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Introducción a las Fibras
Opticas para Comunicaciones
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Programa
Fibras ópticas para comunicaciones:
conceptos teóricos y propiedades
 Conceptos teóricos generales
 Fibras multimodo y monomodo
 Cables con fibras ópticas: tipos y
aplicaciones

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Programa
Elementos pasivos
 Manipuleo de fibras ópticas
 Uso de herramientas
 Conectorizaciones en campo
 Empalmes mecánicos
 Verificación de conectores
 Ubicación en unidades de distribución

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Programa
Técnicas de medición
 Cálculos de atenuación
 Certificación de instalaciones
 Preparación de informes

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Programa
Video: Fabricación de fibras ópticas
(Corning Glass)
 Video: Armado de conectores
 Video: Uso de herramientas (Clauss)
 Video: Interferometría
 Presentación: medición con
refractómetro

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Fibras ópticas - Historia
Charles Kao - ITT Labs, Harlow,
Inglaterra - 1966
 Mensajes a alta velocidad por filamento
de vidrio

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Fibras ópticas - Historia
Desarrollar un tipo de vidrio lo
suficientemente puro
 1 % de la luz fuese retenido luego de 1
km de recorrido
 longitud de los tramos de cobre sin
repetidores en esa época
 1% de luz remanente equivale a 20
dB/km.

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Fibras ópticas - Historia
1970
 científicos de Corning (Drs. Robert
Maurer, Donald Keck y Peter Schultz)
 menos de 20 dB/km en una fibra óptica
de vidrio muy puro.

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Niveles de atenuación
1966
1995
3000 dB/km 0.20 dB/km
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ATENUACION vs. LONGITUD DE ONDA
Fibras ópticas


Formadas por un filamento de vidrio de elevada
pureza.
Poseen un núcleo por el que se transmiten haces de
luz con longitudes de onda perfectamente
establecidas.
 850 nm
 1300 nm
 1550 nm


nm = nanómetro = 0.000000001 metros.
color rojo = 700 nm , infrarrojo = 900 nm.
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Ventajas de las fibras ópticas
Alta calidad de transmisión.
 Mayor capacidad para el transporte de
información.
 Atenuación mucho menor que en medios de
transmisón basados en cobre.

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Ventajas de las fibras ópticas
Bajo peso y tamaño reducido.
 Es dieléctrica.
 Inmunidad a las interferencias
electromagnéticas (EMI) y de
radiofrecuencia (RFI).

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Ventajas de las fibras ópticas
Facilidad de instalación
 Escaso mantenimiento y elevada
confiabilidad
 Simplicidad en las actualizaciones y
mejoras
 Se pueden usar varias longitudes de onda
(WDM).

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Ventajas de las fibras ópticas
Los costos de instalación tienden a
reducirse.
 Hay menos componentes activos presentes.
 Ausencia de corrosión.
 Alta seguridad. Es virtualemente imposible
introducirse en un sistema de fibra óptica
sin ser detectado.

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Tipos de fibras ópticas
Multimodo con índice escalonado.
 Multimodo con índice gradual.
 Monomodo con índice escalonado.
 Monomodo con dispersión desplazada.
 Monomodo con dispersión aplanada.

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Qué es un modo ?



Un modo puede ser pensado como un patrón
de ondulaciones fijas que se forman en la
sección transversal de la fibra.
Si hay varios medios ciclos de tales
ondulaciones, continuos a lo largo del
diámetro del núcleo de la fibra, la fibra está
operando como una fibra multimodo.
Si hay sólo un medio ciclo, está operando
como monomodo.
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Multimodo
Multimodo
Monomodo
Primeras instalaciones
Primer sistema comercial: ITT, 1977,
industria telefónica, multimodo.
 Primera instalación monomodo: MCI
para sistema larga distancia en 1983
 Fines de los 80’s : reemplaza casi
totalmente al cobre en las
comunicaciones telefónicas de larga
distancia.

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Parámetros

Atenuación de la transmisión
 reducción
de su intensidad a lo largo de un
tramo (absorción, difusión, flexiones - < 50
mm - y microflexiones).
 Se mide en decibeles por km [dB/km].
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Parámetros

Dispersión
 Diseminación
de los pulsos de luz a lo
largo del segmento de transmisión.
 Un pulso de luz LASER o LED consiste de
un rango de longitudes de onda
 Cada longitud de onda viaja a una
velocidad diferente en el vidrio
 Se mide en incrementos de ancho de
pulso de la unidad de espectro por unidad
de longitud [ps/nm.km]
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Atenuación y dispersión
.
+
.
+
.
.
.
+ .
. . .
+ ...
+
.
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+
.
.
.
Parámetros

Diámetro del campo modal
 En
las fibras ópticas monomodo la luz es
más intensa en el núcleo pero algo de luz
se propaga en la zona del cladding.
 El diámero del campo modal es la medida
del círculo de luz completo

Longitud de onda de corte
 Es
la longitud de onda por encima de la
cual una fibra óptica monomodo soporta
sólo un modo, o rayo, de luz.
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Parámetros

Apertura numérica
 Factor
que define el grado de exactitud y
eficiencia con el cual se debe encauzar un
haz de luz dentro de una fibra óptica.
n0
qa
q1
qc
C
n1
n2
CLADDING
NUCLEO
A
B
n2
n0senqa  n1 sen q1
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Apertura numérica

Por ejemplo si tenemos una fibra con
= 1.45 y 1% de entre índices de
refracción, NA=0.21 radianes ó 12°.
NA  qa  n12  n22  n1 2
n1  n2

n1
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Parámetros

Diámetro del campo modal
– Factor que tiene en cuenta la penetración del
campo modal dentro del cladding.
– Permite mejores mediciones de las
propiedades funcionales de la fibra que el
diámetro del núcleo.
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PERDIDA DE HACES DE LUZ POR MACROFLEXIONES
PERDIDA DE HACES DE LUZ POR MICROFLEXIONES Y FALLAS
Tamaño de las fibras ópticas
Fibra monomodo - diámetro de núcleo
de 8-10 µm.
 Fibra multimodo - diámetro de núcleo
de 50 a 100 µm.
 Diámetro externo (ambos tipos) de 124
a 126 µm.

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Fibras ópticas comerciales más
usuales
Multimodo FDDI Standard. 62.5/125
µm.
 Multimodo 50/125 µm.
 Multimodo 100/140 µm.
 Monomodo 8.7/125 µm.

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Fibras ópticas comerciales

Multimodo FDDI Standard. 62.5/125
µm.


Se la utiliza mucho en redes de área local para
especificaciones FDDI, FOIRL y Token-Ring. Las
distancias usuales de aplicación rondan entre 1 y
4 km.
Diámetro del núcleo=62.5 µm, diámetro de la fibra
de vidrio o "cladding"=125 µm. Sobre la fibra suele
aparecer una cubierta acrílica protectora de 250
µm.
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Fibras ópticas comerciales

Multimodo 50/125 µm.



Fibra multimodo de alta performance, con menor
atenuación y mayor ancho de banda que la
anterior.
Se la suele utilizar para distribución de video y
distancias moderadas.
Su costo es menor que la 62.5/125 µm.
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Fibras ópticas comerciales

Multimodo 100/140 µm.



Fibra de baja performance, con mayor atenuación
y menor ancho de banda que las anteriores.
Se la suele utilizar para capturar más luz de
fuentes lumínicas de bajo costo. Bastante usada
en dispositivos de automatización industrial.
Su costo es de alrededor del doble de la 62.5/125
µm.
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Fibras ópticas comerciales

Monomodo 8.7/125 µm.




Es la fibra óptima de mejor performance.
Es utilizada en grandes distancias (decenas de km) para
telefonía y televisión por cable.
En redes de área local/metropolitana se la utiliza cuando se
desea recorrer grandes distancias sin elementos repetidores
intermedios.
Debido a que posee un núcleo muy reducido requiere
fuentes de luz capaces de alinear el haz con el eje del
núcleo. Esas fuentes de luz (fuentes laser en general) son
más costosas que las utilizadas con las fibras multimodo
(fuentes basadas en diodos emisores de alta potencia).
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Fibras ópticas comerciales

Matched-clad
 Es
la que se obtiene con el proceso OVD y
es reconocida por su consistencia.
 Este factor es muy importante cuando es
necesario empalmar fibras con fibras
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Fibras ópticas comerciales

Depressed-Clad
 Es
la que se obtiene con el proceso IVD o
MCVD.
 Existe una zona de transición "deprimida"
entre el valor del índice de refracción del
núcleo y el del cladding.
 Más concentración de dopantes
 Pueden dar lugar a mayores atenuaciones.
 No son tan consistentes como las
anteriores
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Fibras ópticas en los cables

Cables
 con
fibras ópticas monomodo
– standard (0.35 dB/km)
– dispersión desplazada (0.25 dB/km)
– dispersión aplanada (0.30 dB/km)
– etc.
 con
fibras ópticas multimodo
– FDDI / FOIRL standard 62.5/125 µm (3
dB/km)
– de alto rendimiento 50/125 µm (2 dB/km)
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Selección del tipo de fibra óptica



Longitud de onda, potencia, NA, tipo de fibra
óptica.
Longitud de tramo entre equipos electroópticos de emisión y recepción.
De acuerdo al tipo de fibra a utilizar, se
calcula la atenuación prevista para cada
tramo y se verifica que esté dentro de los
valores de atenuación admisibles.
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Relación mecánica entre las fibras
ópticas y su cable



Grado de concentricidad de la cubierta primaria
Ensayos de resistencia (50, 100, 150, 200 kpsi)
Carga de tracción máxima.







Durante la instalación
Permanente
Carga máxima de aplastamiento.
Esfuerzos máximos de corte.
Supervivencia de las fibras a esfuerzos de tracción
constantes.
Mandriles de doblado.
Temperatura de operación
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Tipos de cables

Cables









para interior
para conductos verticales
para conductos horizontales
para exterior
para ambientes agresivos
aéreos con tensor
aéreos sin tensor
dieléctricos
etc.
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Selección del tipo de cable
Ambiente
 Obra civil
 Tensiones

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Selección del tipo de cable
Flexiones o posibles microfisuras que
puedan aparecer durante la vida útil del
cable.
 La cubierta del cable se eligirá en
función del destino:






.Interior
.Exterior en contacto con el aire.
.Exterior aéreo.
.Exterior subterráneo.
.Mixto.
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Selección del tipo de cable

Cables
 Fibra
óptica + coating
 Pyrocoat
 Recubrimiento primario 250 / 500 µm (no
siempre)
 Recubrimiento secundario 900 µm
 Cubierta protectora primaria + elementos
resistentes
 Cubierta externa + elementos resistentes
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Cables para fibras ópticas

Cables break-out
BUFFER DE 900 µm
(Tight buffer)
RECUBRIMIENTO
PRIMARIO DE
250 ó 500 µm
COBERTURA
BREAK-OUT
FIBRAS DE KEVLAR
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CLADDING+COATING
NUCLEO
Cables para fibras ópticas

Cables break-out (n fibras)
CUBIERTA
EXTERNA
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Cables para fibras ópticas

Cable break-out (n fibras) con malla
MALLA
METALICA O
HILOS DE KEVLAR
CUBEIRTA
EXTERNA
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Cables para fibras ópticas

Cable tight-buffer (n fibras)
CUBIERTA EXTERNA
ELEMENTO RIGIDIZANTE
O DE ACOMPAÑAMIENTO
FIBRA DE KEVLAR
FIBRAS OPTICAS CON
BUFFER DE 900 µm
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Cables para fibras ópticas
FIBRAS OPTICAS
+ COATING

Cable tubo suelto
relleno con gel
CUBIERTA EXTERIOR DE POLIETILENO
ARMADURA DE ACERO CORRUGADO
CINTA CONTRA EL AGUA
COBERTURA INTERIOR DE POLIETILENO
CINTA DE POLIESTER
COMPUESTO CONTRA LA HUMEDAD
TUBO SUELTO RELLENO CON GEL
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ELEMENTO
RESISTENTE
Cables para fibras ópticas

Cables tipo break-out y/o tight-buffer









Para redes de hasta 20/25 km
Para redes troncales con numerosas aperturas
Pocas fibras ópticas por cable (hasta 48/50 fibras)
Dentro de edificios y en ambientes mixtos (dentro/fuera)
En ductos verticales (necesidad de resistencia al peso
propio)
En ductos horizontales (necesidad de una gran flexibilidad,
pequeños mandriles de doblado y diámetros reducidos)
Para mejorar la resistencia a las llamas
Para acceder a puestos de trabajo
Para segmentos y pigtails
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Cables para fibras ópticas

Cables tipo break-out y/o tight-buffer







En ambientes agresivos, en contacto directo con la tierra,
altas/bajas temperaturas (sitios con gran amplitud térmica)
En tendidos aéreos con condiciones climáticas extremas
(-45/+85 °C)
En tendidos aéreos con luces muy extensas
Necesidad de tendidos dieléctricos
Ahorro de obras civiles
Economía en costos de instalación
Fácil de terminar
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Cables para fibras ópticas

Cables tipo tubo suelto rellenos con
gel






Para redes muy extensas (centenas y miles de km)
Para tendidos submarinos
Para atender grandes centros de distribución
Muchas fibras ópticas por cable (+50 fibras)
En ambientes externos
En ductos horizontales extensos
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Cables para fibras ópticas

Cables tipo tubo suelto rellenos con
gel






En ambientes no muy agresivos, en general requieren
mayor protección que los tipo break-out/tight-buffer
Necesitan obras civiles
Altos/medianos costos de instalación
La terminación requiere equipos y mano de obra
especializada
Las fibras ópticas mantienen casi intactas las condiciones
operativas de fábricación (menor flexibilidad)
Mayor control de normas
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Fibra óptica en tubo suelto
Cable sin tensión
Cable elongado
Cable comprimido
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Tipos de conectores

Por su forma de inserción
– ST, FC PC / APC, SC PC / APC - DUPLEX
– MINI-BNC, D4, FDDI, DIN, SMA, Bicónicos,
D4, ESCON, E2000, etc.

Por su forma de retención de la fibra
– Epoxy
– Crimpeado


Con aplastamiento de fibra
Sin aplastamiento de fibra
– Con epoxy pre-incorporado
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Tipos de empalmes

fusión
– masiva
– simple

mecánico
– Contacto
– Succión
– Sellado

acople
– plano
– PC, APC, SPC, UPC
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Conectores y empalmes

Parámetros para evaluar su rendimiento
óptico
Pérdida por inserción(PI): medida de la
capacidad para transmitir el nivel de potencia
óptica en una unión entre fibras, en la
dirección de la transmisión.
 Reflexión o pérdida por retorno(PR): medida
de la potencia óptica reflejada en una unión
entre fibras y guiada por la fibra en dirección
hacia la fuente de luz.

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Conectores y empalmes

Parámetros para evaluar su rendimiento
óptico



PI: Afecta fundamentalmente a las transmisiones
digitales del orden de unidades y decenas de
Mbps (ó Kbps).
PR: Afecta fundamentalmente a las transmisiones
digitales de más de 100 Mbps (sobre todo si hay
amplificadores ópticos) y de 1 ó más Gbps.
PR: Los sistemas de transmisión analógicos en
AM son muy sensibles a este parámetro.
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Pérdida por inserción
x

PI ( dB )  4.343 
 w
x  desplazamiento lateral
w  diametro campo modal
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2
Conectores y empalmes

Parámetros para evaluar su
rendimiento óptico
 PI
< 0.5 dB (0.25dB)
 PR < - 40 dB
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Conectores y empalmes

PI por problemas de alineación y apertura
numérica.
Superficie de referencia
Núcleo No 1
d1
d2
Núcleo No 2
Superficie de referencia
Cladding
N.A.2
N.A.1
Cladding
qc1
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qc2 < qc1
Conectores y empalmes

PI por problemas de excentricidad.
Superficie de referencia
Núcleo No 1
d
x
qc
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Núcleo No 2
Conectores y empalmes

Reducción de PR.
Punta del conector
Cladding
Cladding
qc
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Angulo de la
cara expuesta > 90 ° - qc
qc
Conectores y empalmes

PI por problemas de alineación lateral
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Conectores y empalmes

PI por problemas de alineación lateral
 2 w =8 µm , x < 1 µm para PI <= 0.25 dB
 Valores de Campo modal
– SM std 1310 nm
– SM ds 1310 nm
– SM std 1550 nm
– SM ds 1550 nm
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w=9.3 µm
w=6.5 µm
w=10.5 µm
w=8.1 µm
Conectores y empalmes

PI por problemas de alineación angular
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Conectores y empalmes

PI por problemas de alineación angular
(Caso usual en conectores crimpeados)
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Conectores y empalmes

PI por problemas de separación de caras.
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Conectores

Conectores.
Pulidos PC / SPC
y UPC.
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Conectores

Conectores. Pulido
convexo.
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Pérdidas por inserción
Potencia Transmitida (%)
Pérdida por inserción(dB)
100
0
90
0.46
80
0.97
70
1.55
60
2.22
50
3.01
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Pérdidas acumuladas
Mecanismo de pérdida
Pérdida paramétrica
Pérdida por difracción de Fresnel
Pérdida por mala alineación lateral
Pérdida por separación de extremos
Perdida por mala alineción angular
Total
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Empalme
por Fusión
0.31
------0.19
------------0.5
Pérdida (dB)
Empalme
Conector
Mecánico desmontable
0.31
0.31
0.10
0.34
0.23
0.60
0.10
0.25
0.06
0.20
0.8
1.7
COMPARACION DE TERMINACIONES DE CONECTORES SC A 1300 nm
80
70
60
Cantidad de muestras
PC
50
Super PC
40
Ultra PC
30
20
10
0
30
32.5
35
40
42.5
45
47.5
Pérdida por retorno
50
52.5
55
57.5
60
Otros elementos pasivos
Break-out kit
 Fan-out kit
 Optical couplers

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Enlaces con fibras ópticas en
redes de datos

La ubicación de los enlaces es muy
variada:




Plantas industriales.
Edificios de oficinas.
Zonas urbanas.
Un mismo enlace puede requerir de
varios tipos de tendido: cable
subterráneo a cable aéreo, en
combinación con cable de interior.
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Enlaces con fibras ópticas en
redes de datos



Las distancias a recorrer no son muy grandes
(usualmente de 1 a 10 Km).
La cantidad de fibras ópticas por cable no supera, en
la mayoría de los casos, un valor de 4/6 fibras.
Las condiciones de las etapas de tendido son más
rigurosas y variadas, lo que requiere utilizar cables
flexibles y muy resistentes. Se busca también no
tener que usar mano de obra especializada para el
tendido o cables muy rígidos.
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Enlaces con fibras ópticas en
redes de datos
Las conectores son de fácil colocación
y se busca la conectorización directa
del extremo de las fibras, evitando el
uso de "pigtails"
 En redes locales se utilizan equipos
emisores con baja potencia y gran
apertura numérica, lo que requiere el
uso de fibras multimodo.

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Enlaces con fibras ópticas en
redes de datos
Los tramos van de un equipo de
transmisión a un equipo de recepción.
 Existe la posibilidad de utilizar
derivadores puramente ópticos pero los
mismos introducen atenuaciones muy
elevadas.

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Ejemplo: atenuaciones en un tramo
con segmentos (patch-cords)
Geometría de la fibra 62.5/125 mm
Atenuación: 3.75 dB /km ( 850 nm )
1.75 db /km (1300 nm )
Segmento
de Cable
850 nm
1300 nm
0.9
0.9
Cable
fijo
Segmento
de Cable
750 m
2m
0.5 2.8
0.5 1.3
0.5
0.5
0.9
0.9
Cable
fijo
250 m
0.9
0.9
Atenuación total óptica
Atenuación máxima
850 nm 9.3 dB
1300 nm 7.3 dB
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Segmento
de Cable
0.5 0.9 0.5
0.5 0.4 0.5
0.9
0.9
Ejemplo: atenuaciones en un tramo
con pigtails
Cable
Fijo
Segmento
Pigtail
Segmento empalmado
2m
750 m
850 nm
1300 nm
0.5
0.5
2.8
1.3
Cable
Fijo
0.5
0.5
250 m
0.5
0.5
Atenuación total óptica
Atenuación máxima
850 nm
5.7 dB
1300 nm
3.7 dB
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Segmento
Pigtail
0.9
0.4
0.5
0.5
Ejemplo de ensamble con pigtail
a equipos
Aprox.
1.0 m
Aprox.
1.0 m
PFOC
SCOF
Sleeved
PFOC
or SCOF
Cable
fijo
Caja de terminación
Casquillo de
cable fijo
Funda de protección
de empalme
Casquillo de
Pigtail
Sujeta
cable
Sistema de manejo
de fibra
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Ejemplo de ensamble con acople
Aprox.
1.0 m
Aprox.
1.0 m
PFOC
SCOF
Sleeved
PFOC
or SCOF
Casquillo de
cable fijo
Funda de protección
de empalme
Acople
Sistema de manejo
de fibra
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Cable
fijo
Medición de parámetros
Microscopios
 Fuentes de luz con long. de onda
estabilizada
 Medidores de potencia óptica
 Atenuadores
 Medidores de pérdida por retorno
 Medidores de pérdida por inserción

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Medición de parámetros
Interferómetro
 Optical Time Domain Refractometer
(OTDR)

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Gráfico de un OTDR
REFLEXION EN PANEL
FRONTAL DEL OTDR
EMPALME MECANICO
(REFLECTIVO)
EMPALME POR FUSION
(NO REFLECTIVO)
CONECTOR FINAL
(REFLECTIVO)
RUIDO DE BASE
Cierre
Una instalación de fibra óptica debe
durar decenas de años ya que no corre
contra los avances de la tecnología.
 El control de calidad requiere de
algunos conocimientos teóricos.

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Transparencias
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Apuntes
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Transparencias
complementarias
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Conectorizado y mediciones
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