¿Cómo reducir varios tipos de pérdidas en la fibra óptica?

El cable de fibra óptica es más liviano, más pequeño y más flexible que el cable de cobre y puede transmitir señales con mayor velocidad y a distancias más largas. Sin embargo, muchos factores pueden influir en el rendimiento de la transmisión por fibra óptica. Uno de estos es la pérdida en la fibra óptica; apesar de no ser un problema serio, se ha convertido en una prioridad para los ingenieros, quienes constantemente buscan de soluciones al respecto.

Diferentes tipos de pérdidas en fibra óptica

Las diversas pérdidas en la fibra óptica se deben a factores tanto intrínsecos como extrínsecos. La atenuación de la fibra, que también se conoce como pérdida de señal o pérdida de fibra, es la consecuencia de las propiedades intrínsecas de una fibra óptica (fibra multimodo y monomodo). Además de las pérdidas de fibra intrínseca, también existen otros tipos de pérdidas que contribuyen a la pérdida de enlaces, como por ejemplo, los empalmes, las interconexiones, la flexión o curvatura, etc.

Figura1: Diferentes tipos de pérdidas de fibra óptica

Pérdidas intrínsecas de fibra óptica

Las pérdidas de absorción en la fibra óptica son la causa principal de las pérdidas de fibra óptica durante la transmisión. Cuando el fotón interactúa con los componentes del vidrio, un electrón o iones metálicos, la potencia luminosa se absorbe y transfiere a otras formas de energía tales como el calor, debido a la resonancia molecular e impurezas de la longitud de onda.

Las pérdidas por dispersión son el resultado de la distorsión de la señal óptica al viajar a lo largo de la fibra. Las pérdidas por dispersión en la fibra óptica pueden ser intermodales o intramodales. La dispersión intermodal es la ampliación del pulso debido a las diferencias de retardo de propagación entre los modos en fibra multimodo. La dispersión intramodular es la dispersión por impulsos en fibra monomodo porque el índice de refracción o la constante de propagación varía con la longitud de onda.

Las pérdidas por dispersión en la fibra óptica se deben a variaciones microscópicas que se dan en la densidad del material, fluctuaciones de la composición, inhomogeneidades estructurales y por defectos de fabricación.

Figura 2: Dispersión de la luz a causa de las fluctuaciones de la composición.

Los tres factores anteriores son las pérdidas por atenuación intrínseca en la fibra óptica. De acuerdo con los estándares EIA/TIA-568, las pérdidas de fibra para diferentes tipos de fibra son las siguientes:

Pérdidas de fibra óptica extrínseca

a. El empalme de fibra óptica también puede generar pérdida en la misma. Al unir dos fibras ópticas de extremo a extremo, el empalme tiene como objetivo garantizar que la luz que pasa a través de este, sea casi tan fuerte como la fibra virgen en sí. Pero sin importar lo bueno que sea el empalme, la pérdida de éste es inevitable. Las pérdidas de empalme por fusión de fibra multimodo son 0.1-0.5 dB, siendo 0.3 dB un buen valor promedio. Para la fibra monomodo, la pérdida de empalme por fusión típicamente puede ser inferior a 0.05 dB.

b. Las pérdidas del conector o las pérdidas de inserción en la fibra óptica son las pérdidas de potencia luminosa derivadas de la inserción de un dispositivo en una línea de transmisión o de fibra óptica. Los conectores multimodo tendrán pérdidas de 0.2-0.5 dB (0.3 típicos). Los conectores monomodo manufacturados en fábrica tendrán pérdidas de 0.1 a 0.2 dB, y los conectores monomodo terminados en el lugar de la instalación pueden tener pérdidas de hasta 0.5-1.0 dB (0.75 dB, TIA-568 máximo aceptable).

c. La flexión o curvatura es un problema común que puede causar pérdidas de fibra óptica generadas por un manejo inadecuado de la misma. Hay dos clases típicas de flexión: Microcurvatura, y macrocurvatura (como se muestra en la siguiente imagen). La macrocurvatura se refiere a una curvatura de gran tamaño en la fibra (con un radio de más de 2 mm).

Figura 3: Pérdida por curvatura de fibra óptica

Medición de las pérdidas de fibra óptica

Para calcular el "balance del enlace" o para medir las pérdidas totales en la fibra óptica, se deben considerar los tipos de pérdidas mencionados anteriormente. Además, también es importante considerar el margen de ahorro de potencia de la luz (debido al envejecimiento de la fibra, las curvaturas y torsiones accidentales, etc.). La mayoría de los diseñadores de sistemas añadirán un margen de pérdida de presupuesto de 3-10 dB. Evidentemente, esta regla es irrelevante si el presupuesto de energía es ~ 2 dB como algunos de los enlaces multimodo 10G. En este orden de ideas, el cálculo de las pérdidas en fibra óptica debería ser de la siguiente manera:

Presupuesto del enlace = [longitud de la fibra (km) * atenuación de la fibra por km] + [pérdida de empalme * # de empalmes] + [pérdida del conector * # de conectores] + [margen de seguridad]

A continuación se muestra un ejemplo de un enlace multimodo típico de 850nm de 2 km con 5 conexiones (2 conectores en cada extremo y 3 conexiones en los paneles de conexión en el enlace) y un empalme en el centro. El margen presupuestario de pérdida es de 5 dB. Así que la pérdida total de fibra óptica de este enlace es: [2 km*3.5 dB/km] + [1*0.3 dB] + [5*0.3 dB] + 5 dB = 12.3 dB.

¿Cómo reducir las pérdidas en la fibra óptica?

Para garantizar que la potencia de salida pueda estar dentro de la sensibilidad del receptor y dejar un margen suficiente para la degradación del rendimiento con el tiempo, es esencial reducir las pérdidas en la fibra óptica. A continuación se presentan algunos métodos comunes en el diseño y la instalación de enlaces de fibra óptica.

1. Asegúrese de adaptar los cables de alta calidad con las mismas propiedades en la medida de lo posible.

2. Elija conectores que reúnan los requisitos de calidad tanto como sea posible. Asegúrese de que la pérdida de inserción sea inferior a 0,3 dB y que la pérdida adicional sea inferior a 0,2 dB.

3. Intente utilizar todo el disco para configurar (un solo disco de más de 500 metros) para minimizar el número de uniones.

4. Durante el empalme, siga estrictamente las regulaciones de procesamiento y de cuidado del medio ambiente.

5. Los acoplamientos de conexión deben tener un excelente sellado y un acople hermético para evitar la fuga de luz.

6. Asegúrese de que los conectores se encuentren limpios.

7. Elija la mejor ruta y los mejores métodos para colocar los cables de fibra durante el diseño de la construcción.

8. Elija y conforme un equipo de construcción con personal calificado para garantizar la calidad de la construcción.

9. Refuerce la obra incluyendo medidas de protección contra rayos, contra descargas electricas, corrosión y contra daños mecánicos.

10. Utilice tubo termocontraíble de alta calidad.

Norma IEC para diferentes pérdidas de inserción de los cables de fibra óptica

Las normas IEC introducen los requisitos de rendimiento de conectores aplicables a cada grado de cable de conexión de fibra. Estas normas guían a los usuarios finales y a los fabricantes a hacer un mejor uso de los cables ópticos dentro de las regulaciones. De acuerdo con la norma de atenuación de conectores aleatorios (IEC 61753-1), la pérdida de inserción de los conectores acoplados se puede clasificar en 4 grados diferentes. A continuación, se muestran las características de rendimiento de cada conector de grado:

Cable de fibra BIF de pérdida ultra baja de FS

Si desea cables de conexión de fibra de alta calidad que ayuden a reducir las pérdidas de fibra óptica, explore las soluciones de FS. Nuestros cables de conexión de fibra insensible a la curvatura (BIF) con una pérdida de inserción ultra baja (IL) y con radio de curvatura garantizan un alto rendimiento en la transmisión de datos. Nuestros cables de conexión de fibra monomodo insensible a la curvatura (BISMF) están hechos de fibra estándar G.657.A1 de Corning, e incluyen conectores con una IL típica de 0.12dB y con un radio de curvatura mínimo de 10.0 mm. La pérdida de inserción de estos conectores de cable de conexión BISMF está clasificada como grado B en el acoplamiento aleatorio (Random Mating), el cual es un rendimiento bastante alto según lo establecido por la norma IEC 61753-1. Los cables de conexión de fibra multimodo insensible a la curvatura (BIMMF) tienen un valor típico de 0,15 dB IL, y un radio de curvatura mínimo de 7,5 mm. Nuestros cables BIMMF pueden ser empalmados o conectados a cables de fibra multimodo convencionales sin ningún problema.

Figura 4: FS cable de fibra óptica insensible a la curvatura