

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Captulo 1

Sistema ptico Bsico Con este primer capitulo pretendemos explicar de una forma general la evolucin que han tenido los sistemas pticos con el paso de los aos, asi como tambin mencionaremos los diferentes mtodos que se utilizan para la fabricacin de la fibra ptica. Por otra parte mencionaremos cuales son los elementos que componen, de forma esencial un sistema de comunicaciones ptico. Una de los aspectos que aborda este trabajo esta relacionado a la forma de propagacin de las ondas luminosas a travs de la fibra ptica, por lo que se explica que principios y leyes estn implicados en la transmisin de informacin mediante luz. Despus de hablar de la propagacin de las ondas luminosas mencionamos algunas de las caractersticas mas relevantes de los diferentes tipos de fibras pticas, enfocando nuestra atencin en las fibras pticas multimodo de ndice gradual. 1.1 Evolucin de los Sistemas de Ondas Luminosas. (1) La fase de investigacin de los sistemas de comunicacin por fibra ptica comenz alrededor de 1975. El enorme progreso logrado durante un periodo de 25 aos extendido desde 1975 hasta el 2000 puede ser agrupado en distintas generaciones. La Figura 1.1 muestra el incremento del producto BL (producto de la tasa de bits-distancia, BL, donde B es la tasa de bits y L es la separacin entre repetidores) en este periodo de tiempo como una cuantizacion de varios experimentos de laboratorio. La lnea recta corresponde a un incremento del doble del producto BL cada ao. En cada generacin, el producto BL inicialmente se incrementa pero se comienza a saturar conforme la tecnologa madura. La primera generacin de sistemas de ondas luminosas operaba cerca de los 0.8 m y utilizaba lseres semiconductores de GaAs. Despus de varios intentos de campo durante el periodo de 1977 a 1979 tales sistemas estuvieron disponibles comercialmente en 1980. Operaban con una tasa de bits de 45 Mb/s y permitan una separacin entre repetidores de hasta 10 km.

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Figura 1.1 Incremento en el producto BL durante el periodo de 1975 a 1980 a travs de las

diferentes generaciones de sistemas de ondas luminosas. (1) La segunda generacin de sistemas de comunicacin por fibra ptica llego a estar disponible cerca de los ochentas pero la tasa de bits de los primeros sistemas estaba limitada debajo de 100 Mb/s por la dispersin en las fibras multimodo. Esta limitacin fue superada con el uso de fibras monomodo. Un experimento de laboratorio en 1981 demostr una transmisin a 2 Gb/s sobre 44 km de fibra monomodo. La introduccin de sistemas comerciales sigui pronto. Para 1987, la segunda generacin de sistemas de ondas luminosas, operando con tasas de bits de hasta 1.7 Gb/s con una separacin entre repetidores cercana a 50 km, estaba comercialmente disponible. La introduccin de la tercera generacin de sistemas de ondas luminosas operando a 1.55 m se retras considerablemente debido a una dispersin grande cercana a 1.55 m. La tercera generacin de sistemas de ondas luminosas operando a 2.5 Gb/s lleg a estar disponible comercialmente en 1990. Esos sistemas eran capaces de operar con una tasa de bits de hasta 10 Gb/s. La cuarta generacin de sistemas de ondas luminosas hace uso de la amplificacin ptica para incrementar la separacin entre repetidores, y de la multiplexacin por divisin de longitud de onda (WDM) para incrementar la tasa de bits. Para 1996, no slo la transmisin sobre 11300 km a 5 Gb/s haba sido demostrada usando los cables submarinos actuales, sino que los sistemas de cable comerciales trasatlnticos y traspacficos ya estaban disponibles. Desde entonces, un gran nmero de sistemas de ondas luminosas ha sido desplegado en todo el mundo. La Figura 1.2 muestra la red internacional de sistemas submarinos alrededor del ao 2000. El enlace de fibra ptica de 27,000 km alrededor del mundo (conocido como BANDERA) comenz a operar en 1998 enlazando muchos pases Asiticos y Europeos. Otro sistema de ondas luminosas mayor, conocido como frica Uno comenz a operar alrededor del ao 2000; ste rodea el continente Africano y cubre una distancia total de transmisin de cerca de 35,000 km.

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Figura 1.2 Red internacional submarina de sistemas de comunicacin por fibra ptica para el

ao 2000. (1) Una red global real cubriendo 250,000 km con una capacidad de 2.56 Tb/s (64 canales WDM a 10 Gb/s sobre 4 pares de fibras) estaba programada para comenzar a operar en el ao 2002. Claramente la cuarta generacin de sistemas ha revolucionado todo el campo de las comunicaciones por fibra ptica, de tal modo que la primera generacin de sistemas tena una capacidad de 45 Mb/s en 1980. Es extraordinario que la capacidad haya brincado con un factor de ms de 10,000 en un periodo de 20 aos. La quinta generacin de sistemas de comunicaciones por fibra ptica est enfocada en extender el rango de la longitud de onda con el cual un sistema WDM puede operar simultneamente. La ventana de longitud de onda convencional, conocida como la banda C, cubre el rango de longitud de onda de 1.53 a 1.57 m y est siendo extendida tanto hacia las longitudes de onda ms grandes como hacia las longitudes de onda ms cortas resultando en las bandas L y S, respectivamente. La quinta generacin de sistemas tambin intenta incrementar la tasa de bits de cada canal dentro de la seal WDM. 1.2 Fabricacin de la Fibra ptica. (7) Dos tcnicas bsicas son utilizadas en la fabricacin de todas las guas de onda de vidrio. Estos son, el proceso de oxidacin de fase de vapor y los mtodos de fusin directa. El mtodo de fusin directa sigue los procedimientos tradicionales usados en la fabricacin de la fibra ptica donde las fibras estn hechas directamente del estado de fusin de componentes puros a vidrios de silicato. En la fase de vapor del proceso de oxidacin, vapores altamente puros de halogenuros metlicos (por ejemplo SiCl4 y GeCl4) reaccionan con el oxgeno para formar un polvo blanco de partculas de SiO2. Las partculas son entonces recolectadas sobre la superficie de un cristal grueso por uno de cuatro procesos comnmente utilizados y son sinterizados (transformados a una masa de vidrio homognea mediante calentamiento, pero sin

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fundir) por una de la variedad de tcnicas para formar un vidrio claro como vara o tubo (dependiendo del proceso). Esta vara o tubo es llamada preforma. Usualmente mide aproximadamente entre 10 y 25 mm de dimetro y entre 60 y 120 cm. de largo. Mtodo de Fusin Directa Mtodo de doble crisol Fabricacin Oxidacin por fase de vapor externo (OVPO) de la Fibra Deposicin de Vapor Externo (OVD). Mtodo de oxidacin Deposicin axial de fase de vapor (VAD) de fase de vapor Deposicin de Vapor Qumico Modificada (MCVD) Deposicin interna de fase de vapor Deposicin de vapor qumico modificado por plasma activada (PCVD) Despus de obtener la preforma con alguno de los mtodos antes mencionados, la preforma es introducida con precisin dentro de un calentador circular llamado horno de jalado. Aqu la parte final de la preforma es ablandada hasta un punto donde sta pueda ser jalada como un pequeo filamento, el cual llega a ser la fibra ptica. La velocidad de giro del carrete colocado en la parte inferior de la torre de jalado determina qu tan rpido la fibra est siendo jalada. Esto determinara el grosor de la fibra, por lo que la velocidad de giro del carrete debe de ser mantenida. Para proteger a la fibra de vidrio desnuda de contaminantes externos tales como el polvo o el vapor de agua, es aplicado un recubrimiento elstico a la fibra inmediatamente despus de que es jalada. 1.3 Sistemas de Comunicacin pticos. (1) La Figura 1.3 muestra un diagrama genrico a bloques de un sistema de comunicacin ptico. Consiste en un transmisor, un canal de comunicacin y un receptor, los tres elementos comunes a todos los sistemas de comunicacin. Los sistemas de comunicacin pticos pueden ser clasificados en dos grandes categoras: guiados y no guiados. Como el nombre lo indica, en el caso de los sistemas de ondas luminosas guiados, el haz de luz emitido por el transmisor permanece espacialmente confinado. Ya que todos los sistemas de comunicacin ptica guiados actualmente usan fibras pticas, el trmino comnmente usado para ellos es sistemas de comunicacin por fibras pticas (SCFO). El trmino sistema de ondas luminosas algunas

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veces es utilizado para los sistemas de comunicacin por fibra ptica, aunque ese trmino generalmente debera incluir ambos, tanto sistemas guiados, como no guiados.

Figura 1.3 Sistema genrico de comunicacin ptica. (1) La aplicacin de las comunicaciones por fibra ptica es en general posible en cualquier rea que requiera la transferencia de informacin de un lugar a otro. Como sea, los sistemas de comunicacin por fibra ptica han sido desarrollados mayormente para aplicaciones de telecomunicaciones. Esto es entendible en vista de las redes telefnicas mundiales existentes que son utilizadas para transmitir no solo seales de voz, sino tambin datos de computadora y mensajes fax. Las aplicaciones en telecomunicaciones pueden ser clasificadas en dos grandes categoras: largo alcance y corto alcance, dependiendo si la seal ptica es transmitida sobre relativamente largas o cortas distancias comparadas con las distancias tpicas nter ciudades (~ 100 km). 1.4 Fibra ptica como un Canal de Comunicacin. (1) El papel de un canal de comunicacin es el de transportar la seal ptica del transmisor al receptor sin distorsionarla. La mayora de los sistemas de ondas luminosas utilizan fibras pticas como su canal de comunicacin porque las fibras de silicio pueden transmitir luz con prdidas tan pequeas como 0.2 dB/km. Otro asunto de diseo importante es la dispersin en la fibra que conduce a un ensanchamiento de pulsos pticos individuales con su propagacin. Si los pulsos pticos se propagan significativamente fuera de su ranura de bit asignada, la seal transmitida es severamente degradada. Eventualmente llega a ser imposible recuperar la seal original con una alta precisin. 1.5 Transmisores pticos. (1) El papel de un transmisor ptico es el de convertir la seal elctrica a forma ptica y lanzar la seal ptica resultante dentro de la fibra ptica. La Figura 1.4 muestra el diagrama a bloques de un transmisor ptico. ste consiste en una fuente ptica, un modulador y un adaptador de canal. Los lseres semiconductores o diodos emisores de luz son usados como fuentes pticas por su compatibilidad con el canal de comunicacin por fibra ptica.

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La seal ptica es generada modulando la onda portadora ptica. Aunque un modulador externo es utilizado en ocasiones, tambin se puede prescindir de l en algunos casos, ya que la salida de la fuente ptica semiconductora puede ser modulada directamente variando la inyeccin de corriente. Un esquema de este tipo simplifica el diseo del transmisor y generalmente corresponde el costo con la efectividad. El adaptador es tpicamente un micro lente que enfoca la seal ptica dentro de la fibra ptica con la mxima eficiencia posible.

Figura 1.4 Componentes de un transmisor ptico. (1) Como los diodos emisores de luz estn tambin limitados en su capacidad de modulacin, la mayora de los sistemas de ondas luminosas utilizan lasers semiconductores como fuentes pticas. La tasa de bits de los transmisores pticos est usualmente bastante limitada por la electrnica ms que por los lasers semiconductores en s. 1.6 Receptores pticos. Un receptor ptico convierte la seal ptica recibida en la salida de la fibra ptica en la seal elctrica original. La Figura 1.5 muestra el diagrama a bloques de un receptor ptico. ste consiste en un adaptador, un fotodetector y un demodulador. El adaptador enfoca la seal ptica hacia el fotodetector. Los fotodiodos semiconductores son utilizados como foto detectores por su compatibilidad con todo el sistema. (1) El diseo del demodulador depende del formato de modulacin utilizado por el sistema de ondas luminosas. El empleo de los formatos FSK y PSK generalmente requiere de tcnicas de demodulacion heterodino u homodino. La mayora de los sistemas de ondas luminosas emplean un esquema conocido como modulacin de intensidad con deteccin directa (IM/DD). La demodulacion en este caso se hace con un circuito de decisin que identifica los bits como 1 0, dependiendo de la amplitud de la seal elctrica. La precisin del circuito de decisin depende de la RSR (Relacin seal a Ruido) de la seal elctrica generada por el fotodetector. (1)

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Figura 1.5 Componentes de un receptor ptico. (1) El desempeo de un sistema de ondas luminosas esta caracterizado por la tasa de error de bit (BER). Si bien la BER puede ser definida como el nmero de errores que se efectan en un segundo, esa definicin hace a la BER dependiente de la tasa de bits. (1) Comnmente se suele definir a la BER como la probabilidad promedio de la identificacin incorrecta de bits. Por lo tanto una BER de 10 6 corresponde a un promedio de un error por cada milln de bits. La mayora de los sistemas de ondas luminosas especifican una BER de 10 9 como requerimiento de operacin, aunque algunos requieren de una BER tan pequea como 10 14. (1) Un parmetro importante para todo receptor es su sensibilidad del receptor. Usualmente est definida como la potencia ptica promedio mnima requerida para tener una BER de 109. La sensibilidad del receptor depende de la RSR, que a su vez depende de diversas fuentes de ruido que corrompen la seal recibida. Aun para un receptor perfecto, algo de ruido es introducido por el proceso de fotodeteccin en s. Se hace referencia a este ruido como ruido cuntico o ruido de disparo, ya que tiene su origen en la propia naturaleza de partcula de los electrones. (1) La porcin del espectro electromagntico que es utilizado para las comunicaciones elctricas incluyen milimtricas guas de onda y de microondas, cables metlicos y ondas de radio. Entre los sistemas de comunicacin que usan estos medios estn las familias de telfonos, radio AM y FM, televisin, CB (banda de radio civil), radar y enlaces satelitales, todos los cuales han llegado a formar parte de nuestras vidas cotidianas. Las frecuencias de este rango de aplicacin abarcan de los 300 Hz en la banda audible hasta los 90 GHz aproximadamente de la banda milimtrica. (7)

Otra porcin importante del espectro electromagntico comprende la regin ptica. En esta regin usualmente se especifica la banda de inters en trminos de la longitud de onda, en vez de la frecuencia como en la regin de radio. Los rangos del espectro ptico van desde los 50 nm (ultravioleta) hasta cerca de los 100 m (luz infrarroja), el espectro visible comienza desde los 400 a los 700 nm. (7) Similar al espectro de radio frecuencia, dos clases de transmisin pueden ser utilizadas: un canal atmosfrico o un canal de ondas guiadas.

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1.7 Ventajas y Desventajas del uso de Fibra ptica. (7) El desarrollo y aplicacin de los sistemas de fibras pticas crecieron en base a la combinacin de la tecnologa de los semiconductores, la cual provey las fuentes de luz necesarias y los foto detectores y la tecnologa de guas de onda pticas. El resultado fue un enlace de transmisin que contaba con ciertas ventajas sobre los sistemas convencionales de cobre. Dentro de esas ventajas se encuentran las siguientes: 1.- Baja prdida en la transmisin y un ancho de banda amplio. Las fibras pticas tienen menores prdidas en la transmisin y anchos de banda ms grandes que los cables de cobre. Esto significa que, con los sistemas de cable de fibra ptica, ms datos pueden ser enviados a mayores distancias, de esta manera se disminuye el nmero de cables as como el nmero de repetidores. Esta reduccin de equipo y componentes disminuye considerablemente el costo total del sistema de comunicaciones. 2.- Menor tamao y peso. El bajo peso y las dimensiones menores de las fibras ofrecen una ventaja distintiva sobre otros pesados y estorbosos cables en los ductos subterrneos de las ciudades conglomeradas y en el montaje de las ramificaciones del enlace de comunicaciones. Esto es tambin importante en aviacin, comunicacin satelital y barcos, debido a que son pequeas, ligeras y de fcil manejo. 3.- Inmunidad a la interferencia. Una importante caracterstica de las fibras pticas tiene que ver con su naturaleza dielctrica. Esto provee a las guas de onda pticas de inmunidad a la interferencia electromagntica (EMI). 4.- Seguridad de la seal. El utilizar una fibra ptica permite un alto grado de seguridad de datos, ya que la seal ptica se confina bien dentro de la gua de onda (con cualquier emanacin siendo absorbida por el recubrimiento opaco alrededor de la fibra). Esto convierte a las fibras pticas en atractivas para aplicaciones donde la seguridad de la informacin es importante, como en bancos, redes de computadores y sistemas militares. 5.- Abundante materia prima. De adicional importancia es el hecho de que el silicio es el material principal con el cual estn hechas las fibras pticas. La materia prima es abundante y no es costosa, ya que se encuentra en la arena ordinaria. El costo en la fabricacin de las fibras actuales surge en el proceso requerido para hacer un vidrio ultra puro de esta materia prima. Sin duda alguna la fibra ptica cuenta con ventajas de operacin realmente importantes cuando se le compara con los sistemas tradicionales de cobre, aunque como en todo canal de comunicaciones existen algunas desventajas, las cuales a decir verdad son mnimas y principalmente estn relacionadas con el costo, el cual si se compara con los cables de cobre es mas elevado. En cuanto al costo de la fibra ptica se debe incluir el costo de la herramienta y equipos utilizados en la instalacin y fabricacin de la fibra.

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Tanto el equipo como la herramienta especializada en el manejo de fibra ptica son ms caros en comparacin con lo utilizado en el caso de los cables de cobre. Por otro lado esta el aspecto de los conectores que se localizan en los extremos de la fibra los cuales, para un correcto funcionamiento necesitan implementarse por personal calificado y siguiendo las instrucciones del fabricante de la fibra ptica, para de esta forma introducir a la fibra ptica la menor atenuacin posible provocada por los conectores. Tan importante como la correcta colocacin de los conectores es el manejo o trato que se le da a la fibra ptica, la cual a diferencia de los cables de cobre requiere de ciertos cuidados adicionales para asegurar su integridad y un correcto funcionamiento. 1.8 Principios de funcionamiento. (1) El fenmeno de reflexin total interna, es el responsable de guiar luz en fibras pticas, y se conoce desde 1854. Aunque las fibras de vidrio fueron hechas desde 1920, su uso llego a ser prctico hasta 1950, cuando el uso de una capa como cubierta ptica mejoro considerablemente sus propiedades de gua. Antes de 1970 su uso era principalmente en distancias cortas, su uso para propsitos de comunicaciones fue considerado imprctico debido a altas prdidas (alrededor de 1000 dB/km). Sin embargo, la situacin cambi drsticamente en 1970, cuando las prdidas de las fibras fueron reducidas por debajo de los 20 dB/km. Posteriormente el progreso result en 1979 con prdidas de tan solo 0.2 dB/km. La disponibilidad de bajas prdidas origin una revolucin en el campo de tecnologas de ondas de luz y comenz la era de las comunicaciones por fibra ptica. 1.9 ptica Geomtrica. (1) En su forma simple una fibra ptica consiste de un ncleo cilndrico de vidrio hecho a base de silicio, rodeado de una cubierta ptica cuyo ndice de refraccin es menor que el del ncleo. Las fibras que presentan un cambio abrupto cambio del ndice en la interfaz ncleo - cubierta ptica, son llamadas fibras de ndice escalonado. En un diferente tipo de fibra, conocidas como fibras de ndice gradual, el ndice de refraccin decrece gradualmente dentro del ncleo. La descripcin de la ptica geomtrica, es valida cuando el radio del ncleo a es mucho mayor que la longitud de onda de la luz. La Figura 1.6 muestra esquemticamente la seccin transversal y el perfil del ndice de refraccin para las fibras de ndice escalonado e ndice gradual.

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Figura 1.6 Fibras pticas de ndice escalonado y gradual. (6) 1.10 Tipos de Fibras pticas. 1.10.1 Fibras pticas Multimodo. A continuacin se describen las principales caractersticas de las fibras pticas multimodo, las cuales podemos dividir en fibras pticas multimodo de ndice escalonado y fibras pticas multimodo de ndice gradual. 1.10.1.1 Fibras pticas Multimodo de ndice Escalonado.

Las fibras pticas multimodo de ndice escalonado, son aquellas que tienen el ndice de refraccin a lo largo del ncleo constante y cambia abruptamente en la frontera ncleo cubierta ptica. En principio todos los rayos cuyo ngulo de incidencia (i) queden entre el ngulo crtico y 90 sern atrapados dentro de la fibra. (6)

c i 90

El ngulo critico de refraccin esta estrechamente relacionado con el ndice de refraccin de los materiales de la fibra ptica y pueden presentarse dos casos: Caso 1: cuando n1n2, la luz pasa de un medio de ndice de refraccin mayor a un medio con un ndice de refraccin menor. En este caso existe un ngulo mnimo de reflexin total interna.

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Pero no todas estas ondas se propagarn a lo largo de la fibra ptica, si no que slo ciertas direcciones de los rayos son permitidas, las cuales corresponden a los modos de la fibra ptica. Los diferentes modos viajan de un extremo a otro con la misma velocidad (si se supone que son monocromticos) pero llegan al extremo opuesto en diferentes tiempos, ya que viajan diferentes distancias. Si la luz incidente tiene forma de pulso, este se presentar disperso en el otro extremo de la fibra. Este tipo de dispersin del pulso de la luz se denomina dispersin multimodal. (6) Otro tipo de dispersin que se presenta en las fibras es la dispersin cromtica, y consiste en un retardo variable dependiente de la frecuencia introducida durante la propagacin a travs de la fibra y que produce distorsin no lineal a la salida del fotodetector. Es decir, las componentes frecuenciales que constituyen el espectro de la seal ptica viajan a velocidades diferentes por la fibra y alcanzan el fotodetector en instantes ligeramente distintos. (13) La dispersin de los pulsos est en funcin de la longitud de la fibra, por lo tanto la mxima velocidad de transmisin en una fibra multimodo de ndice escalonado, es funcin de la longitud del enlace. Una forma de reducir la dispersin multimodal es emplear un ncleo cuyo ndice de refraccin vare gradualmente a lo largo de su radio. (6)

Consideremos la geometra de la siguiente figura, donde un rayo hace un ngulo i con el eje de la fibra que es incidente en el ncleo central. Debido a la refraccin en la interfaz fibra-aire, el rayo se recorre hacia la normal. (1) El ngulo r es el ngulo refractado, dado por la Ley de Snell:

n0 sen i = n1 sen r

Figura 1.7 Reflexin de los rayos incidentes. (1)

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donde n1 y n0 son los ndices de refraccin de la fibra y del aire, respectivamente. El rayo refractado golpea la interfaz ncleo cubierta ptica y es refractado otra vez. Sin embargo, la refraccin es posible solo para un ngulo de incidencia que cumpla con lo siguiente:

1

2

nnSen c permanecern contenidas en el ncleo de la fibra. ste es el mecanismo bsico detrs del confinamiento de la luz en fibras pticas. (1)

1.10.1.2 Fibras pticas Multimodo de ndice Gradual.

La fibra de ndice gradual se caracteriza por poseer un ndice de refraccin en el ncleo variable con la coordenada radial r, de forma que es mximo en el eje del ncleo r=0 y va decreciendo gradualmente de acuerdo con una funcin arbitraria hasta coincidir con el ndice de refraccin de la cubierta ptica (r=a), en la interfase entre ambas zonas n1=n2. (2) Es fcil entender cualitativamente el por qu de los diversos caminos de dispersin es reducido en las fibras de ndice gradual. La Figura 1.8 muestra esquemticamente el camino para tres rayos diferentes. Similar al caso de las fibras de ndice escalonado, el camino es ms largo para los rayos ms oblicuos. Sin embargo, la velocidad del rayo cambia a lo largo del camino debido a las variaciones del ndice de refraccin. (1)

Figura 1.8 Fibra ptica de ndice gradual. (1)

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Especficamente, la propagacin del rayo a lo largo del centro del ncleo de la fibra toma el camino ms corto pero viaja ms lentamente dado que el ndice es mayor en esta parte de la fibra. Los rayos oblicuos toman una parte de su camino en un medio de bajo ndice de refraccin, es aqu donde viajan ms rpido. Es por eso que es posible que todos los rayos lleguen casi juntos a la salida de la fibra para una opcin satisfactoria del perfil de ndice de refraccin. (1) 1.10.2 Fibras pticas Monomodo. (6)

Otra forma de reducir la dispersin multimodal es permitiendo que se propague un solo modo. A este tipo de fibras se denomina fibras pticas monomodo. En este tipo de fibras, la dispersin multimodal se ha reducido a cero, ya que slo se propaga un solo modo, y es por ese motivo que las fibras pticas monomodo pueden transmitir simultneamente mayores volmenes de informacin, en comparacin con las fibras multimodo. Una representacin de la propagacin de la luz a travs de una fibra ptica monomodo se muestra en la Figura 1.9.

Figura 1.9 Propagacin a lo largo de una fibra ptica monomodo. (11)

Las fibras pticas tienen diferentes dimensiones del ncleo. El CCITT (Comit Consultivo Internacional Telegrfico y Telefnico) ha establecido recomendaciones sobre medidas del ncleo de las fibras multimodo de ndice gradual (50 m ncleo, 125 m cubierta ptica) y para fibras monomodo (9 m ncleo, 125 m cubierta ptica).

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Captulo 2

Empalmes de Fibras pticas En este capitulo comenzaremos por definir que es un empalme de fibras pticas y cuales son las diferencias mas destacadas entre un empalme y un conector mecnico de fibra ptica. Mencionaremos las caractersticas principales de los empalmes de fibras pticas, los pasos que se deben seguir para realizar un empalme por fusin de fibras pticas, asi como los diferentes tipos de prdidas o atenuacin provocados por los empalmes. En cada uno de los puntos que a continuacin se explican centramos nuestra atencin a las fibras pticas multimodo de ndice gradual. 2.1 Caractersticas de los empalmes de Fibra ptica El conector ptico es aquel dispositivo desconectable a voluntad que nos permite nter conexionar fibras pticas. La interconexin es una parte crtica en los enlaces de fibras pticas. Se define el empalme o soldadura de la fibra ptica como todo aquel proceso o dispositivo que nos permite garantizar una conexin permanente de las fibras pticas preservando las caractersticas de transmisin de las mismas. (9) Los empalmes son conexiones permanentes entre fibras. Los empalmes y conectores unen los extremos entre fibras. Los empalmes tienen menos prdidas, y afianzan ambas fibras permanentemente. Son usados en lugares donde ya no se espera realizar ms cambios. Los conectores presentan ms prdidas, pero se pueden remover y cambiar en la manera de interconectar las fibras. (5) Parece extrao ver Permanentes enlistado como una ventaja de los empalmes y No permanentes como una ventaja de los conectores. Sin embargo, cada caracterstica es deseable en ciertas aplicaciones. Por ejemplo, reparaciones a un cable subterrneo daado deberan ser permanentes. Por otro lado, no se pretende hacer cambios permanentes en una red de rea local y sus terminales, que podran ser movidas dentro de un edificio. (5) La misin de un empalme o de un conector de fibra ptica es la de proporcionar una interconexin que introduzca el valor ms bajo posible de prdidas. La baja atenuacin de los empalmes simplifica la instalacin en tendidos de fibra ptica, ya que de este modo el enlace puede llegar a tener un mayor alcance en distancia. (9)

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Conectores Empalmes No permanentes Permanentes Simples de usar una vez montados Baja atenuacin Es posible instalarlos de fabrica en los cables Baja reflexin Permiten fcil reconfiguracion Fcil sellado hermticamente Provee interfaces estndar Usualmente menos costoso por

empalme Ms compactos

Tabla 2.1. Comparacin de ventajas entre empalmes y conectores. (9)

En los enlaces de larga distancia, en los que es necesaria la utilizacin de fibras pticas con muy bajo valor de atenuacin, cada empalme o conector puede llegar a contribuir significativamente con su aportacin en las prdidas totales del enlace e incluso llegar a plantear la inviabilidad del mismo. Por tanto es importante la utilizacin de elementos de interconexin que nos permitan tener las menores prdidas y preservar las caractersticas de transmisin de las fibras pticas. En los enlaces de corta distancia se llegan a utilizar fibras pticas plsticas con muy altos valores de atenuacin, en donde la contribucin de empalmes o conectores a las prdidas totales del enlace no adquiere un papel crtico. Este factor incluso puede llegar a ser irrelevante sopesndose otros factores hasta ahora ignorados como son: costos, fiabilidad, mantenimiento, dificultades en la instalacin, etc. 2.2 Tipos de empalme. (9) Los mtodos empleados para empalmar las fibras pticas han ido evolucionando desde el principio de la utilizacin de esta tcnica y, por orden de aparicin, fueron los siguientes: Pegado. Soldadura por fusin. De estas tcnicas, la que se ha impuesto de una forma definitiva es la de soldadura de las fibras pticas por fusin con arco elctrico, la cual es empleada en el presente proyecto. 2.3 Proceso del empalme por fusin. (9) El proceso de empalme por fusin de fibras pticas se puede desglosar en una serie de labores previas dado que, muy raramente, las fibras pticas que hay que empalmar ya se encuentran desnudas. Lo habitual es empalmar cables de fibras pticas entre s, lo que se denomina "en paso". Es el caso que se produce cuando se realizan enlaces de larga distancia y en los que se concatenan tramos de fibra ptica.

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El otro caso se produce cuando queremos empalmar cables de fibras pticas a otros cables o cordones monofibra que estn conectorizados en un solo extremo, que se denominan habitualmente latiguillos o pigtails. Este caso es habitual en la formacin de repartidores pticos mediante la conectorizacin de todas las fibras pticas que conforman los cables antes citados. 2.3.1 Labores Previas al Empalme de Fusin. (9) Las labores previas al proceso del empalme por fusin de la fibra ptica son las siguientes: Preparacin Desnudado Corte Limpieza 2.3.1.1 Preparacin de la Fibra ptica. La preparacin consiste en fijar las distancias de cable necesarias en ambos extremos para la realizacin de las labores posteriores. Este punto se refiere a la posicin que va a tomar el cable en el momento de colocarlo en la empalmadora, de manera que se respeten en todo momento los radios de curvatura mnimos de los cables de fibra ptica, para evitar posibles daos internos a la fibra. (9) Aqu es donde se fijan y marcan las distancias exactas a las que se realizarn las operaciones de amarre y sellado de la cubierta del cable de fibra ptica a los manguitos de empalme, contenedores o conjuntos de derivacin. 2.3.1.2 Desnudado de la Fibra ptica. El desnudado consiste en eliminar las distintas cubiertas y protecciones de que consta el cable como pueden ser: P.V.C., polietileno, acero, aluminio, cloruro de polietileno, compuestos aramdicos. Esta operacin se realiza con unas herramientas de precisin especiales, las cuales estn encargadas de desnudar la fibra ptica. Su misin es eliminar el recubrimiento primario y las protecciones secundarias de las fibras pticas, para que de este modo las fibras puedan ser introducidas y colocadas de forma apropiada en la empalmadora. (9)

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Su funcionamiento consiste en "morder" mediante unas cuchillas micromtricas la proteccin exterior para, a continuacin, mediante traccin desnudar esta proteccin con lo que nos encontraramos con la proteccin anterior. Este proceso se repite sucesivamente hasta llegar a la proteccin primaria. El primer paso del proceso es utilizar la primera herramienta para desnudar la cubierta exterior. A continuacin, y mediante la utilizacin de pinzas procedemos a cortar el kevlar. Una vez desaislada la proteccin externa y sin kevlar estaramos ante la presencia del buffer que protege a la fibra. El tercer paso del proceso es emplear la tercera herramienta con la que se retira el buffer, dicha operacin consiste en un corte a 45 de las pinzas con respecto a la fibra y comenzar a retirar el buffer, cabe mencionar que al cortar el buffer tambin las pinzas retiran, al mismo tiempo, la ultima cubierta que tiene la fibra antes de quedar desnuda. Una vez desaislada la fibra ptica se encuentra totalmente desnuda con un dimetro externo de 125 micras. Esta medida del dimetro corresponde al revestimiento de la fibra ptica o cladding en las fibras pticas monomodo y multimodo. (9) 2.3.1.3 Corte de la Fibra ptica. El corte consiste en dejar el extremo de la fibra desnuda con un corte perpendicular, lo cual nos permitir obtener un buen empalme, esto se logra cortando la punta de dicha fibra de manera cuidadosa. Esta operacin es de mucha importancia, hasta el extremo de que, de su buena ejecucin depende el proceso completo del empalme por fusin de la fibra ptica, inclusive influye en gran manera con los resultados de los empalmes realizados. La distancia de corte es caracterstica para cada fabricante y oscila desde 1 cm hasta 3 cm para todas las empalmadoras de fusin. Las cortadoras de fibra ptica funcionan conforme a la secuencia siguiente: "Tensar - combar - marcar - cortar". La fibra ptica se introduce a la distancia de corte prefijada, entonces dos mordazas la tensan. La parte central entre ambas mordazas es una superficie convexa que nos garantiza el combado de la fibra ptica y que entre en una superficie perpendicular para marcar de la fibra ptica.

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La operacin de marcar la fibra ptica es la ms crtica de todo el proceso, pues consiste en realizar una pequea incisin con una profundidad mxima de cinco mieras sobre la superficie del revestimiento de la fibra con un dimetro de 125 micras. Mientras se realiza la incisin, la herramienta de corte mantiene la tensin constante en la fibra ptica y, una vez realizada, es esa misma tensin la que hace que la fibra ptica rompa por el punto donde se practic la incisin. El material con el que se fabrica la cuchilla, encargada de hacer la citada incisin, es un factor determinante en la calidad del corte final. Se obtienen cortes con desviaciones angulares inferiores a un grado, incluso se llegan a alcanzar valores inferiores a 0.5 con el empleo de diamantes industriales. (9) 2.3.1.4 Limpieza de la Fibra ptica. Los materiales que se utilizan en la limpieza de las fibras pticas desnudas son los mismos que ya utilizamos para la limpieza de los cables pticos. La limpieza consiste en eliminar, mediante el uso de disolventes, todas las sustancias de relleno que se encuentran en los intersticios de las distintas capas y protecciones que conforman los cables pticos. Los disolventes que habitualmente se utilizan para la limpieza de las sustancias de relleno son alcohol isoproplico, tricloroetano y eneptano. Para nuestro proyecto hemos usado alcohol isoproplico durante todos los empalmes para la limpieza de la fibra. (9) 2.3.2 Proceso de Fusin. Para empalmar las fibras pticas multimodo y monomodo se utilizan mquinas que realizan la soldadura mediante el proceso de fusin de la fibra ptica. Como consecuencia del pequeo dimetro del ncleo de las fibras pticas, especialmente las monomodo, es fundamental que el alineamiento de las fibras pticas, previo a la fusin de stas, sea casi perfecto. (9) El empalme de las fibras, una vez pasadas las fases previas al corte, pelado y limpieza a los extremos, se efecta posicionando estos en maquinas adecuadas provistas de microposicionadores segn las direcciones de tres ejes en el espacio, lo que se consigue, en el caso de fibra multimodo, colocndolas sobre una bandeja V-groowe y procediendo despus al correcto enfrentamiento y unin de los dos extremos. (8) Una vez alineadas perfectamente las fibras pticas, la mquina hace saltar entre sus electrodos un arco elctrico de limpieza, el cual nos ayudar a retirar diminutas basuras y sobrantes que

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no se retiraron con el alcohol isoproplico, las cuales pudieron haberse quedado sobre la fibra en alguna etapa previa. Los parmetros que caracterizan el arco elctrico que va a empalmar nuestras fibras, y por tanto su cuantificacin y temporizacin, dependen de los criterios de diseo adoptados por el fabricante de la mquina de fusin. Los criterios de diseo son:

Corriente de arco elctrico Tiempo o duracion de arco elctrico Separacin entre fibras opticas.

Los valores tpicos de atenuacin que se obtienen en la prctica, varan sensiblemente en funcin del fabricante y del mtodo adoptado por la mquina utilizada. (9) Tras el proceso de fusin se procede a la proteccin y cierre del empalme mediante un primer tubo que constituye a los revestimientos eliminados en el proceso de pelado, y un segundo tubo de material elastmero provisto de un miembro metlico de refuerzo; este tubo ser el que se colapse posteriormente para hacer hermtico el cierre, o bien un manguito formado por dos tubos concntricos termo-retractiles entre los que va situada una varilla de acero que dar rigidez al conjunto una vez colapsado. (8) Este proceso de proteccin del empalme no es aplicable para nuestro proyecto, ya que al realizar un empalme y despus de haber medido la atenuacin, procedemos a volver a cortar la fibra donde fue empalmada, obteniendo dos extremos nuevamente los cuales sufrirn nuevamente todos los pasos hasta volver a empalmarlos y repetir as el proceso durante los empalmes del presente proyecto. 2.4 Prdidas del Proceso. El factor de prdida caracterstico del proceso lo constituye la atenuacin del empalme, entendiendo sta como la prdida de potencia de la seal ptica que se produce en ese punto. Se trata por tanto de una prdida de insercin; la unidad en que se expresa es el decibelio o dB y su clculo se realiza mediante la expresin: (9)

SalidadePotenciaEntradadePotenciadBATENUCIN

____log10)( =

Nuestras mediciones de atenuacin realizadas en los experimentos de empalme son medidas en dBm, unidad de medida que es empleada cuando se desconoce la potencia que la fuente ptica esta proporcionando y se propone una potencia de 1mw. Con esta propuesta contamos con una referencia estable, la cual nos permitir reportar datos que sean confiables, ya que todos tendrn la misma potencia de referencia de la fuente ptica.

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2.4.1 Factores Intrnsecos. (8) Son aqullos que dependen de las caractersticas y tipo de las fibras pticas que se empalmarn y son los siguientes: Las prdidas por factores intrnsecos de las fibras se relacionan con las propiedades de las fibras que se unen, y entre ellas estn:

o Variacin de los Dimetros de las Fibras pticas. o Variacin en las Aperturas Numricas o Variacin en la Distribucin del ndice de Refraccin o Variacin en la concentricidad entre ncleo y revestimiento.

Las prdidas mayores debidas a factores intrnsecos se producen cuando aparece desadaptacion en los radios de los ncleos, al pasar la luz del de mayor dimetro al menor, pudiendo llegar en casos desfavorables hasta 2 dB. A continuacin se explican con mayor detalle las prdidas provocadas por los factores intrnsecos. Para nuestro caso este tipo de prdidas no son relevantes, ya que las fibras utilizadas son del mismo tipo y cuentan con las mismas caractersticas internas. 2.4.1.1 Variacin en los Dimetros de las Fibras pticas. (9) Todas las fibras pticas, incluso las de idnticos valores nominales, presentan ligeras variaciones geomtricas en los dimetros del ncleo y revestimiento. Esto provoca una pequea desadaptacin en el guiado de los ncleos de las fibras pticas e implica unas prdidas adicionales durante el proceso de fusin de las mismas. Estas prdidas se ven acrecentadas en el caso donde las fibras por conexionar presenten diferentes dimetros nominales en sus ncleos respectivos, lo que origina un desalineamiento por la diferencia en el guiado de los ncleos de ambas fibras pticas. El proceso de fusin se agrava con la dificultad adicional que supone la no coincidencia de los dimetros nominales de los revestimientos de las fibras pticas por empalmar. ste es el caso que se produce ocasionalmente al empalmar fibras pticas de fabricacin norteamericana, con dimetros normalizados respectivos de ncleo y revestimiento de: 62.5/125, 85/125 100/140 micras, con fibras pticas de fabricacin europea con unos dimetros normalizados de 50/125 micras. La Figura 2.1 representa dos fibras pticas con diferentes dimetros de ncleo. Seguiremos el criterio de considerar que la fibra ptica con mayor dimetro de ncleo es la fibra ptica transmisora, mientras que la fibra ptica receptora es la que presenta un menor dimetro de ncleo.

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Figura 2.1 Dos fibras pticas con diferentes dimetros de ncleo. (9)

2.4.1.2 Variacin en las Aperturas Numricas. (9) Como consecuencia de las ligeras variaciones geomtricas de las fibras pticas se originan desadaptaciones entre las aperturas numricas de los extremos de las fibras pticas que hemos de empalmar, lo que provoca prdidas adicionales durante el proceso de empalme de las mismas. La Figura 2.2 representa dos fibras pticas con idntico dimetro de ncleo y diferentes aperturas numricas.

Figura 2.2 Dos fibras pticas con diferentes aperturas numricas. (9)

Figura en la que la notacin utilizada ha sido la siguiente: A.N.1 - Apertura numrica de la fibra ptica transmisora. A.N.2 - Apertura numrica de la fibra ptica receptora. A.N.1-A.N.2 - Sentido fibra ptica transmisora a fibra ptica receptora. 2.4.1.3 Variacin en la Distribucin del ndice de Refraccin. (9) Cualquier variacin entre los perfiles de distribucin del ndice de refraccin de las fibras pticas por empalmar originar prdidas adicionales durante el proceso de fusin de las mismas. Esta variacin puede deberse a una falta de homogeneidad del material que forma el ncleo de la fibra ptica o a cualquier impureza introducida durante el proceso de fabricacin de la fibra ptica. Las prdidas introducidas pueden verse acrecentadas en el caso de que las fibras pticas multimodo por empalmar fibras pticas con diferentes perfiles de distribucin del ndice de refraccin de su ncleo.

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La Figura 2.3 representa dos fibras pticas con diferente perfil de distribucin del ndice de refraccin del ncleo de la fibra ptica. Seguiremos siempre el criterio de que la fibra ptica con mayor valor de exponente del perfil de la fibra (g) ser la fibra ptica transmisora, mientras que la fibra ptica receptora ser la que presenta un valor menor del parmetro geomtrico (g).

Figura 2.3 Dos fibras pticas con distintas variaciones en el ndice de refraccin. (9)

Figura en la que la notacin utilizada ha sido la siguiente: g1 Exponente de perfil de la Fibra ptica Transmisora. g2 Exponente de perfil de la Fibra ptica Receptora. g1-g2 Sentido fibra ptica transmisora a fibra ptica receptora. 2.4.1.4 Variacin en la concentricidad entre ncleo y revestimiento. (9) Como consecuencia de las ligeras variaciones geomtricas de las fibras pticas, producidas durante el proceso de estirado de la preforma, se originan desadaptaciones en la concentricidad de ncleo y revestimiento. Estas desadaptaciones provocan una desviacin lateral entre los centros de los ncleos en los extremos de las fibras pticas que hemos de conexionar y que originan unas prdidas adicionales durante el proceso de conexin de las mismas. La Figura 2.4 representa dos fibras pticas con idnticos dimetros de ncleo en las que se observa la falta de concentricidad entre los ncleos de ambas fibras.

Figura 2.4 Dos fibras pticas con diferente concentricidad entre ncleo y revestimiento. (9)

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Figura en la que la notacin utilizada ha sido la siguiente: D Dimetro del ncleo de ambas fibras pticas. d Error de concentricidad entre los centros de los ncleos de ambas fibras pticas. 2.4.2 Factores Extrnsecos Son aquellos que dependen de la tcnica de empalme empleada, y por tanto las prdidas que estos factores introducen varan en funcin del mtodo empleado y del equipo utilizado. (9) La unin por empalme es necesaria en la mayora de los casos por la propia longitud de la instalacin; las perdidas obtenidas son un factor de gran inters en los sistemas de transmisin ptica, puesto que pueden contribuir de modo considerable al balance de prdidas para el sistema. (8) La prdida de una conexin equivale a una disminucin de la longitud mxima admisible de la seccin, de modo que deben optimizarse los mtodos de unin fija o desmontable de fibras para que tales prdidas sean mnimas. (8) Las prdidas son mas crticas en el caso de fibras monomodo, particularmente las debidas a desplazamiento transversal de los ejes (menos energa por la fibra). (8) Se trata de prdidas de insercin originadas en el empalme y los principales factores que las producen son:

Desalineamiento Radial entre Fibras pticas Separacin Axial entre Fibras pticas Desalineamiento Angular entre Fibras pticas Desviacin Angular entre Fibras pticas. Acabado Superficial del corte. (9)

2.4.2.1 Desalineamiento Radial entre Fibras pticas. (9) El desalineamiento radial entre dos fibras pticas enfrentadas se produce cuando los ejes longitudinales de ambas fibras pticas tienen la misma direccin y, sin embargo, los ejes longitudinales no son coincidentes al estar separadas radialmente las fibras pticas entre s. Se trata de un problema de falta de alineamiento entre las fibras pticas. Junto con el desalineamiento angular es el motivo ms frecuente de introduccin de prdidas durante el proceso de fusin. La Figura 2.5 representa dos fibras pticas con idnticos dimetros de ncleo, en las que se observa el desalineamiento radial existente entre ambas fibras pticas.

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Figura 2.5 Desalineamiento radial entre dos fibras pticas. (9)

Figura en la que la notacin utilizada ha sido la siguiente: D - Dimetro del ncleo de ambas fibras pticas. d - Desalineamiento radial entre ambas fibras pticas. 2.4.2.2 Separacin Axial entre Fibras pticas. (9) La separacin axial entre dos fibras pticas enfrentadas se produce cuando, los ejes longitudinales de ambas fibras tienen la misma direccin y son coincidentes, pero los extremos se encuentran separados una distancia o Z-Gap. Este tipo de separacin se produce principalmente cuando el equipo utilizado para empalmar las fibras pticas tiene un sistema de alineacin manual, el cual esta sujeto a la precisin y destreza del operador. En nuestro caso, este es un factor importante que afecta directamente a la atenuacin del empalme. La Figura 2.6 representa dos fibras pticas, con idnticos valores de apertura numrica, en las que se observa la separacin axial existente entre ambas fibras pticas.

Figura 2.6 Separacin axial entre fibras pticas. (9)

Figura en la que la notacin utilizada ha sido la siguiente: D1 - Dimetro del ncleo de la fibra ptica transmisora. D2 - Dimetro del ncleo de la fibra ptica receptora. d - Separacin axial entre los extremos de ambas fibras pticas. A.N. - Apertura numrica de ambas fibras pticas. D1-D2 - Sentido fibra ptica transmisora a fibra ptica receptora.

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2.4.2.3 Desalineamiento Angular entre Fibras pticas. (9) El desalineamiento angular entre dos fibras pticas se produce cuando los ejes longitudinales de ambas fibras pticas no tienen la misma direccin y forman un ngulo entre s. Este caso es diferente de la desviacin angular entre fibras pticas, pues en sta, como veremos, el eje longitudinal de ambas fibras pticas es el mismo. Se trata de un problema de falta de alineamiento entre las fibras pticas y que surge durante el proceso de fusin de las mismas. Es un factor que introduce nuevas prdidas de insercin. La Figura 2.7 representa dos fibras pticas en las que se observa el desalineamiento angular existente entre ellas:

Figura 2.7 Desalineamiento angular entre fibras pticas. (9)

Figura en la que la notacin utilizada ha sido la siguiente: D1 - Dimetro del ncleo de la fibra ptica transmisora. D2 - Dimetro del ncleo de la fibra ptica receptora. A.N. - Apertura numrica de ambas fibras pticas. - Desalineamiento angular entre ambas fibras pticas. 2.4.2.4 Desviacin Angular entre Fibras pticas. (9) La desviacin angular entre dos fibras pticas enfrentadas se produce cuando los ejes longitudinales de ambas fibras pticas tienen la misma direccin y son coincidentes pero, sin embargo, los extremos cortados de ambas fibras pticas forman un ngulo entre s. Este defecto se debe a que el corte de la fibra ptica no es perpendicular a su eje longitudinal o presenta irregularidades en la superficie del mismo. La desviacin angular entre dos fibras pticas motiva la aparicin de prdidas que son cuantificables en funcin de la desviacin angular del corte y viceversa. La Figura 2.8 representa dos fibras pticas en las que se observa la desviacin angular existente entre los extremos de ambas fibras pticas.

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Figura 2.8 Desviacin angular entre dos fibras pticas. (9)

Figura en la que la notacin utilizada ha sido la siguiente: 1 - Desviacin angular de la fibra ptica 1, respecto a su eje longitudinal. 2 - Desviacin angular de la fibra ptica 2, respecto a su eje longitudinal. - Desviacin angular entre ambas fibras pticas. El pequeo espacio que existe entre los extremos cortados de ambas fibras pticas y relleno de aire se denomina Z-Gap. Es el causante de las prdidas por reflexin de Fresnel que ya fueron estudiadas en detalle en este mismo captulo en un epgrafe anterior. En algunos conectores se sustituye el aire por un fluido o medio adaptador de ndices y que se caracteriza por presentar un ndice de refraccin prximo al de] ncleo de la fibra ptica. Con la utilizacin del medio adaptador de ndices se reducen los valores de atenuacin por reflexin de Fresnel en la conexin hasta valores tpicos del orden de 0,2 dB. 2.4.2.5 Acabado Superficial del corte. (9) La tcnica interferomtrica se utiliza para determinar el ngulo exacto de corte de una fibra ptica. Su aplicacin nos permite determinar tanto el contorno como el acabado de la superficie frontal de la fibra ptica seccionada Se trata de un mtodo tecnolgicamente definitivo que nos permite conocer con exactitud la desviacin angular en el corte de una fibra ptica. La precisin de esta tcnica es tal que se utiliza en el proceso de calibracin de las cortadoras de fibra ptica para determinar las prestaciones de las mismas. Constructivamente consta de una fuente de luz coherente que emite un haz lumnico centrado en una determinada longitud de onda y de dos lminas plateadas en su superficie interna, que forman el plano de referencia, dispuestas de forma tal que el haz lumnico incidente se refleja varias veces sobre su superficie, lo que origina un sistema de anillos coloreados.

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Los patrones de interferencia se producen cuando el haz lumnico que se refleja en la superficie de la fibra ptica interfiere con el haz lumnico que se refleja fuera del plano de referencia. La interferencia de estos haces lumnicos entre s provoca variaciones de la intensidad de luz que aparecen como lneas claras y oscuras sobre la superficie de la fibra. En el interfermetro el eje longitudinal de la fibra ptica se alinea perpendicularmente al plano de referencia. La distancia entre la superficie seccionada de la fibra ptica y el plano de referencia es un invariante y constituye uno de los parmetros de diseo del interfermetro. Si la superficie seccionada de la fibra ptica est perfectamente plana con desviacin angular nula la distancia entre fibra y plano de referencia es constante. En este caso el interfermetro no nos proporciona ningn patrn de interferencia. Si la superficie seccionada de la fibra ptica no est perfectamente plana y la desviacin angular del corte de la fibra no es nula entonces la distancia entre fibra y plano de referencia no se mantiene constante. En este caso el interfermetro s nos proporciona un patrn de interferencia. El haz lumnico que refleja la superficie de la fibra, formar bandas de interferencia oscuras sobre el plano de referencia. La primera banda se producir a la mitad de la longitud de onda con respecto al plano de referencia. Cada banda adicional aparecer a una distancia de la mitad de la longitud de onda tomando como origen de distancias la primera banda. El mtodo prctico consiste en contar el nmero de bandas para conocer el nmero de franjas. Cada pareja de bandas constituye una franja y contando el nmero de stas podremos conocer la desviacin angular del ngulo de corte de la fibra ptica. La visualizacin de las franjas se realiza mediante un sistema de espejos y un microscopio que nos permite la visualizacin de los patrones de interferencia para proceder a su interpretacin. En el caso concreto de este interfermetro la fuente de luz empleada es un diodo led que emite el haz lumnico centrado en una longitud de onda de 630 nm. Los dos parmetros bsicos de diseo de un interfermetro de haz mltiple son: Distancia entre superficie seccionada de la fibra ptica y plano de referencia. Longitud de onda de la fuente de luz coherente. La utilizacin del interfermetro nos permite mediante el anlisis e interpretacin de la forma y distribucin de las franjas, adems de conocer el ngulo exacto de corte obtener informacin de la profundidad del corte, de la direccin de las tensiones generadas en el proceso de corte y de la magnitud de las mismas. La Figura 2.9 representa las franjas visualizadas en el caso de un corte con una desviacin angular inferior a un grado y con tensiones uniformes durante el proceso de corte. La Figura 2.10 representa las franjas visualizadas en el caso de un corte con una desviacin angular superior a un grado con direccin y tensiones variables durante el proceso de corte.

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Figura 2.9 (9) Figura 2.10 (9)

A continuacin se hace un anlisis comparativo con ejemplos descriptivos tpicos de cortes defectuosos de fibras pticas. Se incluyen dibujos en planta, perfil y el patrn de interferencia caracterstico que se obtiene en cada caso. 2.4.2.5.1 Desprendimiento. Consiste en el desprendimiento o arranque de parte del revestimiento de la fibra ptica anejo al punto donde se realiza la muesca o pequea incisin con la que se marca la fibra ptica para proceder a su corte. Tambin se les conoce por sus denominaciones anglosajonas Score o Indent. Este defecto lo motiva la falta de capacidad de la cuchilla, de la herramienta de corte, para marcar el revestimiento de la fibra ptica sin arrancar parte del revestimiento. La Figura 2.11 representa las vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de este defecto.

Figura 2.11 (9)

2.4.2.5.2 Pico. Consiste en la aparicin de un pico, borde o saliente abrupto en la periferia del revestimiento de la fibra ptica. Tambin se le conoce por su denominacin anglosajona Lip. Este defecto es complementario del que describimos anteriormente pues, la realizacin de un corte en el que se produce en un extremo de la fibra ptica un arranque o desprendimiento, implica la aparicin en el otro extremo de la fibra de un saliente o borde y viceversa.

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La causa del defecto es imputable, como en el caso anterior, a la escasa calidad en la herramienta de corte utilizada. Aparecen en este caso una gran cantidad de franjas en la zona donde se encuentra el defecto y que se deben a la brusca variacin que se produce en la pendiente y que origina el incremento brusco en la desviacin angular del corte en la susodicha zona. La Figura 2.12 representa las vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de este defecto.

Figura 2.12 Vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico del pico. (9)

2.4.2.5.3 Desviacin. Consiste en la desviacin que se produce en la direccin del corte de la fibra ptica pero sin que se produzca el desprendimiento o arranque de una gran porcin del revestimiento de la fibra ptica y sin que sta presente una superficie abrupta sino perfectamente gradual y redondeada. Tambin se le conoce por sus denominaciones anglosajonas Rolloff>> o Breakover. Se localiza en el revestimiento de la fibra ptica y llega a afectar muy raramente al ncleo de la misma. La aparicin de este defecto se debe a un exceso de tensin o a una variacin brusca de la misma durante la secuencia marcar-cortar en el proceso de corte de la fibra ptica. Esta fluctuacin en la magnitud de las tensiones generadas durante el proceso de corte de la fibra ptica provoca el que no se mantenga constante la direccin del corte de la fibra ptica, con lo que se produce una modificacin o desviacin en la direccin de inicial del corte. La no aparicin en el extremo opuesto de la fibra ptica de ninguno de los dos defectos anteriormente descritos indica que, en este caso, el proceso de marcar el revestimiento de la fibra se realiz de forma correcta. Se puede observar cmo en el patrn de interferencia no aparecen franjas en la zona donde se produce el defecto y que es caracterstico nicamente para este defecto. Esto se debe a que la desviacin angular local que presenta en la zona del defecto es tan elevada que supera la resolucin del interfermetro al existir una gran distancia entre la superficie de la fibra ptica y el plano de referencia.

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La realizacin de empalmes de fusin con fibras pticas que presenten este defecto es muy problemtica y se originan grandes prdidas de atenuacin en los mismos. Estas prdidas se producen porque la fibra ptica carece de una gran cantidad del material de su revestimiento en la zona donde se localiza el defecto. Durante el proceso de fusin no es posible compensar la carencia del material de su revestimiento ni con el material de aportacin que es insuficiente ni con la modificacin conjunta de los parmetros de avance de la fibra ptica y de corriente de fusin de la misma. La Figura 2.13 representa las vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de este defecto.

Figura 2.13 Vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de la desviacin. (9)

2.4.2.5.4 Fractura. Consiste en el desprendimiento, arranque, astillamiento, rotura o fractura de una porcin de] revestimiento de la fibra ptica presentando sta una superficie abrupta. Tambin se le conoce por su denominacin anglosajona Chip. La aparicin de este defecto se debe a una mala manipulacin de la fibra una vez cortada y muy raramente se produce por la herramienta de corte. El patrn de interferencia para este defecto es caracterstico pues presenta zonas irregulares en la formacin de interferencias que no llegan a formar franjas en la zona donde se encuentra el defecto. La ausencia en la formacin de franjas denota la superficie abrupta e irregular del corte de la fibra ptica. Como en el caso anteriormente descrito la realizacin de empalmes de fusin con fibras que presenten este defecto es tambin muy problemtica por las razones antes expuestas de carencia de material y dificultad en la aportacin del mismo. Es aconsejable la repeticin del corte en ambos casos. La Figura 2.14 representa las vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de este defecto.

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Figura 2.14 Vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de la fractura. (9)

2.4.2.5.5 Opacidad. Este defecto consiste en que la superficie seccionada de la fibra ptica presenta un aspecto opaco, no cristalino. Tambin se le conoce por su denominacin anglosajona Mist. Su causa es un defecto puntual en el grado de homogeneidad del ncleo o del revestimiento de la fibra ptica. Nunca afecta a toda la superficie seccionada de la fibra ptica al ser prcticamente imposible que el defecto puntual afecte simultneamente a ncleo y revestimiento de la fibra ptica y llegue a coincidir con el punto en el que se secciona la fibra ptica. Este defecto raramente afecta al ncleo de la fibra y s afecta habitualmente a zonas puntuales del revestimiento. No es en absoluto imputable a la herramienta de corte utilizada, y la realizacin de empalmes de fusin con fibras que presenten este defecto, sorprendentemente, origina prdidas insignificantes en los mismos, al ser vaporizada la zona afectada en el proceso de prefusin que se produce durante el empalme por fusin de las fibras pticas. La Figura 2.15 representa las vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de este defecto.

Figura 2.15 Vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de la opacidad. (9)

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2.4.2.5.6 Rugosidad. Este defecto consiste en que la superficie seccionada de la fibra ptica presenta un aspecto rugoso, descarnado, rozado con zonas abruptas y sumamente irregulares. Tambin se le conoce por su denominacin anglosajona Hack1e. Su causa hemos de buscarla en algn defecto durante el proceso de estirado de la preforma, o durante el proceso de enfriado de la misma. Constituye un claro error durante el proceso de fabricacin de la fibra ptica. Nunca afecta a toda la superficie seccionada de la fibra ptica y, al igual que el anteriormente descrito, muy raramente llega a afectar al ncleo de la fibra ptica y s puede en cambio llegar a afectar a toda la seccin del revestimiento. No es en absoluto imputable a la herramienta de corte utilizada, y la realizacin de empalmes de fusin con fibras que presenten este defecto origina grandes prdidas en los mismos. Estas prdidas se producen por las grandes irregularidades que presenta la superficie de corte y que originan el que no se produzca la vaporizacin del material de forma uniforme y que se deposite el material de aportacin de forma irregular. La Figura 2.16 representa las vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de este defecto.

Figura 2.16 Vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de la rugosidad. (9)

2.4.2.5.7 Espiral. Este defecto consiste en que la superficie seccionada de la fibra ptica presenta dos niveles claramente diferenciados entre s con la aparicin de dos zonas de transicin entre ellos. La primera con una transicin abrupta entre los dos niveles del corte, y la segunda con una transicin paulatina y gradual entre ambos niveles. Esta segunda zona es la que determina el patrn de interferencia para este defecto. Su causa hemos de buscarla en que se marca el revestimiento de la fibra ptica en un punto muy prximo a una microfisura Ambos factores, junto al paso posterior de tensionar la fibra ptica, determinan la ruptura de la misma conforme a una direccin radial variable.

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Afecta por igual al ncleo y al revestimiento de la fibra, no es en absoluto imputable a la herramienta de corte utilizada, y la realizacin de empalmes de fusin con fibras que presenten este defecto es inviable por los valores tan altos de prdidas que se produciran. La Figura 2.17 representa las vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de este defecto.

Figura 2.17 Vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico del espiral. (9)

2.4.2.5.8 Concavidad. Este defecto consiste en que la superficie seccionada de la fibra ptica presenta una seccin cncava que afecta por igual a ncleo y revestimiento de la fibra ptica. Su causa hemos de buscarla en las microcurvaturas que se producen durante el proceso de fabricacin de la fibra, y no es imputable a la herramienta de corte utilizada. Su patrn de interferencias est formado por franjas concntricas y para su identificacin hemos de desplazar ligeramente la fibra en el interfermetro observando cmo las franjas se desplazan progresivamente desde la periferia del revestimiento hacia el ncleo de la fibra ptica. La Figura 2.18 representa las vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de este defecto.

Figura 2.18 Vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de la concavidad. (9) 2.4.2.5.9 Convexidad. Este defecto consiste en que la superficie seccionada de la fibra ptica presenta una seccin convexa que afecta por igual a ncleo y revestimiento de la fibra ptica.

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Su causa hemos de buscarla en las microcurvaturas que se producen durante el proceso de fabricacin de la fibra, y no es imputable a la herramienta de corte utilizada. Su patrn de interferencias est formado por franjas concntricas anlogas a las descritas anteriormente para la concavidad, y para su identificacin hemos de desplazar ligeramente la fibra en el interfermetro observando cmo las franjas se desplazan progresivamente desde el ncleo de la fibra ptica hacia la periferia del revestimiento. La Figura 2.19 representa las vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de este defecto.

Figura 2.19 Vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de la convexidad. (9)

2.4.2.5.10 Rotura. Este defecto realmente no es tal pues representa una fibra ptica que no ha sido seccionada, sino que ha sido rota. Tambin se le conoce por su denominacin anglosajona Shattered cuya traduccin literal es rotura, quebranto. Las caractersticas de la superficie resultante no son previsibles y tan slo se podr asegurar que el ngulo de corte ser psimo, y la seccin de la fibra abrupta y con grandes irregularidades. Con respecto a su patrn de interferencias tiene de caracterstico un gran nmero de franjas sin orden alguno en la orientacin y el dimensionado de las mismas y en el que imperar un caos absoluto. La realizacin de empalmes de fusin con fibras rotas es de todo punto imposible y su intento no ir ms all del mero experimento condenado a un fracaso seguro. La Figura 2.20 representa las vistas en planta, perfil y patrn de interferencia para uno de los posibles casos de este defecto.

Figura 2.20 Vistas en planta, perfil y patrn de interferencia caracterstico de la rotura de la

fibra ptica. (9)

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2.5 Parmetros caractersticos del proceso de empalme por fusin. (10) Los parmetros caractersticos que se utilizan en el proceso de empalme por fusin de las fibras pticas tanto monomodo como multimodo son los siguientes: 2.5.1 Corriente de Limpieza Tiene la misin de limpiar las impurezas depositadas en las superficies seccionadas de las fibras pticas. El proceso consiste en calentar las fibras pticas provocando la vaporizacin de las impurezas depositadas sobre las superficies de las fibras pticas. Los mrgenes de variacin de la corriente de limpieza estn comprendidos entre 10 mA y 16 mA. 2.5.2 Tiempo de Limpieza Es el tiempo durante el que se aplica la corriente de limpieza a las fibras pticas que se van a empalmar. Los mrgenes de variacin del tiempo de limpieza oscilan entre 50 msg y 300 msg. 2.5.3 Corriente de Prefusin Tiene la misin de precalentar las fibras pticas con lo que redondea los extremos de las fibras pticas por empalmar pero sin llegar a alcanzar el punto de reblandecimiento del ncleo de la fibra ptica. Durante la prefusin, la distancia entre los extremos de las fibras pticas se mantiene constante a pesar de la vaporizacin de dichos extremos. La temperatura de los extremos de las fibras pticas en este paso llega a alcanzar los 1.200 C. Los mrgenes de variacin de la corriente de prefusin estn comprendidos entre 10 mA y 25 mA. 2.5.4 Tiempo de Prefusin Es el tiempo durante el que aplicamos la corriente de prefusin a las fibras pticas que se van a empalmar. Los mrgenes de variacin del tiempo de prefusin oscilan entre 160 msg y 2.500 msg.

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2.5.5 Corriente de Fusin. Tiene la misin de calentar las fibras pticas con lo que funden y vaporizan los extremos de las fibras pticas desnudas enfrentadas, ncleo y revestimiento, llegndose a alcanzar el punto de reblandecimiento del cuarzo. Durante la fusin se produce la vaporizacin de un segmento de fibra, expresado en micras, equivalente al parmetro avance segn el eje Z. Esta vaporizacin ser compensada por el material de aporte. La temperatura de los extremos de las fibras en este paso llega a alcanzar los 1.700 C. Los mrgenes de variacin de la corriente de fusin estn comprendidos entre 10 mA y 25 mA. 2.5.6 Tiempo de Fusin. Es el tiempo durante el que se aplica la corriente de fusin a las fibras pticas que se van a empalmar. Los mrgenes de variacin del tiempo de fusin oscilan entre 0 sg y 10 sg. 2.5.7 Z-Gap. Es la distancia existente entre los extremos seccionados de las fibras pticas que se van a empalmar. El microprocesador de la empalmadora de fibra ptica mantiene esta distancia constante durante los procesos de limpieza y prefusin y la anula durante el proceso de fusin. Los mrgenes de variacin del Z-Gap, estn comprendidos entre 2 y 10 micras. 2.5.8 Avance segn el eje Z. Es la distancia que se avanzan los extremos de las fibras pticas para proveer el material de aporte que se vaporiza durante la fusin. El material de aporte que se vaporiza durante la fusin son dos segmentos de fibra ptica de longitud el parmetro avance segn el eje Z, expresado en micras. Los mrgenes de variacin del avance segn el eje Z, oscilan entre 0 y 10 micras. El avance total que se produce en las fibras segn el eje Z es la suma de los parmetros Avance segn el eje Z y Z-Gap, al ser ambos una distancia.

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2.5.9 Tiempo de Retardo. Es el tiempo que transcurre desde que se inicia el proceso de fusin (Tiempo y Corriente de fusin) al momento en que se produce el avance segn el eje Z. Es el tiempo en que se retarda el autoavance de la fibra ptica con respecto al proceso de fusin de la misma. En el instante en que finaliza el tiempo de retardo se produce la aportacin del material de aporte a la fusin de las fibras pticas. Este parmetro surge como consecuencia de que la aportacin, del material de aporte, se ha de realizar con las fibras pticas vaporizadas y en pleno proceso de fusin. Los mrgenes de variacin del tiempo de retardo oscilan entre 0 msg y 100 msg. 2.5.10 Punto de Fusin. Este parmetro es especfico y hace referencia conjunta al tiempo de fusin y a la corriente de fusin. Se expresa porcentualmente y representa una divisin del tiempo de fusin en un nmero fijo de intervalos, habitualmente 10, en los que la corriente de fusin se fija para cada punto en un valor porcentual del valor que previamente se estipul para la corriente de fusin. Su utilizacin nos permite programar la curva de fusin y aproximarnos al mximo a las curvas ideales recomendadas por los fabricantes de fibras pticas para la fusin de las mismas. Los mrgenes de variacin del punto de fusin oscilan entre el 60 % y el 100 % de la corriente de fusin. La Figura 2.21 refleja la curva de fusin en funcin de la corriente de fusin y del tiempo de fusin. El eje de ordenadas representa la variacin porcentual de la corriente de fusin prefijada y el eje de abscisas representa el tiempo de fusin repartido en diez intervalos y por tanto con once puntos por prefijar.

Figura 2.21 Curva de fusin en funcin de la corriente de fusin y del tiempo de fusin. (12)

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2.6 Influencia de los parmetros en la Apariencia del Empalme. (10) La influencia de los parmetros caractersticos para el empalme de las fibras pticas es decisiva, cualquier variacin en los valores tendr su repercusin en la apariencia que presente el empalme. Dichos valores sern modificados para optimizar el proceso de empalme y as conseguir la menor atenuacin. Una incorrecta aplicacin de los parmetros caractersticos de empalme de las fibras pticas influye considerablemente en los defectos en los empalmes de fusin; lo antes mencionado ha sido comprobado durante todos y cada uno de los empalmes.

Figura 2.22 Apariencias habituales de empalmes defectuosos. (10)

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Figura 2.23 Apariencias habituales de empalmes defectuosos. (10)

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Captulo 3

Descripcin del equipo y procedimientos para empalmar En este captulo se describir el equipo y material que utilizaremos a lo largo de nues