Diferentes tipos de pérdidas en la fibra óptica

El cable de fibra óptica, que es más ligero, más pequeño y más flexible que el de cobre, puede transmitir señales a mayor velocidad y a mayor distancia. Sin embargo, hay muchos factores que pueden influir en el rendimiento de la transmisión por fibra óptica. Las pérdidas en la fibra óptica son un problema insignificante entre todos ellos, y ha sido una prioridad para todos los ingenieros trabajar en ello y encontrar soluciones.

Diferentes tipos de pérdidas en la fibra óptica

Las diversas pérdidas en la fibra óptica se deben a factores intrínsecos o extrínsecos. La atenuación de la fibra, también llamada pérdida de señal o pérdida de fibra, es consecuencia de las propiedades intrínsecas de la fibra óptica (fibra multimodo y monomodo). Además de las pérdidas intrínsecas de la fibra, hay otros tipos de pérdidas en la fibra óptica que contribuyen a la pérdida en el enlace, como los empalmes, las conexiones de patch, las curvaturas, etc.

Figura 1: Diferentes tipos de pérdidas en la fibra óptica.

Pérdidas intrínsecas de la fibra óptica

Las pérdidas por absorción en la fibra óptica son la principal causa de las pérdidas que se producen durante la transmisión. Cuando un fotón interactúa con los componentes del vidrio —ya sean electrones o iones metálicos—, la potencia luminosa se absorbe y se transforma en otras formas de energía, como calor, debido a la resonancia molecular y a las impurezas relacionadas con la longitud de onda.

Las pérdidas por dispersión se deben a la distorsión de la señal óptica al desplazarse por la fibra. Las pérdidas por dispersión en la fibra óptica pueden ser intermodales o intramodales. La dispersión intermodal es el ensanchamiento del pulso debido a las diferencias en el retardo de propagación entre los modos en una fibra multimodal. La dispersión intramodal es la expansión del pulso en la fibra monomodal, ya que el índice de refracción o la constante de propagación varían con la longitud de onda.

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

Figura 2: Dispersión de la luz debida a fluctuaciones en la composición.

Los tres factores anteriores son las pérdidas por atenuación intrínseca en la fibra óptica. Según las normas EIA/TIA-568, las pérdidas de fibra para los distintos tipos de fibra son las siguientes:

Pérdidas extrínsecas en la fibra óptica

El empalme de fibra óptica es otro tipo de pérdida que se produce en la fibra óptica. Al unir dos fibras ópticas extremo con extremo, el empalme busca garantizar que la luz que pasa por él tenga casi la misma intensidad que la propia fibra sin empalmar. Pero por muy bien que se haga el empalme, la pérdida por empalme es inevitable. Las pérdidas por empalme por fusión en la fibra multimodo oscilan entre 0,1 y 0,5 dB, siendo 0,3 dB un buen valor medio. En el caso de la fibra monomodo, la pérdida por empalme por fusión suele ser inferior a 0,05 dB.

Las pérdidas en los conectores, o pérdidas de inserción en la fibra óptica, son las pérdidas de potencia luminosa que se producen al insertar un dispositivo en una línea de transmisión o en una fibra óptica. Los conectores multimodo suelen tener pérdidas de entre 0,2 y 0,5 dB (0,3 dB de forma habitual). Los conectores monomodo fabricados en fábrica tienen pérdidas de entre 0,1 y 0,2 dB, mientras que los conectores monomodo terminados in situ pueden llegar a tener pérdidas de hasta 0,5-1,0 dB (0,75 dB, máximo aceptable según la norma TIA-568).

La flexión es un problema habitual que puede provocar pérdidas en la fibra óptica debido a una manipulación incorrecta de la misma. Hay dos tipos básicos: por un lado, la microflexión, y por otro, la macroflexión (como se muestra en la imagen de abajo). La macroflexión se refiere a una curvatura pronunciada de la fibra (con un radio superior a 2 mm).

Figura 3: Pérdidas por curvatura en la fibra óptica.

Medición de las pérdidas en la fibra óptica

A la hora de medir las pérdidas totales en la fibra óptica, algo que también se usa para calcular el «presupuesto de enlace», hay que tener en cuenta todos los tipos de pérdidas mencionados anteriormente. Además, el margen del presupuesto de potencia óptica (debido al envejecimiento de la fibra, a las curvaturas y torsiones accidentales, etc.) también es importante. La mayoría de los diseñadores de sistemas añaden un margen de presupuesto de pérdidas de entre 3 y 10 dB. Por supuesto, esta regla no se aplica si el presupuesto de potencia es de unos 2 dB, como ocurre en algunos enlaces multimodo de 10G. Así que el cálculo de las pérdidas en la fibra óptica debería ser:

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

Aquí tienes un ejemplo de un enlace multimodo típico de 2 km a 850 nm con 5 conexiones (2 conectores en cada extremo y 3 conexiones en los paneles de conexión del enlace) y un empalme en el medio. El margen de presupuesto de pérdidas es de 5 dB. Así que la pérdida total de la 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 se mantenga dentro de la sensibilidad del receptor y dejar un margen suficiente para la degradación del rendimiento con el paso del tiempo, es fundamental reducir las pérdidas en la fibra óptica. A continuación te explicamos algunos enfoques habituales en el diseño y la instalación de enlaces de fibra. Asegúrate de utilizar cables de alta calidad con propiedades lo más similares posible. Elige conectores homologados siempre que puedas. Asegúrate de que la pérdida de inserción sea inferior a 0,3 dB y que la pérdida adicional sea inferior a 0,2 dB. Intenta utilizar el rollo completo (un solo rollo de más de 500 metros) para minimizar el número de empalmes. Durante el empalme, sigue al pie de la letra los requisitos de procesamiento y del entorno. Las uniones deben tener un acoplamiento perfecto y hermético para evitar fugas de luz. Asegúrate de que los conectores estén limpios. Elige la mejor ruta y los mejores métodos para tender los cables de fibra durante la fase de diseño de la obra. Selecciona y forma un equipo de obra cualificado para garantizar la calidad de la construcción. Refuerza las medidas de protección, especialmente la protección contra rayos, la protección eléctrica, la anticorrosión y la protección contra daños mecánicos. Usa tubos termorretráctiles de alta calidad. Usa tubos termorretráctiles de alta calidad.

Norma IEC sobre las diferentes pérdidas de inserción de los cables de conexión de fibra óptica

Las normas IEC establecen los requisitos de rendimiento de los conectores para cada grado de cable de conexión de fibra. Estas normas sirven de guía tanto a los usuarios finales como a los fabricantes para sacar el máximo partido a los cables ópticos dentro de lo que establecen las regulaciones. Según la norma IEC 61753-1 «Atenuación de conectores acoplados aleatoriamente», la pérdida de inserción de los conectores acoplados se puede clasificar en cuatro grados diferentes. A continuación se muestran las características de rendimiento de cada grado de conector:

Cable de fibra BIF de pérdida ultrabaja

Cuando se trata de alta calidad cables de conexión de fibra óptica Para ayudar a reducir las pérdidas en la fibra óptica, WE ofrece cables de conexión de fibra insensible a la flexión (BIF) con una pérdida de inserción (IL) y un radio de curvatura ultrabajos, lo que garantiza un alto rendimiento en la transmisión de datos. Nuestros cables de conexión de fibra monomodo insensibles a la curvatura (BISMF) están fabricados con fibra estándar G.657.A1 de Corning y conectores con una pérdida de inserción típica de 0,12 dB, y tienen un radio de curvatura mínimo de 10,0 mm. La pérdida de inserción de los conectores de estos cables de conexión BISMF está clasificada como grado B en acoplamiento aleatorio, lo que supone un rendimiento bastante alto según la norma IEC 61753-1. Y el fibra multimodo resistente a la flexión Los cables de conexión (BIMMF) tienen una pérdida de inserción (IL) típica de 0,15 dB, con un radio de curvatura mínimo de 7,5 mm. Nuestros cables BIMMF se pueden empalmar o conectar a cables de fibra multimodo convencionales sin ningún problema.