Un cable de fibra óptica , también conocido como cable de fibra óptica , es un conjunto similar a un cable eléctrico pero que contiene una o más fibras ópticas que se utilizan para transportar luz. Los elementos de fibra óptica suelen estar recubiertos individualmente con capas de plástico y contenidos en un tubo protector adecuado para el entorno donde se utiliza el cable. Se utilizan diferentes tipos de cable [1] para la comunicación óptica en diferentes aplicaciones, por ejemplo, telecomunicaciones de larga distancia o proporcionar una conexión de datos de alta velocidad entre diferentes partes de un edificio.
La fibra óptica consta de un núcleo y una capa de revestimiento , seleccionadas para una reflexión interna total debido a la diferencia en el índice de refracción entre los dos. En las fibras prácticas, el revestimiento suele estar recubierto con una capa de polímero de acrilato o poliimida . Este recubrimiento protege la fibra de daños pero no contribuye a sus propiedades de guía de ondas ópticas . Las fibras recubiertas individuales (o fibras formadas en cintas o haces) luego tienen una capa amortiguadora de resina resistente o tubos centrales extruidos alrededor de ellas para formar el núcleo del cable. Para formar el cable se añaden varias capas de revestimiento protector, según la aplicación. Los conjuntos de fibras rígidas a veces colocan vidrio absorbente de luz ("oscuro") entre las fibras, para evitar que la luz que se escapa de una fibra entre en otra. Esto reduce la diafonía entre las fibras o reduce el destello en aplicaciones de imágenes de haces de fibras. [2]
Para aplicaciones en interiores, la fibra encamisada generalmente está encerrada, junto con un haz de miembros resistentes de polímeros fibrosos flexibles como aramida (por ejemplo, Twaron o Kevlar ), en una cubierta de plástico liviana para formar un cable simple. Cada extremo del cable puede terminar con un conector de fibra óptica especializado para permitir que se conecte y desconecte fácilmente de los equipos de transmisión y recepción.
Para su uso en entornos más extenuantes, se requiere una construcción de cable mucho más robusta. En la construcción de tubos holgados, la fibra se coloca helicoidalmente en tubos semirrígidos, lo que permite que el cable se estire sin estirar la fibra misma. Esto protege la fibra de la tensión durante la colocación y de los cambios de temperatura. La fibra de tubo holgado puede ser un "bloque seco" o rellena de gel. El bloque seco ofrece menos protección a las fibras que el relleno de gel, pero cuesta considerablemente menos. En lugar de un tubo suelto, la fibra puede estar incrustada en una camisa de polímero pesado, comúnmente llamada construcción de "amortiguador apretado". Se ofrecen cables de protección ajustados para una variedad de aplicaciones, pero los dos más comunes son " Breakout " y "Distribution". Los cables de ruptura normalmente contienen un cordón de apertura, dos miembros de refuerzo dieléctrico no conductores (normalmente una varilla de vidrio epoxi), un hilo de aramida y un tubo protector de 3 mm con una capa adicional de Kevlar que rodea cada fibra. El cordón de apertura es un cordón paralelo de hilo resistente que se sitúa debajo de la(s) cubierta(s) del cable para quitar la cubierta. [3] Los cables de distribución tienen una envoltura general de Kevlar, un cordón de desgarro y un revestimiento amortiguador de 900 micrómetros que rodea cada fibra. Estas unidades de fibra comúnmente se agrupan con miembros de refuerzo de acero adicionales, nuevamente con una torsión helicoidal para permitir el estiramiento.
Una preocupación crítica en el cableado exterior es proteger la fibra del daño causado por el agua. Esto se logra mediante el uso de barreras sólidas, como tubos de cobre, y gelatina repelente al agua o polvo absorbente de agua que rodea la fibra.
Finalmente, el cable puede estar blindado para protegerlo de riesgos ambientales, como trabajos de construcción o animales que roen. Los cables submarinos están más blindados en sus partes cercanas a la costa para protegerlos de las anclas de los barcos, los aparejos de pesca e incluso los tiburones , que pueden ser atraídos por la energía eléctrica que llega a los amplificadores o repetidores del cable.
Los cables modernos vienen en una amplia variedad de revestimientos y armaduras, diseñados para aplicaciones tales como enterramiento directo en zanjas, uso dual como líneas eléctricas, instalación en conductos, amarre a postes telefónicos aéreos, instalación submarina e inserción en calles pavimentadas.
En septiembre de 2012, NTT Japón demostró un cable de fibra única capaz de transferir 1 petabit por segundo ( 10 15 bits/s ) a una distancia de 50 kilómetros. [4]
Aunque se encuentran disponibles cables más grandes, [5] el cable de fibra monomodo con mayor número de hilos que se fabrica comúnmente es el de 864, que consta de 36 cintas, cada una de las cuales contiene 24 hilos de fibra. [6] Estos cables con un alto número de fibras se utilizan como cables de distribución en redes HFC y PON . [7] [8] [9]
En algunos casos, es posible que sólo una pequeña fracción de las fibras de un cable esté en uso. Las empresas pueden arrendar o vender la fibra no utilizada a otros proveedores que busquen servicio en un área o a través de ella. Dependiendo de las regulaciones locales específicas, las empresas pueden construir excesivamente sus redes con el propósito específico de tener una gran red de fibra oscura para la venta, lo que reduce la necesidad general de zanjas y permisos municipales. [ cita necesaria ] Alternativamente, pueden subinvertir deliberadamente para evitar que sus rivales se beneficien de su inversión. [ cita necesaria ]
Las fibras ópticas son muy resistentes, pero su resistencia se reduce drásticamente debido a los inevitables defectos microscópicos de la superficie inherentes al proceso de fabricación. La resistencia inicial de la fibra, así como su cambio con el tiempo, debe considerarse en relación con la tensión impuesta a la fibra durante la manipulación, el cableado y la instalación para un conjunto determinado de condiciones ambientales. Hay tres escenarios básicos que pueden conducir a la degradación de la resistencia y a la falla al inducir el crecimiento de fallas: fatiga dinámica, fatiga estática y envejecimiento sin estrés.
Telcordia GR-20, Requisitos Genéricos para Fibra Óptica y Cable de Fibra Óptica , contiene criterios de confiabilidad y calidad para proteger la fibra óptica en todas las condiciones de operación. [10] Los criterios se concentran en las condiciones en un entorno de planta exterior (OSP). Para la planta interior, criterios similares se encuentran en Telcordia GR-409, Requisitos Genéricos para Cable de Fibra Óptica Interior . [11]
El material de la cubierta es específico de la aplicación. El material determina la robustez mecánica, la resistencia química y a la radiación UV, etc. Algunos materiales comunes para las cubiertas son LSZH , cloruro de polivinilo , polietileno , poliuretano , tereftalato de polibutileno y poliamida .
Hay dos tipos principales de materiales utilizados para las fibras ópticas: vidrio y plástico. Ofrecen características muy diferentes y encuentran usos en aplicaciones muy diferentes. Generalmente, la fibra plástica se utiliza para aplicaciones de consumo y de muy corto alcance, mientras que la fibra de vidrio se utiliza para telecomunicaciones de corto/medio alcance ( multimodo ) y de largo alcance ( monomodo ). [12]
El amortiguador o cubierta de los cables de conexión suele estar codificado por colores para indicar el tipo de fibra utilizada. La "funda" de alivio de tensión que protege la fibra contra la flexión en un conector está codificada por colores para indicar el tipo de conexión. Los conectores con carcasa de plástico (como los conectores SC ) suelen utilizar una carcasa codificada por colores. A continuación se muestran códigos de colores estándar para chaquetas (o protectores) y botas (o carcasas de conectores):
Observación: También es posible que una pequeña parte de un conector esté codificada por colores adicionalmente, por ejemplo, la palanca de un conector E-2000 o el marco de un adaptador de fibra óptica . Esta codificación de colores adicional indica el puerto correcto para un cable de conexión, si hay muchos cables de conexión instalados en un punto.
Las fibras individuales en un cable multifibra a menudo se distinguen entre sí por cubiertas o protectores codificados por colores en cada fibra. El esquema de identificación utilizado por Corning Cable Systems se basa en EIA/TIA-598, "Codificación de colores de cables de fibra óptica", que define esquemas de identificación para fibras, fibras protegidas, unidades de fibra y grupos de unidades de fibra dentro de cables de fibra óptica de instalaciones y plantas exteriores. . Esta norma permite identificar las unidades de fibra mediante una leyenda impresa. Este método se puede utilizar para la identificación de cintas de fibra y subunidades de fibra. La leyenda contendrá un número de posición numérico impreso correspondiente o un color para su uso en la identificación. [dieciséis]
El código de color utilizado anteriormente se asemeja a los cables de cobre PE utilizados en el cableado telefónico estándar.
En el Reino Unido se sigue un código de color diferente. Cada haz o elemento de 12 fibras dentro de un cable Cable Fibra Óptica 200/201 tiene el siguiente color:
Cada elemento está en un tubo dentro del cable (no en un tubo de fibra soplada). Los elementos del cable comienzan con el tubo rojo y se cuentan alrededor del cable hasta el tubo verde. Los elementos activos están en tubos blancos y se colocan rellenos amarillos o muñecos en el cable para llenarlo dependiendo de cuántas fibras y unidades existan; pueden ser hasta 276 fibras o 23 elementos para cable externo y 144 fibras o 12 elementos para cable interno. El cable tiene un miembro central de refuerzo normalmente hecho de fibra de vidrio o plástico. También hay un conductor de cobre en los cables externos.
Los cables ópticos transfieren datos a la velocidad de la luz en vidrio. Esta es la velocidad de la luz en el vacío dividida por el índice de refracción del vidrio utilizado, normalmente entre 180.000 y 200.000 km/s, lo que da como resultado entre 5,0 y 5,5 microsegundos de latencia por km. Así, el tiempo de retardo de ida y vuelta para 1.000 km es de unos 11 milisegundos. [17]
La pérdida de señal en la fibra óptica se mide en decibeles (dB). Una pérdida de 3 dB a través de un enlace significa que la luz en el otro extremo es sólo la mitad de la intensidad de la luz que se envió a la fibra. Una pérdida de 6 dB significa que sólo una cuarta parte de la luz atravesó la fibra. Una vez que se pierde demasiada luz, la señal es demasiado débil para recuperarse y el enlace se vuelve poco confiable y eventualmente deja de funcionar por completo. El punto exacto en el que esto sucede depende de la potencia del transmisor y de la sensibilidad del receptor.
Las fibras modernas multimodo de índice gradual típicas tienen 3 dB por kilómetro de atenuación (pérdida de señal) a una longitud de onda de 850 nm y 1 dB/km a 1300 nm. El monomodo pierde 0,35 dB/km a 1310 nm y 0,25 dB/km a 1550 nm. La fibra monomodo de muy alta calidad destinada a aplicaciones de larga distancia se especifica con una pérdida de 0,19 dB/km a 1550 nm. [18] La fibra óptica plástica (POF) pierde mucho más: 1 dB/m a 650 nm. POF es una fibra de núcleo grande (aproximadamente 1 mm) adecuada solo para redes cortas y de baja velocidad, como el audio óptico TOSLINK , o para uso en automóviles. [19]
Cada conexión entre cables añade aproximadamente 0,6 dB de pérdida promedio, y cada unión (empalme) agrega aproximadamente 0,1 dB. [20] Muchas conexiones de cable de fibra óptica tienen un "presupuesto de pérdidas", que es la cantidad máxima de pérdida permitida. [21]
La luz infrarroja invisible (750 nm y más) se utiliza en las comunicaciones comerciales de fibra de vidrio porque tiene una atenuación menor en dichos materiales que la luz visible. Sin embargo, las fibras de vidrio transmitirán algo de luz visible, lo que resulta conveniente para realizar pruebas sencillas de las fibras sin necesidad de equipos costosos. Los empalmes se pueden inspeccionar visualmente y ajustar para lograr una fuga de luz mínima en la unión, lo que maximiza la transmisión de luz entre los extremos de las fibras que se unen.
Los gráficos Comprensión de las longitudes de onda en fibra óptica [22] y Pérdida de potencia óptica (atenuación) en fibra [23] ilustran la relación de la luz visible con las frecuencias infrarrojas utilizadas y muestran las bandas de absorción de agua entre 850, 1300 y 1550 nm.
La luz infrarroja utilizada en telecomunicaciones no se puede ver, por lo que existe un riesgo potencial para la seguridad del láser para los técnicos. La defensa natural del ojo contra la exposición repentina a la luz brillante es el reflejo de parpadeo , que no se activa con fuentes infrarrojas. [24] En algunos casos, los niveles de potencia son lo suficientemente altos como para dañar los ojos, particularmente cuando se utilizan lentes o microscopios para inspeccionar fibras que emiten luz infrarroja invisible. Para evitar esto, existen microscopios de inspección con filtros ópticos de seguridad. Más recientemente se utilizan ayudas de visualización indirecta, que pueden comprender una cámara montada dentro de un dispositivo portátil, que tiene una abertura para la fibra conectorizada y una salida USB para la conexión a un dispositivo de visualización como una computadora portátil. Esto hace que la actividad de buscar daños o suciedad en la cara del conector sea mucho más segura.
Los pequeños fragmentos de vidrio también pueden ser un problema si se meten debajo de la piel de alguien, por lo que es necesario tener cuidado para garantizar que los fragmentos producidos al cortar la fibra se recojan y eliminen adecuadamente.
Existen cables híbridos ópticos y eléctricos que se utilizan en aplicaciones inalámbricas de fibra a la antena (FTTA) para exteriores. En estos cables, las fibras ópticas transportan información y los conductores eléctricos se utilizan para transmitir energía. Estos cables se pueden colocar en varios entornos para dar servicio a antenas montadas en postes, torres y otras estructuras.
De acuerdo con Telcordia GR-3173, Requisitos genéricos para cables híbridos ópticos y eléctricos para uso en aplicaciones inalámbricas de fibra exterior hasta la antena (FTTA), estos cables híbridos tienen fibras ópticas, elementos de par/cuádruple trenzado, cables coaxiales o conductores eléctricos portadores de corriente. debajo de una chaqueta exterior común. Los conductores de alimentación utilizados en estos cables híbridos sirven para alimentar directamente una antena o para alimentar dispositivos electrónicos montados en torres que sirven exclusivamente a una antena. Tienen una tensión nominal normalmente inferior a 60 VDC o 108/120 VAC. [25] Es posible que haya otros voltajes presentes según la aplicación y el Código Eléctrico Nacional (NEC) correspondiente.
Estos tipos de cables híbridos también pueden ser útiles en otros entornos, como plantas de sistemas de antena distribuida (DAS), donde servirán antenas en ubicaciones interiores, exteriores y en tejados. Es necesario abordar plenamente en estos entornos consideraciones como la resistencia al fuego, las certificaciones de los laboratorios de pruebas reconocidos a nivel nacional (NRTL), la colocación en ejes verticales y otras cuestiones relacionadas con el rendimiento.
Dado que los niveles de voltaje y potencia utilizados dentro de estos cables híbridos varían, los códigos de seguridad eléctrica consideran que el cable híbrido es un cable de alimentación, que debe cumplir con reglas sobre espacio libre, separación, etc.
Los conductos internos se instalan en sistemas de conductos subterráneos existentes para proporcionar caminos limpios, continuos y de baja fricción para colocar cables ópticos que tienen límites de tensión de tracción relativamente bajos. Proporcionan un medio para subdividir conductos convencionales que fueron diseñados originalmente para cables conductores metálicos únicos de gran diámetro en múltiples canales para cables ópticos más pequeños.
Los conductos internos suelen ser subductos semiflexibles de pequeño diámetro. Según Telcordia GR-356, existen tres tipos básicos de conductos internos: de pared lisa, corrugados y acanalados. [26] Estos diversos diseños se basan en el perfil de los diámetros interior y exterior del conducto interior. La necesidad de una característica específica o combinación de características, como fuerza de tracción, flexibilidad o el coeficiente de fricción más bajo, dicta el tipo de conducto interno requerido.
Más allá de los perfiles o contornos básicos (paredes lisas, corrugados o acanalados), el conducto interno también está disponible en una variedad cada vez mayor de diseños multiducto. El multiducto puede ser una unidad compuesta que consta de hasta cuatro o seis conductos internos individuales que se mantienen unidos mediante algún medio mecánico, o un único producto extruido que tiene múltiples canales a través de los cuales pasar varios cables. En cualquier caso, el multiducto se puede enrollar y se puede introducir en el conducto existente de manera similar a la del conducto interno convencional.
Los conductos internos se instalan principalmente en sistemas de conductos subterráneos que proporcionan caminos de conexión entre las ubicaciones de los pozos de registro . Además de colocarse en un conducto, el conducto interno se puede enterrar directamente o instalarse aéreamente amarrando el conducto interno a un hilo de suspensión de acero.
Como se indica en GR-356, el cable normalmente se coloca en el conducto interno de una de tres maneras. Puede ser
