CARACTERIZACIÓN ESPECTRAL DEL PROCESO DE FUSIÓN DE FIBRA ÓPTICA Fabio Vega 1,2 Cesar Torres,2, Lorenzo Mattos 2. 1 Ingeniero electrónico, Universidad Popular del Cesar, Valledupar, Colombia. 2 Grupo de óptica e Informática, Universidad Popular del Cesar, Valledupar, Colombia. Ingfabiovega1@hotmail.com, cesar.torres@caramail.com En este trabajo se caracterizó espectralmente el proceso de fusión de fibras ópticas para determinar el estado de la fusión, aplicando leyes de la física óptica al descomponer la luz en todo su espectro. El prototipo consta de un prisma para descomponer la luz, un video cámara para capturar la secuencia de imágenes durante el proceso, una herramienta computacional MATLAB para realizar todo el proceso de análisis y filtrado de los frames de imágenes capturados. El Trabajo se encuentra terminado. 1. INTRODUCCIÓN Se define el empalme o soldadura de la fibra óptica [1] como todo aquel proceso o dispositivos que nos permite garantizar un conexionado permanente de las fibras ópticas preservando las características de transmisión de las mismas. El conector óptico sería aquel dispositivo des conectable a voluntad que nos permite interconexiones fibras ópticas, es una parte crítica en los enlaces de fibras ópticas, debido a las perdidas en la conexión. La utilización de fibras ópticas en los enlaces de comunicación a grandes distancias, cada empalme o conector puede llegar a contribuir significativamente con su aportación en las pérdidas totales del enlace e incluso llegar a plantear la inviabilidad del mismo. Por lo tanto los elementos de interconexión deben minimizar al máximo las perdidas. Para la instalación de sistemas de fibra óptica es necesario utilizar técnicas o dispositivos de interconexión como empalmadora y conectores. Siendo el empalme por fusión los más utilizados debido a bajas perdidas por empalmen y la ser una conexión definitiva. En los enlaces de corta distancia (en un edificio) en los que los niveles de atenuación son altos se llegan a utilizar fibras ópticas plásticas con muy altos valores de atenuación son altos se llegan a utilizar fibras ópticas plásticas con muy altos valores de atenuación, en donde la contribución de empalmes o conectores a las pérdidas totales del enlace no adquiere un papel crítico. Los métodos empleados para empalmar las fibras ópticas han ido evolucionando desde el principio de la utilización de esta técnica y, por orden de aparición, fueron los siguientes: a) soldadura por micro llama, b) pegado y c) soldadura por fusión De todas estas técnicas, la que se ha impuesto de una forma definitiva es la soldadura de las fibras ópticas por fusión con arco eléctrico. En este trabajo se caracterizó espectralmente el proceso de fusión de fibras ópticas para determinar el estado de la fusión, aplicando leyes de la física óptica al descomponer la luz en todo su espectro. 2. Procedimiento para el análisis Para realizar el análisis del espectro de luz emitido durante el empalme de una fibra óptica se procedió a colocar una rejilla de difracción de dimensiones L=4.5cm, H=2.5Cm con 670 líneas por milímetro, arriba de los electrodos de fisión sin tocarlos y perpendicularmente una cámara de video, para captura la grabación continúa durante la fusión. Se grabaron video de fusiones, se les midió la atenuación utilizando el método de corte y se observaron los empalmes a través del microscopio determinando si eran correctas e incorrectas para poder realizar el análisis y contrastar resultados por correlación digital de imágenes. El montaje en el banco óptico para la obtención del espectro durante la fusión se puede observar en la figura 1. Donde se observa el prototipo micro-posionador y fusionador de fibras ópticas, Grabadora de video y rejilla de difracción.
Figura 1. Montaje en Banco Óptico 3. Obtención de imágenes en MATLAB Después de haber realizado las grabaciones, se procedió a ejecutar código en MATLAB para abrir el video y buscar el frame indicado. La clase que permite abrir el video es VideoReader, se implementa como se observa en la ecuación 1, requiere como argumento la cadena string de la ruta donde se encuentra el video. xyloobj = VideoReader('Fusión ok 1.avi'); (1) Los formatos soportados son: Motion JPEG 2000 (. MJ2), en la plataforma de Windows, AVI (. Avi), MPEG- 1 (. Mpg), Windows Media Video (. Wmv,. Asf,. Asx), y cualquier otro formato compatible con Microsoft DirectShow. Para seleccionar la imagen a analizar se implementa el código que se observa n al Figura 2. Donde se lee el video y se muestra todas las imágenes del video, luego visualmente se escoge la mejor imagen para realizar el procesado digital, seleccionado el frame indicado. Figura 2. Código par ver todos las imágenes del video Teniendo el número de la imagen para realizar el análisis se procese a segmentarla y dejar solo porción de la imagen que se va a analizar, utilizado el código que se observa en Figura 3. El cual almacena la imagen del video en f1, la visualiza, la recortada en f2 y la muestra.
Figura 3. Código imagen a analizar Se obtuvieron imágenes de fusiones correctas como las que se observan en la Figuras 4 (a, b, c). Y de fusiones incorrectas como las de las Figuras 5(a, b, c). Las imágenes se encuentran en escala 1 a 1. (a) (b) (c) Figura 4. Imagen de Fusiones Correctas (a) (b) (c) Figura 5. Imagen de Fusiones incorrectas
Observando el espectro de la fusiones incorrectas, se puede ver que son más amplias y detalladas como se observa en la figura 4 (b), El espectro de las fusiones incorrecta es más tendiente al blanco en los extremos observe la figura 4 (c). 4. Correlación digital de imágenes Se procedió a realizar una correlación digital de imágenes correctas con las incorrectas, para determinar el grado de correlación, se capturo la imagen, se pasó a escala de grises, se normalizo dividiendo por el máximo, luego se graficó la correlación de las dos imágenes utilizando el algoritmo que se observa en la figura 6. Figura 6. Algoritmo de correlación de imágenes en MATLAB Se aplicó el algoritmo de correlación las fusiones incorrectas Figuras 5 (a, b), con las correctas Figuras 4 (a, c), sin aplicación de filtros supresores de ruidos previos a las imágenes de la fusión, los resultados de la correlación digital de imágenes se puede observar las figuras 7(a, b, c). (a) Correlación Figuras 4.a y 3.a (b) Correlación Figuras 4.b y 3.a (c) Correlación Figuras 3.c y 3.a Figura 7. Correlación de imágenes en MATLAB
El pico de correlación (máximos de la imagen) y grosor del mismo nos indica que tanto se parece una imagen a otra. Analizando las imágenes de las figura 7.a donde se observa la correlación de la una fusión incorrecta Figura 5.a y una fusión correcta Figura 4.a se observa que el pico de correlación es aplanado en la punta, lo que quiere decir que la imágenes 5.a no se relaciona con la imagen 4.a. comparando la fusión incorrecta 5.b con la correcta 5.a, se observa la correlación en la figura 7.b donde la imagen esta muchos más aplanada en el pico de correlación esto se debe a que el espectro generado en la mala fusión de la figura 5.b es muchos más grande en tamaño y está mejor definido con respecto a la fusión correcta mientras que el pico de correlación de una fusión correcta respecto a otro fusión correcta es el más alto y definido como el que se observa en la figura 7.c el cual es la correlación de las figuras 4.c y 4.a. Se procedió a buscar los picos de correlación de las figuras incorrectas con las correctas, donde se promediaron los valores de correlación y se determinó que cuando el conteo de picos de correlación que superan el valor adimensional 250 es menor a 350 es una buena fusión es decir que la atenuación del empalme es menor a 5dB. 4. Conclusiones Se logró determinar por medio de la correlación digital de imágenes del espectro dispersado durante el proceso de fusión de fibras ópticas si el empalme esta correcto o incorrecto durante el proceso de fusión de fibras ópticas cuando el conteo de picos de correlación que superan el valor adimensional 250 es menor a 350 es una buena fusión es decir que la atenuación del empalme es menor a 5dB. REFERENCIAS [1] S.D. Personick, Fiber optic, Technology and applications, Plenum press (New York), 1985. [4] D. Marcuse, Principles of optics fiber optic measurement, Academia press (New York), 1981. [5] J.E. Midwinter, Optical fibers for transmission, John Wiley and sons (New York), 1979. [6] F. A. Jenkis and H.E. White, Fundamental of optic, Fourth edition, McGraw-Hill (New York), 1976.