En la práctica y para una línea óptica media, al valor obtenido se le debe añadir 1.5 db, debido a la introducción de otras pérdidas intrínsecas.

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1 ANEXO 7 Elementos de la Red Óptica A Redes de Fibra Óptica Por presentar las redes de fibra óptica un sorprendente desarrollo y avizorando nuevos sistemas con aún mayor futuro, deberemos prestarle una particular atención a sus elementos constitutivos. Los cables de fibra óptica y sus sistemas componentes son aprovechados en una gran variedad de redes de transporte y metropolitanas de telecomunicaciones, extendiéndose actualmente hasta las redes de acceso hasta el abonado. Se agrupa en este capítulo toda su temática, con elementos experimentados en uso, pero sin desechar el análisis de los aun en desarrollo, ya que actualmente la red óptica está en continuo perfeccionamiento y se debe conocer las directrices futuras. Se trata los tipos de fibras y cables ópticos empleado, esencialmente en telecomunicaciones e informática, haciendo una introducción a la teoría óptica. En esta incidencia particularizamos principios técnicos de sus conectores y empalmes, los opto-transmisores, fotoreceptores, divisores, acopladores, filtros ópticos, etc. Comenzaremos analizando la fibra óptica en sus fundamentos de física óptica, para más adelante referirnos a los elementos constitutivos de una red óptica, estudiando las características sobresalientes de la transmisión óptica. A Ventajas de las fibras ópticas Se puede estimar como un ejemplo, un valor de atenuación para un sistema de fibra óptica, debidos a la absorción de la luz por la fibra, conectores y empalmes, para la segunda ventana, de 1 db /Km para fibras multimodo y de 0.4 db /Km en fibras monomodo. En la práctica y para una línea óptica media, al valor obtenido se le debe añadir 1.5 db, debido a la introducción de otras pérdidas intrínsecas. El operador de redes, encuentra en la fibra óptica especiales propiedades como medio de transmisión, lo que le permite obtener múltiples ventajas: Gran ancho de banda = mayor rendimiento. Bajas pérdidas = mayores distancias entre regeneradores de pulsos. Exento a diafonía = alta calidad de transmisión. Inmune a interferencias eléctricas = cercanía de transformadores eléctricos. Exento de inducciones eléctricas = fibra dieléctrica sobre líneas de alta tensión Imposibilidad de substracción de la información = seguridad de la información transmitida. Resistente a las atmósferas corrosivas. Inmune a descargas eléctricas. Reducidos factores, espacio, diámetro y peso. Materia prima no escasa, dióxido de silicio (S i O 2 ). Flexibilidad para el diseño.

2 2 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 El área de aplicación es sumamente extensa: Redes de enlace de telecomunicaciones en banda ancha. Redes de acceso en banda estrecha y ancha. CATV. LAN, MAN y WAN. Cableados estructurados y en edificios inteligentes. Cableados de aviones y buques. Cables subfluviales y submarinos. Aplicaciones médicas Las características comparativas de atenuación en función de la distancia, de las fibras ópticas, respecto a cables multipares trenzados y coaxiales se distinguen por la presentación de valores diferenciados considerables (Fig. 1). Atenuación (db) 50 cable con aislamiento de papel 0.65 con aislamiento de polietileno celular 0.65 cable coaxial de 4.4 mm cable coaxial de 9.5 mm fibra multimodo de índice gradual fibra monomodo Longitud (m) Fig. 1 - Atenuación en función de la longitud Los operadores de redes, son partidarios de los cables de fibra óptica además de sus cualidades de transmisión, por ser estos livianos y delgados. Ello les proporciona amplias facilidades de instalación tanto en cañerías, como aéreos o para enterramiento directo. Además, muchas canalizaciones existentes están llenas por completo, al reemplazar varios cables multipares por un solo cable de fibra se liberan varios conductos evitando efectuar ampliaciones de las canalizaciones o la construcción de nueva cañerías. Un cable de cobre, de 1000 pares y de 1 kilómetro de longitud, pesa 8000 Kg, dos fibras ópticas pueden tener la misma capacidad de transmisión y únicamente pesan 100 Kg. Son además más manejables, requieren un transporte más económico y su instalación podrá ser manual. Por otra parte las fibras ópticas no podrán ser interferidas ni intervenidas en sus comunicaciones, por no portar corrientes eléctricas, y no ser influenciadas por corrientes electromagnéticas de redes eléctricas próximas, de alta tensión o de transporte. En valores de atenuación y longitudes, podremos comparar cables UTP de Categoría 5 respecto a fibras multimodo. El cable de cobre permite llegar a 155 Mb/s hasta 100 m, mientras que la fibra a 622 Mb/s hasta 800 m, ó a 155 Mb/s hasta 3 Km. Luego para estas velocidades después de los 100 m debe usarse fibra. Para distancias mayores a las indicadas es necesario emplear fibra monomodo.

3 A Propagación lumínica en la fibra óptica ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 3 Desde hace mas de 100 años que se utilizan las ondas electromagnéticas para la transmisión de informaciones. Su utilidad se debe a que para propagarse no se requiere necesariamente de un conductor metálico. Se puede mediante estas ondas efectuar una transmisión con elevada velocidad tanto en la atmósfera (aire), como en la estratosfera (vacío) o en un medio dieléctrico, es decir no conductor de la electricidad como lo es un plástico o el vidrio. La luz visible, ocupa una porción reducida del espectro total de las ondas electromagnéticas (Capítulo 4). Se extiende desde los 380 nm (color violeta) hasta los 780 nm (color rojo), a la que se le adiciona la zona de radiación ultravioleta, con longitudes de onda menores y la zona de radiación infrarroja con longitudes de onda mayores. En las telecomunicaciones ópticas se emplean las longitudes de onda del infrarrojo, entre 800 y 1600 nm, a sea en entornos de 1 m. Las ondas electromagnéticas y por ende las luminosas son ondas transversales, es decir que su campo magnético y eléctrico oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación. La propagación del sonido por el contrario tiene una propagación longitudinal, es decir que las oscilaciones se producen en la misma dirección de propagación. El concepto fundamental, es considerar a una onda como la excitación dada en una sustancia, con una propagación sin la necesaria implicancia de transporte de materia de esa sustancia. En el vacío estas ondas se propagan con la velocidad de la luz c 0 = Km/s. Para la propagación en el aire se toma como aproximación el valor entero c 0 = Km/s. Para estudiar las propiedades de transmisión en las fibras ópticas, se deben conocer las bases de la propagación óptica. La correcta propagación de un haz de luz en la fibra óptica se realiza si se cumplen las dos leyes fundamentales de la física óptica: La Ley de la reflexión y la Ley de refracción de Snell.. Estructura básica de una fibra óptica Una fibra óptica (denominada coloquialmente pelo de fibra), está constituida por un núcleo central (core), de vidrio extremadamente puro constituido por dióxido de silicato SiO 2, mas elementos dopantes, rodeada de una capa de vidrio SiO 2, llamada revestimiento (cladding) y que tiene un valor de densidad distinto al del núcleo. Se tiene una fibra multimodo cuando el núcleo posee un diámetro entre 50 á 85 m y una fibra monomodo cuando toma diámetros entre 4 y 10 m. El revestimiento presenta para ambos casos un diámetro de 125 m. Estos elementos conductores del rayo de luz están recubiertos, para su protección mecánica e identificación, por una capa de un material plástico, al que le llamamos recubrimiento primario (soft coating). Este elemento es del tipo adherente como capa de resina siliconada, nylon o acrilato, con 250 m de diámetro, que para fibras multimodo podrá llegar a 500 m. El mismo, se coloca en la fabricación de la fibra óptica y que se eliminar para efectuar los empalmes, quitándolo y limpiando luego la superficie de la fibra óptica, usando un líquido especial para esa operación. Este recubrimiento es generalmente del tipo doble, para absorber los esfuerzos transversales que generan las curvaturas, llamando al segundo, recubrimiento secundario (hard coating). La ITU -T indica como norma, emplear solo diámetros de revestimiento en 125 m. Sin embargo se ha desarrollado, para fibras multimodo empleadas con bajas velocidades y en tramos cortos, núcleos de 100 m, con revestimientos de 140 m de diámetro.

4 4 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Esta fibra, por sus dimensiones, es más fácil de operar con sus conectores, pero al ser una técnica no normalizada resulta más costosa (Fig. 2). recubrimiento primario revestimiento núcleo 85 m 125 m 250 m Fibra multimodo 8 m 125 m 250 m Fibra monomodo Fig. 2 - Vista en corte de los dos principales tipos de fibras Para diferenciar los distintos tipos de fibra óptica, se emplean diferentes colores para sus cubiertas. COLOR DE LAS FIBRAS ÓPTICAS TIPO DE FIBRA Monomodo Monomodo de dispersión desplazada Multimodo 50/125 (core/clad) Multimodo 62.5/125 Multimodo 85/125 CUBIERTA Amarillo Rojo Naranja Carbón gris Azul Ley de la Reflexión Sea una superficie de separación entre dos sustancias, donde la sustancia 1 tiene una velocidad de propagación de la luz de c 1 y la sustancia 2 una velocidad de propagación c 2. Cuando una onda lumínica incide sobre esa superficie de separación, una fracción de la misma se refleja. La proporción de la luz reflejada depende del ángulo formado por el rayo de luz con la perpendicular a ese plano, entendiéndose por rayo de luz a la trayectoria descripta por la energía lumínica. En esas condiciones, se cumple que el ángulo ( ) del rayo incidente (i), es igual al ángulo ( ) del rayo reflejado (r), respecto ambos a la normal al plano de separación de las distintas sustancias y que denominamos plano de reflexión (Fig. 3). = i r sustancia 1 (C 1 ) sustancia 2 (C 2 ) Fig. 3 - Ley de la Reflexión

5 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 5 Como caso particular, cuando la proporción de la onda de luz reflejada, es igual a la proporción de la onda de luz incidente, se dice que se tiene reflexión total, para ese ángulo y para esa relación entre las densidades C 1 y C 2. Este fenómeno lo estudiaremos algo más adelante. Ley de Refracción de Snell De dos sustancias transparentes, se considera ópticalmente más densa, aquella que posee menor velocidad de propagación de la luz. Si incidimos un rayo con un ángulo y para el caso que la sustancia desde donde el rayo incide, es menos densa C 1 (por ej: aire) a otra sustancia más densa C 2 (por ej: vidrio ó agua), la trayectoria cambia aproximándose a la normal, con un ángulo de refracción (Fig. 4). sustancia 1 (C 1 ) sustancia 2 (C 2 ) Fig. 4 Refracción de un rayo lumínico En ese caso y para una sustancia isotópica, es decir que mantiene sus propiedades físicas en todas las direcciones, se cumple la relación dada por la Ley de refracción de Snell, expresada según las velocidades de propagación en cada una de las sustancias: sen C 1 = sen C 2 [1] La relación del seno del ángulo incidente al ángulo refractado, tiene un valor constante llamado índice de de refracción, entre el medio B de refracción y el medio A de incidencia. Si consideramos la transición del aire, con una velocidad de la luz de C 0, a una sustancia con velocidad de la luz de valor C 1, se tiene: sen C 0 = = n 1 sen C 1 A tal relación la denominamos índice de refracción n 1 para esa sustancia, considerando al índice de refracción del vacío n 0 (aproximadamente igual al del aire), es igual a uno. Para dos sustancias diferentes, será: C 0 C 0 C 1 = y C 2 = n 1 n 2 [2]

6 6 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Reemplazando [2] en [1], resulta la Ley de Snell, expresada según los índices de refracción de cada una de las sustancias: n 2 C 1 = n 1 C 2 Ley de Snell Velocidad de Grupo Mientras que la luz en el vacío, se propaga con igual velocidad para diferentes longitudes de onda, en sustancias transparentes su velocidad de propagación es diferente para distintas longitudes de onda. Esta característica permite que se originen los efectos de dispersión. El índice de refracción n de una sustancia determinada, es decir la razón de la velocidad de la luz en el vacío, a la velocidad de la luz en esa sustancia, depende fundamentalmente de la correspondiente longitud de onda aplicada. En el caso del cuarzo y con luz infrarroja, este índice decrece cuando se incrementa la longitud de onda. La magnitud n vale para ondas luminosas que se propagan con solamente con una única longitud de onda y con amplitud constante. Pero en este caso la onda no transmite información, ello solo se logra si se modula la misma. En transmisiones ópticas digitales la modulación se realiza por medio de pulsos luminosos. Estos pulsos son grupos de ondas luminosas de corta duración y de diferentes longitudes de onda. Luego las ondas integrantes no se propagarán a la misma velocidad. Por ello, se debe considerar la velocidad del grupo, para lo cual se define el índice de refracción del grupo n g, la que está dada por la relación: n g = n - dn d La expresión dn /d es negativa, para la gama de longitudes de onda consideradas, luego el índice de refracción de grupo ng, resulta mayor que el índice de refracción n. Para calcular los tiempos de propagación de señales ópticas, debe utilizarse únicamente el índice de refracción de grupo n g. Se destaca que n g presenta un mínimo para las cercanías de 1300 nm de longitud de onda, es decir que posibilitará las mayores velocidades de transmisión para esa sustancia. Las variaciones de n y de n g, en función de una onda luminosa originan valores de, los que se pueden graficar (Fig. 5). Los pulsos luminosos se propagan por la fibra con la velocidad de grupo C g, que corresponde a la relación entre la velocidad de la luz en el vacío C y el índice de refracción de grupo, en el núcleo n g (el que a su vez es función de la longitud de onda ). C g = C / n g El tiempo (t g ), que el grupo insume en el recorrido de una fibra óptica de longitud (L), será: t g = L / C g = n g (L / C) [3]

7 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 7 Índices de refracción (n) n g ( ) n ( ) nm ( ) Ángulo Límite Fig. 5 - Índice de refracción n ( ) y de grupo n g ( ), para 100% de SiO 2 Vimos que un rayo se reflectaba desde una sustancia menos densa a una más densa aproximándose a la normal. Inversamente, si incidimos un rayo desde una sustancia más densa a una menos densa se aleja de la norma. En ese caso, llegará a un valor de ángulo límite 0 en el cual el rayo reflejado se propagará sobre la superficie de separación. Superado ese valor de ángulo 0, se obtendrán solamente rayos reflejados. Es decir que los rayos incidentes no pasan, escapando a la sustancia menos densa, sino que se propagan solo en la sustancia más densa. A este fenómeno se le denomina reflexión total y en ese caso se cumple que: como: sen = sen 90º = 1, resulta: Ejemplos de ángulos límites son: sen 0 n 2 = sen n 1 Para vidrio con n 1 = 1.5 y aire con n 0 = 1 se tiene: sen 0 = 1 / º Para agua con n 1 = y aire, n 0 = 1 resulta: sen 0 = 1 / º Apertura Numérica La reflexión total puede ocurrir únicamente, cuando un rayo luminoso incide desde una sustancia ópticamente más densa (vidrio con n 1 = 1.5), sobre otra menos densa (aire con n 2 = 1) y no en el caso inverso. En una fibra óptica al disponerse un núcleo formado por un vidrio con índice de refracción n 1 y rodeada de un revestimiento con un vidrio de densidad n 2 y donde n 1 tiene un valor levemente superior (10%) a n 2, se aplica el fenómeno de reflexión total. En ese caso, los rayos incidentes dentro del núcleo, no escapan a la sustancia menos densa, sino que se propagan rebotando siempre dentro del mismo (Fig. 6).

8 8 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 ángulo de aceptación núcleo n 1 revestimiento n 2 aire n 0 = 1 n 1 > n 2 Fig. 6 - Trayecto del rayo de luz en una fibra óptica Si se cumple la relación de ángulo límite, todos los pulsos de luz (Láser o infrarrojo) con ángulos menores a (90º - 0 ), serán reflejados manteniéndose dentro del núcleo sin escape al exterior. Para acoplar un rayo luminoso, desde el exterior al núcleo, se debe de cumplir que: sen n 1 sen (90º - 0 ) n 0 = Con n 0 del aire igual a uno, será: sen = n 1 cos 0 = n 1 1- sen 2 0 En reflexión total será: sen = n 1 1- (n 2 / n 1 ) 2 Luego resulta: sen = n n 2 2 = AN Al máximo ángulo de acoplamiento max se le denomina ángulo de aceptación de la fibra óptica y al seno del ángulo de aceptación se le denomina apertura numérica (AN) de la fibra. La apertura numérica define el concepto de transmisión del rayo en la fibra. La rotación del ángulo de aceptación máximo max define al cono de aceptancia (Fig. 7). n 2 m ax n 1 n 2 Fig. 7 - Cono de aceptancia A Óptica Ondulatoria Dado que el diámetro del núcleo de una fibra óptica se halla típicamente entre 10 y 100 m, es decir algo mayor que la longitud de onda de la luz infrarroja transmitida por ese núcleo, aproximadamente alrededor de 1 m, ocurren fenómenos de interferencias que solo se pueden describir mediante la ayuda de la física ondulatoria. En general se denomina interferencia, a la superposición de dos o más ondas y su combinación para formar una onda única. La interferencia típica se obtiene, solo cuando ambas tienen una misma longitud de onda y una diferencia de fase constante en el tiempo. Si en un determinado punto del espacio, ambas ondas presentan una diferencia de fase igual a un múltiplo entero de, se produce una suma de sus amplitudes. En cambio, si esa diferencia de fase es igual a un múltiplo entero de ½, se produce una resta de sus amplitudes. En este caso, si ambas amplitudes son iguales se produce una anulación total de las dos ondas.

9 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 9 A este tipo de ondas se le denominan ondas coherentes. Para la transmisión de luz por fibras ópticas fue necesario encontrar fuentes luminosas coherentes o sea las que emiten una luz lo más coherente posible. La luz Láser (Light Amplification by Stimulatated Emission of Radiation), luz por radiación de emisión estimulada, puede ser altamente coherente tanto temporánea como espacialmente o ambos. La luz láser se produce tanto en luz visible como infrarroja y menos común en la región del espectro de electromagnético ultravioleta. Para ello, los átomos son excitados por la descarga eléctrica a través de un gas, o por la corriente a través de un diodo de estado sólido. Esta experiencia produce una transición del nivel de energía, de lo que resulta la emisión de un flujo de fotones. Algunos haces de tipo Láser, tienen la conformación de pulsos de luz, otros constituyen ondas continuas. Los haces Láser pueden ser modulados por señales de muy ancho de banda. Las modulaciones digitales ópticas utilizadas son de 8, 35 y 140 Mb/s. Los emisores Láser son diodos luminosos. Estos brindan emisión de luz forzada, lo que da la posibilidad de contar con diferencias de fases constantes a igual. Con ello, aparecen interferencias en la fibra óptica, que producen la propagación de la luz por su núcleo, a determinados ángulos. Estos ángulos corresponden, a direcciones en las cuales las ondas asociadas al superponerse se refuerzan, como suma de amplitudes. A este fenómeno de interferencia se le denomina interferencia constructiva. Las ondas luminosas permitidas susceptibles de propagarse por el núcleo de una fibra óptica, se denominan modos. También se las llama, ondas naturales o fundamentales. Estos modos de propagación se pueden determinar matemáticamente, mediante las Ecuaciones de Maxwell. Las ondas fundamentales o modos, presentan superficies de ondas planas, por lo que se pueden polarizar linealmente. De allí la denominación, LP vu., donde v y u son los índices modales. Podríamos efectuar un ejercicio reflexivo. Porqué dos fuentes luminosas, dos lámparas incandescentes que superponen sus rayos de luz, no presentan efectos de interferencia?. La respuesta se halla en el proceso de emisión de los filamentos incandescentes, que brindan luz incoherente. Debido a sus fenómenos espontáneos aleatorios de emisión, cada átomo de los filamentos, emite destellos luminosos de cortos trenes de onda, con duración de aproximadamente 10-8 s. Considerando la velocidad de la luz en m/s, cada tren de onda tiene una longitud de unos 3 m. A esta longitud se la denomina longitud de coherencia. La superposición de los trenes de onda de tal longitud, no ocasiona interferencias, sino solo iluminación. A Parámetros Ópticos La calidad de transmisión en una red óptica incumbe a los parámetros mensurables en las fibras ópticas constituyente. Los principales parámetros para el estudio de las redes ópticas son la atenuación y la respuesta de frecuencia de banda base que limita su ancho de banda de trabajo. Ambos factores deben considerar las propiedades de la fibra, la longitud del cable, el espaciamiento de regeneradores de pulsos, sus conexionados y empalmes. La atenuación y el ancho de banda, son producidos por fenómenos físicos tales como la absorción y la dispersión. La atenuación describe la las pérdidas de potencia lumínica a lo largo del trayecto descrito por la fibra óptica, mientras que la difracción constituye un actuación dispersiva (Fig. 8).

10 10 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Señal de entrada Señal de salida Atenuación modo 1 Dispersión modo 2 modo 3 Atenuación + Difracción Fig. 8 - Efectos de atenuación y difracción Veamos las causas que provocan el efecto de atenuación, para estudiar seguidamente los distintos casos de difracción. Debido a que los distintos efectos de difracción se anulan o minimizan por medio de la modificación de los perfiles de la fibra óptica, describiremos la evolución de los perfiles en su relación vincular. A Atenuación La pérdida de energía lumínica en líneas de fibra óptica, se expresa en valores de atenuación como unidades de db /Km, dependiendo éstos de la longitud de onda de trabajo empleada o frecuencia moduladora (Fig. 9). La atenuación se podrá clasificar según tres grandes categorías: Atenuación Pérdidas por factores intrínsecos a la fibra Pérdidas por factores extrínsecos a la fibra Modos fugados Atenuación (db / Km) cable con aislamiento de polietileno cable coaxial de 4.4 mm cable coaxial de 9.5 mm fibra multimodo de índice escalonado fibra multimodo de índice gradual fibra monomodo MHz GHz THz fr Fig. 9 - Atenuación en función de la frecuencia moduladora

11 A Factores Intrínsecos a la fibra ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 11 Las pérdidas de atenuación clasificadas, como debida a factores intrínsecos a la fibra, obedecen a la composición del vidrio y del rayo lumínico y los podemos clasificar a su vez, debido a la absorción y a la dispersión de los rayos. La absorción, se origina debido a los rayos infrarrojos (IR), a los rayos ultravioletas (UV). La difusión, se origina debido a la difusión de Rayleigh, de Mie y de Brillouin y Raman. Factores intrínsecos Por absorción Por absorción Por esparcimiento a rayos infrarrojos (IR) a rayos ultravioletas (UV) difusión de Rayleigh difusión de Brillouin y Raman difusión de Mie. a) En infrarrojo, limita el trabajo a altas longitudes de onda. b) En ultravioleta, es despreciable para > 1 m Por esparcimiento a) Difusión de Rayleigh, se refiere a micro inhomogeneidades de orden menor a las longitudes de la onda transmitida, que provocan fluctuaciones de la corriente dieléctrica. Estas inhomogeneidades se deben a fluctuaciones de densidades, burbujas, fisuras y /o imperfecciones en la guía de onda. En este caso, cuando la luz se propaga se genera luz en otras direcciones, dispersión de la onda electromagnética, distintas a la propagación deseada, denominada Luz de Tyndall. Este es un fenómeno fundamental y no puede ser eliminado. El valor de la atenuación debido a esta e factor es proporcional al índice de refacción, la temperatura absoluta y la longitud de onda empleada n 8 T / 4 b) Difusión Mie, corresponde a inhomogeneidades del mismo orden de,. Ocurre en el sentido de propagación y no pueden separarse del efecto que produce en los modos de alto orden. Este es un fenómeno no dependiente de la frecuencia. En fibras de mala calidad, causan principalmente retrodifusión, o sea que una pequeña porción de la potencia luminosa se difunde en sentido hacia el emisor. c) Difusión estimulada de Brillouin y Raman, se debe a la iteración entre el material y la señal óptica no lineal presente, superado un cierto umbral de densidad de potencia óptica. Este fenómeno, limita la potencia a transmitir. A Factores Extrínsecos a la fibra Los factores de pérdidas clasificados con extrínsecos a la fibra, intervienen en la fabricación de la fibra y /o en su cableado. Ellos se pueden catalogar también, como debido a la absorción o al esparcimiento. A su vez debido a la absorción se divide en por impurezas de iones metálicos o por radicales OH, y debido al esparcimiento, en por microcurvaturas o por macrocurvaturas. Factores extrínsecos Por absorción Por esparcimiento a impurezas de iones metálicos a radicales OH microcurvaturas macrocurvaturas

12 12 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Por absorción b) Los radicales OH - absorben en distintas bandas la energía lumínica. Las bandas de mayor absorción, que afecta a la propagación óptica, son las que corresponden a la longitud de onda de 0.85 m, 1.39 m y 1.55 m. Por ejemplo, una concentración de 1 ppm (parte por millón) de OH -, ocasiona una atenuación de 0.1 db /Km a 800 nm, 1 db /Km a 950 nm, 1.7 db /Km a 1240 nm y 35 db /Km a 1390 nm de.. b) Pequeñas contaminaciones por impurezas de iones metálicos del cobre Cu, níquel Ni, hierro Fe, manganeso Mn, cobalto Co y cromo Cr, producen elevadas pérdidas de energía de luz, en una fibra óptica de dióxido de silicato SiO 2. Cada una de estas, afectando con distinta cuantía. Por ejemplo,1 ppm de Cu provoca una atenuación de varios db /Km a 880 nm de. Por esparcimiento a b Microcurvaturas (microbending). Se refiere a ejercer curvaturas de la fibra óptica, en un tamaño de la guía de onda óptica (waveguide scattering) que causan transferencia de energía fuera de la misma. Macrocurvaturas. Similar al caso de microcurvaturas, las pérdidas se producen en valores de torsión fuera de norma para esa fibra óptica. El aumento de atenuación es función de la curvatura que se somete a la fibra. El radio de curvatura admisible especificado, para un cable de 48 fibras, es de 60 cm, lo que impide cualquier curvatura excesiva. Los riesgos se presentan en las cajas de empalmes, si no se cumpliesen los correctos recorridos preestablecidos, que mantienen curvaturas superiores a unos 5 cm, para cada fibra. Atenuación por modos fugados El acoplo normal ente modos, permite una distribución de equilibrio en un trayecto rectilíneo. La dispersión de energía debida al acoplo nodal se denomina modos fugados. Al curvar una fibra óptica, la componente transversal del campo de propagación, resulta en un campo de fuga y modos fugados. Se trata de ondas que se encuentran en la gama límite entre los modos guiados y los que no son capaces de propagarse. Parte de estos modos, circulan por el revestimiento a velocidad mayores y se pierden en un corto trayecto. A ese campo de fuga se le denomina flujo evanescente. El mismo está asociado a tales modos, con la consiguiente pérdida de potencia óptica. Este tema, es visto con mayor detenimiento, al tratarse seguidamente, el perfil gradual de las fibras multimodo. Ventanas ópticas de transmisión Una ventana se corresponde a los menores valores de atenuación proporcionada por la fibra óptica, según el rango de longitudes de onda posibles de usar. Una longitud de la onda utilizada para un sistema dado, se debe referir siempre a la ventana correspondiente, empleada en la fibra óptica. Para la transmisión de luz por fibra óptica se utilizan, hasta el presente, tres rangos de frecuencias, aquellos en los que las fibras muestran menor absorción, son las bandas alrededor de 0.85, 1.30 y 1.55 m. Se encuentran por lo tanto en la zona infrarroja del espectro, la zona de luz visible está entre 0.4 y 0.7 m. Estas bandas, denominadas ventanas de transmisión de la fibra, se les llama respectivamente, de primera, segunda y tercera ventana.

13 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 13 LONGITUD DE ONDA ( m) (10-6 m) VENTANAS ÓPTICAS LONGITUD DE ONDA (nm) (10-9 m) FRECUENCIA (THz) LUZ visible 1º ventana IR 2º ventana IR IR 3º ventana IR IR Se está trabajando en laboratorios de investigación con ventanas, en bandas mayores a 1.6 m y también entre 1.3 y El pico de atenuación alrededor de los 1.4 m, se debe a valores de hidroxilo como residuos de agua dentro del vidrio, por ello se buscan fibras especiales y perfiles que eviten sus efectos. La primera ventana tiene la mayor atenuación, solo se la utiliza para fibras multimodo. Se adopta mayormente la tercera ventana, pues dispone del menor valor de atenuación, que se aplica en fibras monomodo para cubrir grandes distancias sin emplear repetidores. Para analizar los efectos de absorción que introduce cada tipo de fibra óptica se debe determinar el tipo y cantidad de iones de impureza o radicales que contiene. Se observará los bajos niveles de contaminación intervinientes, lo que indica el grado de pureza requerido para su fabricación. Graficando estas características, se podrá estudiar la relación de pérdidas por atenuación respecto a las distintas longitudes de onda (Fig. 10). Fig Factores contaminantes de atenuación Los distintos factores de atenuación, como ser la absorción de rayos ultravioletas, la dispersión de Rayleigh, los oxidrilos, la absorción de rayos infrarrojos, etc., para una fibra óptica dada, definen la atenuación total resultante y con ello las posibles ventanas de transmisión (Fig. 11).

14 14 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Fig Ventanas de transmisión óptica Los valores de atenuación varían, para las distintas ventanas y entre los distintos tipos de fibra óptica utilizados, como se muestra en la siguiente tabla: VALORES DE ATENUACIÓN PARA DISTINTOS TIPOS FIBRAS (db /Km) TIPO DE FIBRA Núcleo (mm) Revestimiento (mm) Ventana 850 nm 1300 nm 1550 nm Monomodo Monomodo Multimodo Multimodo Multimodo Para nuestra mejor comprensión, podremos ubicar tales longitudes de onda empleadas, dentro del espectro electromagnético. Las ondas inferiores, mas cortas, se emplean para distintos sistemas, eléctricos, de telecomunicaciones y para tratamientos terapéuticos, mientras que las superiores corresponden al espectro óptico, es decir la radiación ultravioleta, la luz visible, los rayos X y los rayos gama (Ver Anexo X). Las ondas superiores del espectro óptico, son empleadas para tratamientos medicinales, mientras que el espectro útil para telecomunicaciones, se ubica restringido casi exclusivamente a un sector de las ondas de luz infrarroja.

15 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 15 DESCOMPOSICIÓN DEL ESPECTRO ÓPTICO LONGITUD DE ONDA LUZ m nm Radiación ultravioleta Luz ultravioleta Violeta Azul Verde Amarillo Luz visible Espectro óptico Naranja Rojo Luz infrarroja Radiación infrarroja A Perfiles Se denomina perfil del índice de refracción de una fibra óptica, a la variación del índice de refracción en función de la distancia al eje de la fibra. Hemos visto que se dispone principalmente de dos tipos de fibras la multimodo y la monomodo, en el análisis de la marcha del rayo de luz observamos que se organizaba en dos índices de refracción, n 1 para el núcleo y n 2 para el revestimiento. Estos casos son los denominados de perfil tipo escalón, ya que el cambio de índices de refracción es abrupto. Existen otros distintos perfiles, que mejoran la calidad de propagación de los modos en la fibra. En forma general se dirá, que el perfil del índice de refracción de una fibra óptica, es el valor del índice de refracción n en función de su radio r. En la práctica interesan los perfiles exponenciales, es decir aquellos perfiles de índices de refracción, que presentan una variación exponencial del radio. Los perfiles exponenciales, responden a la expresión: n 2 (r) = n 2 1 [ 1-2 (r /a) g ] para el núcleo (r < a) n 2 (r) = n 2 2 = cte para el revestimiento (r a) donde: n 1 índice de refracción en el eje del núcleo (r = o) r distancia del eje de la fibra, m a radios del núcleo, m g exponente del perfil n 2 índice de refracción del revestimiento diferencia normalizada de índices de refracción = AN 2 / 2 n 2 1 = (n n 2 2) / 2 n 2 1

16 16 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Casos particulares del valor de g son (Fig. 12): g = 1 : perfil triangular g = 2 : perfil gradual parabólico g = : perfil escalonado n (r) n 1 (max). n 1 (núcleo) transición n 1 / n 2 n 2 (revestimiento) -r a 0 a r Fig Perfiles de índices de refracción de fibras El índice de refracción es constante en el núcleo para el perfil escalonado, mientras que en el resto de los perfiles se incrementa en forma gradual. El perfil gradual de tipo parabólico es el más utilizado, por presentar muy buenas características técnicas para la conducción de la luz. Otra relación importante utilizada, es el parámetro estructural V: 2 a V = AN [4] A Cantidad de Modos Llamamos ondas fundamentales o modos, a las ondas luminosas permitidas susceptibles de propagarse por el núcleo de una fibra óptica. También vimos, que existen dos grandes grupos de fibras ópticas, las que propagan múltiples modos y las que admiten un solo modo. Seguidamente efectuamos un integral análisis de ambos grupos, sus parámetros y propiedades. Se toma en forma aproximada, la cantidad N de modos conducidos en el núcleo para un perfil exponencial g como: N V 2 g 2 (g + 2) Para un índice escalonado se toma: N V 2 / 2 Mientras que en un perfil gradual es: N V 2 / 4 Sea una fibra óptica de perfil gradual, con: 2a = 50 m AN = 0.2 = 1 m El parámetro estructural V es: V = 2 (a / ) AN = (2 50 / 2) y la cantidad de modos es: N V 2 / 4 = / 4 247

17 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 17 A este tipo de fibra óptica, que disponen de varios modos, se las denominan fibra multimodo. De la fórmula, vemos que si deseamos disminuir el número de modos se deberá reducir el diámetro de núcleo 2a y /o la amplitud numérica AN, y /o aumentar la longitud de onda. No es conveniente disminuir la AN, pues de ella depende el mejor acoplamiento del emisor a la fibra óptica. Disminuir el diámetro de la fibra, dificulta la operación y encarece los componentes de conexionado. Por otra parte, es dificultosa y costosa la fabricación de emisores y receptores para frecuencias muy elevada. Si en un conductor con perfil escalonado, el parámetro V se reduce hasta un valor inferior a se puede obtener una fibra óptica con un solo modo, denominado modo fundamental LP 01. El valor se determina mediante el análisis de las Ecuaciones de Bessel. A este tipo de fibra óptica, que dispone de un solo modo, se le denomina fibra monomodo. A pesar de disponer estas fibras de un solo modo, existen en ella dos modos de polarización con ondas fundamentales que oscilan en dirección perpendicular entre sí. A Factores de dispersión Se entiende por dispersión al fenómeno por el cual, al inyectarse un determinado número de fotones (partículas asociadas a la energía electromagnética), en un extremo de una fibra óptica y en definido instante, los mismos se identificarán en el otro extremo en tiempos distintos. Los factores de la dispersión se pueden clasificar como modal y cromática, la que a su vez está compuesta por efectos del material y de guía de onda. Dispersión modal cromática del material de guía de onda Los factores adversos generadores de dispersión son contrarrestados modificando los perfiles de los índices de refracción. Al disminuir la dispersión, posibilitamos obtener alcances de la línea mayores. Evitamos con ello en muchos casos, la inclusión de regeneradores de pulsos. Las definiciones de cada uno de estos factores de dispersión, se exponen al considerar cada caso que estudiaremos en particular, para la fibra multimodo y para la fibra monomodo. A Dispersión en Fibra Multimodo Las fibra óptica multimodo usuales podrá tener perfil del tipo escalón o de índice gradual. Perfil Escalón Sean las dimensiones de una fibra óptica multimodo con perfil escalón de: Diámetro del núcleo 2a 100 m Diámetro del revestimiento D 140 m Índice de refracción del núcleo n Índice de refracción del revestimiento n La apertura numérica es: AN = sen = n n , luego 14º

18 18 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 La diferencia normalizada de índices de refracción es: = AN 2 / 2 n 2 1 = / % 1.34 % El parámetro V, con = 850 nm es: V = (2a / ) AN = ( 100 / 0.85 ) Luego resulta tener un número de nodos aproximado a N V 2 / 2 = / Con estas características, en el extremo inicial, cada uno de los distintos modos es excitado con un ángulo diferente, luego tendrán trayectorias distintas y distintos tiempos de llegada al otro extremo (Fig. 13). índice de refracción del revestimiento n 2 índice de refracción del núcleo n 1 Fig Trayectos de los modos de un rayo de luz en una fibra con perfil escalonado La relación entre tiempos máximos y mínimos es del orden, de la diferencia normalizada de los índices de refracción ( 1%). Luego, sea una fibra, con las características dadas y de 1 Km de longitud, la luz tarda unos 5 s en recorrerla (1 / ). Entonces t 5 s 1% = 50 ns La distorsión producida en los distintos modos, por estas diferencias de tiempos, se denomina distorsión modal. La misma causa el ensanchamiento del pulso luminoso en su trayecto, ello constituye una desventaja en las telecomunicaciones ópticas, pues reduce la velocidad de transmisión o sea la cantidad de bits por unidad de tiempo y de su ancho de banda. Perfil Gradual La dispersión modal en una fibra óptica multimodo se podrá reducir considerablemente, si se provee un perfil de índice gradual, donde el índice de refracción en el núcleo disminuye en forma parabólica, desde un valor máximo n 1 en su eje, hasta un valor mínimo n 2 en su límite con el recubrimiento. Entonces, los rayos luminosos recorren la fibra óptica describiendo trayectorias onduladas helicoidales. En el perfil de índice gradual, la fibra esta constituida como si tuviera capas concéntricas de distinto valor del índice de refracción. En ese caso, si bien los rayos que oscilan lejano al eje deben recorrer un camino más largo que el que realizan los rayos cercanos al eje, desarrollan una mayor velocidad, proporcional al menor índice de refracción que tiene el material en los puntos más alejados del eje, y así se compensa en el tiempo el recorrido (Fig. 14). índice de refracción del revestimiento n 2 Ordenes menores Órdenes mayores índice de refracción del núcleo n 1 Fig Trayectos de los modos de un rayo de luz en una fibra con perfil gradual

19 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 19 Como resultado de esta compensación, desaparece las diferencias de tiempo en los recorridos. Se obtienen para fibra óptica de 1 Km, tiempos de recorrido de 5 s y dispersiones solo algo mayores a 0.1 ns. Para una fibra óptica con un perfil gradual, en la expresión de perfil exponencial se debe considerar g = 2. Fuesen las dimensiones de una fibra multimodo de perfil gradual: Diámetro del núcleo 2 a 50 m Diámetro del revestimiento D 125 m Índice de refracción máximo del núcleo n Diferencia de índices de refracción En tal fibra, se produce una exigua diferencia del tiempo de recorrido, algo mayor a 0.1 ns, medido para una fibra de 1 Km y con un tiempo total de recorrido de 5 s. Esta diferencia del tiempo de recorrido, se produce por la dispersión del material y también por la denominada dispersión del perfil. El cálculo de la dispersión del material se verá en fibras monomodo. La dispersión del perfil se origina, en virtud de que los índices de refracción varían en el núcleo y en el revestimiento de diferentes maneras con la longitud de onda. En consecuencia varían, tanto la diferencia de índices de refracción, como el exponente del perfil g, en función de la longitud de onda. Como en este caso el índice de refracción n 1, depende de la distancia r al eje del núcleo, también lo será el ángulo de aceptación. Este ángulo es de suma importancia para el acoplamiento de la luz al núcleo. La apertura numérica vale en este caso: Luego será: Modos Fugados AN = sen = n (0.01) máx 11.9º Existen otros tipos de modos, los que son en parte guiados y en parte reflejados. Estos modos, son muy amortiguados y con limitadas posibilidades de propagación, a los que se los denominan modos fugados. La dispersión por modos fugados, tiene su origen en que los modos de orden próximo intercambian energía con los modos colindantes, es decir que cada modo no está solo, sino que convive en un intercambio energético con los modos contiguos. Los modos de orden superior son atenuados en mayor grado. La variación del índice de refracción en el núcleo en función de su distancia al eje de la fibra, afecta a la transferencia entre los modos. Este acoplamiento de los modos de propagación, produce una distribución de equilibrio de energía modal en su desplazamiento. Desde el punto de vista cuántico, la energía emitida por un fotón de luz, se dispone en un campo plano de modo transversal a la dirección de propagación. Si este trayecto es rectilíneo, el campo se mantiene en forma plana actuando la fibra como guía de onda. En trayectos curvos, el campo transversal debería tomar en algunos puntos, velocidades superiores, para mantener el campo plano. Esto produce un desacople y fuga de energía fuera del núcleo circulando energía por el revestimiento, fenómeno que se denomina de modos fugados.

20 20 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 De la componente transversal resulta en un campo de fuga denominado flujo evanescente asociado a ese modo, con la consiguiente pérdida de potencia óptica. Cuanto mayores son las longitudes de onda, tanto más se incrementa la penetración del modo fundamental LP 01, desde el núcleo al revestimiento. Como el revestimiento tiene un índice de refracción menor que el núcleo, resultando mayor la velocidad total del modo fundamental, a esa longitud de onda,. Dentro del ancho espectral se tendrá un promedio ponderado de las velocidades de propagación total, en el núcleo y en el revestimiento. A Dispersión en Fibra Monomodo La dispersión modal la podemos eliminar totalmente dimensionando una fibra monomodo de manera que conduzca a un único modo, el modo fundamenta LP 01 (Fig. 15). índice de refracción del revestimiento n 2 índice de refracción del núcleo n 1 > n 2 Fig Trayecto del rayo de luz en una fibra óptica monomodo Sin embargo, sucede que este único fundamenta LP 01, también se ensancha en el tiempo al atravesar a este tipo de fibra, por causa del material constitutivo, denominándose a este efecto dispersión en el material. La dispersión del material, se refiere, a la luz que viaja por la fibra no es monocromática, lo que produce el efecto de que cada componente de luz viaje a distintas velocidades, causando en la recepción un ensanchamiento del pulso. La dispersión del material Mo se calcula derivando al índice de refracción de grupo con respecto a la longitud de onda: 1 dn g ( ) 1 d t g ( ) Mo( ) = de [3] resulta: [ps / nm Km] C d L d El índice de refracción de grupo presenta un mínimo para el vidrio de cuarzo en = 1300 nm, luego su derivada se anula y Mo( ) toma un valor despreciable. Variando el dopado del vidrio, podemos modificar Mo( ) a valores mínimos, tanto en fibras monomodo como en multimodo. Además, en una fibra óptica monomodo existe la llamada dispersión por guía de ondas, resultante de la distribución de la luz del modo fundamental LP 01 entre el núcleo y el revestimiento. Esta dispersión por efecto de guía de onda, se debe a la minúscula estructura del núcleo de la fibra monomodo, con diámetros del orden de 8 m, el cual produce que la energía óptica se propague no solo por el mismo, sino también por el revestimiento. Cuanto mayor es la longitud de onda tanto mayor es la penetración, indicando la dispersión por efecto de guía de onda como M 1 ( ). Debido a este efecto se especifica y emplea para las fibras monomodo el diámetro del campo modal, núcleo mas parte del revestimiento, valores del orden de 9 1 m. Este diámetro modal es el que define la concentración de potencia transmitida.

21 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 21 La combinación de ambas, dispersión en el material y dispersión por guía de ondas, se le denomina dispersión cromática. La misma, tiene un valor: Mo( ) + M 1 ( ) = M( ) (Fig. 16) Dispersión ps / nm Km nm dispersión en el material dispersión cromática dispersión en la guía de ondas -40 Fig Composición de la dispersión cromática Al modificar el núcleo a monomodo se han obtenido reducidos valores de dispersión, consecuentemente sería conveniente hacer mínima o nula la dispersión cromática, al valor de longitud de onda de trabajo. Al ser la dispersión cromática combinación de la dispersión del material y de la dispersión guía de onda, además al ser sus efectos opuestos, para el vidrio de cuarzo SiO 2, en longitudes de onda mayores a 1300 nm, podremos anular los mismos de acuerdo a la longitud de onda o sea de la ventana a utilizar. Esto se logra modificando los perfiles del núcleo y del revestimiento, resultando como veremos más adelante, los perfiles múltiples. Por tratarse primordialmente de las propiedades del material, esta dispersión se produce en general en todos los tipos de fibras. Sin embargo, la dispersión cromática resulta relativamente pequeña frente a la dispersión modal, para las longitudes de onda que van desde los 1200 nm a los 1600 nm. Las fibras ópticas monomodo, logran atenuaciones del orden de 10 veces menor, a las fibras ópticas multimodo. Si la dispersión fuese nula, el ancho de banda sería infinito. Ello no ocurre, pues aunque se anule la dispersión modal subsiste la dispersión cromática o intramodal. La acepción cromática indica irisación de la luz, o sea descomposición en los distintos tonos de colores del arco iris. El tiempo de retardo como consecuencia de las atenuaciones debidas a las distintas causas de dispersión, es función directa del apartamiento de la longitud de onda para la cual fue diseñada esa fibra óptica. Si la fibra se ha diseñado para 1300 nm, en esa longitud será mínimo el tiempo de retardo. El ensanchamiento del pulso debido al fenómeno de la dispersión cromática en la fibra, se expresa como: Donde: = L D c L D c ensanchamiento del pulso óptico por dispersión longitud total del cable dispersión cromática ancho espectral de la fuente del pulso

22 22 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 La dispersión cromática es un parámetro característico de cada fibra, depende de la longitud de onda de trabajo y la del cable D c = / L, de donde resultan sus unidades expresadas como: [ ps / (nm Km) ] Diámetro del Campo de Modos En una fibra óptica monomodo no se define el diámetro del núcleo 2a, sino en cambio, el diámetro del campo modal 2 w 0. La distribución luminosa del campo principal o densidad de potencia lumínica, es de suma importancia para evaluar las pérdidas resultantes de acoplamientos, curvaturas y empalmes de la fibra. Para describir esta distribución se ha definido el concepto de amplitud del campo de modos y el radio del campo de modos w 0. Se designa con w 0 al radio para el cual la amplitud radial del campo, tenga un valor igual a: 1/e = 1 / de su máximo en el eje, aproximadamente 37% del mismo (Fig. 17): Amplitud del campo de modos normalizada 1 V = /e radio normalizado = r /a núcleo revestimiento Fig Amplitud del campo de modos normalizada, en función del radio normalizado El radio del campo w 0 es una función directa de la longitud de onda. Si el radio del campo w 0, está referido al radio del núcleo a, es únicamente función del parámetro estructural V, el que depende a su vez de la longitud de onda y de la apertura numérica AN (Ver [4] ). A fin de obtener una fibra óptica con perfil escalonado, de baja atenuación y por la cual las longitudes de onda se propaguen únicamente en modo fundamental, es necesario reducir el diámetro del campo 2 w 0 hasta algo menos de 10 m. Una fibra óptica con estas características es una real fibra óptica monomodo. Para ese caso debe cumplirse que el parámetro estructural valga: V = (1+2 /g ) 1/2 El valor de g a partir del cual la fibra óptica se comporta como monomodo, se denomina longitud de onda de corte c, ( cutoff). La ITU-T define a c, como aquella donde la relación entre la potencia total y la potencia del modo fundamental es igual a 0.1 db. Las fibra óptica monomodo se calculan para una longitud de onda c, es decir para la cual el modo de segundo orden deja de propagarse. Para este caso, en un perfil de índice abrupto (escalón), g tenderá a, resultando V = Para una fibra óptica monomodo, en el rango de V entre 1.6 y 2.6, se puede utilizar la relación: 2.6 w 0 a [5] V

23 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 23 El rango de V indicado corresponde al rango de longitudes de onda, entre 1150 nm y 1875 nm, el que comprende a las usualmente empleadas de 1300 nm y 1550 nm. De esta relación se obtiene que las fibras monomodo tengan diámetros cercanos a 9 m. Perfil Múltiple Vimos que en una fibra óptica monomodo, existen aún dos tipos de dispersión, la dispersión en el material y la dispersión por guía de ondas, además que la combinación de ambas se la denomina dispersión cromática.variando la concentración de impurezas en el vidrio de cuarzo, se puede modificar la dispersión en el material a valores insignificantes. En cambio, la dispersión por guía de ondas se puede modificar variando la estructura del perfil de índice de refracción. En un perfil escalonado estándar, se anula la sumatoria de ambas dispersiones en las cercanías de en 1300 nm. Para desplazar esta anulación de las dispersiones a otras longitudes de onda, es necesario modificar la dispersión por guía de onda. Por lo tanto, se debe de actuar sobre la estructura del perfil del núcleo y del revestimiento de la fibra óptica. Se llega así a estructuras de perfiles de índice de refracción múltiple, también llamados perfiles segmentados. En estas fibras, se podrá obtener perfiles de fibras con dispersión nula desplazada más allá de los 1550 nm, son las fibras ópticas denominadas de dispersión desplazada. También se obtienen fibras que aprestan valores mínimos de dispersión entre 1300 y 1550 nm, son las fibras denominadas de dispersión aplanada o dispersión compensada (Fig. 18). Dispersión cromática (ps / nm Km) perfil escalonado estándar dispersión desplazada o de Shifter nm dispersión aplanada o flattened Fig. 18 Diferentes dispersiones cromáticas según longitud de onda Perfiles múltiples, de las fibras monomodo más comunes, son del tipo mostrados en la Fig. 19: Sin desplazamiento de la dispersión Fig. 19(a) Fig. 19(b) 19(a) perfil escalonado simple (simple step index ó matched cladding) 19(b) perfil escalonado con índice de refracción rebajado en el revestimiento (depressed cladding)

24 24 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Con desplazamiento de la dispersión (dispersión corrida) o de Shifter Fig. 19(c) Fig. 19(d) Fig. 19(e) 19(c) perfil segmentado con núcleo triangular (segmented core) 19(d) perfil triangular (triangular profile) 19(e) perfil segmentado con doble escalón del índice de refracción en el revestimiento (double clad) Con dispersión plana o flattened Fig. 19(f) Fig. 19(g) 19(f) perfil segmentado con cuatro escalones en el revestimiento (quadruple clad) 19(g) perfil W (double clad) Distintas clases de perfiles del tipo segmentado, del tipo de dispersión desplazada o de Shifter, con núcleo triangular, similar al de la figura 19(c), se emplean en Telefónica de Argentina, para longitudes de onda de 1550 nm. Para estos perfiles, Telefónica de Argentina, establecen ciertos requisitos de control: Longitud de onda de dispersión cero ( 0 ) entre 1525 y 1575 nm. Valor de máxima dispersión cromática de 3.5 ps / (nm Km) en el rango de 1550 n 25 nm. Máxima pendiente de la dispersión cromática ps / (nm Km) para la longitud de onda de dispersión cero 0. De tal forma se obtiene una fibra de alto rendimiento al trabajar en tercera ventana para transmisión en redes interurbanas. Pudiéndose laborar no obstante, en segunda ventana, para redes urbanas. En lo que respecta a la respuesta de frecuencia en banda base, se puede advertir que la dispersión de modos y la dispersión cromática, producen cuestiones a recalcar: Dispersión de modos: Para las fibras más largas, mayor será la distorsión. Para mayor apertura numérica, es mayor la cantidad de modos afectados. Son originados por defectos de la interfaz núcleo-revestimiento. Son debidos a defectos en el interfaz del empalme. Dispersión cromática Dispersión del material: la luz no monocromática, ensancha el pulso. Dispersión de guía de onda,: efecto mayor en fibra óptica monomodo.

25 A Fabricación de las fibras ópticas ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 25 Las fibras de sílice /sílice dopado están constituidas por silicio en un 80 al 90% y por lo menos con un 10% de un óxido de dopaje. La incorporación del dopaje en variables concentraciones, permite el control del índice de refracción. Los dopantes comúnmente utilizados son óxido de germanio GeO 2, de fósforo (P 2 O 5 ), de boro G 2 O 3 ) o de flúor (SiF 4 ). Para obtener materiales de tan elevada pureza, se establece una reacción de compuestos en estado gaseoso, obteniendo un elemento madre llamado preforma. La preforma consiste en un cilindro que tiene un diámetro que oscila desde pocos milímetros hasta unos 20 mm y una longitud desde un metro a metro y medio. Se han empleado varios sistemas de fabricación, pero básicamente se recurrió a dos metodologías, de crisol y de preforma. Para grandes producciones y uso en telecomunicaciones se emplea solo el método de preforma. Para medicina, aeronáutica, redes de edificios o computadoras de corto alcance, se suele utilizar el primer método. Para la fabricación de la preforma se emplean variados procedimientos: - OVD, Outside Vapor Deposition (Corning Glass Works), - VAD, Vapor Phase Axial Deposition (NTT de Japón). - MCVD, Modified Chemical Vapor Deposition (Laboratorios Bell de USA), - PCVD, Plasma Chemical Vapor Deposition (Philips), A OVD (Outside Vapor Deposition) Este método se efectúan en dos etapas, creación de la preforma y estirado de la preforma. En el denominado OVD (Outside Vapor Deposition), se efectúa la deposición sobre la superficie externa de una varilla en rotación. Parte de una varilla de cerámica o grafito de un metro de longitud, la que recibe el nombre de sustrato y sobre la cual se depositan las sustancias dopantes, por ejemplo: metales halogenados de silicio SiCl 4, de germanio GeCl 4, de boro BCl 3, y de fósforo PCl 3, etc. Se le suministra oxígeno O 2 al quemador por lo cual estos compuestos se convierten en óxido, de SiCl 4 se obtiene SiO 2, de GeCl 4 se forma GeO 2. y de POCl el P 2 O 3, que van a constituir la fibra óptica. El quemador permanece fijo, mientras la varilla se traslada en vaivén y rota, por lo que la corriente de gases de reacción recorre la misma. Estos gases van depositando elementos dopantes sobre la superficie de la varilla, formando una capa uniforme a lo largo de ella (Fig. 20). Fig. 20 Depósito de dopantes del método OVD - Corning Glass Works Variando la cantidad de sustancia dopante a la sustancia básica SiO 2, se obtiene los distintos perfiles deseados, monomodo o multimodo. Una vez realizada la deposición de extrae la varilla de grafito, quedando un tubo hueco que es la preforma. Seguidamente, se incrementa la temperatura de la llama y somete la varilla a una temperatura de entre 1400 ºC á 1600 ºC, lo que hace que el tubo se contraiga "colapsado" y se transforme en una varilla de vidrio maciza.

26 26 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Mientras se realiza esta operación, se inyectan alrededor de la varilla, gases secos, consistentes en oxigeno, helio y cloro. El helio penetra en el material, originalmente poroso, extrayendo los gases extraños, al mismo tiempo que el cloro remueve los vapores de agua. Posteriormente, esta varilla es llevada a una torre de estirado. El proceso de sinterización, estirado, se realiza en un horno de grafito a una temperatura de 2000 ºC. En una longitud de cuatro metros se controla la fuerza de tracción vertical según el valor del diámetro normado. Al mismo tiempo que se estira, se la pasa por un baño de acrilato para protegerla del medio ambiente y se la enrolla en un tambor horizontal (Fig. 21). Preforma Horno eléctrico de grafito Detección del diámetro de la fibra Recubrimiento primario Circuito de realimentación Detección del diámetro del recubrimiento Cabestrante Tensiómetro Cabestrante Fig Proceso en torre de estirado Luego de este proceso se pasa a la máquina de cableado para la formación de los mismos. A VAD (Vapor Phase Axial Deposition) En el método, deposición axial en fase de vapor VAD (Vapor Phase Axial Deposition), se efectúa la deposición de finas partículas de vidrio sintetizadas en la fase de vapor. Se parte de una varilla de grafito, uno de cuyos extremos se coloca dentro de un horno donde mediante un grupo de quemadores se va logrando la deposición del material sobre la varilla. Se hace crecer así, una preforma en sentido axial. Al ser el crecimiento en el sentido de su eje, el método resulta ser continuo, para lo cual se desplaza la preforma manteniendo constante la distancia entre el quemador y la preforma. El proceso de colapsado y estiramiento es similar al método anterior OVD (Fig. 22).

27 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 27 Varilla de alineación Preforma transparente Calentador de anillo Preforma porosa Partículas vítreas Materias primas SiCl4 + BBr3 Materias primas Soplete oxihidrógeno SiCl4 + GeCl4 + PCl3 Fig Método VAD - NTT de Japón A MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) El procedimiento, deposición de vapor químico modificado MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition), consiste en la deposición de vidrio por sustancias dopantes sobre la superficie interior de un tubo de silicio de 3 cm. de diámetro y un metro de longitud, el tiene un movimiento de rotación. Para producir esta deposición, se le suministra al tubo una temperatura de 1600 ºC, por medio de un quemador de gas que se desplaza en forma longitudinal. Simultáneamente, por uno de los extremos ingresa una corriente de gases de reacción impulsado por una bomba de de vacío. Los elementos de reacción son gases de fósforo, tetracloruro de silicio y tetracloruro de germanio, los que se depositan en forma uniforme sobre la cara interna del tubo. Una vez depositadas las capas para el perfil elegido, se aumenta la temperatura de la llama, hasta lograr que el tubo se colapse. La varilla resultante integra el tubo primitivo empleado para efectuar el revestimiento (Fig. 23). Vaporizador de gases Tubo de silicio en rotación Vidrio sintético Escape Llama oxigeno hidrógeno Movimiento de la llama Fig Método MCVD - Laboratorios Bell, de USA El proceso de estirado es similar al empleado en el método OVD.

28 28 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 A PCVD (Plasma Chemical Vapor Deposition) El procedimiento, deposición de vapor químico activado por plasma PCVD, (Plasma Chemical Vapor Deposition) es similar al anterior, como deposición sobre la superficie interior de un tubo de vidrio de cuarzo en rotación. El tubo se calienta a 1300 ºC y se introduce en una cavidad resonante de microondas. La energía es suministrada desde adentro con una llama de plasma. El estirado es similar al empleado para el procedimiento OVD. Este método presenta la ventaja de ser más rápido respecto al MCVD, visto con figura 22. Se logran atenuaciones menores a 0.2 db /Km en 1550 nm y ancho de banda superiores a los 2 GHz Km en 1300 nm, con baja dispersión menor a 3.5 ps/(nm Km) entre 1290 nm y 1330 nm A Tipos y conformación de los cables ópticos Un cable de fibra óptica podrá estar conformado tanto por un solo par de fibras o por un número considerable de ellas. Se han creado cables de hasta 4000 fibras ópticas para uso medicinal. En redes de telecomunicaciones se han instalado cables de hasta 2000 fibras ópticas. Para ello se utilizan distintas configuraciones de cables. Las fibras ópticas por sus características de atenuación o rotura por flexión, torsión o alargamiento, se deben proteger debidamente ante las solicitaciones de tracción, doblado o compresión. También se debe preservar al contacto con gases o líquidos que contaminen y degeneren, a largo plazo, el material de la fibra. Se proveen cables para instalación aérea, subterránea, interiores de edificios, de enterrado directo y submarina. Su conformación podrá, según las exigencias del proyecto, poseer varias capas de distintos materiales, con diferentes funciones. Un gran grupo lo representan los cables dieléctricos, para instalar, ya sean enterrados, aéreos o engrampados, en proximidades de instalaciones de energía eléctrica, incluso montados en redes de alta tensión. Estos están constituidos totalmente por elementos no metálicos, en donde al no disponer de elementos conductores de electricidad, no permitirá la inducción de potenciales eléctricos y la creación de diferencias de potencial que provoquen arcos eléctricos internos, pudiendo dañar su constitución física o destruir al cable. Tanto los elementos de tracción, capas y tubos aislantes, compuestos de relleno, cubiertas y blindajes serán del tipo dieléctrico. Otro grupo podrá estar constituido, tanto por elementos metálicos como dieléctricos. Sus propiedades mecánicas son similares a la de los cables dieléctricos, pero su costo resultará ser menor. Enumeramos algunos de los elementos utilizados, comenzando desde su eje interior: Miembro central para la tracción y protección al doblado del cable. Vainas de protección para alojamiento de las fibras ópticas, tubos de relleno, separadores de plástico, cintas de envoltura de Mylar, hilos de rasgado, etc. Compuestos de relleno hidrófugo de petrolato. Cubierta de polietileno interior de baja densidad y exterior de alta densidad, o policloruro de vinilo PVC si se trata de cables para interior de edificios. Armaduras y blindajes de láminas de acero corrugado o hilos de acero.

29 A Miembros centrales para la tracción ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 29 El cable dispone de un elemento central que actúa mecánicamente a los fines de evitar dobleces y absorber los esfuerzos de tracción en su instalación. El tendido en conductos debido al rozamiento sobre los mismos, crea fuerzas en la tracción que se incrementa linealmente con la longitud y exponencialmente en las curvas. Se emplean para ello, cables de acero, nylon, acero y nylon, hilos de fibra de aramida, hilado sintético (Kevlar), etc. La fibra de aramida tiene una relación entre el peso y la resistencia mecánica tres veces superior al de hilos de acero. Estos elementos, podrán estar recubiertos de una capa de polietileno PE, polivinilo de cloruro PVC, etc, según su aplicación. A Fibras ópticas Como ya se analizó anteriormente, las fibras están constituidas en sí por un núcleo (core) y un revestimiento (cladding), de SiO 2 más elementos dopantes. Los dopantes son, dióxido de germanio GeO 2 ó pentóxido de fósforo P 2 O 5 para obtener un índice de refracción alto para el núcleo, u óxidos como el trióxido de boro B 2 O 3, para obtener un índice de refracción bajo para el revestimiento. Una protección como recubrimiento (coating), está constituido por una capa externa de silicona o de acrilato. Ejemplos del índice de refracción son: núcleo 1.48 revestimiento 1.46 recubrimiento 1,52 ANCHO DE BANDA EN FIBRAS MULTIMODO Fibra Ancho de Banda (MHz-Km) 50/125 (core/clad) / / l 100/ Un apartado especial lo constituyen las fibras ópticas de plástico transparente. Disponen de valores típicos de atenuación de 100 db /Km a una longitud de onda de 600 nm. Utiliza conectores con 15 db /Km. Se han logrado valores de atenuación de 15 á 20 db /Km y productos ancho de banda - longitud de onda de 100 MHz Km. Se fabrican sobre la base de polietileno o metacrilato de polimetilo. Sus dimensiones son de 1000 /1200 m. A Recubrimientos de protección El recubrimiento primario dispuesto sobre la fibra óptica, como protección a manipuleos operativos, consiste en una delgada capa de goma siliconada o acrilato. Generalmente esta capa toma diámetros de 250 m, para monofibras monomodo podrá llegar a los 500 m. Este recubrimiento no es suficiente protección a la fibra, contra los esfuerzos transversales y a la absorción de las tensiones de tracción. Por ello se la proveen recubrimientos dobles, como primarios y secundarios. Se podrá diferenciar los cables por emplear vainas de protección de la fibra del tipo, suelta, huecas, rellenas o sólidas. La protección denominada suelta (loose), consiste en tubos huecos de 2 mm de diámetro, donde las fibras se mueven libres. De esta forma son independientes de las fuerzas o solicitaciones en su instalación.

30 30 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Las vainas están constituidas por dos capas, una interior de bajo coeficiente de rozamiento a la fibra y otra exterior, a los fines de protección mecánica, de alto módulo elástico, por ejemplo, nylon, poliéster o poliamida. El recubrimiento holgado puede albergar una (monofibra) o varias (multifibra), variando el diámetro exterior en cada caso (Fig. 24). MONOFIBRA Fibra óptica con recubrimiento primario (acrilato) Tubo como recubrimiento secundario (polietileno) MULTIFIBRA Fig Protección suelta (loose) La protección usando vainas rellenas con gel, permite al material de la fibra mayor preservación al contacto con gases o líquidos. El agua que pudiese penetrar por alguna fisura de la cubierta, si se congelase debido a su aumento de volumen podrá crear microcurvaturas e incluso la rotura de la fibra. Asimismo, la permanencia de aguas impuras deteriora en periodos largos al material protector e incluso a la misma fibra óptica. Se utilizan vainas o tubos plásticos de 0.90 mm., los que se rellena de un material de bajo módulo elástico. El material de los tubos podrán ser del tipo, polietileno (PE), policloruro de vinilo (PVC) o plásticos fluorados (FEC). La protección mediante capas sólidas, tiene la ventaja de reducir el diámetro de cable, pero se debe cuidar que las tracciones no se transmitan a las fibras. Esta protección, denominada sistema ajustado o adherente (tight) consistente en la aplicación de varias capas superpuestas, de materiales de distintos módulos elásticos. Sobre el revestimiento, la primera capa interna como recubrimiento primario, es de material con bajo módulo elástico como ser resina acrílica y sirven a los fines de amortiguador (muffle) a las tensiones transversales. Las capas externas de recubrimiento secundario, son de material con alto módulo elástico como ser goma siliconada y nylon, que sirven a los fines de absorber las tensiones transversales y axiales de tracción. El recubrimiento secundario ajustado tiene un diámetro exterior de 0.9 ± 0.2 mm. El cable de fibra se completa con una capa de fibras de aramida para absorber las tensiones de tracción y una cubierta de material ignifugo (Fig. 25). Fibra óptica, núcleo y revestimiento Recubrimiento primario (acrílato) Recubrimiento secundario (goma siliconada) Recubrimiento secundario (nylon) Fig Protección en sistema adherente (tight) Se emplean otras conformaciones de cables, como de cintas o de grupos. En las protecciones secundarias por grupos, se podrán alojar 1, 2, 8 ó 16 fibras. La cantidad de fibras en un cable de fibra suelta, esta dado por la cantidad de tubos protectores en el cable y la cantidad de fibras por tubo. Un cable podrá llevar, por ejemplo 2, 4, 6, 8, hasta 16 tubos, luego se tendrá cables con 2, 4, 8, 16, 24, 48, 64, 96 y 128 fibras (Norma Europea), o múltiplos de 6, obteniendo capacidades de 2, 6, 12, 48, 72, y 144 fibras (Norma de USA).

31 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 31 A Configuraciones del armado de los cables El armado de los cables de fibra, puede tomar distintas estructuras de cableado (Fig. 26): Cables en una capa. Cables de dos capas. Cables por grupos. Cable de cintas, se constituye en varias cintas de fibra óptica superpuestas. Dispone el elemento de tracción ubicado en la periferia del cable. Elemento de tracción Vaina protectora Gel de relleno Fibra Óptica Hilos de aramida Cubierta externa De una capa De dos capas Por grupos De cintas Fig Cableados por capas, grupos o cintas También se disponen de cables formados en una capa sobre soporte ranurado (slotted core cable), en estos las fibras ópticas se alojan en ranuras practicadas en forma helicoidal sobre un elemento central portante, el que a su vez constituye el elemento resistente a la tracción mecánica (Fig. 27). Ranurado Fig Estructuras de soporte ranurado

32 32 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Otros cables son los diseñados para su instalación conjunto con líneas de transporte de energía eléctrica: Cable de energía con conductores de fibra óptica, las fibras se ubican en los intersticios entre cada una de las fases de los conductores metálicos. Cables dieléctricos, son los compuestos integralmente con materiales no metálicos, por lo que se podrán instalar, enterrados bajo líneas de alta tensión o montados directamente en las mismas torres de soporte aéreo. Muchas veces se suspenden debajo del hilo de guarda (de tierra) en las torres de las líneas de alta tensión. En algunos casos, incluso como núcleo central de la armadura de cables de acero de estos cables de guarda. El método empleando estas líneas es de suma utilidad para países con una abrupta orografía, donde enterrar los cables para las redes de interurbanas es impracticable por ser su instalación sumamente costosa. A Compuestos de relleno El trenzado de las vainas protectoras sobre el elemento de tracción, confiere espacios libres entre ellas que permite absorber las solicitaciones de los esfuerzos mecánicos aplicados sobre el cable. Para asegurar la hermeticidad del cable, estos intersticios libres se rellenan bajo presión, con un compuesto inicuo, hidrófugo de petrolato o polibutano. Los espacios libres dentro y /o fuera de la protección secundaria podrán ser rellenados con fibras de Keylar o aramida, permitiendo absorber los esfuerzos longitudinales y transversales. También se usan elementos plásticos ciegos, que ocupan espacios de vainas sin fibras, al solo efecto de mantener la conformación geométrica normal del cable. Recientemente, se han introducido el cable libre de gel. En el mismo se ha incorporado un material expandible ante la presencia de agua, con la ventaja de evitar la circulación libre de agua por su interior. Estos cables se proveen compuestos de tubos sueltos conteniendo los pelos de fibra, sin usar gel que constituye un malestar al operar en los empalmes. Además el gel, significa un mayor costo debido al tiempo que se insumía en la limpieza retirando el gel y en su restitución una vez obrado el empalme. A Trenzados La formación de los cables, se realiza mediante el trenzado de las vainas, enrollándolas helicoidalmente y en distintas capas, sobre el elemento de tracción. Existe dos sentidos de trenzado, de paso constante S o Z, y el trenzado S-Z. En el trenzado en hélice de paso constante, se mantiene el sentido de arrollamiento y con ángulo constante respecto al eje longitudinal. En el trenzado S-Z se cambia el sentido de trenzado luego de una determinada cantidad de vueltas, describiendo primero la forma S y luego la forma Z (Fig. 28). sentido S sentido Z sentido S-Z Fig Distintos sentidos de trenzado El arrollamiento en hélice, similar al comúnmente empleado en los cables multipares, no permite efectuar sangrías sin tener que intervenir en cada fibra. Por esta razón se ha ideado el arrollamiento tipo S - Z, que permite desenrollar fácilmente una fibra para efectuar una derivación o rehacer empalmes en medio de un ramal existente, sin necesidad de intervenir las fibras.

33 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 33 A Cubiertas Según el tipo de red llevará distintos tipos de cubiertas, tipo PAL, consistente en una cinta longitudinal de aluminio fundida a una cubierta de polietileno, de PVC que no propaguen la llama, para cables internos de edificios, etc. En cables aéreos expuestos a los rayos ultravioletas que descomponen el material de polietileno, se emplean aditivos de carbón negro (2.5%). Se emplea poliamida contra termitas u hormigas. En cables monofibra, la fibra óptica lleva un recubrimiento primario, un recubrimiento secundario de 0.9 mm, una capa de fibras de aramida y por último una cubierta de material ignífugo coloreado (rojo o amarillo), totalizando un diámetro externo de 3 mm. A Armaduras y blindajes Los cables submarinos o de enterrado directo para zonas con roedores, se proveen con armaduras o blindajes externos de protección. Son realizados con capas de polietileno, envolturas de flejes de acero, o mallas tejidas de hilos de acero e hilos internos de aramida (Kevlar). También se emplean flejes longitudinales corrugados o capas de láminas de acero corrugadas para posibilitar su flexibilidad, recubiertas con capas de polietileno. A Códigos de colores Las fibras ópticas se numeran empleando un código de colores combinado, de la protección primaria (de la fibra) y de la protección secundaria (tubo protector). Con esta combinación de colores se permite individualizar cada fibra dentro de un cable. Asimismo, se sigue el procedimiento de ordenamiento de las fibras a lo largo de una ruta de cables ópticos, utilizando estos códigos de colores como guía para efectuar las derivaciones y los empalmes. Las normas europeas indican tanto para la fibra como para el tubo: 1 verde (VE) 5 gris (GR) 2 rojo (RO) 6 violeta (VI) 3 azul (AZ) 7 marrón (MA) 4 amarillo (AM) 8 anaranjado (AN) Por ejemplo, sea un cable con 2 fibras por tubo, 4 tubos activos y 2 de relleno, se repite en pares los colores de los tubos: COLOR DEL- TUBO COLOR DE LA FIBRA FIBRA Nº VE VE 1 VE RO 2 RO AZ 3 RO AM 4 AZ GR 5 AZ VI 6 AM MA 7 AM AN 8 En forma similar repitiendo colores de a cuatro, ocho, o más, se podrán numerar el total de las fibras de los cables hasta 144 fibra óptica o mayores.

34 34 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 A Nomenclatura para la designación de los cables Las características del cable y de las fibras se designan por: A D F (ZN) 2Y.x2 E 10/125. F ---- LG trenzado en capas dispersión (ps / nm x Km) longitud de onda (nm) diámetros de fibra óptica (µm) / revestimiento (µm) fibra monomodo cantidad vainas / cantidad de fibra por vaina tipo de cubierta y elementos de tracción no metálicos tipo de relleno tipo de cable, interior, exterior, etc. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS NORMA EUROPEA Nº fibras Nº tubos Ǿ tubo Ǿ elemento Ǿ cable Ǿ cubierta Peso res. (mm) 2.0 tracción 2.6 (mm) 9.2 (mm) 13.7 (Kg/Km) res res A Manipulación de los cables ópticos El vidrio es químicamente, un líquido de silicio de alta viscosidad a temperatura ambiente. Por ello los iones del agua, en forma de hidróxidos, reaccionan químicamente con el vidrio y producen su corrosión. Este efecto se acentúa con su contacto en el transcurso del tiempo. Debido a esta particularidad, la superficie del revestimiento, la protección del recubrimiento primario y secundario, los intersticios del cable y las cubiertas deberán estar diseñados para permitir una alta protección a la introducción y accionar del agua. Para ello, se pueden rellenar estos, con un compuesto de gel blando, hidrófugo basado en aceites de baja viscosidad, con gel de sílice de dispersión uniforme y completa. El recubrimiento sobre la fibra óptica, podrá ser de una sola capa o del tipo multicapa ajustado, ambas sobre la base de siliconas o acrilatos. Su finalidad será de protección al agua y al manipuleo de las operaciones, además minimizar las pérdidas por microcurvaturas. Se deberá cuidar en la tracción de la fibra, de no producir tensiones internas o defectos en la superficie del revestimiento, que produzca con el envejecimiento fisuras de la fibra. Un empalme de fibra protegido podrá soportar hasta Kg. de tracción causando elongaciones no comprometidas, es decir no modificando sus valores de atenuación. El mecanismo de fractura en una fibra óptica se produce en un punto bien definido, justo en el punto más débil, donde se encuentre la imperfección mayor. Se entiende por imperfección una rajadura o hendidura submicroscópica.

35 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 35 Tal imperfección crece con el tiempo, debido a distintos factores simultáneos: Tensión aplicada. Humedad. Imperfección. La humedad afecta tanto a la fibra desnuda como a la fibra con recubrimiento primario, mientras que un compuesto de relleno podrá evitar el accionar de una eventual imperfección. Para describir la cinemática del crecimiento de las imperfecciones, diremos que la función matemática que la gobierna es según una ley exponencial. Se podrá expresar como primera aproximación, que la velocidad de crecimiento de la imperfección (V), está en relación directa a la profundidad inicial de la imperfección, condiciones de las temperaturas y del ambiente (A), al factor de intensidad de tensión (K), a una constante de corrosión (n): V = A K n La manipulación de la fibra óptica en cajas de empalme, pedestales, terminales de distribución, y cajas de conexionado, adiciona una alta probabilidad de ser afectada a esfuerzos de corte. Esto se incrementa con la afectación adicional de altas temperaturas y humedad. Se ha normado un radio de curvatura mínimo admisible de 10 veces el diámetro externo del cable, aunque la fibra individual tiene un radio mínimo de flexión de 5 mm. A Conversión electro-óptica Para la transmisión de señales lumínicas a través de un tramo de red de fibra óptica, se requiere un emisor en un extremo de la misma y un receptor en el otro extremo, que conviertan las señales eléctricas en ópticas y viceversa. En el extremo emisor, las distintas señales de telecomunicaciones se multiplexan para poder ser transmitidas por una sola fibra óptica. Esta señal compuesta para mejorar su transmisión se codifica, luego se convierte de señal eléctrica a lumínica eléctrica y emite mediante un LED o Láser. En el extremo receptor esta señal óptica mediante un conversor óptico/eléctrico PIN ó APD se lleva a variaciones de señal eléctrica. Como la señal llega distorsionada se reconstruye electrónicamente a través de un ecualizador y un regenerador, posteriormente se decodifica y demultiplexa, recuperando las señales eléctricas individuales originales (Fig. 29). Equipo Terminal Multiplexor Codificador Conversor E/O Conversor E/O Ecualizador Regenerador Decodificador Demultiplexor Equipo Terminal Fig Sistema de transmisión óptico Se logran por medio de equipos regeneradores ópticos intermedios, enlaces mayores en distancias, que permiten los alcances de los emisores y las sensibilidades de los receptores. Los conversores electro-ópticos están constituidos por semiconductores. Los mismos, se obtiene sobre la base de combinaciones de elementos químicos, por ej. InGaAsP/InP. Estos semiconductores poseen dos bandas de energía, la de valencia y la de conducción, separadas por una distancia dada.

36 36 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Un semiconductor en el cual la conducción está en su mayor parte a cargo de electrones (portadores de carga negativa), se denomina semiconductor n. Mientras que un semiconductor en el cual la conducción está en su mayor parte a cargo de huecos o lagunas (portadores de carga positiva), se denomina semiconductor p. La unión de una capa de semiconductor P y otra N, o sea una juntura PN, conforma un diodo PN. Un fotón que incide sobre el semiconductor cede su energía a un electrón en la banda de valencia, el que pasa a la banda de conducción, de mayor energía, dejando en la banda de valencia un espacio vacío llamado hueco, se ha creado una carga eléctrica. El fotón desaparece, se trata del proceso de absorción. El proceso de absorción se realiza en un fotorreceptor,. Los electrones pueden volver espontáneamente a la banda de valencia, si la banda de conducción está ocupada en exceso de su equilibrio. En este caso el semiconductor puede emitir un fotón, por cada electrón en exceso. Este proceso de emisión espontánea o luminiscencia se produce en un diodo emisor de luz LED. En cambio, se trata de emisión estimulada, cuando fotones existentes en el semiconductor excitan a los portadores de carga, para obtener una recombinación irradiante de fotones. Es el caso del proceso de emisión estimulada dado en los diodos Láser. La radiación emitida tiene idéntica longitud de onda y fase, que la radiación excitadora. Estos tres procesos se podrán desarrollar simultáneamente. Si hacemos predominar alguno de ellos podremos aprovecharlo técnicamente. En un sistema óptico, el emisor debe transmitir con un valor de potencia constante y el fotorreceptor captar la señal con un valor de sensibilidad admisible mínima, para lograr una señal fiable. Los valores de potencia y sensibilidad suelen darse en la unidad dbm y se calcula por la expresión: (dbm) = 10 log P (mw) Así un emisor de una potencia de 1 mw tiene un equivalente de 0 dbm, y uno de 1 w un equivalente de -30 dbm. Un emisor LED tiene una potencia típica entre -10 y -25 dbm y un emisor Láser entre 0 y -13 dbm, mientras que la sensibilidad, o sea la potencia mínima admisible, de un fotorreceptor LED es de -20 á -35 dbm y para un fotorreceptor Láser de -20 á -45 dbm. A Emisores Ópticos El funcionamiento de los emisores óticos se basa en el proceso físico de los semiconductores. En un semiconductor tipo P, la conductividad se debe esencialmente a los huecos, mientras que en uno tipo N a los electrones. Si se superponen estos dos tipos de materiales, se obtiene un diodo de unión P-N, y si a este diodo se le aplica una tensión eléctrica de signo adecuado, se obtiene una corriente de electrones desde la región MN hacia la región P y una corriente de huecos en sentido opuesto. En tal situación, si un electrón y un hueco se encuentran en la región intermedia, se podrán recombinar emitiendo un fotón de luz a una frecuencia determinada. Para irradiar fotones por medio de emisión espontánea o estimulada, es necesario entregar portadores de carga en exceso, al semiconductor de la capa P. Igual proceso se logra, inyectando huecos en la capa N. La retroalimentación que se logra representa la emisión de luz en diodos del tipo LED (Light Emitting Diode). Si se aplica un fuerte campo eléctrico a través de la unión PN, de un diodo Láser, aumentamos la energía del electrón, se forma un par electrón-hueco. Los fotones resultantes de estas recombinaciones, a su vez pueden ser absorbidos y formar nuevos pares electrón.-hueco, y recombinarse en choques sucesivos. Cuando la estimulación de emisión por radiación logra un cierto nivel, se produce el efecto de avalancha, produciendo la amplificación de luz Láser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).

37 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 37 En un diodo Láser, una corriente de gran intensidad provoca un gran exceso de portadores de carga en la banda de conducción, que posibilita la emisión estimulada. Esta avalancha de fotones es guiada por un resonador óptico conformado por dos espejos planos paralelos semitransparentes. Los fotones que chocan contra el primer espejo (opaco), son reflejados, mientras que los que chocan contra el segundo espejo (semitransparente) parte pueden pasar y parte ser reflejados. Debido a la enorme densidad de electrones excitados se producen sucesivos choques. El electrón que recibe un impacto emite dos fotones idénticos, que irradian en la misma dirección y fase. La luz emitida es reflejada dentro de esta cavidad, repetidas veces en forma errática, cediendo una emisión de fotones muy superior que la absorción y proyectando un haz de luz muy densa y coherente fuera de la cavidad, la que denominamos rayo Láser. Este proceso se denomina de retroalimentación positiva. La cavidad resonadora descripta toma el nombre de Fabry-Perot, al igual que este tipo de Láser emitido. Solamente las longitudes de onda, que coincidan con la curva de ganancia del material en la cavidad, serán amplificadas. El resultado es una serie de estrechas longitudes de onda, llamadas modos multilongitudinales. Se han desarrollado resonadores, que mediante una grilla corrugada ubicada sobre el extremo de la cavidad resonante, limita la emisión a una sola frecuencia. Esta grilla crea múltiples reflexiones y su geometría permite que solo una frecuencia pueda oscilar. Una aplicación de este tipo de resonador se encuentra en el Láser de realimentación distribuida DFB (Distributed Feedbach). Estos, emiten prácticamente una única longitud de onda, por lo que se los denominan diodos Láser de modo monolongitudinal. La realimentación se produce por la perturbación periódica geométrica a lo largo de la cavidad resonante. En el emisor DFB las ranuras de la grilla se ubican en la zona activa, mientras que en el Láser del reflector con ranuras distribuidas de Bragg DBR (Distributed Bragg Reflector), las ranuras se encuentra fuera de ella. Las curvas características, de potencia lumínica entregada a corriente aplicada en un diodo, diferencia los comportamientos de LED y diodos Láser L D. Las características de entrada salida de un LED son totalmente lineal, mientras que en un transmisor Láser no lo es, por ello se requiere una mayor estabilización del punto de trabajo (Fig. 30). Potencia lumínica Diodo Láser Diodo LED Umbral Corriente en el diodo Fig Curvas características LED y Láser Los emisores podrán tener disímiles conformaciones de acuerdo a la tecnología y uso empleado. La emisión de luz se puede realizar, por superficie o por borde, tanto en un LED como en un Láser. A Diodo LED En los sistemas que utilizan diodos LED, la transmisión de un pulso de luz, que equivale a un bit, genera múltiples rayos de luz pues se trata de luz no coherente, se dice que cada rayo tiene un modo, los múltiples modos producen el efecto de dispersión.

38 38 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Debido a esto se produce un cierto ancho espectral. En el caso de Láser, los diodos emiten luz coherente, hay un solo rayo y la fibra se comporta como una guía de onda, la onda se propaga sin dispersión. El uso de LED de Borde para las LAN que emplean fibras ópticas reduce los costos, pero también limita la velocidad a unos Mb/s. Su máxima velocidad es actualmente de 622 Mb/s (OC- 12), en modo ATM. Por sobre esa velocidad es necesario emplear emisores Láser, que permiten enviar pulsos más cortos (Fig. 31). Zona N Zona activa Zona P disipador Disipador Radiación de borde Fig Diodo LED de Borde En las LAN menores a 2 Km. se usan emisores LED de primera o segunda ventana, mientras que los emisores Láser y las fibras ópticas monomodo, en tercera ventana se emplean en MAN, hasta 160 Km. Se ahorran de esta forma, regeneradores de pulsos, aunque se empleen emisores de mayor costo. Los diodos emisores de luz LED, se caracterizan por ser emisores de gran ancho espectral. Por ello, se los utilizan en trayectos ópticos de unos pocos kilómetros, como ser accesos de abonados locales o aplicaciones intraoficinas. Su ancho espectral aumenta proporcionalmente con la longitud de onda y fuertemente a elevadas longitudes de onda (Fig. 32). Potencia óptica 40 nm 0 Longitud de onda Fig Ancho de banda espectral de un LED Un diodo LED de emisión por superficie, también llamado de Burrus, para longitud de onda de 800 á 850 nm, está formado por la estructura cúbica de un cristal semiconductor. Sobre un sustrato de GaAs con dopado N se hace crecer en forma epitaxial (ley de crecimiento orientada), una doble hetereoestructura de tres capas de AlGaAs de diferentes espesores y dopados. En la base una capa aislante de Al 2 O 3 limita el flujo de corriente a un contacto P. La luz infrarroja emitida hacia arriba se acopla a la fibra óptica (Fig.33).

39 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 39 Fibra de 50 µm Contacto N Canal de ataque GaAlAs 10 µm N GaAlAs 2 µm P Zona de emisión primaria Fig Diodo LED de doble heteroestructura Los diodos LED para longitud de onda de 1300 á 1550 nm, se emplea un semiconductor cuaternario InGaAsP sobre substrato de InP. La conformación de un diodo Láser LD (LASER Diode), podrá ser de una gran variedad y tipos, por ejemplo el GaAlAs/GaAs para longitud de onda de 800 á 900 nm ó el GalnAsP/InP para longitud de onda de 1300 á 1600 nm (Fig. 34). Fig Diodo emisor Láser Según fuese el ancho espectral requerido para el emisor óptico se pueden utilizar tres tipos diferentes de fuentes, diodos LED, Láser de modo multilongitudinal MMUL o láser de modo monolongitudinal MMOL. A Diodo Láser Multilongitudinal Los diodos Láser de modo multilongitudinal MMUL (Mode Multilongitudinal Laser) se caracterizan por emitir en longitudes de onda discreta y tener un ancho espectral menor que los LED, es decir emiten un cono de radiación mas estrecho. Por ello, en un trayecto presentan menor dispersión cromática. Se los utiliza esencialmente en aplicaciones de tipo urbano, hasta unos 20 Km sin necesidad de regeneración de la señal (Fig. 35).

40 40 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Fig Espectro óptico de un Láser MMUL A Diodo Láser Monolongitudinal Los diodos Láser de modo monolongitudinal MMOL (Mode Monolongitudinal Laser) son caracterizados por emitir en una única longitud de onda. Presentan un ancho espectral muy pequeño y en consecuencia son prácticamente insensibles a la dispersión cromática en el trayecto. Se los utiliza fundamentalmente en redes de larga distancia (Fig. 36). Fig Espectro óptico de un Láser MMOL A Diodos Láser VCSEL El VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) emplea un método similar al de los discos compactos (CD), razón por la cual es muy económico para su fabricación. Los emisores Láser VCSEL de primera ventana resultan competitivos frente a los emisores Láser utilizándose por ejemplo en redes Fast Ethernet, como en la 100Base-FX. Los diodos Láser VCSEL actúan primariamente hasta el presente en primera ventana, por ello, para las redes del tipo 1000Base-LX, de segunda ventana, se debe emplear técnicas mucho más costosas como el Láser Fabry-Perot. Un valor característico de los diodos emisores de luz, es el tiempo de conmutación. Se refiere al lapso de tiempo de emisión después del cese de la corriente. Su valor determina el tiempo de reacción del diodo. Es del orden de nanosegundos, que corresponde a un ancho de banda en la gama de 100 MHz.

41 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 41 VALORES CARACTERÍSTICOS DE LOS DIODOS LED LÁSER Longitud de onda 1300 / 1550 nm 1300 / 1550 nm Ancho espectral 100 nm 3 á 5 nm Semiconductor InGaAsP/InP InGaAsP/InP Tiempo de conmutación 5 á 20 ns < 1 ns Longitud 1 á 5 Km 35 Km Velocidad de transmisión 50 á 200 Mb/s 1.2 Gb/s Para uso en redes troncales de fibra óptica para telecomunicaciones de larga distancia, se ha diseñado un diodo Láser a 2.5 Gb/s, que cubre ambas ventanas de transmisión, 1310 nm y 1550 nm y es apto para sistemas SONET / SDH. A Circuito de polarización Los emisores Láser requieren disponer de una corriente de polarización para el control de la potencia de salida a fin de mantenerla constante. Para ese cometido un detector APD ó PIN se coloca en la cara trasera del Láser. Se compara la señal digital de salida con el promedio a largo plazo y se modifica la corriente de polarización para mantener la potencia de salida constante (Fig. 37). Fibra óptica Lente Diodo Láser contactos Lente Diodo APD contactos A Fotorreceptores Ópticos Fig Control de la potencia de salida Vimos que en un fotorreceptor, constituido por un semiconductor incide un fotón este es absorbido y un electrón es excitado para moverse libremente. El espacio vacío que deja al moverse se denomina hueco, que también puede moverse libremente, se ha establecido un potencial eléctrico formado por un par electrón-hueco. Como elementos fotorreceptores óptico, se utilizan fotodiodos del tipo PIN o fotodiodos de avalancha APD. En su fabricación se emplean principalmente silicio (apto por debajo de 1000 nm) y germanio (para longitud de ondas mayores). En rangos entre 1300 y 1600 nm se emplean compuestos de indio, galio, arsénico y potasio, InGaAs ó InGaAsP.

42 42 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 A Fotodiodo tipo PIN En semiconductores de juntura con bajo coeficiente de absorción se incrementa la zona de absorción para la radiación intercalando entre el semiconductor n y el p, una capa de semiconductor no dopado, denominada zona intrínseca i. A esta juntura se la denomina fotodiodo PIN. El fotorreceptor de juntura tipo PIN polarizado en tensión inversa genera electrones de acuerdo a los fotones que absorbe. La relación entre los electrones y fotones se denomina rendimiento cuántico. El valor de este rendimiento, la carga de los electrones y la energía de los fotones nos indica la sensibilidad del fotorreceptor expresado en Amper / Watt. La luz infrarroja incide sobre el diodo a través de una zona p, esta superficie se recubre con una capa de Si 3 N 4 para evitar pérdidas por reflexión (Fig. 38). Diagrama de bandas de energía Juntura PIN Si 3 N 4 Al N+ N- N- N- P+ Al Fig Corte esquemático de un diodo PIN Se puede aumentar la sensibilidad de los fotodiodos PIN agregando un transistor de efecto de campo FET (Field Effect Transistor). Con la combinación PIN-FET se alcanzan sensibilidades muy elevadas. El fotodiodo PIN se usa en 1ª y 2ª ventana A Fotodiodo de avalancha APD Si en una juntura PN los portadores de carga negativa (electrones), son acelerados en un campo eléctrico de alta diferencia de potencial ( V/cm en la juntura), estos adquieren velocidades tan altas que por efecto de choques ionizan a otros portadores de carga. Se forman, otros pares hueco-electrón en proceso de multiplicación por efecto de avalancha. La sensibilidad global del fotorreceptor por avalancha es superior al fotorreceptor del tipo PIN. VELOCIDAD DE TRANSMISIÓN SENSIBILIDAD vs. VELOCIDAD DE TRANSMISIÓN 560 Mb/s 140 Mb/s 34 Mb/s PIN -37 dbm dbm -49 dbm APD -42 dbm -49 dbm -56 dbm El fotodiodo PIN tiene menor ancho de banda de recepción, menor superficie de detección, menor ganancia y menor corriente de umbral respecto al de avalancha APD. (Fig. 39).

43 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 43 Fig Fotorreceptor del tipo APD El bajo costo de los fotodiodos PIN representa la principal ventaja respecto a los fotodiodos APD. Las pérdidas de retorno mínimas para los receptores ópticos son fijadas en 60 db. A Parámetros del conexionado óptico El conexionado óptico se podrá realizar, mediante distintos métodos, empalmes ópticos permanentes: por fusión o por empalme óptico mecánico, o del tipo transitorio con conectores ópticos. Otros dispositivos de conexionado son los acopladores, divisores, atenuadores, filtros, cajas de conexionado, paneles de distribución, etc. La unión de los distintos tramos de un enlace, puede introducir pérdidas de inserción en sus empalmes. Estas pérdidas deben ser mantenidas dentro de reducidos límites debido a la extensión de la línea y evitar el uso de regeneradores de señal. Las pérdidas podrán catalogarse como intrínsecas o extrínsecas. Las intrínsecas dependen de las características de las dos fibras en el punto de conexión, mientras que las extrínsecas se deben a imperfecciones en la realización del empalme. A Pérdidas intrínsecas Entre las pérdidas intrínsecas más importantes se pueden citar (Fig. 40): a) Excentricidad núcleo/ revestimiento Contactos Detector APD Lente Fibra óptica Δx Δy Ec = (Δx 2 + Δy 2 ) 1/2 Ǿ núcleo % b) Elipticidad del núcleo x y E = 2 (x + y) x + y % Fig Fotorreceptor del tipo APD c) Diferencias del diámetro del núcleo, respecto al valor nominal. d) Diferencias del diámetro del revestimiento, respecto al valor nominal.

44 44 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 e) Reflexión de Flesnel. Las pérdidas por reflexiones Flesnel, se originan en los espacios libres que separan dos terminaciones, por ser deferente el índice de refracción respecto al del núcleo de la fibra. Para eliminar estas pérdidas se deben efectuar empalmes permanentes, utilizar materiales de acoplamiento o proveer una separación entre las terminaciones de fibras del orden de 10-8 cm. Este último procedimiento se denomina unión FC (Fiber Contact). f) Diferencia entre los valores de los índices de refracción (y por ende de la apertura numérica). g) Diferencias entre los perfiles de las dos fibras ópticas. A Pérdidas extrínsecas Esta serie de pérdidas se refiere a factores constructivos: a) Corrimiento transversal (axial) de los núcleos y/o revestimientos (Fig. 41). Otras pérdidas se refieren a la calidad inapropiada de las superficies de acoplamiento de las fibras, entendida la calidad inapropiada como (Fig. 42): eje de la fibra corrimiento b) Separación entre las terminaciones de las fibras c) Desalineación angular o Tilt separación s desalineación Fig Fotorreceptor del tipo APD a) No ortogonalidad respecto al eje longitudinal. b) No planaridad de una o ambas superficies. c) Superficie no terminada a espejo, con rugosidad superficial o limpieza indebida. Fig Fotorreceptor del tipo APD

45 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 45 Las pérdidas introducidas en db, debidas a los diferentes inconvenientes de acoplamiento entre fibras, se corresponden a los diámetros del núcleo de: 60 m, 80 m y 100 m, las que son representadas por curvas según (Fig. 43): a) corrimiento axial u, expresado en m b) separación s, expresado en m c) desalineación anular α, expresado en grados Pérdidas por corrimiento axial u ( m) Pérdidas por separación s ( m) Pérdidas por desalineación angular α (en grados) Fig. 43 Comparación de pérdidas por acoplamiento entre fibras Las diferencias de núcleos podrán consistir a su vez en excentricidad del núcleo y revestimiento respecto al recubrimiento.

46 46 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Como es de mayor importancia la alineación de los núcleos respecto a la alineación de los diámetros exteriores, actualmente las máquinas de empalmar regulan los corrimientos, separación y el alineamiento. Luego del proceso de empalme, miden y seleccionan la mayor transferencia de energía, para posteriormente proceder a efectuar el empalme. De tal forma se evita el proceso de investigación previo. A Procesos del conexionado óptico La red óptica esta conformada por distintos elementos de conexionados y de acoplamiento, cada uno con su proceso particular de montaje. A Empalme óptico por fusión Los empalmes de las fibras ópticas permanentes del tipo por fusión, se realizan calentando hasta el punto de fusión los extremos de las fibras, mediante una descarga de arco voltaico y ejecutando luego una adecuada tracción entre las fibras hasta restablecer sus características primitivas. La temperatura de fusión depende del material de las fibras. Para fibras ópticas de alto contenido de sílice se requiere temperaturas de 2000 ºC. Los valores típicos de tensión varían entre 3000 V y 7000 V, con corrientes de descarga entre 10 ma y 20 ma. Los pasos del procedimiento de empalme son en primer término la preparación de la fibra: 1) Quitar la protección secundaria, capa de nylon. 2) Limpiar mediante una gasa y líquido especial a ese fin, la superficie de la fibra. 3) Marcar el corte de la fibra y doblar por medio de la herramienta conforme. 4) Insertar el conjunto, tubo de poliolefina, de bajo punto de fusión y tubo termoretráctil. Los pasos seguidos son del empalme propiamente dicho: 1) Posesionar los extremos de las fibras. 2) Efectuar la alineación en los planos horizontal y luego vertical. 3) Realizar el acercamiento de ambos extremos. 4) Ejecutar la prefusión. 5) Ejecutar la fusión y unión. 6) Proceder al estiramiento de la fusión. Los pasos siguientes son referidos a la protección del empalme: 1) Desplazar el conjunto de manguitos plásticos sobre el sector de fusión. 2) Colocar una varilla de acero inoxidable, como protección mecánico a la flexión. 3) Contraer el manguito plástico termoretráctil, por calentamiento. 4) Prueba y verificación del valor de atenuación del empalme. Las actuales máquinas de empalmar las fibras ópticas, son verdaderas computadoras programadas que efectúan todos los pasos requeridos sin casi la intervención del operario. La limpieza de los extremos de las fibras a empalmar y su preciso corte, son fundamentales a la obtención de un buen empalme. En el proceso automático, solo requiere posesionar los extremos de las fibras en la máquina de empalmar, la que realiza la aproximación y presión axial entre las dos fibras, el centrado horizontal y vertical satisfactorio, la prefusión, la fusión, el estirado y la medición de la atenuación resultante. Las sucesivas mediciones se realizan produciendo fugas lumínicas por microcurvatura en la entrada y salida de la fibra, desde donde se toma los valores de la señal (Fig. 44).

47 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 47 Tubo exterior Tubo interior Fibra óptica Refuerzo mecánico Aspecto final Fig Empalme de fibra óptica En los empalmes por fusión se deben obtener una atenuación menor a 0.2 db. Con las últimas técnicas de empalme se obtienen atenuaciones menores a 0.1 db. Cada una de estas operaciones de empalme se realiza en menos de 5 minutos. A Empalme óptico por medio capilar La técnica de empalme óptico por medio capilar se basa en el empleo de un tubo de vidrio en cuyos extremos se introducen las extremidades de las fibras que se desean unir. El tubo es de dimensiones capilares apropiadas a las fibras y el cual lleva un orificio transversal en su parte central, por donde se introduce un material adhesivo transparente, con características de adaptación al índice de refracción de las fibras. Las extremidades del capilar están conificadas, a fin de facilitar la introducción de las fibras. Una vez ejecutada la operación de empalme, se protege al mismo mediante una manguita termoretráctil de seguridad. Se obtuvieron valores de atenuaciones de 0.25 db para fibras ópticas multimodo de índice escalón y de 0.21 db para fibras de índice gradual. Otro método similar con está técnica, es utilizar un capilar de pirex cuyo punto de ablandamiento es más baja que la del cuarzo. Se introduce por uno de sus extremos una fibra con adhesivo y se calienta el conjunto hasta que el tubo colapsa. Por el otro extremo del capilar se introduce la otra fibra sellándola con material epoxi. Luego se cierra en un tubo metálico de protección. Esta técnica ha dado pérdidas del orden de 0.2 á 0.3 db, con fibras de perfil gradual (Fig. 45). Fibra óptica Capilar colapsado Fig Empalme capilar Pirex Fibra óptica A Empalme óptico de surco Distintas técnicas de empalme permanente, se refieren a los procedimientos por surcos en V, que permiten el alineamiento eficiente de las fibras. Este método, es utilizado en cintas multifibras. Los empalmes se logran incidiendo las fibras, debidamente preparadas, en hendiduras de prealineación, las que luego se presionan introduciéndolas en los surcos, una tapa garantiza la estabilidad mecánica. Se utiliza glicerina como adaptador de índice de refracción. Su utilización, debido a ser un empalme permanente, se reduce a situaciones provisionales de emergencia en espera de efectuar un empalme definitivo por fusión. Sus pérdidas por inserción son inferiores a 0.5 db, pero debido a su poca precisión se emplea solo en fibras multimodo.

48 48 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Se ha diseñado métodos de empalmes por fusión para su empleo en cables planos de cintas con hasta cinco fibras. Estos empalmes reensambrables son de promisorio futuro, permiten empalmar en una sola operación hasta cinco fibras, además sirven de alojamiento y protección al los mismos. En estos métodos, el pulido de las fibras y la fusión se realiza en una sola operación (Fig. 46a). cubierta Sustrato con múltiples surcos V Fig. 46a - Empalme reensambrable para cable plano de 5 fibras Otras técnicas se realizan con implementos que empalman cables planos de cintas hasta 13 ó mayor cantidad de fibras (Fig. 46b). Fibras descubiertas Surcos para las fibras Cinta de 13 fibras Sujeción de la cinta Surcos donde se realizan los empalmes Fig. 46b - Empalmes múltiple para cable óptico de cintas Los métodos descriptos anteriormente con tubos capilares, se podrán mejorar con la variante de combinar este implemento con el empleo de la alineación tipo surco en V, elementos que estarán dispuestos en las caras internas de los tubos. A Empalme óptico mediante conectores La conexión entre fibras ópticas se realiza preferentemente por empalme de fusión, sin embargo para empalmes por reparaciones provisorias o en redes poco extensas, se podrá utilizar empalmes mecánicos mediante conectores. El procedimiento para estos empalmes mecánicos se realiza cortados los extremos de las fibras en planos perfectamente normales, puliéndolos y limpiándolos, luego se acoplan en elementos de alineación que los anclan sin permitir su desplazamiento. También podrán ser introducidos en un orificio concéntrico de una pieza de vidrio, cerámica o piedra preciosa y adherirla a ésta para mantenerla en su lugar. En los empalmes mecánicos, el desplazamiento longitudinal entre los extremos de las fibras, produce pérdidas por refracción en el pasaje vidrio-aire, para prevenir este efecto se usa un gel conductor de la luz con índice de refracción apropiada, que evita al haz de luz el cambio de medio de transmisión. Así se introducen mínimas pérdidas y además se reserva de daños a las caras de las fibras. Sin embargo, es de mayor importancia el desplazamiento transversal de las fibras, pues podrá introducir altas pérdidas al solo desplazarse una micra de su diámetro, sobremanera en una fibra monomodo que su núcleo dispone de 10 micras o menos.

49 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 49 Distintos métodos se emplean para realizar los empalmes mecánicos, que se clasifican como: De cilindro con rubí. De tres o de cuatro cilindros o esferas. De ranuras acanaladas en forma de V, para monofibra o multifibra. De convergencia del haz mediante lentes. El dispositivo para el empalme con rubí se compone de un cilindro hueco o férula (ferrule), donde en uno de sus extremos se ha insertado una piedra de rubí con una perforación concéntrica de diámetro interior igual al de la fibra. La fibra se introduce en el cilindro ajustándola mediante un protector que sirve de adaptador y es fijada con un adhesivo epoxi de índice de refracción similar al de la fibra (Fig. 47). adhesivo fibra desnuda vaina de acero inoxidable adhesivo CONECTOR A RUBÍ DE RELOJ rubí de reloj cubierta de la fibra lente CONECTOR USANDO LENTES epoxy transparente extremo de la fibra Fig Conector de rubí y conector de lente El procedimiento más crítico, de estos empalmes, se refiere al método de alineación de ambas fibras. Para ello se utilizan tres o cuatro esferas, o cilindros, que obligan a las fibras ópticas a un posicionamiento y enfrentamiento perfecto (Fig. 48) fibra óptica Fig Conector de tres esferas Aunque estos empalmes tienen el carácter de permanente, algunas de ellas técnicas permiten la reinserción mediante herramientas especiales. Otros disponen un adhesivo epoxi con un tiempo de curado suficiente para permitir "sintonizar" la máxima transferencia de potencia luz, mediante rotación de las fibras. Una técnica también difundida, es la del empleo de un tubito de vidrio capilar, que ya hemos considerado anteriormente como empalme definitivo. Los empalmes ópticos mecánicos, presentan una pérdida de inserción promedio de 0.15 db á 0.30 db para fibras multimodo y de 0.35 db á 0.40 db para fibras monomodo. Las pérdidas de retorno son en general de alto valor.

50 50 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 PÉRDIDAS DE RETORNO EN EMPALME ÓPTICO Elemento Empalme mecánico con corte transversal en instalación aérea Empalme mecánico con corte oblicuo en instalación aérea Empalme mecánico con corte transversal, instalación subterránea Empalme mecánico con corte oblicuo, instalación subterránea Pérdida de retorno 45 db 63 db 50 db 68 db A Conectores Ópticos Las uniones mediante conectores, se realizan en la central de conmutación, para las terminaciones de red óptica OLT (Optical Line Termination), en los puntos de derivación de la red, en los nodos remotos como unidad óptica de la red ONU (Optical Network Unit) y en el domicilio del abonado para las terminaciones de red ONT (Optical Network Termination) Los conectores tienen la ventaja de ser desmontables e intercambiar la conexión cuando se requiera. Sus pérdidas suelen ser de 0.30 á 1 db. Las pérdidas por inserción IL (Insertion Loss) típica es de 0.20 db, máximo de 0.40 db, para la generalidad de los conectores, mientras que las pérdidas de retorno RL (Retorn Loss), varían para cada conector de 50 á 70 db. Sus características deberán ser: insensibles a la temperatura, polvo ambiente y mantener la misma atenuación luego de un gran número de desconexiones. Las terminaciones en los OLT, se realizan mediante empales por fusión a chicotes de cables monofibra de hasta 5 m de longitud, denominados pig tail, los que ya disponen de un conector en su otro extremo. También se usan chicotes de fibras del tipo parch cord para conexionados puente, o para efectuar mediciones de pruebas. Estos chicotes, disponen en ambos extremos de conectores ya instalados en fábrica. Los pig tail se proveen en diámetros de 0.9 mm y 3 mm, mientras que los parch cord solo en diámetros de 3 mm. Los conectores, para poder efectuar la unión de dos tramos de fibras en una red, emplean dos diferentes piezas, un conectador adaptador macho (plug), para fijar cada extremo de las fibras a conectar y de un acoplador que guía el enfrentamiento y fija el posicionamiento. Cada conector está constituido básicamente por un casquillo cilíndrico (ferrule), con un capilar central de diámetro apropiado a la fibra y con una carcasa conformada por piezas soporte del casquillo, que a su vez proporciona un montaje antirrotación de la fibra. Los distintos tipos de conectores se diferencian principalmente, por el tipo de la carcasa exterior, si el plug es cónico o cilíndrico y si el acoplamiento es a bayoneta o rosca. Son cinco los tipos dominantes en el mercado, el SMA 906, Biconic, Conector ST, FC y D4 (Fig. 49). SMA 906 BICONIC Conector ST Conector FC Fig Conectores comunes en el mercado Conector D4

51 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 51 Describiremos sucintamente algunos de los distintos tipos de conectores empleados, según su aparición histórica. A fines de los años 1970, la firma Amphenol Co. De USA, introdujo el conector tipo SMA. Su nombre derivaba de la designación dada al Sub Miniatura-A (SMA), como conector empleado para cables coaxiales. Consistía de un casquillo cilíndrico de sujeción, llamado ferrule, de 3 mm de diámetro en el Tipo 905 y de 3.2 mm en el Tipo 906. Este casquillo fue fabricado en plástico, zinc, aluminio, acero o cerámica, según su clase y costo. Su acoplamiento se efectuaba mediante una unión a rosca que actúa sobre dos férulas (sujeciones) independientemente de la fibra, que la mantiene flotante (Fig. 50). Tubo protector Cubierta del cable Recubrimiento Elemento de fuerza Fibra óptica Adaptador Ferrule primario Cuerpo de ensamblaje Fig Conector SMA (Amphenol Co) El conector Bicónico fue diseñado por AT&T. Un ferrule en forma de cono trucado y una manga hembra que lo aloja dan el nombre de bicónico. Los materiales de fabricación son vidrio, plástico o acero. Los actuales conectores Bicónicos no permiten hacer girar las fibras, lo que evita fallas de conectividad (Fig. 51). macho fibra descubierta fibra revestida adaptador de alineación elemento de protección Fig Conector Bicónico (ATT) En el año 1985 la AT&T introdujo el conector ST, más pequeño, de mejor rendimiento y de menor costo. Fabricado con un ferrule cilíndrico de 2.5 mm de diámetro en plástico, acero, vidrio o cerámica, encaja en una manga ranurada. Un mecanismo de bayoneta mantiene un ajustado acoplamiento (Fig. 52). Manga de acople Ranura de alineación Llave de alineación Capucha Manga de ajuste Cubeta de inserción Cubierta Acople Enchufe Férula Fig Conector ST (ATT)

52 52 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Desarrollado por NTT de Japón, el FC es un conector de alto rendimiento. Con un ferrule de 2.5 mm en cerámica con una manga en acero. La fibra desnuda se inserta en un agujero dispuesto en el centro del ferrule, se cementa y pule. Como en el conector ST la manga ranurada permite el acoplamiento, con un muelle flotante que asegura su conexión sin producir esfuerzos sobre la fibra óptica. Su ajuste se termina mediante una combinación de bayoneta y rosca. Consta de un acoplador al que se lo inserta los adaptadores terminales (Fig. 53). alojamiento plásticos fibra óptica férula de alta precisión manga hendida Fig Conector FC (NTT) Desarrollado por NEC, el D4 es un conector de robusta retención. La empresa 3M ha simplificado el diseño del conector, obteniendo un elemento de alta retención. Con formato rectangular este conector tiene un mecanismo de push - pull (tira y afloja) de fácil inserción y alta repetitividad. La construcción del ferrule en una cerámica especial, asegura una baja atenuación. En equipos Siemens el tipo DIN, de engarzado a rosca. Los distintos tipos de conectores utilizados en terminaciones de red, se distinguen igualmente según el tipo de corte y contacto realizado en las fibras ópticas. La nomenclatura que define al conector utilizado, combina el tipo de mecanismo de sujeción y la técnica de corte utilizada. Se diferencian los tipos de contacto: NC (Non Contact) PC (Physical Contact) sin contacto entre caras, SPC (Super Physical Contact) con super pulido, UPC (Ultra Physical Contact) contacto físico con corte perpendicular, ultra pulido, APC (Angle Physical Contact) en corte oblicuo. Después del pulido realizado según el método PC ó SPC, el plano de corte del conector, presentará una estructura como la indicada en Fig. 54a, mientras que para el método UPC se presenta como muestra el detalle de la Fig. 54b. Fig. 54a - Método PC ó SPC

53 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 53 Fig. 54b - Método UPC En el método APC, un corte oblicuo permite que la potencia del haz reflejado sea lanzada en una dirección tal que no pueda ser guiada nuevamente por el núcleo, hacia el emisor. Se obtiene una preferible alta pérdida de retorno, aunque se incremente algo la pérdida por inserción. Para aplicar este método, entre el plano de corte y el plano perpendicular al eje del núcleo se proporciona un ángulo de 8º. PÉRDIDAS SEGÚN TIPO DE CONTACTO ESTABLECIDO Pérdidas Por inserción De retorno NC < 1 db 12 db PC < 0.4 db > 50 db APC 8º < 0.5 db > 60 db También con respecto a los métodos SPC y UPC, se obtienen mejores valores de pérdidas de retorno: PÉRDIDAS DE RETORNO MÍNIMAS Y MEDIA PARA CONECTORES ÓPTICOS Conector Pérdida de Pérdida de Retorno mínima Retorno media FC/SPC 40 db 43 db FC/UPC 50 db 54 db FC/APC 60 db 75 db En Telefónica de Argentina se ha normalizado el conector tipo FC /PC para su uso con fibras monomodo de dispersión estándar o de dispersión desplazada que operen en armarios para repartición u otros sistemas de distribución que admitan el acceso de estos cables. También se emplean en Telefónica de Argentina el tipo SC /UPC y SC /APC. El sistema SC, de la NTT, tiene un anclaje mecánico (Fig. 55). acoplador carcasa del conector resorte kevlar cable de fibra anillo de sujeción férula receptáculo Fig Conector SC de la NTT

54 54 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 A Dispositivos activos y pasivos de la red óptica La red óptica además de sus cables y empalmes comprende diversos elementos con distintas funciones como ser, divisores de señal, atenuadores, filtros, regeneradotes, protecciones, etc. A Divisores Ópticos Los divisores ópticos (splitter), son dispositivos de derivación que se emplean para bifurcar la señal en forma uniforme, tantas veces según tipo de divisor empleado 1:2, 1:3, 1:4, 1:8 y 1:16. El principio de trabajo se basa en dividir la señal o iluminarla sobre un espejo desde el cual se refleja la cantidad de fibras deseadas. En las operaciones de las redes CATV, para pruebas o reparaciones, es critica la dilatación de sus tiempos, al proceder a desacoplar un divisor óptico, abriendo una salida a ramal. Esta situación representa ser la peor condición en el total de pérdidas de una red, ello se tendrá en cuenta en la selección de los divisores, a fin de minimizar estos tiempos. La carcaza externa tiene como máximo: Para 1:2, 1:3 y 1:4 = 90 mm x Ø 4 mm Para 1:8 y 1:16 = 105 mm x 10 mm x 7 mm Las pérdidas por inserción máxima corresponden a cada tipo de divisor especificado PÉRDIDAS POR INSERCIÓN MÁXIMA DEL DIVISOR Tipo Atenuación máxima (db) 1x2 4 1x3 6 1x x8 11 1x Existen dos configuraciones posibles para la conexión de las entradas y salidas de los splitters, por medio de conectores o por empalme de fusión (Fig. 56). Conexión de Splitter FC/APC Distribuidor en Central conectores FC/UPC Fig Conexionado de los splitters en relación 1x4 Se fija como característica de especificación los siguientes valores, medidos en 1260 nm á 1360 nm y 1480 nm á 1580 nm: pérdidas de retorno mínimas para cualquier puerta mayor a 50 db, las directividad mínima entre cualquier puerta de salida de 50 db y las variaciones de las pérdidas de inserción no mayor a 0.3 db. Las tecnologías y materiales deberán garantizar una invariabilidad de sus características para un uso de 20 años.

55 A Acopladores Ópticos ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 55 Los acopladores ópticos permiten distribuir una cierta información de entrada entre dos salidas en una proporción predeterminada. Las salidas son conectadas a derivaciones o ramales que podrán alimentar terminales u otros dispositivos. En cada salida se obtiene la misma información de entrada. Dado que cada división se realiza por medios ópticos pasivos, cada señal de salida tendrá un valor de atenuación de acuerdo a una proporción predefinida y de acuerdo al valor de acoplamiento que posee el dispositivo. El acoplador posee una caja hermética de protección, cuyas dimensiones son de 90 mm x Ø 4 mm. Las fibras ópticas que parten del acoplador deberán tener por lo menos una longitud de 1.50 m. Los acopladores se identifican y proveen según su relación de acoplamiento. Acoplador TIPOS DE ACOPLADORES % Potencia de Salida - Puerta 1 % Potencia de Salida - Puerta 2 5/95 5% 95% 10/90 10% 90% 15/85 15% 85% 20/80 20% 80% 25/75 25% 75% 30/70 30% 70% 35/65 35% 65% 40/60 40% 60% 45/55 45% 55% Se fija como característica de especificación valores similares a los dados para los divisores ópticos. Medidos en 1260 nm á 1360 nm y 1480 nm á 1580 nm deben presentar: Pérdidas de retorno mínimas para cualquier puerta mayor a 50 db. Directividad mínima entre cualquier puerta de salida de 50 db. Variaciones de las pérdidas de inserción no mayor a 0.3 db. Las tecnologías y materiales deberán garantizar una invariabilidad de sus características para un uso de 20 años (Fig. 57). Compuerta 1 Compuerta 2 Compuerta 3 Fig Principio de un acoplador óptico Las pérdidas por inserción máxima, son especificadas según su relación de acoplamiento.

56 56 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Acoplador PÉRDIDAS DE INSERCIÓN DE LOS ACOPLADORES Atenuación máxima (db) Puerta 1 Atenuación máxima (db) Puerta 2 5/ / / / / / / / / A Atenuadores Ópticos Un atenuador óptico es un dispositivo pasivo que se intercala en la red óptica con el objeto de reducir la potencia óptica que ingresa al fotodetector del receptor. Los atenuadores mayormente utilizados son del tipo SC y FC. Esta designación la da el tipo de conector utilizado para un extremo y el tipo de acoplador del otro extremo, tanto fueren SC/APC ó FC /APC. También son designados por la atenuación introducida, por ejemplo el 01/SC tiene una atenuación de 1 db, mientras que el 20/FC tiene una atenuación de 20 db. La pérdida de retorno mínima admitida es > 50 db. A Filtros de medios Los filtros de medios son necesarios en los equipos que utilizan cables de par trenzado telefónico de tipo 3, para adaptar los conectores del cable. Se utilizan por ejemplo, para efectuar la conexión entre una placa adaptadora Token Ring y conector estándar tipo RJ-45 / RJ-11. Permiten reducir asimismo, los ruidos de línea. A Cajas de distribución Las cajas de distribución para abonados podrán tener variadas capacidades, desde 4 fibras ópticas hasta 100 o mayores (Fig. 58). al multiplexor conector PC 4 Fibras ópticas A Cajas de empalmes Fig Cajas de abonados para 4 fibras ópticas Se emplearán cajas de empalme ópticas dispuestas con reparticiones que permiten organizar y dar holgura a los cables, con el espacio necesario que respete las curvaturas admisibles y el alojamiento cómodo de los empalmes.

57 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 57 Para obtener amplias capacidades de empalmes, de hasta un máximo de 144 fibras, las fibras y los empalmes se organizan en placas dispuestas en varias capas rebatibles (Fig. 59). A Paneles de conexiones Fig Caja de empalmes de fibras ópticas Se utilizan paneles de conexión para organizar los cableados, tanto para las redes LAN, edificios con cables estructurados, en edificios inteligentes, como en oficinas centrales nodos remotos, por ejemplo el cableado que se conecta a un concentrador de una red interna (Fig. 60). cable multifibra desde el plantel exterior cable monofibra al equipo bandeja de conectores bandeja de empalmes cubierta Fig Panel de conexiones de cableados A Equipo regenerador remoto Un nodo regenerador remoto, consta esencialmente de un equipo transmisor regenerador, el que incluye la conversión electro-óptica y del proceso de interconexión a la planta externa. Este sistema podrá estar alojado en un recinto erigido o en un gabinete tipo pedestal (Figs. 61 y 62).

58 58 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Equipo electro-óptico Gabinete de interconexión Transmisor Receptor a plantel exterior Fig Nodo regenerador remoto Regenerador de señal Pasaje de cables Caja de empalmes de fibra óptica Fig Regenerador de señal en pedestal A Métodos de instalación Los cables de fibra óptica, al igual que los cables de conductores de cobre pareados, se emplean en rutas interurbanas y urbanas. Generalmente son instalados, para los enlaces locales de acceso y entre oficinas, en canalizaciones, para los enlaces interurbanos en enterrado directo y en enlaces internacionales como cables subfluviales o submarinos, aunque según los requerimientos del diseño podrán adoptarse el método mas conveniente, incluso como instalación aérea sobre rutas de postes. Según su función y el sector de red donde actúe, se podrán requerir distintas capacidades de fibras y técnicas de transmisión. Por ejemplo: Enlace interurbano, utiliza de 32 fibras á 144 fibras, en tercera ventana (1550 nm). Enlace urbano, utilizar de 64 á 128 fibras ópticas, en tercera ventana (1550 nm). Acceso, utilizar 64 fibras ópticas, en segunda (1300 nm) y tercer ventana (1550 nm).

59 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 59 El tráfico de transmisión estimado a sustentar definirá la cantidad de fibra óptica a proveer. Sus valores de atenuación y dispersión máxima, serán adoptados según fuesen tipos de redes urbanas, interurbanas o internacionales y los tramos a cubrir. El tendido de los cables de fibra óptica en un área urbana es muy simple, ello se debe al reducido peso y diámetro de los cables ópticos, pudiéndose efectuar en muchos casos en forma manual sin intervención de alguna máquina tiracable. Se ubica a lo sumo un operario por cámara de registro y procede a jalar el cable en forma manual, pudiéndose así cubrir longitudes de varios kilómetros. En las canalizaciones se emplean subductos, para aumentar la capacidad de las cañerías, colocando monoductos en el interior de los conductos existentes. Estos monoductos son de PVC y tienen 33 mm de diámetro, para una cañería existente de 87 mm. También se emplean triductos planos para adicionar a las cañerías en construcción o para la instalación en enterrado directo. Para el tendido de cables de fibra óptica en rutas interurbanas, aunque se hallan construido canalización con subductos o se hallan instalado tritubos enterrados, será dificultosa su instalación debido al las extensas extensiones a cubrir entre empalmes. Esto se salva empleando distintos métodos de tendido, ya fuese mediante la ayuda de aire comprimido o agua a presión. El método de agua es mas efectivo en tiempo de colocación, no obstante trae aparejado el inconveniente de obtener, transportar y recuperar el agua operativa. El ámbito de su uso definirá su constitución de armado y estructura física como sus cubiertas y blindajes especiales. La elección del tipo y modelo de cable, se procede teniendo en cuenta el uso y destino de la red a construir: Cable dúplex para corta distancia (Fig. 63a). Para la red subfluvial o submarinos, cables con blindajes reforzados (Fig. 63b). En la red aérea cables autosuspendidos de cubierta en forma 8, o para devanar (Fig. 63c). En canalizaciones subterráneas (Figs. 63d). Para la red enterrada en zonas con roedores blindajes con alambres de acero. Para la red interna de edificios se emplean cubiertas de PVC, totalmente dieléctrica si será influenciada por perturbaciones en cercanía de fuentes electromagnéticas. Aramida Hilos de aramida Recubrimiento tight Cubierta PVC ó PAL Recubrimiento secundario Fibra óptica Fig. 63a - Cable dúplex para corta distancia (Pirelli)

60 60 Ing. Oscar Szymanczyk / junio 2014 Arado de enterramiento cable enterrado cable subsuelo agua Fig. 63b Instalación subfluvial Fig. 63c Instalación de cable aéreo devanado cabrestante Carrete de cable Fig. 63d Instalación de cable subterráneo

61 ANEXO 7 PLANTA EXTERNA 61 Para la instalación en cañería subterránea, se pueden adoptar varias técnicas. Se emplean equipos para el pasaje de la fibra óptica, los que son activados por corrientes de aire comprimido (Fig. 64).y en otros casos por agua a presión (Fig. 65). Este último método tiene el inconveniente del transporte del agua y además resumir el agua residual compresor compresor compresor Fig Instalación en cañería subterránea mediante aire comprimido Fig Método de instalación por medio de agua a presión Las cajas para empalmes ópticos se podrán ubicarán en postes siguiendo el método de empalmar a la altura del suelo y luego posicionarlas sobre el poste. Se provee cable enrollado para eventuales aperturas posteriores. También se podrán instalar aseguradas sobre el alambre suspensor (Fig. 66). grapas > 0.80 m Soporte cable Caja de empalme suspendida cintillo de plástico grapas caja de empalmes Fig Método de instalación de cajas ópticas en ruta aérea

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