Tradicionalmente, en una red de telecomunicaciones, las instalaciones del cliente o usuario se conectaban a una Red de Teléfono Conmutada Pública (PSTN) mediante un cable de avance que consistía en uno o dos pares de conductores de cobre (alambres). En general, las nuevas urbanizaciones y desarrollos residenciales despliegan ahora cables subterráneos. El cable se envía desde un punto de distribución cerca de una limitación de propiedad mediante un conducto de plástico pequeño hasta un punto de entrada a una vivienda. El cable de avance se tira generalmente a través del conducto, que tiene, por ejemplo, un diámetro interno de aproximadamente 20 mm, mediante una cuerda fina. La cuerda se enrosca a través del conducto primero empujando una varilla rígida a través de la longitud del conducto, por ejemplo, 4,5 m de largo (procedimiento de envarillado) con la cuerda unida en un extremo. Habiendo realizado el procedimiento de envarillado, es entonces una materia simple unir la cuerda al extremo del cable de avance mediante un nudo y entonces usar la cuerda para jalar el cable dentro y a través del conducto. En el caso del cable de avance de cobre, la conexión al equipo del cliente, ya sea el equipo un teléfono estándar o un módem de línea de suscriptor digital (DSL), es directa y se logra fácilmente en el campo con herramientas de mano simples.
Con el movimiento a sistemas de fibra óptica, todo el procedimiento se vuelve potencialmente mucho más complicado. Aunque el cable de fibra óptica y, en particular, la fibra es muy flexible, el cable de fibra óptica no puede unirse a una cuerda de tracción sin fracturar la fibra, o como mucho, afectar severamente las características de transmisión de la fibra. La fibra usada en estos sistemas es normalmente de modo único. Normalmente, la fibra de modo único tiene un diámetro de campo de modo (la parte de la fibra que transporta la señal) de aproximadamente 9 micras. Para obtener una transmisión buena y fiable, es necesario contactar dos fibras entre sí con suficiente precisión de manera que dos campos de modo extremadamente pequeños se alineen exactamente. Este procedimiento se logra normalmente de una de dos maneras.
Empalmes y Conectores en Fibra Óptica
Un empalme de fusión directa puede usarse, por lo que los dos extremos de fibra se montan en una máquina de empalme de fusión de alta precisión complicada que, usando un arco eléctrico, funde las dos caras terminales de la fibra y las fusiona entre sí. Como alternativa, un conector óptico puede montarse en el extremo de cada fibra y simplemente unirse. En función de la tecnología conocida actualmente, es caro y complicado encajar un conector con un cable de fibra óptica en el campo, ya que los componentes de coincidencia del conector deben mecanizarse después del empalme con la fibra para asegurar una alineación perfecta. La fibra óptica es una fibra flexible, transparente, hecha al embutir o extruir vidrio (sílice) en un diámetro ligeramente más grueso que el de un cabello humano promedio. Son utilizadas comúnmente como un medio para transmitir luz entre dos puntas de una fibra y tienen un amplio uso en las comunicaciones por fibra óptica, donde permiten la transmisión en distancias y en un ancho de banda (velocidad de datos) más grandes que los cables eléctricos. Típicamente, las fibras ópticas tienen un núcleo rodeado de un material de revestimiento transparente con un índice de refracción más bajo. La luz se mantiene en el núcleo debido al fenómeno de reflexión interna total que causa que la fibra actúe como una guía de ondas.
Las fibras que permiten muchos caminos de propagación o modos transversales se llaman fibras multimodo (MM), mientras que aquellas que permiten solo un modo se llaman fibras monomodo (SM). Las fibras multimodo tienen generalmente un diámetro de núcleo más grande y se usan para enlaces de comunicación de distancia corta y para aplicaciones donde se requiere transmitir alta potencia. Ser capaces de unir fibras ópticas con baja pérdida es importante en la comunicación por fibra óptica. Esto es más complejo que unir cable eléctrico e involucra una adhesión cuidadosa de las fibras, la alineación precisa de los núcleos de las fibras y el acoplamiento de estos núcleos alineados. Para las aplicaciones que necesitan una conexión permanente se hacen empalmes de fusión. En esta técnica, se usa un arco eléctrico para fundir los extremos y así unirlos. Otra técnica común es el empalme mecánico, donde el extremo de las fibras se mantiene en contacto por medio de una fuerza mecánica. El campo de la ciencia aplicada y la ingeniería encargado del diseño y la aplicación de las fibras ópticas se llama óptica de fibras. Las fibras monomodo están compuestas de un hilo de núcleo de muy pequeño diámetro (8,3 um) que soporta un solo modo de transmisión luminosa. La fibra multimodo precisa una electrónica y conectores más baratos, si bien el costo de la fibra suele ser superior a la monomodo.
Evolución Histórica y Avances Tecnológicos
Jean-Daniel Colladon fue el primero en describir la "fuente de luz" en el artículo que en 1842 tituló "On the reflections of a ray of light inside a parabolic liquid stream". Los antiguos griegos usaban espejos para transmitir información, de modo rudimentario, usando luz solar. El confinamiento de la luz por refracción, el principio que posibilita la fibra óptica, fue demostrado por Jean-Daniel Colladon y Jacques Babinet en París en los comienzos de la década de 1840. El físico inglés John Tyndall descubrió que la luz podía viajar dentro del agua, curvándose por reflexión interna, y en 1870 presentó sus estudios ante los miembros de la Real Sociedad de Londres. A partir de este principio se llevaron a cabo una serie de estudios, en los que se demostró el potencial del cristal como medio eficaz de transmisión a larga distancia. Además, se desarrollaron una serie de aplicaciones basadas en dicho principio para iluminar corrientes de agua en fuentes públicas. Más tarde, el ingeniero británico John Logie Baird registró patentes que describían la utilización de bastones sólidos de vidrio en la transmisión de luz, para su empleo en su sistema electromecánico de televisión en color. Sin embargo, las técnicas y los materiales usados no permitían la transmisión de la luz con buen rendimiento.
Solamente en 1950 las fibras ópticas comenzaron a interesar a los investigadores, con muchas aplicaciones prácticas que estaban siendo desarrolladas. Uno de los primeros usos de la fibra óptica fue emplear un haz de fibras para la transmisión de imágenes, que se usó en el endoscopio. Usando la fibra óptica, se consiguió un endoscopio semiflexible, el cual fue patentado por la Universidad de Míchigan en 1956. En este invento se usaron unas nuevas fibras forradas con un material de bajo índice de refracción, ya que antes se impregnaban con aceites o ceras. En esta misma época, se empezaron a utilizar filamentos delgados como el cabello que transportaban luz a distancias cortas, tanto en la industria como en la medicina, de forma que la luz podía llegar a lugares que de otra forma serían inaccesibles.
Fibra óptica - ¿Qué es? ¿Cómo funciona?
En 1966, en un comunicado dirigido a la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, los investigadores Charles K. Kao y George Hockham, de los laboratorios de Standard Telephones and Cables, en Inglaterra, afirmaron que se podía disponer de fibras de una transparencia mayor y propusieron el uso de fibras de vidrio y de luz, en lugar de electricidad y conductores metálicos, en la transmisión de mensajes telefónicos. La obtención de tales fibras exigió grandes esfuerzos de los investigadores, ya que las fibras hasta entonces presentaban pérdidas del orden de 100 dB/km, además de una banda pasante estrecha y una enorme fragilidad mecánica. Este estudio constituyó la base para reducir las pérdidas de las señales ópticas que hasta el momento eran muy significativas y no permitían el aprovechamiento de esta tecnología. En un artículo teórico, demostraron que las grandes pérdidas características de las fibras existentes se debían a impurezas diminutas intrínsecas del cristal. Como resultado de este estudio fueron fabricadas nuevas fibras con atenuación de 20 dB/km y una banda pasante de 1 GHz para un largo de 1 km, con la perspectiva de sustituir los cables coaxiales. Poco después, los físicos Morton B. Panish e Izuo Hayashi, de los Laboratorios Bell, mostraron un láser de semiconductores que podía funcionar continuamente a temperatura ambiente. Además, John MacChesney y sus colaboradores, también de los laboratorios Bell, desarrollaron independientemente métodos de preparación de fibras. Todas estas actividades marcaron un punto decisivo, ya que ahora existían los medios para llevar las comunicaciones de fibra óptica fuera de los laboratorios, al campo de la ingeniería habitual.
Un dispositivo que permitió el uso de la fibra óptica en conexiones interurbanas, reduciendo su coste, fue el amplificador óptico inventado por David N. Payne, de la Universidad de Southampton, y por Emmanuel Desurvire en los Laboratorios Bell. En 1980, las mejores fibras eran tan transparentes que una señal podía atravesar 240 kilómetros de fibra antes de debilitarse hasta ser indetectable. Pero las fibras ópticas con este grado de transparencia no se podían fabricar usando métodos tradicionales. Otro avance se produjo cuando los investigadores se dieron cuenta de que el cristal de sílice puro, sin ninguna impureza de metal que absorbiese luz, solamente se podía fabricar directamente a partir de componentes de vapor, evitando de esta forma la contaminación que inevitablemente resultaba del uso convencional de los crisoles de fundición. También en 1980, AT&T presentó a la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos un proyecto de un sistema de 978 kilómetros que conectaría las principales ciudades del trayecto de Boston a Washington D. C. Cuatro años después, cuando el sistema comenzó a funcionar, su cable, de menos de 25 centímetros de diámetro, proporcionaba 80 000 canales de voz para conversaciones telefónicas simultáneas. El primer enlace transoceánico con fibra óptica fue el TAT-8 que comenzó a operar en 1988, usando un cristal tan transparente que los amplificadores para regenerar las señales débiles se podían colocar a distancias de más de 64 kilómetros. Tres años después, otro cable transatlántico duplicó la capacidad del primero.
Métodos de Fabricación de Fibras Ópticas
El desarrollo de la fibra óptica ha estado intrínsecamente ligado a la mejora de sus procesos de fabricación. Uno de los métodos, desarrollado originalmente por Corning Glass y modificado por los Laboratorios Bell para su uso industrial, utiliza un tubo de cuarzo puro de donde se parte y es depositada en su interior la mezcla de dióxido de silicio y aditivos de dopado en forma de capas concéntricas. A continuación, en el proceso industrial, se instala el tubo en un torno giratorio. El tubo es calentado hasta alcanzar una temperatura comprendida entre 1400 °C y 1600 °C mediante un quemador de hidrógeno y oxígeno. Al girar el torno, el quemador comienza a desplazarse a lo largo del tubo. Por un extremo del tubo se introducen los aditivos de dopado, parte fundamental del proceso, ya que de la proporción de estos aditivos dependerá el perfil final del índice de refracción del núcleo. La deposición de las sucesivas capas se obtienen de las sucesivas pasadas del quemador, mientras el torno gira, quedando de esta forma sintetizado el núcleo de la fibra óptica. La operación que resta es el colapso, que se logra igualmente con el continuo desplazamiento del quemador, solo que ahora a una temperatura comprendida entre 1700 °C y 1800 °C. Precisamente es esta temperatura la que garantiza el ablandamiento del cuarzo, convirtiéndose así el tubo en el cilindro macizo que constituye la preforma.
Otro método, muy utilizado en Japón por compañías dedicadas a la fabricación de fibras ópticas, se basa en la técnica desarrollada por la Nippon Telephone and Telegraph (N.T.T). La materia prima que utiliza es la misma que el método M.C.V.D (Modified Chemical Vapor Deposition), su diferencia con este radica en que en este último solamente se depositaba el núcleo, mientras que en este, además del núcleo de la FO, se deposita el revestimiento. A partir de un cilindro de vidrio auxiliar que sirve de soporte para la preforma, se inicia el proceso de creación de esta, depositándose ordenadamente los materiales, a partir del extremo del cilindro, quedando así conformada la llamada "preforma porosa". Conforme su tasa de crecimiento se va desprendiendo del cilindro auxiliar de vidrio. El siguiente paso consiste en el colapsado, donde se somete la preforma porosa a una temperatura comprendida entre los 1.500 °C y 1.700 °C, lográndose así el reblandamiento del cuarzo. Comparado con el método anterior (M.C.V.D), tiene la ventaja de que permite obtener preformas con mayor diámetro y mayor longitud, a la vez que precisa un menor aporte energético.
El método OVD (Outside Vapor Deposition), desarrollado por Corning Glass Works, parte de una varilla de substrato cerámico y un quemador. En la llama del quemador son introducidos los cloruros vaporosos y esta caldea la varilla. El método VAD (Vapor Axial Deposition), desarrollado por la empresa neerlandesa Philips, se caracteriza por la obtención de perfiles lisos sin estructura anular reconocible. Cualquier técnica que se utilice que permita la construcción de la preforma es común en todos los procesos de estiramiento de esta.
El Proceso de Estirado y Recubrimiento
Este diámetro se ha de mantener constante mientras se aplica una tensión sobre la preforma. En este proceso se debe cuidar que la atmósfera interior del horno esté aislada de partículas provenientes del exterior para evitar que la superficie reblandecida de la FO pueda ser contaminada, o que se puedan crear microfisuras con la consecuente inevitable rotura de la fibra. Aquí es donde también se aplica a la fibra un material sintético que generalmente es un polímero viscoso, el cual posibilita las elevadas velocidades de estirado comprendidas entre (velocidad de estirado) y (velocidad de estirado), formándose así una capa uniforme sobre la fibra totalmente libre de burbujas e impurezas. Posteriormente se pasa al endurecimiento de la protección antes descrita, quedando así la capa definitiva de polímero elástico.
Aplicaciones y Ventajas de la Fibra Óptica
La fibra óptica se emplea como medio de transmisión en redes de telecomunicaciones, ya que por su flexibilidad los conductores ópticos pueden agruparse formando cables. Las fibras usadas en este campo son de plástico o de vidrio y algunas veces de los dos tipos. Generalmente, se hace una distinción básica entre sensores intrínsecos y sensores extrínsecos. En el sensor intrínseco, la fibra en sí misma es el elemento sensor.
Las fibras ópticas se pueden utilizar como sensores para medir: deformación, temperatura, presión, humedad, campos eléctricos o magnéticos, gases, vibraciones y otros parámetros. Las fibras ópticas se utilizan como hidrófono para sismos o aplicaciones de sonar. Se han desarrollado sistemas hidrofónicos con más de 1000 sensores usando la fibra óptica. Los hidrófonos son usados por la industria del petróleo, así como las marinas de guerra de algunos países. Se han desarrollado sensores de fibra óptica para la temperatura y presión de pozos petrolíferos. El interrogador genera una señal óptica, que se guía por el cable óptico del sensor. Cuando una magnitud, como la presión, temperatura, flujo, etc., se aplica al sensor, los parámetros fundamentales de la luz, tales como la intensidad o longitud de onda, se cambian. La luz retorna modificada a través del cable hasta el interrogador, donde se mide cuidadosamente para determinar la cantidad de cambio en la onda de luz. Se utilizan algoritmos para convertir la señal óptica en una señal electrónica calibrada que puede estar conectada a un sistema de control de procesos, a un sistema de adquisición de datos, o para una visualización en tiempo real.
Los sistemas sensores por fibra óptica pueden ser puntuales o distribuidos. Si el interrogador es capaz de detectar variaciones de algún parámetro óptico (típicamente temperatura o deformación) a lo largo de todo el cable óptico, el sistema se llama distribuido. Estos sistemas presentan la gran ventaja de utilizar como transductor el propio cable óptico. Los sistemas puntuales monitorizan sensores dispuestos en posiciones concretas dentro de una red de sensores. Estos últimos sistemas permiten monitorizar muchos más parámetros que los sistemas distribuidos (gases, índice de refracción, etc.). El alcance de los sistemas distribuidos puede extenderse hasta los 120 km desde la unidad de interrogación.
Otro uso que se le da a la fibra óptica es la iluminación de cualquier espacio. Es posible usar latiguillos de fibra junto con lentes para fabricar instrumentos de visualización largos y delgados llamados endoscopios. Los endoscopios se usan en medicina para visualizar objetos a través de un agujero pequeño. Las fibras ópticas son muy usadas en el campo de la iluminación. Cada filamento consta de un núcleo central de plástico o cristal (óxido de silicio y zinc) con un alto índice de refracción, rodeado de una capa de un material similar con un índice de refracción ligeramente menor (plástico). En el interior de una fibra óptica, la luz se va reflejando contra las paredes en ángulos muy abiertos, de tal forma que prácticamente avanza por su centro. Su funcionamiento se basa en transmitir por el núcleo de la fibra un haz de luz, tal que este no atraviese el revestimiento, sino que se refleje y se siga propagando.
Las ventajas clave de la fibra óptica incluyen:
- Insensibilidad a las señales parásitas: Esta es una propiedad principalmente utilizada en medios industriales fuertemente perturbados (por ejemplo, en los túneles del metro).
- Atenuación muy pequeña independiente de la frecuencia: Lo que permite salvar distancias importantes sin elementos de regeneración.
- Ancho de banda elevado: Permitiendo la transmisión de grandes volúmenes de datos a altas velocidades.
- Seguridad: La señal óptica es difícil de interceptar sin interrumpir la transmisión.
- Tamaño y peso reducidos: Los cables de fibra óptica son significativamente más delgados y ligeros que los cables de cobre equivalentes.
Latiguillos de Fibra Óptica: Conectividad Esencial
Los latiguillos de fibra óptica son elementos esenciales en la infraestructura de telecomunicaciones moderna. Aunque a menudo pasan desapercibidos, su importancia radica en conectar equipos y garantizar la transmisión de datos a velocidades increíbles. Su diseño incluye conectores preinstalados en ambos extremos, lo que facilita la instalación y conexión rápida en sistemas como routers, switches, terminales de red y más. Un latiguillo de fibra óptica es un cable de conexión que se utiliza para enlazar dos dispositivos dentro de una red de fibra óptica.
Los latiguillos de fibra óptica se clasifican según diversos criterios que determinan su uso y rendimiento. Los latiguillos monomodo están diseñados para transmitir luz a largas distancias y con alta precisión. Los latiguillos multimodo tienen un núcleo más amplio (50 o 62.5 micrones), lo que permite la transmisión de múltiples rayos de luz. Los conectores en los extremos de los latiguillos son clave para garantizar una conexión segura y eficiente. Los latiguillos ópticos son indispensables en una amplia gama de sectores debido a su capacidad para garantizar una transmisión eficiente de datos.
El mantenimiento adecuado de los latiguillos de fibra óptica es crucial para asegurar su rendimiento y prolongar su vida útil. Es importante realizar inspecciones visuales periódicas para detectar posibles daños o suciedad en los conectores. La limpieza regular de los conectores es esencial para mantener la eficiencia de la conexión. Durante la instalación, evita aplicar tensión excesiva o realizar curvaturas pronunciadas. La fabricación y el uso de latiguillos de fibra óptica están regulados por una serie de normativas internacionales que garantizan su calidad y compatibilidad en distintas aplicaciones.
Soluciones Innovadoras para la Instalación de Fibra Óptica
El solicitante se ha enfrentado al problema de proporcionar un recubrimiento de tracción, así como una terminación de cable y procedimientos de jalar un cable a lo largo de un conducto que puedan eliminar o al menos reducir notablemente los problemas que surgen al buscar desplegar un cable de avance de fibra óptica usando la tecnología conocida antes mencionada. Entre estos problemas se incluyen la dificultad de encajar conectores ópticos con el nivel requerido de rendimiento en el campo y el desarrollo ad hoc de nuevas urbanizaciones donde la infraestructura se instala antes de la construcción de las viviendas.
El término "terminación óptica" se usa para indicar un dispositivo mecánico para alinear y unir entre sí dos o más fibras ópticas, proporcionando así un medio para unirse a y desacoplarse de una instalación y/o aparato de fibra óptica. La virola es un cilindro fino y largo que se perfora a través del centro del mismo para contener una fibra óptica. El conector óptico comprende una virola y un miembro de retención que es adecuado para alojar y encerrar la virola, por lo que la terminación óptica está lista para unirse a y desacoplarse de una instalación y/o aparato de fibra óptica.
De acuerdo con la invención, la posición del miembro de anclaje se selecciona del grupo de: enfrente del asiento; detrás del asiento; y en uno o más lados laterales del asiento. En detalle, en el caso del miembro de anclaje que se coloca enfrente del asiento para la terminación óptica, esto significa que el miembro de anclaje se ubica a lo largo del eje longitudinal del recubrimiento de tracción o posiblemente separado de dicho eje longitudinal, por lo que una vez que la terminación óptica se coloca dentro del recubrimiento de tracción, el miembro de anclaje se ubica en correspondencia con la virola poseída por la terminación óptica. Como alternativa, en el caso de que el miembro de anclaje se coloque detrás del asiento para la terminación óptica, esto significa que el miembro de anclaje se ubica a lo largo del eje longitudinal del recubrimiento de tracción o posiblemente separado de dicho eje longitudinal, por lo que una vez que la terminación óptica se coloca dentro del recubrimiento de tracción, el miembro de anclaje se coloca en oposición a la virola poseída por la terminación óptica, es decir, en correspondencia de la conexión de la terminación óptica con el cable de fibra óptica.
Preferentemente, la superficie externa del recubrimiento de tracción de la presente invención tiene una forma aerodinámica para ayudar a jalar el recubrimiento a través del conducto. Preferentemente, el primer miembro de carcasa y el segundo miembro de carcasa se obtienen dividiendo longitudinalmente el cuerpo de carcasa del recubrimiento de tracción en dos cubiertas, dicho primer y segundo miembro de carcasa coincidiendo juntos para formar la cavidad interna del recubrimiento de tracción. El recubrimiento de tracción de acuerdo con la presente invención comprende además una funda flexible que se coloca alrededor del cable de fibra óptica. Preferentemente, el primer y segundo miembro de carcasa del recubrimiento de tracción se acoplan con y encierran parcialmente la funda flexible. Opcionalmente, la funda flexible incluye un rebaje que recibe una protuberancia interna al recubrimiento de tracción. La presente invención permite que una terminación óptica se conecte al cable de fibra óptica directamente en la fábrica. Preferentemente, la terminación de cable de la presente invención comprende un conector óptico. En otras palabras, de acuerdo con una realización preferente de la presente invención, el recubrimiento de tracción está provisto de un asiento.
Un gabinete montado que contiene interconexiones de fibra óptica representa un componente crucial en la gestión y distribución de señales ópticas en entornos de telecomunicaciones y centros de datos.