causas de la atenuación en fibra Óptica · 2020. 5. 18. · manual para el curso: redes y enlaces...

Manual para el Curso: Redes y Enlaces de Fibra Óptica

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Causas de la Atenuación en Fibra Óptica Varios factores pueden causar atenuación, pero generalmente se clasifican como intrínsecos o extrínsecos. La atenuación intrínseca es causada por sustancias inherentemente presentes en la fibra, mientras que la atenuación extrínseca es causada por fuerzas externas como la flexión. El coeficiente de atenuación α se expresa en [dB/km] y representa la pérdida en decibeles por kilómetro de fibra.

La atenuación intrínseca resulta de materiales inherentes a la fibra. Es causada por impurezas en el vidrio durante el proceso de fabricación. Tan preciso como es la fabricación, no hay forma de eliminar todas las impurezas. Cuando una señal luminosa llega a una impureza en la fibra, ocurre una de estas dos cosas: se dispersa o se absorbe. La pérdida intrínseca se puede caracterizar aún más por dos componentes:

• Absorción

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL PREFORMADO, QUE DARÁ ORIGEN AL FILAMENTO DE FIBRA ÓPTICA.

Rodolfo Veloz Pérez

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• Esparcimiento o Dispersión de Rayleigh

LA PRINCIPAL FUENTE DE ABSORCIÓN SON LOS RESIDUOS DE IONES DE HIDROXILO (OH-) Y DE DOPANTES QUE SE UTILIZAN PARA MODIFICAR EL ÍNDICE DE REFRACCIÓN

DEL VIDRIO.


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Absorción

La absorción, o también conocida como absorción de material se produce como resultado de la imperfección e impurezas en la fibra. La impureza más común es la molécula de hidroxilo (OH-), que permanece como un residuo a pesar de las técnicas de fabricación estrictas. En las longitudes de onda de 950 nm, 1380 nm y 2730 nm, la presencia de radicales hidroxilos en el material del cable provoca un aumento en la atenuación. Estos radicales resultan de la presencia de restos de agua que ingresan al material del cable de fibra óptica a través de una reacción química en el proceso de fabricación o como humedad en el ambiente. La variación de la atenuación con la longitud de onda es debido al “Peak de agua”. Para el cable de fibra óptica monomodo estándar, se produce principalmente alrededor de 1380 [nm]. Los avances recientes en la fabricación han superado el Peak de agua de 1380 [nm] y han dado lugar a fibras Zero Water Peak ZWPF. La absorción representa entre el 3% y el 5% de la atenuación de la fibra. Este fenómeno hace que una señal luminosa sea absorbida por las impurezas

CURVA CARACTERÍSTICA DEL SILICIO, DONDE SE APRECIA EL COEFICIENTE DE ATENUACIÓN EN FUNCIÓN DE LA LONGITUD DE ONDA


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naturales en el vidrio y se convierta en energía de vibración o alguna otra forma de energía como el calor. A diferencia de la dispersión, la absorción puede limitarse controlando la cantidad de impurezas durante el proceso de fabricación. Debido a que la mayoría de la fibra es extremadamente pura, la fibra no se calienta debido a la absorción. En condiciones dinámicas que se presentan en el curso de su instalación, la fibra es sometida a ciertos esfuerzos debidos a la tensión (mecánica) y al curvado del cable. Los elementos de resistencia mecánica del cable y el radio de curvatura de instalación deben seleccionarse de modo que limiten este esfuerzo dinámico combinado. Si en una instalación de cable deben quedar algunas curvaturas, su radio deberá ser lo suficientemente grande como para que la pérdida por macrocurvatura o la deformación de larga duración que limita la vida útil de la fibra se mantengan dentro de límites admisibles. La atenuación extrínseca puede ser causada por dos mecanismos externos:

• Macrocurvaturas

• Microcurvaturas Ambos provocan una reducción de la potencia óptica. Si se impone una curva en una fibra óptica, la tensión se coloca en la fibra a lo largo de la región que está doblada. La tensión de flexión afecta el índice de refracción y el ángulo crítico del rayo de luz en esa área específica. Como resultado, la luz que viaja en el núcleo puede refractarse y se produce una pérdida. Cuando la curva de la fibra es menor que el radio critico, la velocidad de fase del modo debe aumentar a una velocidad mayor que la velocidad de la luz para que todos los rayos de luz tengan el mismo frente de onda. De manera clara, esto teóricamente ya que no es posible - hasta ahora - superar la velocidad de la luz, por lo que, al no poder elevar la velocidad a una mayor, se provoca que algunos modos dentro de la fibra se conviertan en modos de orden superior. Estos modos de orden superior se pierden o irradian fuera de la fibra.


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Macrocurvatura Como se especifica en las recomendaciones de la UIT-T, En condiciones dinámicas que se presentan durante la instalación del cable, la fibra es sometida a ciertos esfuerzos debidos a la tensión (mecánica) y al curvado del cable. Los elementos de resistencia mecánica del cable y el radio de curvatura de instalación deben seleccionarse de modo que limiten este esfuerzo dinámico combinado. Si en una instalación de cable deben quedar algunas curvaturas, su radio deberá ser lo suficientemente grande como para que la pérdida por macrocurvatura o la deformación de larga duración que limita la vida útil de la fibra se mantengan dentro de límites admisibles.

Una Macrocurvatura es una curva a gran escala que es visible, y la pérdida es generalmente reversible después de que se corrigen las curvas. Estas pérdidas son ocasionadas por factores extrínsecos que producen curvaturas pequeñas en la fibra, dependiendo de las limitaciones existentes en su

LA LUZ CERCA DEL RADIO EXTERIOR DE LA CURVA NO PUEDE MANTENER EL MISMO PERFIL ESPACIAL DE MODO SIN EXCEDER LA VELOCIDAD DE LA LUZ. Y POR LO TANTO,

LA ENERGÍA SE PIERDE EN EL ENTORNO COMO RADIACIÓN.


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construcción, la cual provoca que los modos logren escapar del núcleo debido a que superan el ángulo máximo de incidencia admitido para que exista la reflexión total interna. Estas pérdidas son extrínsecas y aparecen cuando el radio de curvatura es menor que el radio de curvatura especificado. Un radio de curvatura reducido, más allá de lo especificado hace escapar a los modos de mayor orden del núcleo y, por lo tanto, provoca pérdida de señal. Para evitar las macrocurvaturas, los cables de fibras ópticas tienen una especificación de radio de curvatura mínima que no debe excederse. Esta es una restricción sobre cuánto puede doblar una filamento antes de experimentar problemas en el rendimiento óptico o la confiabilidad mecánica. Según el Estándar TIA-568, el radio de curvatura máximo permitido es: Radio de curvatura para Cables que contengan hasta 4 filamentos:

• 50 [mm] el diámetro del cable, cuando está bajo tensión

• 25 [mm] el diámetro del cable, cuando está libre de tensión

Radio de curvatura para Cables que contengan más de 4 filamentos:

• 20 veces el diámetro exterior del cable, cuando está bajo tensión

• 10 veces el diámetro exterior del cable, cuando está libre de tensión Consideraremos “bajo tensión”, al proceso de tendido e instalación de los cables, y libre de tensión cuando éstos ya están instalados.


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Microcurvatura

La microcurvatura es causada por imperfecciones en la geometría cilíndrica de la fibra durante el proceso de fabricación, como los cambios menores en el diámetro del núcleo, o límites desiguales entre el núcleo y el revestimiento. La microcurvatura puede estar relacionada con la temperatura, la tensión de tracción, torsión o la fuerza de aplastamiento. Al igual que la macrocurvatura, la microcurvatura causa una reducción de la potencia óptica en el vidrio. La microcurvatura está muy localizada y la curva no puede ser claramente visible en la inspección. Según especificaciones de la UIT-T, se llama microcurvatura a un curvado acusado de una fibra óptica que entrañe un desplazamiento axial local de unas cuantas micras en pequeñas distancias a causa de fuerzas laterales localizadas aplicadas a lo largo de la fibra. Puede deberse a las deformaciones a que se someten las fibras durante la fabricación e instalación, y también a las variaciones de las dimensiones de los materiales del cable que resultan de los cambios de temperatura durante la explotación. Las microcurvaturas pueden incrementar las pérdidas ópticas. A fin de reducir la pérdida por microcurvatura, debe eliminarse todo esfuerzo mecánico aplicado aleatoriamente a lo largo del eje de la fibra durante el proceso de incorporación de esta en el cable, así como durante y después de la instalación del cable.


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Designación de las Fibras Ópticas en ISO/IEC11801

ISO / IEC 11801 especifica el cableado genérico para uso dentro de las instalaciones, que puede comprender edificios únicos o múltiples en un campus. Cubre cableado estructurado del tipo UTP y cableado de fibra óptica. ISO / IEC 11801 está optimizado para instalaciones en las que la distancia máxima sobre la cual los servicios de telecomunicaciones que se pueden distribuir son 2000 [m]. Sin embargo, los principios de esta Norma Internacional pueden aplicarse a instalaciones más grandes. El cableado definido por este

estándar admite una amplia gama de servicios, incluidos voz, datos, texto, imagen y video. Esta Norma Internacional especifica directamente o mediante referencia el: a) estructura y configuración mínima para cableado genérico, b) interfaces en la salida de telecomunicaciones (TO), c) requisitos de rendimiento para enlaces y canales de cableado individuales, d) requisitos de implementación y opciones, e) Requisitos de rendimiento para los componentes de cableado requeridos para las distancias máximas especificado en este estándar, f) Requisitos de conformidad y procedimientos de verificación.


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Los requisitos de seguridad (seguridad y protección eléctrica, incendio, etc.) y compatibilidad electromagnética (EMC) están fuera del alcance de este estándar internacional y están cubiertos por otros estándares y por las regulaciones. El estándar ISO / IEC 11801 ha tenido en cuenta los requisitos especificados en las normas de aplicación que se refieren a las Normas Internacionales disponibles para componentes y métodos de prueba, según corresponda. Coeficientes de atenuación y ancho de banda Multimodo

Categoría

Máxima Atenuación [db/km]

Mínimo Ancho de Banda Modal [MHz-Km]

OFL – Ancho de Banda de Lanzamiento

EMB – Ancho de Banda Efectivo Modal

(También conocido como ancho de banda laser –

“Laser BW”)

850 [nm] 953 [nm] 1300 [nm] 850 [nm] 953 [nm] 1300 [nm]

850 [nm] 953 [nm]

OM3 (IEC60793-2-

10 A1a.2) 3,0 N/A 1,5 1500 N/A 500 2000 N/A

OM4 (IEC60793-2-

10 A1a.3) 3,0 N/A 1,5 3500 N/A 500 4700 N/A

OM5 (IEC60793-2-

10 A1a.4) 3,0 2,3 1,5 3500 1850 500 4700 2470

Coeficientes de atenuación y ancho de banda Multimodo

Longitud de Onda [nm]

Atenuación Máxima [dB/km]

OS1

Atenuación Máxima [dB/km]

OS2

1310 1,0 0,4

1383 No especificado 0,4

1550 1,0 0,4


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Clasificación de los enlaces según longitud del canal

Clasificación del enlace según su longitud

OF-300 Enlaces de Fibra Óptica de hasta 300 metros



Máxima atenuación de canal

Atenuación de Canal [dB]

Canal Multimodo Monomodo

850 [nm] 1300 [nm] 1310 [nm] 1550 [nm]

OF-300 2,55 1,95 1,80 1,80

OF-500 3,25 2,25 2,00 2,00

OF-2000 8,50 4,50 3,50 3,50


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Designación de las Fibras Ópticas en TIA-568 Este estándar es aplicable a los componentes de cableado de fibra óptica para las instalaciones. En él, se especifican los requisitos para los componentes, como cables, conectores, hardware de conexión y cables de conexión. Es desarrollado por ANSI / TIA / EIA. ANSI / TIA / EIA El Instituto Nacional Americano de Estandarización, ANSI, está dedicado a la estandarización voluntaria

del sector privado de los Estados Unidos. En conjunto con el ANSI nos encontramos con la Asociación de la Industria Electrónica EIA, que fue fundada en el año 1924 y desarrolla normas y publicaciones sobre las principales áreas técnicas: Componentes electrónicos, electrónica del consumidor, información electrónica, y telecomunicaciones. Junto con las dos organizaciones anteriores, tenemos a la Asociación de la Industria de Telecomunicaciones, TIA, que fue fundada el año 1985 posteriormente al rompimiento del monopolio de la compañía AT&T en los Estados Unidos. La TIA desarrolla estándares de cableado industrial voluntario para muchos productos de telecomunicaciones y tiene en la actualidad más de 70 estándares que están preestablecidas. La relevancia que toma la TIA es que particularmente más allá de lo que hoy opera en el sector privado de los Estados Unidos, la influencia de las empresas norteamericanas en territorio


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latinoamericano hace que los instaladores de sistemas de cableado estructurado y fibra óptica llevan a citar estos estándares como los principales para utilizarse dentro de los procesos para la evaluación final de la certificación de las redes y para la evaluación de los ITO (inspectores técnicos de obra). Elaboran los principales estándares que son utilizados en estados unidos y que son de sometimiento voluntario. Como son estándares no hablamos en estos casos de una norma o un código lo cual sería obligatorio. Y por lo demás esto está desarrollado sólo para el sector privado de los Estados Unidos pero en el caso latinoamericano son tomados como estándares referenciales y son aplicados por solicitud de los clientes o muchas veces aplicados por recomendación de ingenieros te diseño o técnicos especializados que toman como referencia estos estándares para garantizar el cumplimiento de la calidad Y operación de la redes. La asociación de la industria de telecomunicaciones representa a la parte de telecomunicaciones de la industria nacional de estandarización americana, Y su trabajo principal es crear la topología universal del cableado estructurado para soportar voz, datos, y video en entornos comerciales, de campus y residenciales. Está conformada por fabricantes y profesionales de la industria que desarrollan y votan por los estándares y sus actualizaciones. Esto es el denominado comité de ingeniería TR-42, quien elabora y mantiene los estándares de telecomunicaciones de aplicación voluntaria para fines de infraestructura de cableado. El estándar para fibra óptica es el TIA-568, e indica los requerimientos mínimos para componentes de fibra óptica que son utilizados en el cableado en ambientes edificio vale decir cables, conectores, hardware de conexión, patch cords, e instrumentos de prueba. El estándar también establece los tipos de fibra óptica reconocidos, y se especifican anchos de banda y coeficiente de atenuación en definidas longitudes de onda.


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Coeficientes de atenuación y ancho de banda Multimodo

Tipo de Cable de Fibra Optica


Máxima Atenuación

[dB/km]

Ancho de banda modal mínimo

saturado [MHz x km]

Mínimo de ancho de banda

efectivo por longitud

[MHz x km]

Optimizada por Laser Multimodo 850 nm 50/125 µm TIA 492AAAC (OM3)

850 3,0 1500 2000

1300 1,5 500 No requerido

Optimizada por Laser Multimodo 850 nm 50/125 µm TIA 492AAAD (OM4)

850 3,0 3500 4700


Optimizada por Laser de Banda Ancha Multimodo 50/125 µm TIA 492AAAE (OM5)

850 3,0 3500 4700

953 2,3 1850 2470



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El último estándar2 ha añadido especificaciones para la fibra multimodo de banda ancha la cual será denominada OM5 y ha descrito que el uso de cables OM1, OM2 y OS1 ya no son recomendados y por lo tanto han quedado como obsoletos. La atenuación máxima permisible de las fibras OM3 y OM4 a 850 nm se ha reducido a 3.0 dB/km. Coeficientes de atenuación y ancho de banda Monomodo

Tipo de Cable de Fibra Optica


Máxima Atenuación

[dB/km]

Ancho de banda modal mínimo

saturado [MHz x km]

Mínimo de ancho de banda

efectivo por longitud

[MHz x km]

Monomodo Interior / Exterior TIA 492CAAB (OS2)

1310 0,5 N/A N/A

1383 0,5 N/A N/A

Monomodo Planta Interna TIA 492CAAB (OS2)

1550 0,5 N/A N/A

1310 1,0 N/A N/A

1383 1,0 N/A N/A

Monomodo Planta Externa TIA 492CAAB (OS2)

1550 1,0 N/A N/A

1310 0,4 N/A N/A

1550 0,4 N/A N/A

2 Estándar TIA 568 3-D: Versión publicada en Agosto del año 2016.


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La atenuación máxima permisible de la fibra clasificada como OS2 para planta externa se ha reducido a 0,4 [dB] por kilómetro. El rendimiento del conector multimodo ya no está especificado para 1300 nm. La durabilidad mínima para todas las conexiones de red está especificada en 500 ciclos de acoplamiento. Y además uno de los aspectos más relevantes es que ha sido agregado a este estándar los métodos de certificación que antes se encontraban en el estándar en la versión C.03, completamente separados del estándar de fibra óptica, por lo que hoy nos encontramos con un estándar de fibra óptica de cableado y componentes mucho más completo. Dentro de los estándares comunes nos encontramos con estándares para cablear genérico de telecomunicaciones para sitios de clientes, trayectorias de telecomunicaciones, norma de administración para telecomunicaciones, conexión puesta tierra de telecomunicaciones para sitios de clientes, norma de infraestructura de telecomunicaciones de plantas exteriores de propiedad del cliente, Y norma de cableado de sistemas de automatización de edificios comerciales. Todos ellos en general determina las directrices para realizar una correcta instalación Y por lo tanto se requiere también tener claridad de cuáles son los tipos de edificio por lo que pasaremos a los estándares clasificados como premises: aquí tenemos estándar cableado de telecomunicaciones para edificios comerciales, infraestructura de telecomunicaciones residenciales, infraestructura de telecomunicaciones para centros de datos, esa estructura para telecomunicaciones de sitios industriales, infraestructura de telecomunicaciones de hospitales. Lo que define finalmente a lo que se debe incorporar en el interior de los edificios está definido dentro de los estándares de componente. Aquí nos encontramos con el estándar de componentes de telecomunicaciones para par trenzado balanceado, Y la que nos convoca, el estándar de componentes de cableado de fibra óptica. Dentro del estándar vigente, Nos encontramos con los radios de curvatura permitidos. Sin carga detracción, cuando el cable definirá óptica posee cuatro o menos filamentos que están destinados al subsistema de cableado deberán

3 Estándar TIA 568 C.0:


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soportar un radio de curvatura mínimo de 25 mm cuando no están sometidos a carga de tracción, Vale decir, cuando estamos en proceso mi Instalación de la fibra óptica. Cuando tenemos estos mismos cables que poseen cuatro o menos filamentos destinados hacer instalados en distintos trayectos durante la instalación deben soportar un radio de curvatura mínimo de 50 mm cuando éstos encuentran bajo una carga de tracción que está definido en 220 N. Cuando tenemos un cable para planta interna que tiene mayor cantidad de filamentos, deben soportar un rayo mínimo de curvatura de 10 veces el diámetro exterior del cable O menos cuando estos no están sujetos a carga detracción. Esto significa que ya están instalados. Cuando estamos bajo carga de tracción, vale decir, que estamos en proceso de instalación, el Radio de curvatura es 20 veces el diámetro exterior del cable O menos cuando están sujetos a carga de tracción hasta el límite nominal del cable.


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Designación de las Fibras Ópticas en la UIT-T La UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) es el organismo especializado de las Naciones Unidas en el campo de las telecomunicaciones. El UIT-T (Sector de Normalización de las Telecomunicaciones de la UIT) es un órgano permanente de la UIT. Este órgano estudia los aspectos técnicos, de explotación y tarifarios y publica Recomendaciones sobre los mismos, con miras a la normalización de las telecomunicaciones en el plano mundial.

La Asamblea Mundial de Normalización de las Telecomunicaciones (AMNT), que se celebra cada cuatro años, establece los temas que han de estudiar las Comisiones de Estudio del UIT-T, que a su vez producen Recomendaciones sobre dichos temas. La aprobación de Recomendaciones por los Miembros del UIT-T es el objeto del procedimiento establecido en la Resolución 1 de la AMNT. En ciertos sectores de la tecnología de la información que corresponden a la esfera de competencia del UIT-T, se preparan las normas necesarias en colaboración con la ISO y la CEI. La Unión Internacional de Telecomunicaciones define a través de sus recomendaciones G.650 a G.657 las características de la Fibra Óptica que se utilizan actualmente para aplicaciones en instalaciones, metro, aéreas, submarinas y de larga distancia. La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T), que es un organismo de normalización global para los sistemas y proveedores de telecomunicaciones, ha estandarizado varios tipos de fibra. Estos incluyen la fibra de índice graduado de 50/125 m


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(G.651), la fibra no desplazada por dispersión (G.652), la fibra desplazada por dispersión (G.653), la fibra minimizada por pérdida de 1550 nm (G.654), y NZDSF (G.655).

Recomendaciones G.650-G.657 de UIT-T Recomendación Nombre de la Recomendación UIT-T

G.650 Definición y métodos de prueba de los parámetros pertinentes de las fibras monomodo

G.651.1 Características de los cables de fibra óptica multimodo de índice gradual de 50/125 µm para la red de acceso óptico

G.652 Características de las fibras y cables ópticos monomodo

G.653 Características de los cables y fibras ópticas monomodo con dispersión desplazada

G.654 Características de los cables de fibra óptica monomodo con corte desplazado

G.655 Características de fibras y cables ópticos monomodo con dispersión desplazada no nula

G.656 Características de las fibras y cables con dispersión no nula para el transporte óptico de banda ancha

G.657 Características de las fibras y cables ópticos monomodo insensibles a la pérdida por flexión

Los estándares, establecen 3 atributos en sus recomendaciones:

• Los atributos de la fibra son aquellos que se mantienen en el cableado y la instalación;

• Los atributos del cable, que son los recomendados para el suministro del cable;


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• Los atributos de enlace, que son las características de cables concatenados, y que describen los métodos de estimación de los parámetros de las interfaces del sistema basadas en medidas, modelado u otras consideraciones.

El que cambia el “atributo de enlace”, es el G.657, que lo lleva al concepto de “Esperanza de Vida”, en caso de almacenamiento de fibras monomodo a radios reducidos, donde se considera el nivel de tensión de prueba al elaborar la fibra y la resistencia intrínseca de la fibra. Atributos de la Fibra En los atributos de la fibra, sólo se recomiendan las características de la fibra que proporcionan una mínima estructura de diseño esencial para la fabricación de fibras. Las características recomendadas se aplican igualmente a las fibras individuales, a las fibras que se encuentren en una bobina y a las fibras en cables instalados:

• Diámetro del campo modal

• Diámetro del revestimiento

• Error de concentricidad del núcleo

• No circularidad

• Longitud de onda de corte

• Pérdida por macroflexiones

• Propiedades materiales de la fibra

• Perfil del índice de refracción

• Uniformidad longitudinal de la dispersión cromática

• Coeficiente de dispersión cromática


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Atributos del Cable En los atributos del cable, se presentan recomendaciones principalmente relativas a las características de transmisión de cables de fibra óptica según los largos de fabricación. Las condiciones ambientales y de prueba son de gran importancia y se describen en las directrices sobre los métodos de prueba:

• Coeficiente de atenuación

• Coeficiente de dispersión por modo de polarización Atributos de Enlace Un enlace concatenado incluye generalmente largos de cable de fibra óptica de fabricación empalmados. Los parámetros de transmisión de enlaces concatenados deben tener en cuenta no sólo el comportamiento de los distintos largos del cable, sino también las estadísticas de la concatenación. Las características de transmisión de los largos de fabricación de cable de fibra óptica tendrán una determinada distribución probabilística que hay que tener en cuenta para conseguir los diseños más económicos. Los atributos del enlace se ven afectados por factores ajenos al propio cable de fibra óptica, tales como los empalmes, los conectores y la instalación. Estos factores no se consideran en los estándares o recomendaciones de la UIT-T puesto que están dirigidos a los fabricantes de filamento, no a los instaladores. Los atrubutos de enlace que considera la recomendación son:

• Atenuación

• Dispersión cromática

• Retardo de grupo diferencial (DGD)

• Coeficiente no lineal


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UIT-T G.651.1 Características de los cables de fibra óptica multimodo de índice gradual de 50/125 µm para la red de acceso óptico

El UIT-T G.651.1 es una fibra multimodo con un diámetro nominal de núcleo de 50 [µm] y un diámetro de revestimiento nominal de 125 [µm] con un índice de refracción graduado. Como aplicación principal, UIT-T G.651.1 recomienda utilizar una fibra multimodo de cuarzo para la red de acceso en entornos específicos. Estos entornos son sub-redes de edificios de múltiples habitantes en los que los servicios de banda ancha deben ser para departamentos individuales. La fibra multimodo recomendada es compatible con el uso rentable de sistemas Ethernet de 1 [Gbps] en

longitudes de enlace de hasta 550 [m], generalmente basadas en el uso de transceptores de 850 [nm]. El tipo de fibra recomendado es una versión mejorada de la conocida fibra multimodo de índice gradual de 50/125 μm como se recomienda en UIT-T G.651. Su uso rentable es muy común en los sistemas de comunicación de datos aplicados en edificios empresariales de todo el mundo durante varios años. Admiten la aplicación en sistemas basados en Ethernet con velocidades de transmisión de hasta 1 Gbit / s, ya sea en 850 nm o en la ventana de longitud de onda de 1300 nm. Para los sistemas de 1 Gbit / s, la longitud del enlace es de 550 m tanto a 850 nm (1000BASE-SX) como a 1300 nm (1000BASE-LX). Los requisitos de ancho de banda modal que admite una transmisión de 10 [Gbps] a 850 [nm] (10GBASE-SX), satisface los requisitos de esta Recomendación porque esta fibra óptica tiene un mayor ancho de banda. Se


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pueden admitir longitudes de enlace más largas de hasta 1000 o 2000 [m] en cualquiera de las dos o en ambas regiones de longitud de onda si el cliente y el fabricante acuerdan valores de atributos mejorados, en particular el ancho de banda modal.


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UIT-T G.652 Características de las fibras y cables ópticos monomodo

La fibra ITU-T G.652 también se conoce como monomodo estándar y es la fibra más comúnmente implementada. Esta fibra tiene una estructura de salto de índice y está optimizada para operar en la banda de 1310 [nm]. Tiene una longitud de onda de dispersión cero a 1310 [nm] y también puede operar en la banda de 1550 [nm]. Para la subcategoría G.652.D, los parámetros de dispersión cromática indicados se especifican para vincular los valores de dispersión cromática de 1260 nm a 1625 nm. Esto permite un diseño del sistema más preciso en el que se incorporan esquemas de compensación de dispersión.

Cuando se especifican los parámetros del coeficiente de dispersión cromática de las fibras G.652.D solo por los coeficientes de Sellmeier de tres términos en la región de 1310 [nm], el coeficiente de dispersión puede no ser lo suficientemente exacto cuando se extrapola a la región de 1550 [nm]. Para unir los coeficientes de las fibras G.652.D, se combina el primer retardo de 1260 [nm] a 1460 [nm] y el ajuste lineal en la dispersión cromática (es decir, la primera derivada del ajuste cuadrático en el retardo de grupo) de 1460 [nm] a 1625 [nm] es apropiado. La Recomendación UIT-T G.652 describe los atributos geométricos, mecánicos y de transmisión de un cable y fibra óptica monomodo que tiene una longitud de onda de dispersión cero de alrededor de 1310 nm. La fibra UIT-T G.652 se optimizó originalmente para su uso en la región de longitud de onda de 1310 nm, pero también se puede usar en la región de 1550 nm. Las fibras clasificadas como G.652.A, G.652.B, y G.652.C se pueden usar para


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sistemas con requisitos de dispersión de modo de polarización (PMD) menos estrictos, por ejemplo, sistemas con longitudes de enlace cortas o con alta tolerancia a PMD. Las fibras monomodo estándar heredados del estándar ITU-T G.652 antiguamente no estaban optimizadas para aplicaciones WDM debido a la alta atenuación alrededor de la región del peak de agua. A partir de las fibras que cumplen con ITU G.652.C ofrecen una atenuación extremadamente baja alrededor de los peaks de OH-. La fibra G.652.D hoy está optimizada para redes donde la transmisión ocurre en un amplio rango de longitudes de onda de 1285 nm a 1625 nm.


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UIT-T G.653 Características de los cables y fibras ópticas monomodo con dispersión desplazada

La Recomendación UIT-T G.653 describe los atributos geométricos, mecánicos y de transmisión de un cable y fibra óptica monomodo con longitud de onda de dispersión cero desplazada en la región de longitud de onda de 1550 [nm]. Esta Recomendación describe la fibra óptica monomodo con dispersión desplazada que tiene una longitud de onda nominal de dispersión cero cercana a 1550 [nm] y un coeficiente de dispersión que aumenta monótonamente con la longitud de onda. Esta fibra está optimizada para su uso en la región de 1550 nm, pero también puede usarse a

alrededor de 1310 nm sujeto a las restricciones. Algunas disposiciones están hechas para soportar la transmisión a longitudes de onda más altas hasta 1625 [nm] y longitudes de onda más bajas hasta 1460 [nm]. Los valores del coeficiente de dispersión cromática en estas longitudes de onda se pueden especificar para admitir sistemas de multiplexación por división de longitud de onda ligera (CWDM) que no tienen un deterioro significativo debido a los efectos no lineales, presentados por la multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM). La tendencia de cambiar la longitud de onda de transmisión operativa de 1310 nm a 1550 nm inició el desarrollo de un tipo de fibra llamada fibra de dispersión desplazada (DSF). La DSF muestra un valor de dispersión cero alrededor de la longitud de onda de 1550 nm donde la atenuación es mínima. La DSF está optimizados para operar en la región entre 1500 y 1600 nm. Sin embargo, con la introducción de los sistemas WDM, los canales


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asignados cerca de 1550 nm en la DSF se ven gravemente afectados por el ruido inducido como resultado de los efectos no lineales causados por FWM. Esto inició el desarrollo de NZDSF. La fibra G.653 rara vez se implementa y fue sustituida por la fibra del tipo G.655.


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UIT-T G.654 Características de los cables de fibra óptica monomodo con corte desplazado

La Recomendación UIT-T G.654 describe los atributos geométricos, mecánicos y de transmisión de un cable y fibra óptica monomodo que tiene la longitud de onda de dispersión cero en la longitud de onda de 1300 [nm], y que minimiza la pérdida y su longitud de onda de corte se cambia alrededor de la región de longitud de onda de 1550 [nm]. La fibra de categoría G.654E mejora significativamente las características de la relación de señal óptica a ruido (OSNR) para admitir 100 [Gbps] y más. La fibra ITU-T G.654 está optimizada para funcionar en la región de 1530 [nm] a 1625 [nm]. Se

logra una baja pérdida utilizando un núcleo de sílice puro. Las fibras UIT-T G.654 pueden manejar niveles de potencia más altos y tener un área central más grande. Estas fibras tienen una alta dispersión cromática a 1550 nm. Esta Recomendación describe la fibra óptica monomodo, que tiene una longitud de onda de dispersión cero de alrededor de 1300 [nm], que se minimiza con las pérdidas y su longitud de onda de corte se desplaza a una longitud de onda de alrededor de 1550 [nm], estando optimizada para su uso en la región de 1530 [nm] a 1625 [nm]. Esta fibra desplazada de corte de pérdida muy baja (CSF, cut-off shifted fibre) se puede utilizar para aplicaciones de transmisión digital de larga distancia, como sistemas de línea terrestre de larga distancia y sistemas de cable submarino que utilizan amplificadores ópticos. Algunas disposiciones del estándar están hechos


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para que la fibra soporte la transmisión en longitudes de onda más altas, hasta 1625 nm.


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UIT-T G.655 Características de fibras y cables ópticos monomodo con dispersión desplazada no nula

Esta Recomendación describe los atributos geométricos, mecánicos y de transmisión de una fibra óptica monomodo que tiene el valor absoluto del coeficiente de dispersión cromática mayor que algún valor distinto de cero en todo el rango de longitud de onda de 1530 [nm] a 1565 [nm]. Esta dispersión reduce el crecimiento de efectos no lineales que son particularmente perjudiciales en los sistemas de multiplexación por división de longitud de onda densa. Las últimas categorías de la recomendación, limitan el coeficiente de dispersión cromática

para el rango de 1460 [nm] a 1625 [nm]. Si bien la dispersión puede cambiar de signo en longitudes de onda inferiores a 1530 [nm], la inclusión de estas longitudes de onda inferiores está destinada a proporcionar información para respaldar las aplicaciones de multiplexación por división de longitud de onda densa que no tienen degradaciones no lineales significativas, en canales de 1471 [nm] y superiores. Esta Recomendación describe una fibra monomodo con un coeficiente de dispersión cromática (valor absoluto) que es mayor que algún valor distinto de cero en todas las longitudes de onda superiores a 1530 nm. Esta dispersión reduce el crecimiento de efectos no lineales que pueden ser particularmente perjudiciales en los sistemas de multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM). En longitudes de onda más bajas, el coeficiente de dispersión puede cruzarse a cero, pero los valores del coeficiente de dispersión cromática en estas longitudes de onda pueden especificarse para


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soportar sistemas de multiplexación por división de longitud de onda densa que no tienen impedimentos significativos debido a efectos no lineales. Estas fibras se diseñaron originalmente para su uso en longitudes de onda en una región prescrita entre 1530 [nm] y 1565 [nm]. Se han tomado medidas para admitir la transmisión en longitudes de onda más altas de hasta 1625 [nm] y longitudes de onda más bajas hasta 1460 [nm]. El uso de fibra de dispersión desplazada distinta de cero (NZDSF Non-zero dispersion-shifted fiber) puede mitigar las características no lineales. La fibra NZDSF supera los efectos no lineales al mover la longitud de onda de dispersión cero fuera de la ventana operativa de 1550 [nm]. El efecto práctico de esto es tener una pequeña pero limitada cantidad de dispersión cromática a 1550 [nm], lo que minimiza los efectos no lineales, como FWM (Four Wave Mixing), SPM (Self- Phase Modulation) y XPM, que se observan en los sistemas multiplexados por división de longitud de onda densa sin la necesidad de una compensación de dispersión cromática costosa. El FWM o mezcla de cuatro ondas, es un fenómeno generado cuando se propagan varias ondas a frecuencias ω1, ω2, ω3,..., ωn, por un mismo filamento de fibra óptica. La mezcla de cuatro ondas se produce de forma general cuando tres portadoras de frecuencias distintas ωi, ωj y ωk, con potencias Pi, Pj y Pk, interaccionan en el interior de la fibra para generar una cuarta onda. Esta cuarta onda se origina por la dependencia entre el índice de refracción de la fibra y la intensidad de la señal, relación que genera la aparición de nuevos pulsos de señal con nuevas frecuencias o longitudes de onda. La generación de nuevos pulsos por efecto FWM, se deben considerar en sistema WDM, puesto que pueden producir degradaciones en los canales de la trasmisión. La consideración de este efecto es importante cuanto más próximos estén los canales del sistema WDM, por lo tanto se debe analizar la relación espaciamiento entre canales y generación de pulsos por FWM para evitar diafonías. Para entender el SPM y XPM hay que observar que el origen de los efectos no lineales está en la dependencia del índice de refracción del núcleo de la fibra óptica con la intensidad de los pulsos transmitidos. Este efecto se conoce como efecto Kerr Óptico, el que establece que el índice de refracción tiene dependencia de la frecuencia central del pulso transmitido, del índice de refracción lineal, del índice de refracción no lineal, y de la intensidad de los


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pulsos transmitidos. Como consecuencia del efecto Kerr óptico, un pulso con potencia P(t) que se propaga a través de una fibra óptica de longitud L ensancha su espectro una cantidad Δω, y que da origen a un valor γ que es el llamado “coeficiente no lineal”. SPM se produce porque el índice de refracción no lineal induce un desplazamiento de fase que es proporcional a la intensidad del pulso. Es por esto que las diferentes partes del pulso se ven sometidas a diferentes cambios de fase, lo que da lugar a que se produzca un “chirp” en el pulso, lo que también modificará los efectos de la dispersión cromática. Este efecto es proporcional a la intensidad de la señal de transmisión; es por esto que los efectos del SPM son más pronunciados en los sistemas que utilizan altas potencias de transmisión. El efecto de SPM es el ensanchamiento del pulso. XPM se genera cuando dos o más canales ópticos son transmitidos simultáneamente a través de la fibra óptica cuando se usa técnicas de WDM, debido a que el índice de refracción efectivo para una onda incidente, no solo depende de la intensidad de esa onda, sino también de la intensidad de cualquier otra onda que se copropague a través del canal debido a la interacción entre ellas. Cuando dos o más señales se propagan simultáneamente, el impacto de XPM es similar a SPM provocando ensanchamiento del canal. Hay dos familias de fibras llamadas dispersión no nula (NZD + y NZD–), en las que el valor de dispersión cero cae antes y después de la longitud de onda de 1550 nm, respectivamente.


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UIT.T G.656 Características de las fibras y cables con dispersión no nula para el transporte óptico de banda ancha

La Recomendación UIT-T G.656 describe los atributos geométricos, mecánicos y de transmisión de una fibra óptica monomodo que tiene el valor positivo del coeficiente de dispersión cromática mayor que algún valor distinto de cero en todo el rango de longitud de onda de uso previsto 1460-1625 [nm]. Esta dispersión reduce el crecimiento de efectos no lineales que son particularmente perjudiciales en los sistemas de multiplexación por división de longitud de onda densa. Esta fibra se puede utilizar para los sistemas CWDM y DWDM en toda la región de longitud de onda entre 1460 y 1625 [nm].

Esta Recomendación describe una fibra monomodo con dispersión cromática que es mayor que algún valor distinto de cero en todo el rango de longitud de onda de 1460-1625 [nm]. Esta dispersión reduce el crecimiento de efectos no lineales que pueden ser particularmente perjudiciales en los sistemas DWDM. Esta fibra utiliza una dispersión no nula para reducir la mezcla de cuatro ondas FWM y la modulación de fase cruzada XPM en un rango de longitud de onda más amplio que la fibra descrita en G.655. Las extensiones son posibles, en el futuro, para longitudes de onda más allá de la región de 1460-1625 [nm]. Esta fibra se puede utilizar para los sistemas CWDM y DWDM en toda la región de transmisión de longitud de onda extendida entre 1460 y 1625 [nm].


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UIT-T G.657 Características de las fibras y cables ópticos monomodo insensibles a la pérdida por flexión para la red de acceso

En todo el mundo, las tecnologías para la red de transporte general y las redes de acceso de banda ancha están avanzando rápidamente. Entre estos, la tecnología de fibra monomodo proporciona un medio de transmisión de alta capacidad que puede responder a la creciente demanda de servicios de banda ancha y alta velocidad. La experiencia con la instalación y operación de redes de cable y fibra monomodo es enorme y la Recomendación UIT-T G.652, que describe sus características, se ha adaptado a esta experiencia. Sin embargo, el uso específico en una red de acceso

óptico impone diferentes exigencias a la fibra y al cable, lo que afecta sus características de rendimiento óptimo. Las diferencias con respecto al uso en la red de transporte general se deben principalmente a la red de alta densidad de distribución y acometida de cables en la red de acceso. El espacio limitado y la manipulación excesiva requieren un rendimiento de la fibra con baja sensibilidad a la flexión. Ciertas áreas de la red de transporte general se pueden describir como espacio limitado, donde el cableado optimizado para la flexión puede ser ventajoso. El objetivo de la fibra G.657 es desarrollar una fibra con rendimiento de flexión fuertemente mejorado en comparación con la fibra y los cables monomodo del tipo G.652 existentes. Esto se hace por medio de dos categorías de fibras monomodo, una de las cuales, la categoría A, es totalmente compatible con las fibras monomodo G.652 y puede


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implementarse en toda la red de transporte general, así como el acceso red. La otra, la categoría B, no cumple necesariamente con la G.652, pero es capaz de valores bajos de pérdidas de macrocurvaturas con radios de curvatura muy bajos y está diseñada para su aplicación en la red de acceso dentro de edificios o cerca de edificios, por ejemplo, el cableado vertical de un exterior de edificio. Estas fibras de la categoría B son compatibles con las fibras G.657.A y G.652.D en las redes de acceso. Las fibras de la categoría A están optimizadas para reducir la pérdida de macrocurvaturas en comparación con las fibras G.652.D y pueden implementarse en toda la red de acceso. Estas fibras son adecuadas para su uso en la banda O, E, S, C y L (rango de 1260 nm a 1625 nm). Las fibras y los requisitos en esta categoría son un subconjunto de G.652.D y, por lo tanto, cumplen con las fibras G.652.D y tienen las mismas propiedades de transmisión e interconexión. Por lo tanto, las fibras G.657.A se pueden usar para todas las redes donde se especifican las fibras G.652.D.

• Las subcategorías de fibras G.657.A1 son apropiadas para un radio de diseño mínimo de 10 mm.

• Las subcategorías de fibras G.657.A2 son apropiadas para un radio de diseño mínimo de 7.5 mm.

Las fibras de categoría B están optimizadas para reducir aún más las pérdidas de macrocurvaturas y, por lo tanto, pueden usarse a valores muy bajos de radio de curvatura. Estas fibras están diseñadas para distancias de corto alcance (menos de 1000 m) al final de las redes de acceso, en particular dentro de edificios o cerca de edificios, por ejemplo, fuera del cableado vertical del edificio. La longitud de la aplicación de la fibra G.657.B depende de la estrategia de despliegue de cada operador de red. Estas fibras son adecuadas para su uso en la banda O, E, S, C y L (1260 nm a 1 625 nm). Las fibras de la Categoría B no son necesariamente compatibles con UIT-T G.652.D en términos de coeficiente de dispersión cromática y especificaciones de dispersión en modo de polarización (PMD). Estas fibras, sin embargo, son compatibles con las fibras G.657.A t G.652.D en las redes de acceso.

• Las subcategorías de fibras G.657.B2 son apropiadas para un radio de diseño mínimo de 7.5 mm.


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• Las subcategorías de fibras G.657.B3 son apropiadas para un radio de diseño mínimo de 5 mm.

causas de la atenuación en fibra Óptica · 2020. 5. 18. · manual para el curso: redes y enlaces...

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