Conocimientos básicos de fibras ópticas y cables ópticos

1. Describa brevemente la composición de la fibra óptica.

Contesta: La fibra óptica consta de dos partes básicas: el núcleo y el revestimiento, hechos de materiales ópticos transparentes, y la capa de recubrimiento.

2. ¿Cuáles son los parámetros básicos de las características de transmisión de la fibra óptica?

Contesta: Entre ellos se encuentran la atenuación, la dispersión, el ancho de banda, la longitud de onda de corte, el diámetro del campo de modos, etc.

3. ¿Cuáles son las causas de la atenuación de la fibra óptica?

Contesta: La atenuación se refiere a la reducción de la potencia óptica entre dos secciones transversales de una fibra y depende de la longitud de onda. Las principales causas de atenuación son la dispersión, la absorción y las pérdidas ópticas provocadas por conectores y empalmes.

4. ¿Cómo se define el coeficiente de atenuación de la fibra óptica?

Contesta: Se define como la atenuación por unidad de longitud (dB/km) de una fibra uniforme en condiciones estacionarias.

5. ¿Qué es la pérdida de inserción?

Contesta: La pérdida por inserción se refiere a la atenuación causada por la inserción de componentes ópticos (como conectores o acopladores) en la línea de transmisión óptica.

6. ¿De qué depende el ancho de banda de la fibra óptica?

Contesta: El ancho de banda de la fibra óptica se refiere a la frecuencia de modulación en la que la amplitud de la potencia óptica disminuye en 50% (o 3 dB) con respecto a la amplitud de frecuencia cero en la función de transferencia de la fibra. El ancho de banda de la fibra es aproximadamente inversamente proporcional a su longitud; el producto ancho de banda-longitud es una constante.

7. ¿Cuántos tipos de dispersión de la fibra óptica existen y de qué depende?

Contesta: La dispersión de la fibra se refiere al ensanchamiento del retardo de grupo dentro de una fibra, incluida la dispersión modal, la dispersión del material y la dispersión de la guía de ondas. Depende tanto de la fuente de luz como de las características de la fibra.

8. ¿Cómo se describe la característica de dispersión de la propagación de la señal en la fibra?

Contesta: Puede describirse utilizando tres magnitudes físicas: ensanchamiento del pulso, ancho de banda de la fibra y coeficiente de dispersión de la fibra.

9. ¿Cuál es la longitud de onda de corte?

Contesta: Es la longitud de onda más corta en la que sólo el modo fundamental puede propagarse en la fibra. Para la fibra monomodo, la longitud de onda de corte debe ser más corta que la longitud de onda de funcionamiento.

10. ¿Cómo afecta la dispersión de la fibra al rendimiento de los sistemas de comunicación óptica?

Contesta: La dispersión hace que los impulsos ópticos se ensanchen durante la transmisión, lo que afecta a la tasa de errores de bits, la distancia de transmisión y la velocidad del sistema.

11. ¿Qué es el método de retrodispersión?

Contesta: El método de retrodispersión mide la atenuación a lo largo de la fibra. La mayor parte de la luz se propaga hacia delante, pero una pequeña parte se dispersa hacia atrás. Observando la señal retrodispersada con un divisor en la fuente, se puede medir la longitud de la fibra, la atenuación, las irregularidades locales, los puntos de rotura y las pérdidas de empalmes y conectores.

12. ¿Cuál es el principio y la función de un OTDR?

Contesta: El OTDR (reflectómetro óptico de dominio temporal) funciona según el principio de retrodispersión y reflexión de Fresnel. Utiliza la luz retrodispersada para obtener información sobre la atenuación. El OTDR mide la atenuación de la fibra, la pérdida por empalme, la localización de fallos y la distribución de pérdidas a lo largo de la fibra, lo que resulta esencial para la instalación, el mantenimiento y la supervisión de la fibra. Entre los parámetros clave se incluyen el rango dinámico, la sensibilidad, la resolución, el tiempo de medición y las zonas muertas.

13. ¿Qué es la zona muerta del OTDR? ¿Su impacto y manejo?

Contesta: Las zonas muertas se producen cuando las reflexiones de conectores activos o empalmes mecánicos saturan el receptor OTDR, creando regiones en las que no se pueden resolver los eventos.

Hay dos tipos de zonas muertas:

• Zona muerta de eventos: Distancia desde el inicio del pico de reflexión hasta el punto de saturación del receptor OTDR.
• Zona muerta de atenuación: Distancia desde el inicio del pico de reflexión hasta el punto en el que pueden detectarse otros eventos.

Una zona muerta más pequeña es mejor. Las zonas muertas aumentan con la anchura del pulso. Los pulsos estrechos se utilizan para medir eventos cercanos; los pulsos anchos se utilizan para medir fibras distantes.

14. ¿Puede el OTDR medir diferentes tipos de fibras?

Contesta: El uso de un OTDR monomodo en una fibra multimodo, o viceversa, puede dar como resultado una longitud de fibra correcta pero una pérdida de fibra, una pérdida por empalme y una pérdida de retorno incorrectas. Adapte siempre el OTDR al tipo de fibra.

15. ¿A qué se refieren “1310nm” o “1550nm” en los instrumentos de prueba de fibra?

Contesta: Se refieren a la longitud de onda de la señal óptica. La comunicación por fibra suele utilizar longitudes de onda en la gama del infrarrojo cercano (800-1700 nm). Se suelen utilizar longitudes de onda cortas (850 nm) y largas (1310, 1550 nm).

16. ¿Qué longitudes de onda tienen mínima dispersión y mínima pérdida en las fibras comerciales?

Contesta: 1310 nm tiene una dispersión mínima; 1550 nm tiene una pérdida mínima.

17. ¿Cómo se clasifican las fibras según el perfil del índice de refracción del núcleo?

Contesta: Fibras de índice escalonado (ancho de banda estrecho, adecuadas para comunicaciones de corta distancia y pequeña capacidad) y fibras de índice graduado (ancho de banda más amplio, adecuadas para comunicaciones de capacidad media/grande).

18. ¿Cómo se clasifican las fibras según los modos de transmisión?

Contesta: Fibras monomodo (núcleo ~1-10 μm, transmite sólo el modo fundamental, adecuadas para larga distancia de alta capacidad) y fibras multimodo (núcleo ~50-60 μm, transmite múltiples modos, menor rendimiento).

19. ¿Qué indica la apertura numérica (NA) de la fibra de índice escalonado?

Contesta: NA indica la capacidad de captación de luz de la fibra. Un NA mayor significa una mayor capacidad de captación de luz.

20. ¿Qué es la birrefringencia en la fibra monomodo?

Contesta: Existen dos modos de polarización ortogonales. Cuando la fibra no es perfectamente cilíndrica, la diferencia de índices de refracción de los dos modos es la birrefringencia.

21. ¿Estructuras comunes de cables ópticos?

Contesta: Varamientos en capas y estructuras esqueléticas.

22. ¿Componentes principales de un cable óptico?

Contesta: Núcleo, grasa óptica, materiales de revestimiento, PBT, etc.

23. ¿Qué es el blindaje de cables?

Contesta: Elementos de protección (normalmente alambres de acero o cinta de acero) utilizados en cables especiales (por ejemplo, submarinos). El blindaje se aplica sobre la cubierta interior.

24. ¿Materiales de la cubierta del cable?

Contesta: Polietileno (PE) o policloruro de vinilo (PVC), que protegen la fibra de los impactos externos.

25. ¿Cables especiales en sistemas de energía?

Contesta:

• OPGW: Fibra colocada en la línea eléctrica de acero-aluminio; combina las funciones de puesta a tierra y comunicación.
• GWWOP (cable envuelto): Suspendido en líneas existentes.
• ADSS: Autoportante, alta resistencia a la tracción, vano de hasta 1000 m.

26. ¿Estructuras de aplicación del cable OPGW?

Contesta: 1) tubo de plástico trenzado + tubo de aluminio; 2) tubo de plástico central + tubo de aluminio; 3) esqueleto de aluminio; 4) tubo de aluminio en espiral; 5) tubo de acero inoxidable monocapa (central o trenzado); 6) tubo de acero inoxidable compuesto.

27. 27. ¿Cable OPGW con materiales trenzados fuera del núcleo?

Contesta: Alambres AA (aleación de aluminio) y AS (acero revestido de aluminio).

28. ¿Requisitos técnicos para seleccionar el cable OPGW?

Contesta: 1) Resistencia nominal a la tracción (RTS, kN); 2) Número de núcleos de fibra (SM); 3) Corriente de cortocircuito (kA); 4) Duración (s); 5) Gama de temperaturas (℃).

29. ¿Limitaciones de flexión de los cables?

Contesta: Radio de curvatura ≥ 20× diámetro del cable; durante la instalación (dinámica), ≥ 30× diámetro del cable.

30. ¿Puntos clave en la ingeniería de cables ADSS?

Contesta: Diseño mecánico de cables, determinación del punto de suspensión, selección e instalación de accesorios.

31. ¿Accesorios principales del cable óptico?

Contesta: Hardware para la instalación de cables, por ejemplo, abrazaderas de tensión, abrazaderas de suspensión, amortiguadores de vibraciones.

32. ¿Dos parámetros básicos de rendimiento de los conectores de fibra óptica?

Contesta: Pérdida de inserción y pérdida de retorno.

33. ¿Conectores de fibra comunes?

Contesta: Por tipo: monomodo frente a multimodo; estructura: FC, SC, ST, D4, DIN, Bicónico, MU, LC, MT; cara terminal: FC, PC (UPC), APC. Común: FC/PC, SC, LC.

34. Elementos comunes en los sistemas de comunicación por fibra:

Contesta: AFC, adaptador FC, adaptador ST, adaptador SC, conectores FC/APC y FC/PC, cables de conexión SC, ST, LC, MU, cables de conexión monomodo/multimodo.

35. ¿Qué es la pérdida de inserción de un conector?

Contesta: Pérdida causada por la inserción del conector; cuanto menor sea, mejor. El UIT-T especifica ≤0,5 dB.

36. ¿Qué es la pérdida de retorno de un conector?

Contesta: Medida de la potencia reflejada a través del conector; típico ≥25 dB.

37. ¿Principal diferencia entre el LED y el láser semiconductor?

Contesta: El LED emite luz incoherente de amplio espectro; el láser emite luz coherente de espectro estrecho.

38. ¿Cuál es la principal diferencia entre las características de funcionamiento de los LED y los LD?

Contesta: El LED no tiene umbral; el LD requiere una corriente umbral para emitir luz láser.

39. ¿Láseres comunes de modo longitudinal simple?

Contesta: Láseres DFB (Distributed Feedback) y DBR (Distributed Bragg Reflector).

40. ¿Principales receptores ópticos?

Contesta: Fotodiodo PIN y fotodiodo de avalancha (APD).

41. ¿Fuentes de ruido en los sistemas de comunicación por fibra?

Contesta: Relación de extinción, fluctuación de la intensidad óptica, fluctuación de temporización, ruido oscuro y térmico del receptor, ruido de modo, ensanchamiento del pulso inducido por dispersión, ruido de partición del modo láser, chirp de frecuencia, reflexiones.

42. ¿Fibras comunes en las redes de transmisión y características?

Contesta: G.652 (SM estándar), G.653 (SM con dispersión desplazada), G.655 (con dispersión desplazada distinta de cero).

• G.652: alta dispersión en bandas C/L, requiere compensación >2,5 Gbit/s, ampliamente desplegada.
• G.653: dispersión cero a 1550 nm, adecuada para transmisión ultralarga de longitud de onda única, no ideal para DWDM.
• G.655: dispersión pequeña, evita la dispersión cero, admite DWDM, gran área efectiva que reduce la no linealidad.

43. 43. ¿Qué es la no linealidad de la fibra?

Contesta: A alta potencia de entrada, el índice de refracción depende de la potencia, lo que provoca dispersión Raman y Brillouin y cambios de frecuencia.

44. ¿Impacto de la no linealidad en la transmisión?

Contesta: Provoca pérdidas e interferencias adicionales, degradando el rendimiento del sistema; significativo en sistemas WDM de alta potencia a largas distancias.

45. ¿Qué es PON?

Contesta: Red óptica pasiva: red de acceso al bucle de fibra para usuarios locales que utiliza dispositivos ópticos pasivos como acopladores y divisores.

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Causas de la atenuación de la fibra óptica

1. Factores principales: pérdida intrínseca, flexión, compresión, impurezas, falta de uniformidad, empalme.

• Intrínseca: Dispersión Rayleigh, absorción inherente.
• Doblando: Las microcurvaturas provocan pérdidas por dispersión.
• Apretando: microcurvaturas inducidas por la tensión.
• Impurezas: absorción y dispersión.
• No uniformidad: irregularidad del índice de refracción.
• Empalme: desalineación axial, ángulo del extremo, desajuste del núcleo, mala fusión.

1. Clasificación de la pérdida de fibras: pérdidas intrínsecas (dispersión, absorción, imperfección estructural) y pérdidas adicionales (microcurvatura, flexión, empalme). Las pérdidas adicionales son principalmente evitables.
2. Pérdida por absorción de material:

• Los átomos absorben la energía de los fotones, lo que provoca transiciones de electrones, vibraciones y calor.
• SiO₂ tiene absorción UV e IR; OH- provoca picos de absorción a 0,95, 1,24, 1,38 μm.

1. Pérdida por dispersión:

• Dispersión Rayleigh debida a variaciones microscópicas de densidad y composición; inversamente proporcional a la longitud de onda⁴.

1. Imperfecciones estructurales:

• Las burbujas, las impurezas y la interfaz no uniforme entre el núcleo y el revestimiento provocan dispersión.

1. Pérdida de radiación inducida por la flexión:

• La curvatura convierte los modos guiados en modos radiativos; despreciable para radios de curvatura >5-10 cm.

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Código y disposición de los colores de las fibras

Secuencia de colores de empalme por fusión:
Azul, Naranja, Verde, Marrón, Gris, Blanco, Rojo, Negro, Amarillo, Violeta, Rosa, Aqua

Disposición del haz de cables:

1. Cables multifibra en haces: Verde primero, Blanco segundo, etc., Rojo último.
2. Tubos individuales unidos por cuerdas de colores en la secuencia de colores anterior.
3. Cada haz o tubo contiene hasta 12 fibras en la misma secuencia de colores.