Fibra
Fabricación y cableado
Preforma, estirado, tipos ITU de fibra, cableado, tendido y OTDR
Idea clave. La fibra se fabrica en dos pasos: una preforma (un cilindro de vidrio que es la sección de la fibra a escala) y su estirado. Después se protege dentro de un cable, se tiende y se comprueba con un OTDR.
La preforma
Es un cilindro o varilla de vidrio cuya sección es una ampliación a escala de la sección que tendrá la fibra: núcleo y recubrimiento, con sus índices.
Los primeros métodos fundían vidrios (una varilla de núcleo dentro de un tubo de recubrimiento), pero las imperfecciones en la frontera entre los dos atenuaban mucho. Hoy se usa la deposición de vidrio a partir de una fase gaseosa:
- OVD (Outside Vapor Deposition): los vapores se depositan sobre la superficie externa de una varilla que gira.
- IVD (Inside Vapor Deposition): se depositan en el interior de un tubo de cuarzo que gira. El tubo será el recubrimiento, y lo depositado, el núcleo. Hay dos variantes: MCVD, calentando el tubo por fuera con un quemador, y PCVD, con un plasma generado por microondas, que permite más de 1000 capas finas y un perfil de índice muy exacto.
- VAD (Vapor Axial Deposition): la varilla crece a lo largo de su eje al depositar los vapores en su extremo.
Los dopantes entran como cloruros (SiCl₄, GeCl₄…); con oxígeno se convierten en óxidos, que se depositan capa a capa. Durante el proceso la preforma se lava con cloro para quitar el agua (tema 2).
El estirado
- La preforma se coloca en vertical y su extremo inferior se calienta hasta unos 2000 °C, para que tenga la viscosidad justa: el vidrio cae como la miel.
- La velocidad de estirado se ajusta para que el diámetro de la fibra quede dentro de tolerancias.
- Justo después se aplica el recubrimiento de plástico y se bobina en un tambor.
Tipos comerciales (ITU-T)
| Recomendación | Fibra |
|---|---|
| G.651 | Multimodo de índice gradual, 50/125 µm |
| G.652 | Monomodo estándar (la G.652.D, sin pico de agua) |
| G.653 | Monomodo de dispersión desplazada |
| G.655 | Monomodo de dispersión desplazada no nula |
| G.657 | Monomodo insensible a curvaturas (red de acceso) |
Cableado y tendido
Práctica 2 (Empalmes por fusión) · conviene dominarlo
La fibra se protege con una cubierta; se fabrica de forma parecida a los cables de cobre. Hoy se usa sobre todo el recubrimiento holgado: las fibras van sueltas dentro de tubos, formando una ligera sinusoide (sobrelongitud o extra-length), para que si el cable se estira no tire de ellas. Un cable típico lleva:
- Elemento resistente central.
- Fibras coloreadas dentro de tubos holgados rellenos de compuesto antihumedad.
- Protección frente al exterior: hilaturas de aramida (cables aéreos) o una cinta corrugada de acero (cables enterrados).
- Cubiertas de polietileno.
Al tenderlo hay que respetar la tracción máxima y el radio de curvatura mínimo del cable (si no, macrocurvaturas), tender la mayor longitud posible sin empalmes, dejar reserva de cable en los puntos de empalme y evitar puntos de presión sobre el cable.
El OTDR
Práctica 3 (OTDR) · conviene dominarlo
El OTDR (reflectómetro óptico en el dominio del tiempo) caracteriza una fibra instalada: manda pulsos de luz y representa la potencia que vuelve frente a la distancia. Se basa en dos fenómenos:
- Esparcimiento Rayleigh: a lo largo de toda la fibra, una pequeña parte de la luz vuelve hacia atrás (retrodispersión). Da la pendiente de la traza.
- Reflexiones de Fresnel: en las discontinuidades (cambio brusco del índice: conectores, roturas, el final de la fibra) aparece un pico.
Con la traza se mide el coeficiente de atenuación (dB/km), las pérdidas de empalmes y conectores, y se localizan roturas y el fin de la fibra. La distancia sale del tiempo de ida y vuelta: , con .
Justo después de cada reflexión fuerte el detector tarda en recuperarse: es la zona muerta, donde no se distinguen eventos. Con pulsos más anchos el OTDR llega más lejos, pero con menos resolución.
Se conecta con
- 01Estructura de la fibra y propagaciónEl núcleo con más n (dopado con GeO₂) se forma al depositar los vapores en la preforma.
- 02AtenuaciónEl OTDR mide la luz que el esparcimiento Rayleigh devuelve hacia atrás.
- 11Amplificadores ópticosLa fibra dopada con erbio del EDFA se fabrica igual, dopando el núcleo en la preforma.
Preguntas de examen
¿Qué es una preforma y qué métodos hay para fabricarla?
Es un cilindro de vidrio cuya sección es la de la fibra ampliada a escala. Hoy se fabrica por deposición en fase vapor: OVD (los vapores se depositan sobre el exterior de una varilla que gira), IVD (en el interior de un tubo de cuarzo que gira: MCVD con quemador y PCVD con plasma de microondas) y VAD (la varilla crece en dirección axial). Los dopantes entran como cloruros que, con oxígeno, se convierten en óxidos; la preforma se lava con cloro para eliminar el agua. (Respuesta redactada a partir de las diapositivas T13.)
¿Cómo se estira la fibra a partir de la preforma?
La preforma se coloca en vertical y su extremo inferior se calienta hasta ≈ 2000 °C. La velocidad de estirado se ajusta para que el diámetro quede dentro de tolerancias; justo después se aplica el recubrimiento y la fibra se bobina en un tambor. (Respuesta redactada a partir de las diapositivas T13.)
¿Por qué se usa el cableado holgado y qué elementos tiene un cable de fibra?
Las fibras van sueltas en tubos, formando una ligera sinusoide (sobrelongitud), para que los esfuerzos del cable no lleguen a la fibra. Un cable lleva un elemento resistente central, tubos holgados con compuesto antihumedad, protección de aramida (aéreo) o acero corrugado (enterrado) y cubiertas de polietileno. (Respuesta redactada a partir de las diapositivas T13.)
¿Qué mide un OTDR y en qué se basa?
Representa la potencia retrodispersada frente a la distancia. Se basa en el esparcimiento Rayleigh (la luz que vuelve a lo largo de la fibra, que da la pendiente) y en las reflexiones de Fresnel en las discontinuidades. Permite medir la atenuación (dB/km) y las pérdidas de empalmes y conectores, y localizar roturas y el fin de la fibra, con . (Respuesta redactada a partir de las diapositivas T13.)
Material del curso usado: T13 – Fabricación y cableado de fibras ópticas · Apuntes de Miguel.