Conectividad de las fibras ópticas

1. Problemas encontrados

Problema nº 1: concentricidad

La unión o conexión de extremo a extremo de dos fibras ópticas, consiste en unirlas por sus extremos. El objetivo es garantizar que los ejes de sus respectivos núcleos estén uno frente al otro, es decir, lograr la mejor concentricidad posible. De lo contrario, la señal luminosa procedente del núcleo de una fibra óptica no llegará al núcleo de la otra. Parte de esta luz se perderá en el revestimiento o se reflejará, lo que se traducirá en una pérdida de potencia de la señal y en una reducción de la distancia que se puede recorrer.

Concentricidad: los núcleos de las dos fibras ópticas deben estar uno frente al otro

Para más información sobre este tema, consulte la sección Acoplamiento entre fibra óptica y conector óptico - Principios de ajuste.

Problema nº 2: las dimensiones en juego

La segunda gran dificultad de conectar dos fibras ópticas, reside en sus dimensiones. En el lenguaje común se dice que "una fibra óptica es tan fina como un cabello". De hecho, una fibra óptica con su revestimiento primario es más gruesa que un cabello. Pero cuando se quiere unirlas de extremo a extremo, nos damos cuenta realmente de la magnitud del problema: se entra en el campo de la microtecnología, con dimensiones que se miden en milésimas de milímetro.

Comparación entre un pelo y el núcleo...

1. Primeros conectores ópticos

Ya en 1970, cuando se fabricó la primera fibra óptica, se creó el primer conector óptico: FSMA (fiber subminiature type A), que incorporaba las principales características del conector para cables de cobre. Este conector óptico tenía una virola de acero y un cierre de rosca. Aceptaba fibras ópticas multimodo de 125, 140 o 230 micras, con diámetros de revestimiento de hasta 5,3 milímetros, así como fibras ópticas de plástico de un milímetro.

Después, con el mismo espíritu, llegó el mini BNC, que reutilizaba la idea de los conectores coaxiales y la aplicaba a la fibra óptica. Se trata de un conector óptico de acero con cierre de bayoneta que admite fibras ópticas multimodo de 125 o 140 micras, con diámetros de revestimiento de hasta 3,2 milímetros.

Le siguió una línea de conectores ópticos, todos ellos con mejoras sucesivas, algunos dedicados a fibras simples, otros a cables bifibra y otros a cables ópticos multifibra de tipo cinta.

2. Ejemplos de conectores para fibra óptica simple

Entre la amplísima variedad de clavijas, conectores y herrajes ópticos, los más conocidos e instalados actualmente son ST, SC y FC (fiber connector) para uniones monofibra. Estado:

1. Principio de conexión convencional

Hay varios pasos para insertar una fibra óptica en un conector óptico:

Pasos para conectar una fibra óptica a un conector óptico

2. Principio de pegado

En cuanto a la adhesión entre el conector óptico y la fibra óptica, tradicionalmente la fibra se mantiene en el conector mediante pegamento caliente. El pegamento se inyecta primero en el conector óptico con una jeringuilla y luego, se pasa por un horno para que se endurezca.

Estas operaciones no sólo son laboriosas y delicadas sino que, sin ánimo de ser pesimistas, también son fuente de dificultades. Los principales problemas son la elección de la cola y el tiempo de secado. En primer lugar, hay que acordarse de comprobar la fecha de caducidad. En segundo lugar, la cola debe ser del tipo recomendado, de lo contrario no soportará correctamente el paso del tiempo. Si esto ocurre, la junta dejará de mantenerse unida con el tiempo y habrá que rehacer el trabajo al cabo de unos años. En cuanto al tiempo de secado natural, puede durar hasta un día. También se utiliza un horno, que puede reducirse a dos horas o incluso mucho menos, en función del tipo de cola elegido y, sobre todo, de su precio.

Estas operaciones se han simplificado con la llegada de las colas frías, que evitan la necesidad de adquirir e instalar in situ un horno con suministro eléctrico.

3. Principio de prensado o crimpado

Desde 1995, esta operación de encolado se ha suprimido en algunos conectores y se ha sustituido por el crimpado. Por ejemplo, para los conectores ST y SC "crimpados", basta con una simple herramienta de crimpado para sujetar la fibra óptica en este tipo de conector.

Esquema de un conector óptico antes del crimpado

Diagrama de un conector óptico después del crimpado

El crimpado fue una revolución en sí mismo...

1. Principio del haz expandido

En entornos difíciles o incluso muy severos, como en campos minados, terrenos militares o incluso en zonas de combate, la solución para empalmar dos fibras ópticas es utilizar la técnica del haz expandido (expanded beam).

Se trata de ensanchar el haz de luz que sale de la primera fibra óptica mediante una lente incluida en el conector óptico, después la señal se propaga por una interfaz de aire entre las dos fibras y, por último, una segunda lente la "prensa" para que entre en la segunda fibra óptica.

Diagrama esquemático de un conector de haz expandido

El inconveniente es la pérdida de potencia en la señal luminosa, compensada por ventajas en términos de longevidad, ya que no hay desgaste en la interfaz óptica y de fiabilidad, ya que hay mayor tolerancia a las impurezas y es más fácil de limpiar.

Diagrama que explica la mayor tolerancia de los haces expandidos a las impurezas

Ejemplos de características

En comparación con los conectores ópticos convencionales, los conectores de haz expandido están endurecidos. Algunos ejemplos de características físicas:

1. Prolongaciones y empalmes mecánicos

La operación consiste en empalmar dos fibras ópticas en un dispositivo que se puede desmontar, si es necesario, una docena de veces.

Este puede ser el caso de enlaces temporales, enlaces de prueba, conexiones de fibras trenzadas (pigtail), etc. También puede ser adecuado para un enlace fijo si no se puede realizar un empalme por fusión por razones de material, coste o condiciones del emplazamiento.

Los extensores o empalmes mecánicos utilizados ponen las fibras frente a frente de manera correcta, pero sigue habiendo una capa de aire entre ellas. Esta capa es sinónimo de pérdidas por reflexión. Este problema se resuelve utilizando un gel con un índice muy próximo al de las fibras ópticas. Este gel está contenido en el extensor y se introduce entre las fibras en lugar del aire. Reduce las pérdidas por reflexión y aumenta la reflectancia, lo que se traduce en una atenuación relativamente baja, del orden de dos a tres décimas de decibelio, que no penaliza demasiado el equilibrio óptico del enlace.

Esta fiable alternativa al empalme por fusión es rápida, sencilla, rentable y no requiere equipo especializado, al tiempo que ofrece la opción de intervenir para desmontarla y/o reutilizarla.

Esquema y ejemplo de un empalme mecánico para empalmar dos fibras ópticas

Caja de empalme, casete y manguito de empalme

Por lo general, existe una diferencia entre una caja de empalmes, que protege uno o varios empalmes y se puede...

1. Contaminación de una superficie óptica

Un punto que a veces se pasa por alto es la contaminación de la superficie de una fibra óptica, que se produce en las terminaciones mediante conectores o empalmes mecánicos. De hecho, cada vez que se desconecta y se vuelve a conectar una conexión óptica, los granos de polvo se desplazan, creando arañazos en la superficie de la fibra óptica. También se desintegrarán en partículas más finas, contaminando gradualmente toda la superficie óptica, incluido el núcleo.

Además, si no tomamos la precaución de limpiar las superficies de las fibras ópticas cada vez que se conectan...