06. Empalmes y Pruebas Sobre La Fibra Optica

MIRC

2007

Comunicaciones Comunicaciones ÓÓpticaspticas

MaestrMaestr íía en Ingeniera en Ingenier íía en Redes de Comunicacia en Redes de Comunicaci óónn

Edgar del CarpioEdgar del Carpio

20122012

MIRC

2007

Empalmes: parEmpalmes: paráámetros de geometrmetros de geometríía a de la fibra de la fibra óópticaptica

Maestría en Ingeniería en Redes de ComunicaciónUMSA – FACULTA DE INGENIERIA EdC - 2012

ContenidoContenido

1.1. Tipos de empalmesTipos de empalmes

2.2. FusiFusi óón de fibra n de fibra óópticaptica

3.3. ConexiConexi óón de cable o fusin de cable o fusi óónn

4.4. Peligros para la fusiPeligros para la fusi óónn

5.5. Entornos del cableadoEntornos del cableado

6.6. Empalme por fusiEmpalme por fusi óónn

7.7. Cajas de empalmeCajas de empalme

8.8. Fusionadora de inyecciFusionadora de inyecci óón y supervisin y supervisi óón localn local

9.9. UniUni óón con pegamento epoxin con pegamento epoxi

10.10. Empalme mecEmpalme mec áániconico


Tipos de empalmesTipos de empalmes

� Empalmes mediante fusionadora:– Normalmente realizado en campo.

– Supervisión directa del núcleo.

– Inyección local y supervisión local.

– Inyección y supervisión remota.

� Unión con pegamento epóxico– Normalmente realizado en campo.

� Empalmes mecánicos.– Utilizados en campo, pero los conectores juntados en fabrica.

– No es adecuado para roturas de fibras.


FusiFusióón de fibra n de fibra óópticaptica

� Técnica siempre necesaria para empalmar fibra.

� 3 parámetros son los mas importantes para realizar buenos empalmes:– Tolerancia del diámetro del revestimiento

� Debe ser ajustado de modo de satisfacer el acoplamiento de los núcleos

� La especificación tipos es de 125 mm +1,0 mm.

– Concentricidad de núcleo/revestimiento� Debe ser ajustado de modo de satisfacer el acoplamiento de los núcleos

– Rizado de la fibra� Debe ser minima para satisfacer el acoplamiento de los núcleos


ConexiConexióón de cable y fusin de cable y fusióónn

� Problemas de empalme y juntura de fibras:– El núcleo es muy pequeño.

– Cualquier irregularidad puede dar lugar a una pérdida significativa de energía o a una falla completo:� La luz no es como la electricidad.

� Viaja en una guía de onda y es una onda guiada.

� Requerimientos para una buena conexión:– Cortes precisos.

– Terminales de pulido plano.

– Terminales unidos a tope.

– Juntura casi exacta.


Peligros para la fibra Peligros para la fibra óópticaptica

� Excesiva tensión.

� Codos de radio pequeño:– Generalmente no es un problema con los cables al aire libre o bajo el mar,

porque el tamaño físico mantiene el radio de curvatura a ~91 cm aprox.

� Daños físicos de animales, equipos de movimiento de tierra (retroexcavadoras,…).

� Daño de instalación:– Subientes

– Tracción a través de los ductos

� Inundación de agua.

� Relámpagos.


Entornos del cableadoEntornos del cableado

� Larga distancia externa:– Usualmente directamente enterrado.

� Área de campus externa:– Directamente enterrado.

– Ductos.

� Cabecera externa.

� Submarino:– Entorno de mayor dificultad.

� Interna:– Entorno benigno.

– La instalación suele ser el mayor problema.


Empalme por fusiEmpalme por fusióónn

� Después de cortar y pulir, los extremos se juntan a tope y se fusionandespués por calor.Requiere de altas temperaturas.Puede producir pérdidas tan bajas como 0,1 dB (~ pérdida en 1 Km. de fibra).


Pasos para el empalme por fusiPasos para el empalme por fusióónn

� Pelar el recubrimiento primario en cada fibra.

� Cortar las terminales en escuadra.

� Posicionar terminales unos pocos mm el uno del otro y sujetarlos con la abrazadera.

� Alinear los extremos y acercarlos.

� El arco eléctrico se inicia y funde el vidrio, uniendo las fibras.


SupervisiSupervisióón directa del nn directa del núúcleocleo

1. Alineado de las fibras1. Alineado de las fibras

2. Prefusi2. Prefusi óón para la limpiezan para la limpieza

3. Fusi3. Fusi óónn

Aspecto de la fusionadoraAspecto de la fusionadora

FusiFusi óón de la fibra mediante n de la fibra mediante arco elarco el ééctricoctrico


Problemas con el empalme Problemas con el empalme

� Cuando las fibras han sido fusionadas, los efectos de la tensión de superficie tienden a alinearlos fuera del revestimiento.– El resultado es bueno para fibras multimodo con grandes núcleos.

– Puede que no funcione para fibras monomodo

� Las fibras monomodo requieren alineamiento mas preciso.– Uso de emisor de láser dentro de una fibra y un detector en el otro.

– Una fibra movida con actuador de precisión para colocarlo.– Otros problemas pueden ocurrir durante la juntura.

� La tensión de superficie puede cambiar la posición de la fibra en tanto se realice la unión.

– Otros sistemas usan imagen agrandad de la fibra y lo despliegan en una pantalla.

� El calentamiento es difícil.– Mejores resultados cuando los vidrios se funden y se fusionan.

� Puede cambiar el índice de refracción y por lo tanto causar pérdidas.

– La idea es fundir sólo una capa muy delgada en cada extremo.


Cajas de empalmeCajas de empalme


Fusionadora de inyecciFusionadora de inyeccióón y supervisin y supervisióón n locallocal

Fusionadora de inyecciFusionadora de inyecci óón y supervisin y supervisi óón local, n local, controlada por microprocesadorcontrolada por microprocesador


UniUnióón con pegamento epoxin con pegamento epoxi

� Una vez cortados y pulidos, el espacio entre las fibras se llena con resina epoxi.– El mismo índice de refracción que el núcleo de la fibra.

– Las fibras se mantienen en el lugar mecánicamente.

� Bajo costo pero sujeto a varios problemas.– Concentricidad.

– Diferentes diámetros exteriores.

– Circularidad externa.

– Tolerancias del dispositivo de alineamiento.

– Estabilidad a largo plazo del epoxi.


Empalme mecEmpalme mecáániconico

� Las fibras se inserta en mangas de sílice.

� Alineados como con el método de soldadura.

� Pegado con epoxy.

� Alta calidad pero costosa

Empalmes mecEmpalmes mec áánicos simplesnicos simples Empalmes mecEmpalmes mec áánicos mnicos m úúltiplesltiples


Precios de cable Precios de cable óóptico tptico tíípicospicos

� Algunas referencias internacionales para los precios de cable de fibra óptica son:

– Indoor, multimodo, duplex, con conector: ~$160/m.

– Outdoor, MM, 6 fibras/cable: $3/m

– Outdoor, MM, 96 fibras/cable: $22/m

– Outdoor, SM, 6 fibras/cable: $1,7/m

– Outdoor, SM, 96 fibras/cable: $8/m

– Submarino: ~$65,000/Km. instalado.

� Los precios son FOB y debe agregarse aproximadamente un 40% paraconvertirlos en DDP (puestos en almacenes Bolivia).

� Por supuesto que, dependiendo de los volúmenes y de origen del producto, pueden encontrarse cables muchísimo mas baratos.

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2007

Pruebas de fibra Pruebas de fibra óópticaptica


ContenidoContenido

1.1. VisiVisi óón general de las pruebasn general de las pruebas

2.2. Pruebas y equiposPruebas y equipos

3.3. Medidores de potencia Medidores de potencia óópticaptica

4.4. Fuente de luz Fuente de luz óópticaptica

5.5. OTDROTDR

6.6. Analizadores de seAnalizadores de se ññalesales

7.7. VFLVFL

8.8. Microscopios de inspecciMicroscopios de inspecci óón de fibra n de fibra óópticaptica

9.9. OSAOSA

10.10. Potencias Potencias óópticas en aplicaciones de comunicaciones pticas en aplicaciones de comunicaciones comunescomunes

11.11. MediciMedici óónn de atenuacide atenuaci óónn

12.12. ParParáámetros de rendimiento del enlace de fibra metros de rendimiento del enlace de fibra óópticaptica

13.13. MediciMedici óón del enlace de fibra n del enlace de fibra óóptica y troubleshootingptica y troubleshooting


VisiVisióón general de las pruebasn general de las pruebas

� Definición: proceso de verificación de los parámetros de rendimiento de los componentes de fibra óptica, enlaces, sistemas y redes y reparación de sus problemas.

� Medidas básicas:– Potencia óptica emanada desde la fibra.

– Continuidad de pérdidas ópticas de la fibra, cable, conectores y empalmes.

– Ancho de banda o dispersión.� Determina la capacidad de transporte de información de la fibra o el cable.

� La mayoría de las mediciones de prueba deben ser repetidas para determinar los cambios en los parámetro medidos bajo estrés ambiental.

� Las mediciones de prueba también incluyen la detección de problemas en las plantas de cable de fibra óptica instalada.


Pruebas y equiposPruebas y equipos

Bandwidth tester , simulation softwareAncho de banda & dispersión

OTDR (Optical time domain reflectometer), Visual cable tracers and fault locator

Localización de falla

Optical loss test set , OSA (optical spectrum analyzer)

Fuente longitud de onda, la retrodispersión

Fiber optic power & light sourceAtenuación o pérdida

Fiber optic power meterPotencia óptica

Equipo usadoPrueba

* Se los explicará con su nombre traducido al español


Medidores de potencia Medidores de potencia óópticaptica

� Miden la potencia óptica promedio que emana de la fibra.

� Componentes básicos:– Detector (Si, Ga, o InGaAs)– Circuiteria de acondicionamiento de la señal.

– Pantalla digital.

– Conectores para el acoplamiento a la fibra.

� Calibración:– Unidades de potencia normales: mW, microW, nW (escala lineal).

– Potencia referida a 1 mW o microW en dB (dBm).

– Amplio rango dinámico (1 millón a 1 o 60 dB).– Rango normal de medidas: 0 dBm a – 50 dBm.

� Las mediciones requieren fuente con ciclo de trabajo conocido, oconocimiento del ciclo de trabajo de la señal.– Típicamente la fuente tiene una salida de onda cuadrada de 2 KHz.

� Incertidumbre típicamente de +5%.


Especificaciones tEspecificaciones tíípicas de un picas de un ““OpticalOptical powerpower metermeter””


Especificaciones tEspecificaciones tíípicas de un picas de un Medidor de potencia Medidor de potencia óópticaptica


Especificaciones tEspecificaciones tíípicas de un picas de un MultMultíímetro metro óópticoptico

Source: Tektronix


Fuente de luz de fibra Fuente de luz de fibra óópticaptica

� Fuente de señal estándar.

� Compatible con el tipo de fibra en uso.– Monomodo

– Multimodo

– Longitud de onda

� Capacidad de conectarse a la fibra y acoplar la señal.

� Misma fuente de luz (LED o láser).


Especificaciones tEspecificaciones tíípicas de una picas de una Fuente de luz de fibra Fuente de luz de fibra óópticaptica

El El powerpower meter y el meter y el lightlightsourcesource se utilizan juntosse utilizan juntos


Optical time domain reflectometer (OTDR)Optical time domain reflectometer (OTDR)

� Sirven para la medida de la atenuación de la fibra, la medida de la longitud de la fibra y la localización de rupturas.

� Esquema de los elementos de un Reflectómetro.

Usa el fenUsa el fen óómeno de la retrodispersimeno de la retrodispersi óón de la fibra para caracterizar fibras, n de la fibra para caracterizar fibras, encontrar fallas y optimizar empalmes.encontrar fallas y optimizar empalmes.


Pantalla tPantalla tíípica de un OTDRpica de un OTDR

Pulso

Luz retrodispersa

Transmisor de láser

Receptor y acondicionamiento

de señal


Especificaciones tEspecificaciones tíípicas de unpicas de unOTDROTDR


Especificaciones tEspecificaciones tíípicas de unpicas de unOTDROTDR


OperaciOperacióón de OTDRsn de OTDRs

� Un pulso desde un láser de alta potencia es enviado por la fibra.– Ancho de pulso ~ 200 mm/ns

� La respuesta es medida en la escala de tiempo.

� Lo que se detecta es la retrodifusión desde el pulso.

� Distancias mas largas requieren pulsos mas largos.– Disminuye la precisión.

Pulso de OTDR

Longitud del pulso de OTDR en la fibra


Traza del OTDRTraza del OTDR

El ruido típicamente visto aquí

Fuente: Fotec

Reflexión del primer conector

Distancia

Potencia (dB)

empalme

conectoratenuación de fibra

fin


MMáás trazas del OTDRs trazas del OTDR

Fuente: Fotec

la pendiente de la traza muestra el coeficiente de atenuación de la fibra

pérdida de empalme

las reflexiones muestran el ancho de pulso del OTDR y resolución

los conectores muestran pérdidas y reflexiones

los empalmes son generalmente no reflexivos

Abcdsefghijklmnopqrstuvwxyz


MMáás trazas del OTDRs trazas del OTDR

Fuente: Fotec

pulso inicial

Cable de 700 m

sólo ruido

fantasma en 2x la longitud de cable

final reflexivo (note el pico saturado)


Limitaciones del rendimiento del OTDRLimitaciones del rendimiento del OTDR

� Precisión limitada por varios factores:– Ancho de pulso

� Pulso largo para cables largos ~100 ns o mayores.

� Pulsos cortos para cables cortos ~10 ns.

– Variaciones de la velocidad de la luz entre fibras.� 1-2% ~ 10-20 m/km.

– Retrodispersion no constante entre fibras.

– La saturación inicial significa mediciones de distancia mínimas ~100 a 1000 m a menos que se tomen precauciones.� Requiere de “cable de lanzamiento” para permitir eliminación de transientes.

� Fibras largas: ~250-500 m de resolución.

� Fibras cortas: 5-10 m.

� Limitada utilidad para pruebas en edificios.


Analizador de seAnalizador de seññalesales

� Usados para medir parámetros de rendimiento de los sistemas ópticos.

– Factor-Q

– Radio de extinción.

– Potencia óptica.

– Relación Señal/Ruido.

– Jitter.

– Ciclo de trabajo.

– Diagramas de ojo.

� Modelos de gran rendimiento calculan directamente los parámetros.

– Trabajan con señales ReturnReturn --toto --zero (RZ) y nonzero (RZ) y non --returnreturn --toto --zero (NRZ).zero (NRZ).

Fuente: Tektronix


Visual Fault Locator (VFL)Visual Fault Locator (VFL)

� Muchos problemas en la conexión de redes de fibra óptica están relacionados a la realización de conexiones apropiadas.

� Dado que la luz usada en los sistemas es invisible, uno no puede ver la luz del transmisor del sistema.

� Inyectando luz desde una fuente de luz, tal como un LED o un bulbo incandescente, uno puede rastrear visualmente la fibra desde un transmisor al receptor.

– Para asegurar la orientación correcta.

– Para verificar la continuidad.

� Instrumentos simples que inyectan luz visible se llaman “localizadores de fallas visuales”.


TTíípicos localizadores de fallaspicos localizadores de fallas

Source: Fotec


Microscopios de inspecciMicroscopios de inspeccióón de fibra n de fibra óópticaptica

� Inspección del acabado del conector durante el pulido.

� Inspección de suciedades o rayaduras en los conectores instalados.

� Inspección de la fibra pelada antes del empalme.

� Permite que solamente las fibras debidamente cortadas sean usadas para los empalmes.


Optical spectrum analyzer (OSA)Optical spectrum analyzer (OSA)

� Muestra gráficamente como la potencia es distribuida como una función de la longitud de onda o frecuencia.

Diagrama de bloques simplificado del analizador de espectro Diagrama de bloques simplificado del analizador de espectro óópticoptico


Unidad tUnidad tíípicapica

Acercamiento a una trazaAcercamiento a una traza ControlesControles


VisualizaciVisualizacióón de trazasn de trazas


Especificaciones tEspecificaciones tíípicas de un OSApicas de un OSA

Source: Agilent 86140Bwww.agilent.com/cm/rdmfg/osa/86140b/index.shtml


Especificaciones tEspecificaciones tíípicas de un OSApicas de un OSA


Trazas tTrazas tíípicas de un analizador de picas de un analizador de espectrosespectros

LASERLASER EDFAEDFA

Fuente: HP/Agilent


Potencias Potencias óópticas en aplicaciones de pticas en aplicaciones de comunicaciones comunescomunicaciones comunes

250 uW a 10mW+10 a -6 dBm1300, 1550CATV

1 a 100uW-10 a -30 dBm665, 790, 850, 1300Data

50 nW a 2 mW+3 a -45 dBm1300, 1550Telecom

Rango de potencia (W)

Rango de potencia (dBm)

Longitud de onda (nm)

Tipo de red


Causas de error en las mediciones de Causas de error en las mediciones de potencia potencia óópticaptica

� Acoplamiento óptico imperfecto.

� Reflexión desde superficies acopladas.

� Suciedad y otros contaminantes de las superficies ópticas.

� Calibración de la longitud de onda.

– La mayoría de los medidores son calibrados para longitudes de onda

particulares o juego de longitudes de onda.

� Excesivamente altos o bajos niveles.

– Rango lineal de metro excedido.

– Niveles altos: saturación.

– Bajos niveles: interferencia de ruido.

� Mediciones campo típicamente hechos a una precisión de 0,1 dB.

Errores de sensibilidad espectral

Sen

sibi

lidad

Longitud de onda


MediciMedicióón de atenuacin de atenuacióónn

� Configuración básica.

� Método– Insertar condición modal (si la fibra es multimodo).

– Medir potencia en el extremo.

– Calcular.

– Si fuera multimodo, remover acondicionador cortando y remidiendo.

( ))(

)()(__ dB

Kmlongitud

PPdBatenuaciondeecoeficient

fuentefin −= cortar aquí

Acondicionamiento modal

medidor

fuente


MediciMedicióón de ancho de banda y dispersin de ancho de banda y dispersióónn

� Dispersión modal:– Usar láser de ancho espectral angosta, receptor de alta velocidad.

– Modular el láser con ondas seno (generador de barrido).

– Medir atenuación.

– Alternar método: medir degradación del tiempo de elevación del pulso.

� Dispersión cromática:– Comparar los tiempos de transito de pulso como función de la longitud de

onda.

– Requiere varias fuentes de láser diferentes de diferentes longitudes de onda.

� El equipo requerido es muy caro.


Source: Fotec

ParParáámetros de rendimiento del enlace de metros de rendimiento del enlace de fibra fibra óópticaptica

10 a 200 a -10 +10 a 01300Laser/ monomodo

CATC

10 a 25

10 a 25

-30 a – 45

-30 a -45

-10 a -20

-10 a -20

850

1300

LED/ multimodoData

34 a 48

40 a 45

-40 a -45

-40 a -45

+3 a -6

0 a -10

13300

1500

Laser/ monomodo

Telecom

Margen (dB)

Sensibilidad del Rx (dBm)

Potencia de Tx(dBm)

Longitud de onda (nm)

Fuente/FibraTipo de enlace


MediciMedicióón del enlace de fibra n del enlace de fibra óóptica y ptica y troubleshootingtroubleshooting

� Usar fuente de potencia y medidor para medir la pérdida de potencia extremo a extremo y niveles de potencia.

– Si hay un problema, trabajar de nuevo desde el receptor al transmisor.

� Tipos de pruebas.Troubleshooting del Enlace de fibra Troubleshooting del Enlace de fibra óópticaptica

Transmisor Receptor

Potencia de transmisor

Pérdidas de planta de cable

Potencia de receptor

Prueba de buclePrueba de bucle

Transmisor

Receptor

Atenuador Muchos sistemas pueden Muchos sistemas pueden ser probados con bucleser probados con bucle

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