Conexiones De Fibra óptica: Uniones Y Acopladores

Capítulo 6

Conexiones de fibra óptica: uniones y acopladores

Los enlaces de comunicaciones ópticas tienen en común con cualquier otro tipo de transmisión unos requerimientos para la unión entre cables y para la terminación de la línea. La cantidad de conexiones entre fibras para un enlace bipunto dependerá de la longitud del enlace (entre repetidores), de la longitud que tengan los rollos de cables y de la longitud máxima de cable que sea manejable para tirar una línea. Aunque se sea capaz de producir de forma contínua un rollo de 1000Km de fibra va a ser difícil que podamos instalar un enlace de 1000Km sin partir la fibra, los trozos tan grandes de fibra tan sólo servirán para enlaces marítimos.

Actualmente los enlaces están en el rango de los 100Km para velocidades de transmisión entre 1GHz y 50GHz, y dado el gran desarrollo de la fibra como componente, lógicamente debe venir acompañada por el resto de los componentes necesarios para hacer posible la transmisión, en este capítulo describire- mos dos tipos que son:

1. Empalmes de fibra. Son uniones permanentes o semipermanentes, son útiles para red de teleco- municaciones en las líneas de alto tráfico.

2. Conectores de fibra. Son uniones desmontables que permiten el conexionado y desconexinado rápido, similar a los conectores BNC o a un enchufe eléctrico.

6.1 Empalmes de fibras

6.1.1 Alineamiento entre fibras y pérdidas en la unión.

Al contrario que en un empalme de conductores eléctricos la alineaciónva a tener gran importancia en los empalmes de fibra óptica, ya que la luzguiada ha de salir de una fibra e introducirse en la siguiente. Ya a primeravista parece bastante más complejo que en los conductores eléctricos.

Incluso cuando dos fibras están perfectamente cortadas (corteperpendicular al eje) y alineadas, un porcentaje de la luz transmitida porla primera fibra será reflejada al encontrarse con una intecara vidrio- aire1 , la luz que salga de la primera no toda incidirá sobre la superficie de la segundadebido a la apertura

1 Lo mismo sucederá con la luz que incida sobre la segunda fibra

58

numérica (la luz saldrá con la misma distribuciónangular con la que entró) o a errores de alineamiento. Analicemos cada uno de los dos posibles fenómenos por los que tendremos una atenuación de laseñal.

El primer efecto se conoce como reflexión de fresnel y nos dice que la magnitud de luz reflejada

(suponiendo que no se supera el ángulo crítico que obtenemos por la ley de Snell) es

(6.1)

donde es la fracción de luz reflejada, es el índice de refracción del medio por el que se mueve la luz y es el medio al que pasa la luz. La perdida en decibelios será pues

(6.2)

para cada intercara y como tenemos dos segmentos de fibra este valor se doblará.

Ejemplo:

Dos fibras óptica cuyos núcleos tienen un índice de refracción de 1.5 se alinean para transmitir la luz de la una a la otra.Sus superficies son planas y perpendiculares a sus ejes. Calcular la pérdida óptica en la unión (en dB) si entre ambas hay aire.

Solución: Según la ecuación 6.1 la reflexión en una intercara será

el valor obtenido implica que un 4% de la luz se refleja y por tanto se pierde. La perdida en dB’s viene dada por la ecuación 6.2 y es

Para la otra intercara el valor será el mismo y por tanto la atenuación total será de 0.36dB.

Este problema, que puede llevar a la atenuación que indica el ejemplo anterior, puede eliminarse si analizamos la ecuación 6.1. Para que la reflexión sea nula los dos índices de refracción y han de ser iguales. Esto se consigue mediante el uso de un gel con el mismo índice de refracción del núcleo entre las dos fibras.

Lamentablemente la reflexión de Fresnel no es la única fuente de atenuación, como ya hemos co-

mentado, aún queda la fuente potencial de mayor atenuación que es la causada por los problemas de alineamiento entre las fibras, tanto longitudinal, como axial o angular. Pero no sólo los problemas ge- ométricos nos van a afectar sino también desviaciones en parámetros ópticos como:

Diferentes diámetros en el núcleo o la envoltura

Distintas apérturas numéricas

Distintos perfiles de índices de refracción

Problemas en la fibra (no circularidad del núcleo, excentricidad del núcleo frente a la envoltura, etc)

Figura 6.1: Posibles modos de no alineamiento: (a) longitudinal; (b) lateral; (c) angular

Por supuesto los mejores resultados al unir dos fibras los conseguiremos si éstas son idénticas y están bien hechas, si suponemos que esto es cierto y cada vez podemos asegurarlo mejor (con fibras de las mismas características y el mismo fabricante) podríamos reducir la atenuación resultante a los problemas geométricos.

Las perdidas de potencia óptica resultantes de los tres tipos de error de alineamiento dependen del tipo de fibra y en particular del diámetro del núcleo y de la distribución de potencia entre los modos permitidos. En la figura 6.1 pueden verse gráficamente los errores de alineamiento e igualmente en la figura \ref{atenua] puede apreciarse como cada uno de estos errores afecta numéricamente a la aten- uación. Parece claro que relativamente pequeños errores en el alineamiento pueden causar atenuaciones significativas y esto será especialmente cierto cuando los núcleos de las fibras se vayan reduciendo. Tam- bién por ello fibras de nucleos grandes van a resultar poco afectadas y por ello las fibras de plástico son tan simples de conectar. También podemos deducir que va a haber grandes diferencias entre la utilización de fibras monomodo y multimodo precisamente por las diferencias entre los tamaños de los núcleos

6.1.2 Pérdidas en uniones de fibras multimodo

Se han realizado estudios teóricos para calcular las atenuacionesproducidas por los distintos tipos de errores de alineamiento. Vamossimplemente a nombrar alguna de la expresiones usadas para el cálculo deatenuaciones debidas a errores de alineamiento laterales y angulares, las debidas a desplazamientos longitudinales no vamos a estudiarlas ya que estos errores pueden ser evitados en las conexiones.

Eficiencia lateral Los errores por no alineamiento lateral reducen la región de solapamiento entre

...