Material Educativo Comunicaciones Opticas 2011 (1)

COMUNICACIONES OPTICAS MATERIAL EDUCATIVO 2011

RPCG UCSM 2011

UNIVERSIDAD CATOLICA SANTA MARIA DE AREQUIPA

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FISICAS Y

FORMALES - PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA

Material Educativo

TRANSPARENCIAS RECOPILADAS

ELEMENTOS DE COMUNICACIÓN OPTICA

PARA LA ASIGNATURA DE COMUNICACIONES OPTICAS

ADAPTACION POR:

ING.: RONALD PERCING COAGUILA GÓMEZ

AREQUIPA -PERÚ

2011


RPCG UCSM 2011

PRESENTACION

Este material educativo es una recopilación de artículos para formar de Ayuda

textual y visual a los alumnos de la Asignatura COMUNICACIONES OPTICAS en

Ingeniería Electrónica Especialidad de Telecomunicaciones del X semestre.

OBJETIVOS

1) Reconocer los fundamentos de operación de fuentes y detectores de luz, y

moduladores ópticos.

2) Estudiar los fundamentos, características y tipos de láseres.

3) Manejar conceptos básicos sobre tecnología y aplicación de las fibras ópticas

como medios de transmisión de información

PROGRAMA

• GENERALIDADES GEOMÉTRICAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS.

• RAYOS GUIADOS EN FIBRAS ÓPTICAS. ENSANCHAMIENTO DEL PULSO

EN FIBRAS

• ÓPTICAS.

• RAYOS EVANESCENTES EN FIBRAS ÓPTICAS.

• ESPACIO TRANSITORIO.

• CURVATURAS EN FIBRAS ÓPTICAS.

• ÓPTICA ONDULATORIA

• GENERALIDADES ELECTROMAGNÉTICAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS.

CAMPOS

• ELECTROMAGNETICOSES GAUSSIANAS. EL MODO FUNDAMENTAL.

MODOS DE

• FINAL DE LA FIBRA, ORDEN ALTO. RADIACIÓN AL FINAL DE LA FIBRA.

• TECNOLOGÍA DE FIBRAS ÓPTICAS. METROLOGÍA EN FIBRAS ÓPTICAS.

• EFECTOS ELECTRO-MAGNETO-ACUSTO-ÓPTICOS Y APLICACIONES.

• BIESTABILIDAD ÓPTICA.

• FUENTES DE RADIACIÓN Y DETECTORES.

• SENSORES DE FIBRA ÓPTICA.

• COMUNICACIONES POR FIBRA ÓPTICA.


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Temas Teoría

Tema 1.- FUENTES DE LUZ

Fundamentos de interacción radiación-materia.-. El efecto Comptom.- El efecto

fotoeléctrico.- Mecanismos de interacción entre fotones y electrones: emisión

espontánea, emisión estimulada y absorción.- Emisores térmicos: radiación de

cuerpo negro.- Fluorescencia y fosforescencia.- Electroluminiscencia: diodos

emisores de luz (LEDs).

Tema 2.- LÁSERES

Fundamentos de la radiación láser.- La cavidad resonante.- Pérdidas y anchura

espectral.- Modos de la cavidad láser.- El amplificador óptico: ecuaciones

dinámicas.- Mecanismos de bombeo.- Ejemplos: láser de Rubí, láser de

NdYAG, láser de He-Ne.- Láseres de semiconductor.

Tema 3.- DETECTORES DE LUZ

Principio de la detección óptica.- Longitud de onda de corte.- Fotodetectores

PIN.- Eficiencia cuántica y responsividad.- Modo fotoconductivo.- Modo

fotovoltaico.- Fotodiodos de avalancha (APDs).

Tema 4.- GUÍAS DE ONDA

Guías de onda planas.- Apertura numérica.- Modos.- Constantes de

propagación.- Guías de onda bidimensionales.- Geometrías.- Acoplamiento

Tema 5.- FIBRAS ÓPTICAS

Fibras de salto de índice.- Fibras de gradiente de índice.- Fibras monomodo y

multimodo.- Atenuación. Dispersión modal.- Dispersión cromática.- Dispersión

por polarización.- Características y especificaciones.

FUNDAMENTOS Y APLICACIONES DE FIBRAS ÓPTICAS

OBJETIVO


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Aplicar los conceptos, parámetros de especificación y relaciones fundamentales

de las fibras ópticas para la selección, montajeo instalación, y explotación de

sistemas de transmisión y dispositivos de control y medición basados en fibras

ópticas.

Dirigido a Gerentes en las áreas de comunicación y control, ingenieros y

técnicos especialistas interesados en adquirir conocimientos básicos y

actualizados sobre las aplicaciones clásicas y más novedosas de las fibras

ópticas en comunicaciones, medición y formación de imágenes.

Contenido programático

Manejo de herramientas e instrumentos básicos (OTDR). Realización de

empalmes. Instalación de conectores. Análisis de presupuesto de potencia en

casos reales. Instalaciones y equipos.

Introducción. Impacto científico y tecnológico de las fibras ópticas. Guía plana

de ondas. Óptica geométrica de fibras. Parámetros de especificación. Fibras y

dispositivos tipo GRIN.

Modos de propagación. Atenuación. Dispersión. Absorción. Caracterización.

Birefringencia modal .Propagación no linealde pulsos en fibras ópticas (efectos

SPM y GVD).

Fuentes y detectores de radiación electro-magnética usadosen las aplicaciones

de las fibras ópticas. caracterización. Diodo láser y láser DFB. Fibras

amplificadoras láserdopadas con Er3+ (EDFA).

Fabricación de fibras ópticas. Mecánica de fibrasÓpticas.

Conectores. Empalmes. Multiplexores cables de fibras ópticas. Tendido de

cables de fibras. Caracterización.

Mediciones e instrumentación. Análisis de patrones de transmisión. Atenuación

y potencia. Ancho de banda. Longitud de onda Límite. Reflectometría óptica en

el dominio temporal (OTDR). Mediciónde parámetros ópticos.

Sistemas de transmisión basados en fibras ópticas. Redes de comunicación.

Patrones. Tasa de errores de bit (BER): su medición: Análisis de presupuestos

de potencia.

Sensores basados en fibras ópticas. Formación de imágenesmediante fibras

ópticas.


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VENTAJAS DE LA FIBRA ÓPTICA FRENTE A OTROS MEDIOS GUIADOS

Bajas pérdidas (atenuación baja) (típicamente 0.3 dB/km, lo que supone

casi un orden de magnitud respecto de un cable coaxial), de forma que es

posible transmitir las señales a larga distancia sin necesidad de repetidores

o poner estos muy separados entre ellos

Gran capacidad para transmitir datos debido a la elevada frecuencia de la

portadora (en el dominio óptico, típicamente en torno a 190 THz)

Inmunidad frente a interferencias electromagnéticas radiaciones, por lo que

no es preciso apantallamiento electromagnético. Esta inmunidad incluye los

pulsos electromagnéticos producidos por explosiones nucleares (aunque la

radiación alfa y beta altera las caracteristicas de transmisión de la fibra)

No se radia energía fuera de la fibra. Esto dificulta las escuchas no

deseadas.

Son dieléctricas, lo que asegura el aislamiento eléctrico del cable y permite

su empleo y manipulación sin peligro en instalaciones de alta tensión. Tanto

es así que en la actualidad las empresas de telecomunicación emplean

fibras ópticas arrolladas a los conductores de tierra de las líneas de alta

tensión de la red de transporte de energía eléctrica.

Bajo peso

Las señales contienen poca potencia

No hay diafonía entre fibras adyacentes

No sparks (e.g. in automobile applications)

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DESVENTAJAS DE LA FIBRA ÓPTICA FRENTE A OTROS MEDIOS

GUIADOS

Mayor coste

Necesidad de usar transmisores y receptores más caros

Los empalmes entre fibras son más caros y difíciles.


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La fibra óptica convencional no puede transmitir potencias elevadas.

[1][2][3][4]

No puede transmitir potencia eléctrica para alimentar dispositivos.

A pesar de estas desventajas, la fibra óptica se emplea en multitud de

sistemas y el actual auge de los sistemas de banda ancha se debe en gran

medida a la elevada capacidad de tráfico que pueden transmitir las redes de

las operadoras basadas en fibra óptica.

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CLASIFICACIÓN

La fibra óptica se clasifica en multimodo o monomodo según sea el número

de modos (soluciones de las Ecuaciones de Maxwell) que admite.

Fibra multimodo. Permite que existan múltiples modos guiados. El diámetro

del núcleo suele ser de 50 ó 62.5 micras.

Fibra monomodo. Sólo admite un modo guiado. En este caso el diámetro

del núcleo es mucho menor, de unas 9 micras. Existen varios tipos de fibras

monomodo:

SMF (Standard Single Mode Fiber)

DSF (Dispersion-Shifted Fiber)

NZ-DSF (Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber)

El problema de las fibras multimodo es la dispersión intermodal. Este

fenómeno se produce porque la luz que viaja por la fibra se acopla a los

distintos modos, y cada modo viaja a una velocidad distinta, con lo que la

luz acoplada a cada modo llega en distinto momento al receptor. Por ello,

para la transmisión a largas distancias, se emplea la fibra monomodo, que

evita este problema, pero a cambio es más cara.

También puede distinguirse entre fibra pasiva (la convencional) y activa.

Esta última, que integra en su composición iones de erbio o praseodimio,

permite la amplificación óptica de la señal.

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Historia


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Charles Kao en su Tesis Doctoral de 1966 estimó que las máximas pérdidas

que debería tener la fibra óptica para que resultara práctica en enlaces de

comunicaciones era de 20 dB/km. En 1970 los investigadores Maurer, Keck,

Schultz y Zimar que trabajaban para Corning Glass Worksfabricaron la

primera fibra óptica dopando el silice con Titanio. Las pérdidas eran de 17

dB/km.

Imagen:ImprovementsInFiberLossOverTime.jpg

El primer enlace transoceanico que usó fibras ópticas fue el TAT-8, que

comenzó a operar en 1988. Desde entonces se ha empleado fibra óptica en

multitud de enlaces transoceanicos, entre ciudades y poco a poco se va

extendiendo su uso desde las redes troncales de las operadoras hacia los

usuarios finales.

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Otros usos de la fibra óptica

La fibra óptica se puede usar como una guía de onda en aplicaciones

medidas o industriales en las que es necesario guiar un haz de luz hasta un

blanco que no se encuentra en la línea de visión.

La fibra óptica se puede emplear como sensor para medir tensiones,

temperatura, presión así como otros parámetros.

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. Los endoscopios industriales se usan para propósitos

similares, como por ejemplo, para inspeccionar el interior de turbinas.

Las fibras ópticas se han empleado también para usos decorativos

incluyendo iluminación, árboles de Navidad...

Surgen las fibras ópticas

Las fibras ópticas ofrecían una alternativa, aunque a mediados de los años 60

no estaba nada claro que la respuesta se encontrase en esta dirección, y otras

posibilidades se consideraban seriamente. La luz se canaliza por fibras de

vidrio mediante una propiedad denominada reflexión interna total. En 1820,


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Augustine-Jean Fresnel ya conocía las ecuaciones por las que se rige la captura

de la luz dentro de una placa de cristal lisa y su ampliación a lo que entonces

se conocía como cables de vidrio fue obra de D. Hondros y Peter Debye en

1910. Sin embargo, no fue hasta 1964, cuando Stewart Miller, de los

Laboratorios Bell, dedujo maneras detalladas de demostrar el potencial del

cristal como medio eficaz de transmisión a larga distancia.

Aunque ya se conocían filamentos delgados como el pelo que transportaban luz

a distancias cortas y que ya se utilizaban en la industria y en la medicina para

transportar luz a lugares que de otra forma serían inaccesibles, la luz perdía

normalmente hasta el 99% de su intensidad al atravesar distancias tan cortas

como 30 pies (9 metros) de fibra.

En 1966, Charles Kao y George Hockham, de los Laboratorios de Standard

Telecommunications en Inglaterra, afirmaron que se podía disponer de fibras

de transparencia mucho mayor. En un artículo teórico, demostraron que las

grandes pérdidas características de las fibras existentes se debían a impurezas

diminutas presentes en el cristal, principalmente agua y metales, en lugar de a

limitaciones intrínsecas del cristal. Pronosticaron que la pérdida de la luz en las

fibras podría disminuir enormemente de 1.000 decibelios a menos de 20

decibelios por kilómetro. Con esta mejora, se podrían colocar amplificadores

para aumentar la señal luminosa a intervalos de kilómetros, en lugar de

metros, a distancias comparables a las de los repetidores que amplificaban las

señales débiles en las líneas telefónicas convencionales.

Al igual que con el trabajo de Townes y Schawlow de la década anterior, el

artículo de Kao-Hockham estimuló a una serie de investigadores a producir

dichas fibras de baja pérdida. El gran avance se produjo en 1970 en Corning

Glass Works, cuando Donald Keck, Peter Schultz y Robert Maurer lograron

fabricar con éxito una fibra óptica de cientos de metros de largo con la claridad

cristalina que Kao y Hockham habían propuesto. Poco después, Panish y

Hayashi, de los Laboratorios Bell, mostraron un láser de semiconductores que

podía funcionar continuamente a temperatura ambiente, y John MacChesney y

sus colaboradores, también de los Laboratorios Bell, desarrollaron

independientemente métodos de preparación de fibras.


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En 1970, los científicos Donald Keck, Robert Maurer y Peter Schultz de

Corning Glass Works fabricaron con éxito el primer lote de fibras ópticas con la

transparencia suficiente para que la comunicación de fibra óptica fuese una

realidad. (Corning Inc.)

Estas actividades marcaron un punto decisivo. Ahora existían los medios para

llevar las comunicaciones de fibra óptica fuera de los laboratorios de física al

campo de la ingeniería habitual. Durante la siguiente década, a medida que

continuaban las investigaciones, las fibras ópticas mejoraron constantemente

su transparencia. En 1980, las mejores fibras eran tan transparentes que una

señal podía atravesar 150 millas (240 km) de fibra antes de debilitarse hasta

ser indetectable. Si los mares del mundo fuesen tan transparentes, se podría

navegar por las zonas más profundas del Pacífico y observar el fondo del

océano tan fácilmente como el fondo de una piscina.

Pero las fibras ópticas con este grado de transparencia no se podían fabricar

usando métodos tradicionales. El gran avance se produjo al darse 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. El progreso ahora se centraba en

seleccionar el equilibrio correcto de componentes del vapor y optimizar sus

reacciones. La tecnología en desarrollo se basaba principalmente en el

conocimiento de la termodinámica química, una ciencia perfeccionada por tres

generaciones de químicos desde su adopción original por parte de Willard

Gibbs en el siglo XIX.


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FIBRAS ÓPTICAS

Las fibras ópticas son conductos, rígidos o flexibles, de plástico o de vidrio

(sílice), que son capaces de conducir un haz de luz inyectado en uno de sus

extremos, mediante sucesivas reflexiones que lo mantienen dentro de sí para

salir por el otro. Es decir, es una guía de onda y en este caso la onda es de luz.

Las aplicaciones son muy diversas yendo desde la transmisión de datos hasta

la conducción de la luz solar hacia el interior de edificios, o hacia donde

pudiera ser peligroso utilizar la iluminación convencional por presencia de

gases explosivos. También es utilizada en medicina para transmitir imágenes

desde dentro del cuerpo humano.

TIPOS DE CABLE F.O.

El cable de fibra óptica se constituye principalmente de un núcleo rodeado de

un revestimiento. La diferencia entre sus índices de refracción (indicados con

n) es lo que hace que el haz de luz se mantenga dentro del núcleo (siempre

que el haz haya entrado con el ángulo apropiado y el n del núcleo sea mayor

que el del revestimiento).

Entonces habrá cables con:

núcleo y revestimiento de plástico

núcleo de vidrio y revestimiento de plástico (PCS=plastic clad silica)

núcleo y revestimiento de vidrio (SCS=silica clad silica)

Los conductores de fibra óptica comunmente utilizados en transmisión de datos

son de un grosor comparable a un cabello, variando el núcleo entre los 8 y los

100 �m (micrones), y el revestimiento entre 125 y 140 �m .


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Adicionalmente, los conductores ópticos tienen un revestimiento de color que

sigue un código de identificación o numeración, el cual varía según el

fabricante/norma.

Existe otra clasificación, según la variación del índice de refracción dentro del

núcleo, y según la cantidad de MODOS (haces de luz) :

Multimodo de índice escalonado [Multimode step index] MM

Multimodo de índice gradual [Multimode graded index] MM

Monomodo (índice escalonado) [Single Mode step index] SM

Nota: La cantidad de modos no es infinita y se puede calcular en base al radio

del núcleo, la longitud de onda de la luz que se propaga por la fibra y la

diferencia de índices de refracción entre núcleo y revestimiento.


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MULTIMODO ESCALONADO

Menor ancho de banda

AB = 20 a 200 MHz/Km

MULTIMODO GRADUAL

Ancho de banda medio

AB = 500 a 1500 MHz /Km

Diámetros de núcleo/revestimiento(en �m):

50 / 125

62.5 / 125

100 / 140

MONOMODO ESCALONADO

Mayor ancho de banda

AB > 10 GHz/Km

Diámetros de núcleo/revestimiento(en �m):

8 a 10 / 125

Como se puede observar en la gráfica del centro de la figura anterior, en el

núcleo de una fibra multimodo de índice gradual el índice de refracción es

máximo en el centro y va disminuyendo radialmente hacia afuera hasta llegar

a igualarse al índice del revestimiento justo donde éste comienza. Por esto es


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que los modos (haces) se van curvando como lo muestra el dibujo. Dado que

la velocidad de propagación de un haz de luz depende del índice de refracción,

sucederá entonces que los modos al alejarse del centro de la fibra por un lado

viajarán más rápido y por otro, al curvarse, recorrerán menor distancia,

resultando todo esto en un mejoramiento del ancho de banda respecto a la

deíndice escalonado.

Existe además un tipo de fibra denominada DISPERSION SHIFTED (DS)

(dispersión desplazada) de la cual sólo se dirá aquí que no debe empalmarse

con las comunes.

Recientemente ha surgido la fibra del tipo NZD (Non Zero Dispersion) la cual

posee un núcleo más reducido (6�) y requiere un cuidado especial al

empalmarla.

Otros tipos:

CS (Cut-off shifted), NZ-DS (Non-Zero Dispersion shifted) y ED (Er doped).

TRANSMISIÓN POR FIBRAS OPTICAS

La transmisión por FO consiste en convertir una señal eléctrica en una óptica,

que puede estar formada por pulsos de luz (digital) o por un haz de luz

modulado (analógica). La señal saliente del transmisor, se propaga por la fibra

hasta llegar al receptor, en el cual se convierte la señal nuevamente a

eléctrica.

Interfaz eléctrico/óptica

E/O

FUENTE

OPTICA

(Laser)

Tx

(modulador+transmisor)

Medio de Transmisión:

F.O.

>>>>

Interfaz óptico/eléctrica

O/E

DETECTOR

OPTICO

(Fotodiodo pin)

Rx

(receptor+demodulador)


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Cables de Fibra Optica

A la FO desnuda (núcleo+revestimiento+color) se le agregan protecciones

adicionales contra esfuerzos de tracción, aplastamiento y humedad.

El revestimiento primario que le da el color a cada fibra (coating) sirve además

como una primera protección

Cables para ductos

1.- Protección secundaria:

Tipo adherente o apretada (TIGHT BUFFER) (ej. pigtails, patchcords)

Tipo suelta (LOOSE BUFFER)

2.- Elemento de tracción:

Alambre de acero latonado

Hilado sintético Kevlar o de Aramida

Fibras de vidrio

3.- Relleno que impida la penetración de humedad: gel siliconado (silica gel)

Cinta antiflama

Empaquetado del conjunto: Envoltura en mylar (parecido al celuloide)

Protección mecánica (aplastamiento) antiflama, antirayosUV y contra

humedad:

Vaina externa tipo PALP (Polietileno-Aluminio-Polietileno)


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Cables aéreos autosoportados

Poseen un suspensor o mensajero para el tendido aéreo entre postes o

columnas.

Cables de interconexión e interiores

Poseen un recubrimiento secundario del tipo apretado (tight buffer) en lugar

del tubo

Códigos de colores para identificación numérica


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Para identificar cada fibra y cada grupo de fibras contenidas en los tubos buffer

se utilizan diversos códigos de colores que varían de un fabricante a otro:

1 = VERDE

2 = ROJO

3 = AZUL

4 = AMARILLO

5 = GRIS

6 = VIOLETA

7 = MARRON

8 = NARANJA

Entonces, si tenemos dos tubos buffer, uno verde y el otro rojo, con 8 fibras

cada uno, será:

BUFFER FIBRA No

VERDE

1 =

VERDE

2 =

ROJA

3 =

AZUL

4 =

AMARILLA

5 =

GRIS

6 =

VIOLETA


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7 =

MARRON

8 =

NARANJA

ROJO

9 =

VERDE

10 =

ROJA

11 =

AZUL

12 =

AMARILLA

13 =

GRIS

14 =

VIOLETA

15 =

MARRON

16 =

NARANJA

Código de Colores Estándares TIA-598-A Fibra Optica

Cables fabricados por PIRELLI - ALCATEL

1 = AZUL

2 = NARANJA

3 = VERDE

4 = MARRON

5 = GRIS


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6 = BLANCO

7 = ROJO

8 = NEGRO

9 = AMARILLO

10 = VIOLETA

11 = ROSA

12 = CELESTE

Conectores

Para poder conectar un cable de fibra a un equipo es necesario que en cada

fibra se arme un conector, o bien, cada fibra se empalme con un PIGTAIL,

que es un cable de una sola fibra que posee un conector en una de sus puntas,

armado en fábrica.

Jumper

(la mitad de un jumper es um pigtail)

Existe una gran variedad de conectores que se diferencian por sus aplicaciones

o simplemente por su diseño:

ST y

STII+

SC


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FC

Euro2000

Simplex Duplex

Poseen una tapita para proteger la fibra de rayones y suciedad,

con un gatillo para abrirla.

DIN

LC

Siguiendo a estos nombres vendrán siglas que indicarán alguna característica

en particular.

Cualquiera de estos conectores puede venir en las opciones de pulido PC ó APC

(angular para video) , en MM o SM, simples o dobles (una o dos fibras por

conector), PM (polarisation maintaining), etc.

Cada conector consta de:

Ferrule: es el cilindro que rodea la fibra a manera de PIN.

Body: el cuerpo del conector

Boot: el mango

También existen conectores con el cuerpo intercambiable según la necesidad,

como el Alberino de Diamond:


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Acopladores o adaptadores (adapter, coupling, bulkhead, interconnect

sleeve)

Son como pequeños tambores o cajas que reciben un conector de cada lado

produciendo el acople óptico, con la mínima pérdida posible.

Se utilizan en los distribuidores, para facilitar la desconexión y cambio rápido,

acoplando el pigtail que se haya empalmado al cable de fibra con el patchcord

que se conecta a los equipos receptores/emisores. También se usan para

conectar un tramo de fibra a los equipos de medición.

DIN

FC MPC

SMA

SC

ST

Euro

2000

LSH y LSH-HRL


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Acopladores distribuidores por fusión o Fusion Couplers o Splitters

Permiten la derivación de la señal óptica por dos o más fibras distintas

Se pueden clasificar en:

Distribuidores en serie:

son acopladores en “T”

Distribuidores en estrella:

Cada salida puede tener un determinado valor de atenuación de la luz,

expresada en dB.

También se clasifican en:

Estandar(Standard couplers) (SSC = Standard Singlemode Couplers) para

una longitud de onda con desviaciones mínimas, por ej.: 1310 +/- 5nm.

De una ventana (Single window couplers) (WFC = Wavelength Flattened

Couplers) para un rango de longitudes de onda, por ej.: 1310 +/- 40nm.

De dos ventanas (Dual window couplers)(WIC = Wavelength Independent

Couplers) para dos rangos de longitudes de onda, por ej.: 310 +/- 40 y

1550 +/- 40nm.


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Multiplexores de longitud de onda (Wavelength multiplexers) (WDM =

Wavelength Division Multiplexers) para dos longitudes de onda separadas,

por ej.: 1310 and 1550 nm.

La transmisión de información a través de fibras ópticas se realiza mediante la

modulación (variación) de un haz de luz invisible al ojo humano, que en el

espectro ("color" de la luz) se sitúa por debajo del infra-rojo.

Si bien es invisible al ojo humano, hay que evitar mirar directamente y de

frente una fibra a la cual se le esté inyectando luz, puesto que puede dañar

gravemente la visión.

Las fibras ópticas presentan una menor atenuación (pérdida) en ciertas

porciones del espectro Lumínico, las cuales se denominan ventanas y

corresponden a las siguientes longitudes de onda , expresadas en nanometros:

Primera ventana 800 a 900 nm �� utilizada = 850nm

Segunda ventana 1250 a 1350 nm ��utilizada �= 1310nm

Tercera ventana 1500 a 1600 nm ��utilizada = 1550nm


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LASER

Para poder transmitir en una de estas ventanas es necesaria una fuente de luz

"coherente", es decir de una única frecuencia (o longitud de onda), la cual se

consigue con un componente electrónico denominado LD ó diodo LASER (Light

Amplification by Estimulated Emision of Radiation). Este componente es

afectado por las variaciones de temperatura por lo que deben tener un circuito

de realimentación para su control.

También pueden usarse diodos LED.

Detectores ópticos

Como receptores ópticos se utilizan fotodiodos APD o diodos pin (PIN-PD) que

posen alta sensibilidad y bajo tiempo de respuesta.

El APD también requiere de un ajuste automático ante variaciones de

temperatura

Indice de refracción

Cuando un haz de luz que se propaga por un medio ingresa a otro distinto, una parte del haz se refleja mientras que la otra sufre una refracción, que consiste en el cambio de dirección del haz. Para esto se utiliza el llamado índice de refracción del material, que nos servirá para calcular la diferencia entre el ángulo de incidencia y el de refracción del haz (antes y después de ingresar al nuevo material). El efecto de la refracción se puede observar fácilmente introduciendo una varilla en agua. Se puede ver que parece quebrarse bajo la superficie. En realidad lo que sucede es que la luz reflejada por la varilla (su imagen) cambia de dirección al salir del agua, debido a la diferencia de indices de refracción entre el agua y el aire. Se utiliza la letra n para representar el índice de refracción del material, y se calcula por la siguiente fórmula: n =

c0

v

n : índice de refracción del medio en cuestión co : velocidad de la luz en el vacío (3x108 m/s) v : velocidad de la luz en el medio en cuestión


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Es decir que es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en el medio. Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre menor que en el vacío, el índice de refracción será un número siempre mayor que 1. En el vacío: n=1 En otro medio: n>1 Ley de refracción (Ley de Snell) n1 . sen �1� n2 . sen �2 �1�ángulo entre el haz incidente y la normal (perpendicular) a la superficie �2�ángulo entre el haz refractado y la normal a la superficie

l ángulo de incidencia �1 es igual al ángulo de relexión �1' Reflexión total interna Para que todos los haces de luz se mantengan dentro del núcleo debe darse la reflexión total interna, y esta depende de los índices de refracción y del ángulo de incidencia:

Ejemplo: n1=1.5 n2=1.3 n1 . sen �1 = n2 . sen �2 1.5 . sen �1 = 1.3 . sen 90o (sen 90o =1) sen �1 = 1.3 / 1.5 => �1 > 60o

Entonces, para que todo el caudal de luz se propague dentro de la fibra, en el ejemplo el ángulo de incidencia debe ser mayor o igual a 60o . Nota: Una fibra necesariamente debe tener revestimiento (cladding), puesto que si no lo tuviera, a pesar de seguir cumpliéndose que el índice del núcleo es mayor que el del revestimiento que sería el vacío, ante cualquier suciedad o cuerpo que se adhiriera a la fibra, en dicho punto ya no se cumpliría esa condición y se produciría una pérdida por refracción hacia afuera. Apertura numérica Es un indicador del ángulo máximo con que un haz de luz puede ingresar a la fibra para que se produzca la reflexión total interna:


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AN = sen � siendo el medio externo aire o vacío

Entonces, a mayor AN, mayor es el ángulo de aceptancia.

Cono de aceptancia

Cables de Cobre vs. F.O.

Según el método de transmisión de datos, un par F.O. pueden transmitir la

misma cantidad de información que 2200 pares telefónicos

Con F.O. puedo ampliar considerablemente la capacidad de transmisión, sin

necesidad de tender nuevos ductos.

Existen bobinas de F.O. de hasta 12Km, siendo las más comunes las de 4Km,

lo cual implica menor cantidad de empalmes.


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Atenuaciones típicas:

Coaxil: 40 a 80dB/Km , a 1GHz, a 20 oC

Fibra: 0.20 dB/Km , a 1550 nm

Ventajas de las F.O.

Diámetro y peso reducidos lo que facilita su instalación

Excelente flexibilidad

Inmunidad a los ruidos eléctricos (interferencias)

No existe diafonía (no hay inducción entre una fibra y otra)

Bajas pérdidas, lo cual permite reducir la cantidad de estaciones repetidoras

Gran ancho de banda que implica una elevada capacidad de transmisión

Estabilidad frente a variaciones de temperatura

Al no conducir electricidad no existe riesgo de incendios por arcos eléctricos

No puede captarse información desde el exterior de la fibra

El Dióxido de Silicio, materia prima para la fabricación de F.O., es uno de

los recursos más abundantes del planeta.

Desventajas


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Para obtener, desde la arena de cuarzo, el Dióxido de silicio purificado es

necesaria mayor cantidad de energía que para los cables metálicos.

Las F.O. son muy delicadas lo cual requiere un tratamiento especial durante

el tendido de cables.

Corta vida de los emisores lasers.

Empalmes

Debido a que una bobina de cable de fibra óptica no llega a superar los 2Km de

longitud, mientras que la distancia entre dos repetidoras o centrales puede ser

de 30 o 40 Km, deben realizarse empalmes entre los tramos, y entre cada final

y los conectores.

Empalmes manuales o mecánicos

Son empalmes rápidos, permanentes o temporarios, que pueden usarse, por

ejemplo, para probar bobinas. Producen atenuaciones altas, del orden de 0.20

a 1dB.

Vienen rellenos con gel para mejorar la continuidad de la luz.

Pueden ser cilindros con un orificio central, o bandejitas cerradas con dos

pequeñas llaves que nos permiten introducir las fibras.

A las fibras se les retira unos 3 cm del coating (color), se limpian con alcohol

isopropílico, y luego se les practica un corte perfectamente recto a unos 5 o 6

mm, con un cortador (cutter o cleaver) especial, con filo de diamante.


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Empalmes por fusión

Son empalmes permanentes y se realizan con máquinas empalmadoras,

manuales o automáticas, que luego de cargarles las fibras sin coating y

cortadas a 90º realizan un alineamiento de los núcleos de una y otra, para

luego fusionarlas con un arco eléctrico producido entre dos electrodos.

Llegan a producir atenuaciones casi imperceptibles (0.01 a 0.10 dB)

Empalmadoras:

RXS de SIECOR

FUJIKURA FSM 40S Y FSM40SB


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Procedimiento

Con una pinza especial (125�) se pela (strip) unos 5cm de coating (color)

Se limpia (clean) la fibra con un papel suave embebido en alcohol isopropílico


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Se corta (cleave) la fibra a unos 8 a 16mm con un cutter o cleaver, con hoja de diamante, apoyando la fibra dentro del canal, haciendo coincidir el fin del coating con la división correspondiente a la medida. Una vez cortada, la fibra no se vuelve a limpiar ni tocar.

Cuidando que la fibra no contacte con nada, se introduce en la zapata de la empalmadora, sobre las marcas indicadas. Repetir el procedimiento con la otra fibra.

En el display se verán las dos puntas, pudiéndose observar si el ángulo es perfectamente recto, sino fuera así la máquina no nos permitiría empalmar.


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Presionando el botón de empalme,

estando la empalmadora ajustada en

automático, la misma procederá a

alinear en los ejes x e y, y a acercar

las puntas a la distancia adecuada.

Una vez cumplido esto, a través de un

arco eléctrico dado entre dos

electrodos, aplicará una corriente de

prefusión durante el tiempo de

prefusión, y luego una corriente de

fusión durante el tiempo de fusión.

Luego hará una estimación (muy

aproximada) del valor de atenuación

resultante.

Protección de los empalmes


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La zona del empalme es delicada por lo

que se protege de diferentes maneras:

pegándose sobre unas almohadillas

autoadhesivas existentes en algunos

cassettes de empalmes, rodeándose

con una bisagra autoadhesiva, o con

manguitos termocontraíbles (sleeves)

los cuales poseen un nervio metálico.

Estos, a su vez, se colocan en un cassette, dentro de una caja de empalme o

de un rack distribuidor.

Caja de empalme RXS

Cajas de empalme


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Los empalmes exteriores se

protegen dentro de una caja de

empalme, la cual posee en un

extremo unos tubos cerrados

que se cortarán en su extremo

por donde deba pasar un cable,

para luego sellarse con

termocontraíbles.

La caja posee una tapa o domo

que se cierra sobre la base con

una abrazadera sobre un o-ring.

Sobre el domo se encuentra la

válvula de presurización.

En la base se encuentran las borneras para sujetar los elementos de tracción

de los cables y la puesta a tierra que también asoma al exterior de la caja.

También están los cassettes o bandejas donde se sitúan la reserva de FO

desnuda y los empalmes. Del otro lado de las bandejas hay espacio para situar

la reserva (ganancia) de buffers aunque puede existir una bandeja para tal fin.

Caja de empalme Mondragón Aquí se pueden ver los cassettes

donde se enrolla la reserva de FO

desnuda, y donde se alojan los

empalmes protegidos por los

termocontraíbles.

Esta caja posee una tapa con tornillos

y es presurizable.

Caja Mondragon amurada en Arqueta


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Una arqueta es una cámara de cemento prearmada, con cuatro tapas,

diseñada para ser enterrada. Suelen medir unos dos metros de lado.

Sellado de cables en ductos y en cajas de empalme


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El ducto por donde sale el cable debe sellarse para evitar que a través de él

pueda ingresar agua a la cámara o viceversa. Esto se logra con un

termocontraíble según el siguiente procedimiento:

Con cintas abrasivas se lijan el extremo del ducto y el cable en la zona donde

se situará el termocontraíble, para mejorar la adherencia y se debe hacer en

forma transversal porque de lo contrario se formarían canaletas longitudinales

por donde podría circular agua.

Sobre el cable, y entrando 1cm aprox. en la zona del termocontraíble (según

marca azul) se coloca el papel de aluminio autoadhesivo provisto con la caja,

que servirá de pantalla térmica para no quemar el cable. Este papel se alisa

con un elemento romo, como el mango de un destornillador, para quitarle los

pliegues que podrían formar también canales de entrada del agua.

Luego se desplaza el termocontraíble sobre el ducto y con una pistola de aire

caliente se lo cierra, moviendo la pistola permanentemente para no

sobrecalentar el termo, el ducto o la fibra. Se comienza desde el centro hacia

un extremo hasta que cierre y llegue a asomar el pegamento, y luego hacia el

otro extremo, expulsando de esta manera el aire hacia fuera.


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El termo posee unos pigmentos verdes que al oscurecerse indicarán que ya se

ha alcanzado la temperatura adecuada y máxima para cerrarlo y para derretir

el pegamento. No debe seguir calentándose una zona oscurecida.


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Para el ingreso del cable a la caja de empalme debe realizarse lo mismo, y en

el caso haber dos cables en una misma entrada se utilizará un clip con

pegamento para formar un 8 en el termo como se ve en la siguiente figura:

El dB (decibel)

Es una unidad de medida adimensional y relativa (no absoluta), que es

utilizada para facilitar el cálculo y poder realizar gráficas en escalas reducidas.

El dB relaciona la potencia de entrada y la potencia de salida en un circuito, a

través de la fórmula:

N [dB] = 10

log

PS

PE

[ ] significa “medida expresada en:”

Se puede usar para medir ganancia o atenuación (una ganancia negativa

significa atenuación)


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Una ganancia de 3dB significa que la potencia de salida será el doble de la de

entrada.

Una atenuación de 3 dB (ganancia de –3dB) significa que la potencia de salida

será la mitad de la de entrada, es decir, si se tratara de una fibra óptica, en

esta se estaría perdiendo la mitad de la potencia óptica.

El dBm (decibel miliwatt)

Dado que el dB es una medida relativa, cuando es necesaria una medición

absoluta de potencia óptica, por ejemplo la que emite un laser, se utiliza el

dBm, es decir se toma como referencia (0 dBm) a 1 mw :

P [dBm] = 10

log

P [mw]

1 mw

El dBr (decibel relativo)

Es similar al dBm pero en vez de tomarse una potencia de referencia de 1 mw,

se establece una potencia X de referencia.

En la medición de pérdida de potencia óptica en un tramo de FO, se conecta el

emisor al medidor con los jumpers que se usarán en todas las mediciones, se

establece la potencia medida (dBm) como la de referencia (dBr), se reajusta

la lectura a cero, y ya se está en condiciones de medir atenuación del tramo en

dB.


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Tabla de equivalencias

Potencia en watts Potencia en dBm

1 pW 1pW -90

10pW -80

100pW -70

1.000pW =1 nW -60

10.000pW -50

100.000pW -40

1.000.000pW =1 �W -30

10.000.000pW -20

100.000.000pW -10

1.000.000.000pW =1 mW 0

10mW +10

100mW +20

1.000mW =1 W +30

En esta tabla puede apreciarse la imposibilidad de manejar un gráfico en watts,

y la comodidad de manejar cifras en dB. (pW=picowatt , nW=nanowatt,

�W=microwatt, mW=miliwatt)

Atenuación en F.O.

Es la pérdida de potencia óptica en una fibra, y se mide en dB y dB/Km.

Una pérdida del 50% de la potencia de entrada equivale a -3dB.

Las pérdidas pueden ser intríndecas o extrínsecas.

Intrínsecas: dependen de la composición del vidrio, impurezas, etc., y no las

podemos eliminar.


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Las ondas de luz en el vacío no sufren ninguna perturbación. Pero si se

propagan por un medio no vacío, interactúan con la materia produciéndose un

fenómeno de dispersión debida a dos factores:

Dispersión por absorción: la luz es absorbida por el material transformándose

en calor.

Dispersión por difusión: la energía se dispersa en todas las direcciones.

Esto significa que parte de la luz se irá perdiendo en el trayecto, y por lo tanto

resultará estar atenuada al final de un tramo de fibra.

Extrínsecas: son debidas al mal cableado y empalme.

Las pérdidas por curvaturas se producen cuando le damos a la fibra una

curvatura excesivamente pequeña (radio menor a 4 o 5 cm) la cual hace que

los haces de luz logren escapar del núcleo, por superar el ángulo máximo de

incidencia admitido para la reflexión total interna.

También se dan cuando, al aumentar la temperatura y debido a la diferencia

entre los coeficientes de dilatación térmica entre fibras y buffer, las fibras se

curvan dentro del tubo.


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Atenuación por tramo

Es debida a las características de fabricación propia de cada fibra (naturaleza

del vidrio, impurezas, etc.) y se mide en dB/Km, lo cual nos indica cuántos dB

se perderán en un kilómetro.

Medición con OTDR Hewlett Packard 8146A

Atenuación por empalme


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Cuando empalmamos una fibra con otra, en la unión se produce una variación

del índice de refracción lo cual genera reflexiones y refracciones, y sumandose

la presencia de impurezas, todo esto resulta en una atenuación.

Se mide en ambos sentidos tomándose el promedio. La medición en uno de los

sentidos puede dar un valor negativo, lo cual parecería indicar una

amplificación de potencia, lo cual no es posible en un empalme, pero el

promedio debe ser positivo, para resultar una atenuación.

Pérdidas

Por inserción: es la atenuación que agrega a un enlace la presencia de un

conector o un empalme.

De retorno o reflactancia: es la pérdida debida a la energía reflejada, se mide

como la difrencia entre el nivel de señal reflejada y la señal incidente, es un

valor negativo y debe ser menor a -30 dB (típico -40dB). En ocasiones se

indica obviando el signo menos.

Ejemplo para un conector:

Insertion loss < .2 dB typ

< .3 dB max

Return loss PC < -30dB

Return loss Super

PC < - 40dB

Return loss Ultra PC < -50dB

Empalmes promediados

El resultado real de la medición de un empalme se obtiene midiéndolo desde

un extremo, luego, en otro momento se medirá desde el otro, y finalmente se

tomará como atenuación del empalme el promedio de ambas (suma sobre 2)


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La planilla sería, por ejemplo (para �=1550nm):

A E B

Fibra

No

A B

[dB]

B A

[dB]

Atenuación

[dB]

A B

[dB]

B A

[dB]

Atenuación

[dB]

A B

[dB]

B A

[dB]

Atenuación

[dB]

1 0.30 0.30 0.30 0.01 0.03 0.02 0.30 0.40 0.35

2 0.15 0.35 0.25 -

0.10

0.10 0.00 0.20 0.10 0.15

3 0.20 0.30 0.25 -

0.03

0.05 0.01 0.30 0.00 0.15

4 0.10 0.40 0.25 0.03 0.01 0.02 0.05 0.35 0.20

Empalmes atenuados

En algunos casos, la atenuación de un tramo de FO es tan baja que en el final

del mismo la señal óptica es demasiado alta y puede saturar o dañar el

receptor. Entonces es necesario provocar una atenuación controlada y esto se

hace con la misma empalmadora, con la función de empalme atenuado.

En este dibujo se pueden ver todos los causales de atenuación geométrica

Entonces, para realizar empalmes atenuados una empalmadora puede

desalinear los núcleos o darle un ligero ángulo a una de las dos fibras.


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En algunos casos, la atenuación de un tramo de FO es tan baja que en el final

del mismo la señal óptica es demasiado alta y puede saturar o dañar el

receptor. Entonces es necesario provocar una atenuación controlada y esto se

hace con la misma empalmadora, con la función de empalme atenuado.

En este dibujo se pueden ver todos los causales de atenuación geométrica

Entonces, para realizar empalmes atenuados una empalmadora puede

desalinear los núcleos o darle un ligero ángulo a una de las dos fibras.

OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)

Un OTDR es un reflectómetro óptico en el dominio tiempo. Es un instrumento

de medición que envía pulsos de luz, a la�� deseada (ejemplo 3ra

ventana:1550 nm), para luego medir sus “ecos”, o el tiempo que tarda en

recibir una reflexión producida a lo largo de la FO.

Estos resultados, luego de ser promediadas las muestras tomadas, se grafican

en una pantalla donde se muestra el nivel de señal en función de la distancia.


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Luego se podrán medir atenuaciones de los diferentes tramos, atenuación de

empalmes y conectores, atenuación entre dos puntos, etc.

También se utiliza para medir la distancia a la que se produjo un corte, o la

distancia total de un enlace, o para identificar una fibra dándole una curvatura

para generar una fuga y observando en la pantalla del OTDR ver si la curva se

“cae”.

OTDR Hewlett Packard y bobina fantasma

OTDR EXFO FTB7000


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OTDR Tektronix NetTek

Parámetros de medición:

Indice de refracción

Ancho de pulso

Rango de medición en Km

��(longitud de onda)

Cantidad de muestras

Monomodo, multimodo, etc.

Mediciones de:

Atenuación entre 2 puntos

Pérdida en empalme

Pérdida de retorno

Atenuación por tramo


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Distancias a empalmes, cortes, tramos, etc

OTDR Tektronix NetTek

Plataforma PC / Windows CE

Pantalla sensible al tacto

Optimización automática de los parámetros de testeo

Umbrales de medición preprogramados (valor mínimo al cual se considerará

un evento)

Módulos de potencia (hasta 4 de 9 disponibles)

Hasta 200 km de alcance (rango de medición)

Tabla de eventos (conector, empalme, tramo)

Puerto de impresora, puerto serie, puerto para teclado, disquetera

Puertos PCMCIA

Batería de hasta 8 hs de duración

Software para PC para reveer las curvas o exportar reportes a diversos

formatos

Puede realizarse una medición directa con el ajuste automático o pueden

ajustarse los parámetros manualmente.


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Medición de atenuación total de un tramo (Medición de potencia)

Para medir la atenuación total de un enlace de fibra, se utilizan una fuente de

luz y un medidor, que se conectarán en ambos extremos de la fibra a medir.


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Cuáles conectores se incluyen y cuáles no?

Cuando necesitamos medir la atenuación total de un tramo o pérdida de

potencia, debemos excluir las atenuaciones producidas por los jumpers usados

en la medición. Para esto, antes de realizarla, debemos conectar la fuente de

luz al medidor de potencia con los mismos jumpers y adaptadores que

usaremos luego, y seguir estos pasos:

1. Encendemos ambos equipos

2. Los ajustamos a CW (continuous wave-onda continua no pulsante)

3. Elejimos la ventana deseada

4. Presionamos ahora en el medidor el botón ABS>REF para almacenar

el nuevo valor de referencia

Entonces, al desconectar los jumpers entre sí y conectarlos a la fibra bajo

prueba obtendremos el valor de atenuación de la fibra.


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Los conectores conectados a la salida de la fuente y a la entrada del medidor

no deben desconectarse hasta no terminar todas las mediciones pues la

atenuación producida por un conector varía cada vez que se vuelve a conectar.

Para el caso de que un equipo posea los dos módulos en él, debe conectarse el

jumper de medición entre su módulo emisor y su módulo medidor, establecer

la atenuación producida por este jumper para descontarla de la medición final,

o, si el equipo lo permite, ajustar la referencia. Paralelamente en el otro

extremo de la fibra otro operador hará lo mismo con otro equipo. La ventaja de

este método es que no es necesario que fuente y medidor deban encontrarse

en el mismo lugar antes de medir.


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Entonces una Medición de Atenuación Total podría ser:

Fuente variable EXFOFLS-210A Medidor de Potencia EXFOFOT-90A


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Kit Fuente y Medidor

Wandel & Goltermann GOMK6 SM

Atenuadores ópticos variables

Tienen un conector de entrada y uno de salida. Producen una atenuación por

fuga por curvatura (a través de un servomotor) o por algún otro método.

Atenuador EXFO


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Identificador lumínico de fibras y roturas

Inyecta una luz visible sobre una fibra. Si hay alguna rotura, en un pigtail por

ejemplo, se verá la luz dispersada. O podemos identificar una fibra entre un

manojo, produciéndoles una curva, y entonces la que disperse luz será la fibra

correspondiente al conector donde colocamos el laser.

Wavetek VFF5 (Visual Fault Finder)

Dispersión cromática

En un medio distinto al vacío la velocidad de propagación de la luz depende de

su longitud de onda.


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Por ende dos pulsos de luz de distinta l , que sean enviados al mismo tiempo a

través de una FO no llegarán al mismo tiempo.

Una fuente de luz no coherente, es decir que no tenga una frecuencia única de

luz sino que posea cierto ancho en el espectro, haría que un pulso angosto y

con cierta energía que fuera inyectado en una FO llegaría al otro extremo con

mayor ancho y menor amplitud, por lo que podría no reconocerse como tal.

Esta dispersión se mide en picosegundos por kilómetro y por nanómetro.

Dispersión de guía de onda (Wave guide dispersion)

Se produce en las fibras monomodo cuando, debido al reducido tamaño del

núcleo, la luz viaja tanto por el mismo como por el cladding.

De aquí surge el MFD (Mode-Field Diameter) el cual es el diámetro mínimo del

núcleo de una FO para que la luz propagada no lo exceda y circule también por

el cladding.

Dispersión Reflectiva de Fresnel (Fresnel Reflection Losses)

Pérdida por reflexión ocurrida a la entrada o salida de una FO debido a las

diferencias entre índices de refracción entre el núcleo y el medio donde se

inserta.

Dual Window Fiber (Fibra de dos ventanas)

Es una fibra fabricada especialmente para transmitir en dos ventanas

simultáneamente, por ejemplo a 1300 y 1550 nm.

Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA)


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Es un dispositivo óptico que incrementa la amplitud de una señal óptica.

Contiene siete metros de fibra de vidrio dopada con iones de Erbio. Cuando la

luz del laser es inyectada en él llevando a los iones a un alto estado

energético, la fibra dopada pasa de ser un elemento pasivo a ser un medio

activo, amplificando así la señal.

Index-Matching Fluid

Es un fluido o gel que, debido a que posee un índice de refracción cercano al

del vidrio, reduce las reflecciones causadas por diferencias en los índices. Suele

encontrarse en empalmes mecánicos.

Medición de empalmes por diferencia de altura en pendientes

En algunos OTDR, especialmente los más antiguos, donde la medición debe

realizarse manualmente para cada empalme, se sitúan cuatro cursores, dos

sobre cada una de las pendientes de los tramos anterior y posterior al

empalme, y el resultado se obtiene por la diferencia de altura entre ambas

pendientes:

Presión de prueba para cajas de empalme

Para probar la estanqueidad de una caja de empalme de FO se le inyecta aire

seco (por ej., oxígeno) a una presión de 500 g/cm2, y al otro día se controla


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con el manómetro si no bajó la presión. También se puede realizar la prueba

con una esponja embebida en detergente diluído en agua, revisando en las

uniones si no se producen burbujas.

La presión máxima que soportan algunas cajas de empalme es de 1At

(atmósfera), que equivale a 1kg/cm2.

Los valores típicos son 40kPa (1kPa=6.895 psi, ~ 7psi) para cajas destinadas a

redes no presurizadas y 70 kPa para cajas que se insatalen en cables

presurizados.

Parámetros mecánicos de un cable de FO

Radio de curvatura mínima:

Con tensión de instalación: 15X diámetro exterior,

Con tensión de largo plazo: 10X diámetro exterior

Temperatura de operación: -40°C to +85°C

Temperatura de almacenaje: -55°C to +85°C

Resistencia a aplastamiento: 440 N/cm

Resistencia a impactos: 20 impactos

Resistencia de flexión cíclica: 25 ciclos

Niveles de potencia óptica para sistemas de comunicaciones


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Tipo de red � [nm] Rango de

potencia [dBm]

Rango de

potencia [W]

Telecomunicaciones 1300, 1550 +3 to -45 dBm 50 nW to 2mW

Datos 665, 790,

850, 1300 -10 to -30 dBm 1 to 100 �W

CATV 1300, 1550 +10 to -6 dBm 250 �W to 10mW

Un poco de historia

En 1626 Snell pronuncia las leyes de Reflexión y Refracción de la luz.

En 1668 Isaac Newton a través de sus experimentos con la luz, estudiándola

como un fenómeno ondulatorio, encuentra que la luz se propaga de forma

similar a las ondas sonoras, es decir que se puede estudiar como una onda

mecánica.

En 1790 Claude Chappe construye un telégrafo óptico mediante un complicado

sistema de telescopios para establecer un enlace entre París y Estraburgo. Por

medio de torres con señalizaciones móviles podía transmitir información a 200

km en 15 minutos. Fue reemplazado luego por el telégrafo eléctrico.

En 1810 Fressnel establece las bases matemáticas sobre propagación de

ondas.

En 1870 John Tyndal demostró que un chorro de agua era capaz de conducir

un haz de luz:

Experimento de Tyndall


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En 1873 James Clerck Maxwell demostró que la luz puede estudiarse como una

onda electromagnética.

En 1874 el ingeniero Chicolev en Rusia conducía la luz solar a través de tubos

metálicos huecos espejados por dentro, hacia recintos donde era peligroso el

uso de antorchas o llamas, por ej. en fábricas de pólvora.

En 1880 Alexander Graham Bell inventó el fotófono para transmitir la voz. El

sonido hacía vibrar una membrana espejada, la cual reflejaba la luz del sol,

haciéndola más o menos divergente hacia el receptor colocado a unos 200

metros. Este consistía en un gran espejo parabólico en cuyo centro se

encontraba un detector de selenio conectado a una batería y un auricular. Este

método dependía de la luz solar y de la visibilidad.

Fotófono de Graham Bell


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En 1910 Hendros y Debye en Alemania experimentan con varillas de vidrio

como guías de onda dieléctricas.

En 1927 Baird (Inglaterra) y Hansell (USA) patentan un sistema que puede

transmitir imágenes por medio de fibras de silicio.

En 1934 French patenta un sistema de varillas rígidas de vidrio que transmiten

señales de voz.

En 1936 Estados Unidos comienza a utilizar fibras ópticas en

telecomunicaciones.

En 1960 se construye el primer LASER (amplificación de luz por estimulación

de radiación)

En 1970 Corning Glass Works manejaban fibras ópticas con una atenuación de

20dB/km auna longitud de onda de 633nm.

En 1978 se logra una fibra óptica monomodo y en 1979 se consigue para ésta

una atenuación de 0.20 dB/km a 1550 nm.


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FIBRA OPTICA

1. Introducción

2. Origen y Evolución

3. Qué es Fibra Óptica

4. Concepto de Fibra Óptica

5. Fabricación de la Fibra Óptica

6. ¿ De qué están hechas las Fibras Ópticas ?

7. ¿ Cómo funciona la Fibra Óptica ?

8. ¿ Cuáles son los dispositivos implícitos en este proceso ?

9. Componentes y tipos de fibra óptica

10.Características de la fibra óptica

11.Ventajas y desventajas de la fibra óptica

12.Aplicaciones de la fibra óptica

13.Comparación con otros medios de comunicación

14.Opiniones personales

15.Conclusiones

16.Bibliografía

INTRODUCCIÓN


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Para navegar por la red mundial de redes, Internet, no sólo se necesitan un

computador, un módem y algunos programas, sino también una gran dosis de

paciencia. El ciberespacio es un mundo lento hasta el desespero. Un usuario

puede pasar varios minutos esperando a que se cargue una página o varias

horas tratando de bajar un programa de la Red a su PC.

Esto se debe a que las líneas telefónicas, el medio que utiliza la mayoría de los

50 millones de usuarios para conectarse a Internet, no fueron creadas para

transportar vídeos, gráficas, textos y todos los demás elementos que viajan de

un lado a otro en la Red.

Pero las líneas telefónicas no son la única vía hacia el ciberespacio.

Recientemente un servicio permite conectarse a Internet a través de la fibra

óptica.

Origen y Evolución

La Historia de la comunicación por la fibra óptica es relativamente corta. En

1977, se instaló un sistema de prueba en Inglaterra; dos años después, se

producían ya cantidades importantes de pedidos de este material.

Antes, en 1959, como derivación de los estudios en física enfocados a la

óptica, se descubrió una nueva utilización de la luz, a la que se denominó rayo

láser, que fue aplicado a las telecomunicaciones con el fin de que los mensajes

se transmitieran a velocidades inusitadas y con amplia cobertura.

Sin embargo esta utilización del láser era muy limitada debido a que no

existían los conductos y canales adecuados para hacer viajar las ondas

electromagnéticas provocadas por la lluvia de fotones originados en la fuente

denominada láser.

Fue entonces cuando los científicos y técnicos especializados en óptica

dirigieron sus esfuerzos a la producción de un ducto o canal, conocido hoy


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como la fibra óptica. En 1966 surgió la propuesta de utilizar una guía óptica

para la comunicación.

Esta forma de usar la luz como portadora de información se puede explicar de

la siguiente manera: Se trata en realidad de una onda electromagnética de la

misma naturaleza que las ondas de radio, con la única diferencia que la

longitud de las ondas es del orden de micrómetros en lugar de metros o

centímetros.

El concepto de las comunicaciones por ondas luminosas ha sido conocido por

muchos años. Sin embargo, no fue hasta mediados de los años setenta que se

publicaron los resultados del trabajo teórico. Estos indicaban que era posible

confiar un haz luminoso en una fibra transparente flexible y proveer así un

análogo óptico de la señalización por alambres electrónicamente.

El problema técnico que se había de resolver para el avance de la fibra óptica

residía en las fibras mismas, que absorbían luz que dificultaba el proceso. Para

la comunicación práctica, la fibra óptica debe transmitir señales luminosas

detestables por muchos kilómetros. El vidrio ordinario tiene un haz luminoso

de pocos metros. Se han desarrollado nuevos vidrios muy puros con

transparencias mucho mayores que la del vidrio ordinario. Estos vidrios

empezaron a producirse a principios de los setenta. Este gran avance dio

ímpetu a la industria de fibras ópticas. Se usaron láseres o diodos emisores de

luz como fuente luminosa en los cables de fibras ópticas. Ambos han de ser

miniaturizados para componentes de sistemas fibro-ópticos, lo que ha exigido

considerable labor de investigación y desarrollo. Los láseres generan luz

"coherente" intensa que permanece en un camino sumamente estrecho. Los

diodos emiten luz "incoherente" que ni es fuerte ni concentrada. Lo que se

debe usar depende de los requisitos técnicos para diseñar el circuito de fibras

ópticas dado.

Qué es Fibra Óptica


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Antes de explicar directamente que es la fibra óptica, es conveniente resaltar

ciertos aspectos básicos de óptica. La luz se mueve a la velocidad de la luz en

el vacío, sin embargo, cuando se propaga por cualquier otro medio, la

velocidad es menor. Así, cuando la luz pasa de propagarse por un cierto medio

a propagarse por otro determinado medio, su velocidad cambia, sufriendo

además efectos de reflexión (la luz rebota en el cambio de medio, como la luz

reflejada en los cristales) y de refracción (la luz, además de cambiar el modulo

de su velocidad, cambia de dirección de propagación, por eso vemos una

cuchara como doblada cuando está en un vaso de agua, la dirección de donde

nos viene la luz en la parte que está al aire no es la misma que la que está

metida en el agua). Esto se ve de mejor forma en el dibujo que aparece a

nuestra derecha.

Dependiendo de la velocidad con que se propague la luz en un medio o

material, se le asigna un Índice de Refracción "n", un número deducido de

dividir la velocidad de la luz en el vacío entre la velocidad de la luz en dicho

medio. Los efectos de reflexión y refracción que se dan en la frontera entre dos

medios dependen de sus Índices de Refracción. La ley más importante que voy

a utilizar en este artículo es la siguiente para la refracción:

Esta fórmula nos dice que el índice de refracción del primer medio, por el seno

del ángulo con el que incide la luz en el segundo medio, es igual al índice del

segundo medio por el seno del ángulo con el que sale propagada la luz en el

segundo medio. ¿Y esto para que sirve?, lo único que nos interesa aquí de esta

ley es que dados dos medios con índices n y n', si el haz de luz incide con un

ángulo mayor que un cierto ángulo límite (que se determina con la anterior

ecuación) el haz siempre se reflejara en la superficie de separación entre

ambos medios. De esta forma se puede guiar la luz de forma controlada tal y

como se ve en el dibujo de abajo (que representa de forma esquemática como

es la fibra óptica).

Como se ve en el dibujo, tenemos un material envolvente con índice n y un

material interior con índice n'. De forma que se consigue guiar la luz por el


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cable. La Fibra Óptica consiste por tanto, en un cable de este tipo en el que los

materiales son mucho más económicos que los convencionales de cobre en

telefonía, de hecho son materiales ópticos mucho más ligeros (fibra óptica, lo

dice el nombre), y además los cables son mucho más finos, de modo que

pueden ir muchos más cables en el espacio donde antes solo iba un cable de

cobre.

Concepto de Fibra Óptica

Los circuitos de fibra óptica son filamentos de vidrio (compuestos de cristales

naturales) o plástico (cristales artificiales), del espesor de un pelo (entre 10 y

300 micrones). Llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente

pasan a través de ellos de un extremo a otro, donde quiera que el filamento

vaya (incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción.

Las fibras ópticas pueden ahora usarse como los alambres de cobre

convencionales, tanto en pequeños ambientes autónomos (tales como

sistemas de procesamiento de datos de aviones), como en grandes redes

geográficas (como los sistemas de largas líneas urbanas mantenidos por

compañías telefónicas).

El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión

interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la

superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que

toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede

transmitirse a larga distancia reflejándose miles de veces. Para evitar pérdidas

por dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la fibra, el núcleo

de la fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un índice de

refracción mucho menor; las reflexiones se producen en la superficie que

separa la fibra de vidrio y el recubrimiento.


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Concluyo pues diciendo que, la Fibra Óptica consiste en una guía de luz con

materiales mucho mejores que lo anterior en varios aspectos. A esto le

podemos añadir que en la fibra óptica la señal no se atenúa tanto como en el

cobre, ya que en las fibras no se pierde información por refracción o dispersión

de luz consiguiéndose así buenos rendimientos, en el cobre, sin embargo, las

señales se ven atenuadas por la resistencia del material a la propagación de

las ondas electromagnéticas de forma mayor. Además, se pueden emitir a la

vez por el cable varias señales diferentes con distintas frecuencias para

distinguirlas, lo que en telefonía se llama unir o multiplexar diferentes

conversaciones eléctricas. También se puede usar la fibra óptica para

transmitir luz directamente y otro tipo de ventajas en las que no entraré en

detalle.

Fabricación de la Fibra Óptica

Las imágenes aquí muestran como se fabrica la fibra monomodo. Cada etapa

de fabricación esta ilustrada por una corta secuencia filmada.

La primera etapa consiste en el ensamblado de un tubo y de una barra de

vidrio cilíndrico montados concéntricamente. Se calienta el todo para asegurar

la homogeneidad de la barra de vidrio.

Una barra de vidrio de una longitud de 1 m y de un diámetro de 10 cm permite

obtener por estiramiento una fibra monomodo de una longitud de alrededor de

150 km.


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La barra así obtenida será instalada verticalmente en una torre situada en el

primer piso y calentada por las rampas a gas.

El vidrio se va a estirar y "colar" en dirección de la raiz para ser enrollado

sobre una bobina.

Se mide el espesor de la fibra (~10um) para dominar la velocidad del motor

del enrollador, a fin de asegurar un diámetro constante.

Cada bobina de fibra hace el objeto de un control de calidad efectuado al

microscopio.

Después se va a envolver el vidrio con un revestimiento de protección (~230

um) y ensamblar las fibras para obtener el cable final a una o varias hebras.

¿ De qué están hechas las Fibras Ópticas ?

La mayoría de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima

abundante en comparación con el cobre. con unos kilogramos de vidrio pueden

fabricarse aproximadamente 43 kilómetros de fibra óptica. Los dos

constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo y el revestimiento.

el núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que guía la luz.

Consiste en una o varias hebras delgadas de vidrio o de plástico con diámetro

de 50 a 125 micras. el revestimiento es la parte que rodea y protege al

núcleo.

El conjunto de núcleo y revestimiento está a su vez rodeado por un forro o

funda de plástico u otros materiales que lo resguardan contra la humedad, el

aplastamiento, los roedores, y otros riesgos del entorno.

¿ Cómo funciona la Fibra Óptica ?


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En un sistema de transmisión por fibra óptica existe un transmisor que se

encarga de transformar las ondas electromagnéticas en energía óptica o en

luminosa, por ello se le considera el componente activo de este proceso. Una

vez que es transmitida la señal luminosa por las minúsculas fibras, en otro

extremo del circuito se encuentra un tercer componente al que se le denomina

detector óptico o receptor, cuya misión consiste en transformar la señal

luminosa en energía electromagnética, similar a la señal original. El sistema

básico de transmisión se compone en este orden, de señal de entrada,

amplificador, fuente de luz, corrector óptico, línea de fibra óptica (primer

tramo ), empalme, línea de fibra óptica (segundo tramo), corrector óptico,

receptor, amplificador y señal de salida.

En resumen, se puede decir que este proceso de comunicación, la fibra óptica

funciona como medio de transportación de la señal luminosa, generado por el

transmisor de LED’S (diodos emisores de luz) y láser.

Los diodos emisores de luz y los diodos láser son fuentes adecuadas para la

transmisión mediante fibra óptica, debido a que su salida se puede controlar

rápidamente por medio de una corriente de polarización. Además su pequeño

tamaño, su luminosidad, longitud de onda y el bajo voltaje necesario para

manejarlos son características atractivas.

¿ Cuáles son los dispositivos implícitos en este proceso ?

Los bloques principales de un enlace de comunicaciones de fibra óptica son:

transmisor, receptor y guía de fibra. El transmisor consiste de una interfase

analógica o digital, un conversor de voltaje a corriente, una fuente de luz y un

adaptador de fuente de luz a fibra. La guía de fibra es un vidrio ultra puro o un

cable plástico. El receptor incluye un dispositivo conector detector de fibra a

luz, un foto detector, un conversor de corriente a voltaje un amplificador de

voltaje y una interfase analógica o digital En un transmisor de fibra óptica la

fuente de luz se puede modular por una señal análoga o digital.


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Acoplando impedancias y limitando la amplitud de la señal o en pulsos

digitales.El conversor de voltaje a corriente sirve como interfase eléctrica entre

los circuitos de entrada y la fuente de luz.

La fuente de luz puede ser un diodo emisor de luz LED o un diodo de inyección

láser ILD, la cantidad de luz emitida es proporcional a la corriente de

excitación, por lo tanto el conversor voltaje a corriente convierte el voltaje de

la señal de entrada en una corriente que se usa para dirigir la fuente de luz. La

conexión de fuente a fibra es una interfase mecánica cuya función es acoplar la

fuente de luz al cable.

La fibra óptica consiste de un núcleo de fibra de vidrio o plástico, una cubierta

y una capa protectora. El dispositivo de acoplamiento del detector de fibra a

luz también es un acoplador mecánico.

El detector de luz generalmente es un diodo PIN o un APD (fotodiodo de

avalancha). Ambos convierten la energía de luz en corriente. En consecuencia,

se requiere un conversor corriente a voltaje que transforme los cambios en la

corriente del detector a cambios de voltaje en la señal de salida.

COMPONENTES Y TIPOS DE FIBRA ÓPTICA

Componentes de la Fibra Óptica

El Núcleo: En sílice, cuarzo fundido o plástico - en el cual se propagan las

ondas ópticas. Diámetro: 50 o 62,5 um para la fibra multimodo y 9um para la

fibra monomodo.

La Funda Óptica: Generalmente de los mismos materiales que el núcleo pero

con aditivos que confinan las ondas ópticas en el núcleo.

El revestimiento de protección: por lo general esta fabricado en plástico y

asegura la protección mecánica de la fibra.


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Tipos de Fibra Óptica:

Fibra Monomodo:

Potencialmente, esta es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte

de información. Tiene una banda de paso del orden de los 100 GHz/km. Los

mayores flujos se consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja

de implantar. El dibujo muestra que sólo pueden ser transmitidos los rayos que

tienen una trayectoria que sigue el eje de la fibra, por lo que se ha ganado el

nombre de "monomodo" (modo de propagación, o camino del haz luminoso,

único). Son fibras que tienen el diámetro del núcleo en el mismo orden de

magnitud que la longitud de onda de las señales ópticas que transmiten, es

decir, de unos 5 a 8 m m. Si el núcleo está constituido de un material cuyo

índice de refracción es muy diferente al de la cubierta, entonces se habla de

fibras monomodo de índice escalonado. Los elevados flujos que se pueden

alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo, ya que sus

pequeñas dimensiones implican un manejo delicado y entrañan dificultades de

conexión que aún se dominan mal.

Fibra Multimodo de Índice Gradiante Gradual:

Las fibras multimodo de índice de gradiente gradual tienen una banda de paso

que llega hasta los 500MHz por kilómetro. Su principio se basa en que el índice

de refracción en el interior del núcleo no es único y decrece cuando se

desplaza del núcleo hacia la cubierta. Los rayos luminosos se encuentran

enfocados hacia el eje de la fibra, como se puede ver en el dibujo. Estas fibras

permiten reducir la dispersión entre los diferentes modos de propagación a

través del núcleo de la fibra.

La fibra multimodo de índice de gradiente gradual de tamaño 62,5/125 m

(diámetro del núcleo/diámetro de la cubierta) está normalizado, pero se

pueden encontrar otros tipos de fibras:

Multimodo de índice escalonado 100/140 mm.


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Multimodo de índice de gradiente gradual 50/125 m m.

Fibra Multimodo de índice escalonado:

Las fibras multimodo de índice escalonado están fabricadas a base de vidrio,

con una atenuación de 30 dB/km, o plástico, con una atenuación de 100

dB/km. Tienen una banda de paso que llega hasta los 40 MHz por kilómetro.

En estas fibras, el núcleo está constituido por un material uniforme cuyo índice

de refracción es claramente superior al de la cubierta que lo rodea. El paso

desde el núcleo hasta la cubierta conlleva por tanto una variación brutal del

índice, de ahí su nombre de índice escalonado.

¿ Qué tipo de conectores usa ?

Con la Fibra Óptica se puede usar Acopladores y Conectores:

Acopladores:

Un acoplador es básicamente la transición mecánica necesaria para poder dar

continuidad al paso de luz del extremo conectorizado de un cable de fibra

óptica a otro. Pueden ser provistos también acopladores de tipo "Híbridos", que

permiten acoplar dos diseños distintos de conector, uno de cada lado,

condicionado a la coincidencia del perfil del pulido.

Conectores:

1.- Se recomienda el conector 568SC pues este mantiene la polaridad. La

posición correspondiente a los dos conectores del 568SC en su adaptador, se

denominan como A y B. Esto ayuda a mantener la polaridad correcta en el

sistema de cableado y permite al adaptador a implementar polaridad inversa

acertada de pares entre los conectores.

2.- Sistemas con conectores BFOC/2.5 y adaptadores (Tipo ST) instalados

pueden seguir siendo utilizados en plataformas actuales y futuras.

Identificación: Conectores y adaptadores Multimodo se representan por el color

marfil Conectores y adaptadores Monomodo se representan por el color azul.


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Para la terminación de una fibra óptica es necesario utilizar conectores o

empalmar Pigtails (cables armados con conector) por medio de fusión. Para el

caso de conectorización se encuentran distintos tipos de conectores

dependiendo el uso y l normativa mundial usada y sus características.

ST conector de Fibra para Monomodo o Multimodo con uso habitual en Redes

de Datos y equipos de Networking locales en forma Multimodo.

FC conector de Fibra Óptica para Monomodo o Multimodo con uso habitual en

telefonía y CATV en formato Monomodo y Monomodo Angular.-

SC conector de Fibra óptica para Monomodo y Multimodo con uso habitual en

telefonía en formato monomodo.

CARACTERÍSTICAS DE LA FIBRA ÓPTICA

Características Generales:

Coberturas más resistentes:

La cubierta especial es extruida a alta presión directamente sobre el mismo

núcleo del cable, resultando en que la superficie interna de la cubierta del

cable tenga arista helicoidales que se aseguran con los subcables.


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La cubierta contiene 25% más material que las cubiertas convencionales.

Uso Dual (interior y exterior):

La resistencia al agua, hongos y emisiones ultra violeta; la cubierta resistente;

buffer de 900 µm; fibras ópticas probadas bajo 100 kpsi; y funcionamiento

ambiental extendida; contribuyen a una mayor confiabilidad durante el tiempo

de vida.

Mayor protección en lugares húmedos:

En cables de tubo holgado rellenos de gel, el gel dentro de la cubierta se

asienta dejando canales que permitan que el agua migre hacia los puntos de

terminación. El agua puede acumularse en pequeñas piscinas en los vacíos, y

cuando la delicada fibra óptica es expuesta, la vida útil es recortada por los

efectos dañinos del agua en contacto. combaten la intrusión de humedad con

múltiples capas de protección alrededor de la fibra óptica. El resultado es una

mayor vida útil, mayor confiabilidad especialmente ambientes húmedos.

Protección Anti-inflamable:

Los nuevos avances en protección anti-inflamable hace que disminuya el riesgo

que suponen las instalaciones antiguas de Fibra Óptica que contenían cubiertas

de material inflamable y relleno de gel que también es inflamable.

Estos materiales no pueden cumplir con los requerimientos de las normas de

instalación, presentan un riesgo adicional, y pueden además crear un reto

costoso y difícil en la restauración después de un incendio. Con los nuevos

avances en este campo y en el diseño de estos cables se eliminan estos riesgos

y se cumple con las normas de instalación.

Empaquetado de alta densidad:

Con el máximo número de fibras en el menor diámetro posible se consigue una

más rápida y más fácil instalación, donde el cable debe enfrentar dobleces


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agudos y espacios estrechos. Se ha llegado a conseguir un cable con 72 fibras

de construcción súper densa cuyo diámetro es un 50% menor al de los cables

convencionales.

Características Técnicas:

La fibra es un medio de transmisión de información analógica o digital. Las

ondas electromagnéticas viajan en el espacio a la velocidad de la luz.

Básicamente, la fibra óptica está compuesta por una región cilíndrica, por la

cual se efectúa la propagación, denominada núcleo y de una zona externa al

núcleo y coaxial con él, totalmente necesaria para que se produzca el

mecanismo de propagación, y que se denomina envoltura o revestimiento.

La capacidad de transmisión de información que tiene una fibra óptica depende

de tres características fundamentales:

a) Del diseño geométrico de la fibra.

b) De las propiedades de los materiales empleados en su elaboración. (diseño

óptico)

c) De la anchura espectral de la fuente de luz utilizada. Cuanto mayor sea esta

anchura, menor será la capacidad de transmisión de información de esa fibra.

Presenta dimensiones más reducidas que los medios preexistentes. Un cable

de 10 fibras tiene un diámetro aproximado de 8 o 10 mm. y proporciona la

misma o más información que un coaxial de 10 tubos.

El peso del cable de fibras ópticas es muy inferior al de los cables metálicos,

redundando en su facilidad de instalación.

El sílice tiene un amplio margen de funcionamiento en lo referente a

temperatura, pues funde a 600C. La F.O. presenta un funcionamiento uniforme

desde -550 C a +125C sin degradación de sus características.


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Características Mecánicas:

La F.O. como elemento resistente dispuesto en el interior de un cable formado

por agregación de varias de ellas, no tiene características adecuadas de

tracción que permitan su utilización directa.

Por otra parte, en la mayoría de los casos las instalaciones se encuentran a la

intemperie o en ambientes agresivos que pueden afectar al núcleo.

La investigación sobre componentes optoelectrónicos y fibras ópticas han

traído consigo un sensible aumento de la calidad de funcionamiento de los

sistemas. Es necesario disponer de cubiertas y protecciones de calidad capaces

de proteger a la fibra. Para alcanzar tal objetivo hay que tener en cuenta su

sensibilidad a la curvatura y microcurvatura, la resistencia mecánica y las

características de envejecimiento.

Las microcurvaturas y tensiones se determinan por medio de los ensayos de:

Tensión: cuando se estira o contrae el cable se pueden causar fuerzas que

rebasen el porcentaje de elasticidad de la fibra óptica y se rompa o formen

microcurvaturas.

Compresión: es el esfuerzo transversal.

Impacto: se debe principalmente a las protecciones del cable óptico.

Enrollamiento: existe siempre un límite para el ángulo de curvatura pero, la

existencia del forro impide que se sobrepase.

Torsión: es el esfuerzo lateral y de tracción.

Limitaciones Térmicas: estas limitaciones difieren en alto grado según se

trate de fibras realizadas a partir del vidrio o a partir de materiales sintéticos.

Otro objetivo es minimizar las pérdidas adicionales por cableado y las

variaciones de la atenuación con la temperatura. Tales diferencias se deben a


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diseños calculados a veces para mejorar otras propiedades, como la resistencia

mecánica, la calidad de empalme, el coeficiente de relleno (número de fibras

por mm2) o el costo de producción.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA FIBRA ÓPTICA

VENTAJAS

La fibra óptica hace posible navegar

por Internet a una velocidad de dos

millones de bps.

Acceso ilimitado y continuo las 24

horas del día, sin congestiones.

Video y sonido en tiempo real.

Fácil de instalar.

Es inmune al ruido y las interferencias,

como ocurre cuando un alambre

telefónico pierde parte de su señal a

otra.

Las fibras no pierden luz, por lo que la

transmisión es también segura y no

puede ser perturbada.

Carencia de señales eléctricas en la

fibra, por lo que no pueden dar

sacudidas ni otros peligros. Son

convenientes para trabajar en

ambientes explosivos.

Presenta dimensiones más reducidas

DESVENTAJAS

Sólo pueden suscribirse las personas

que viven en las zonas de la ciudad por

las cuales ya esté instalada la red de

fibra óptica.

El coste es alto en la conexión de fibra

óptica, las empresas no cobran por

tiempo de utilización sino por cantidad

de información transferida al

computador, que se mide en

megabytes.

El coste de instalación es elevado.

Fragilidad de las fibras.

Disponibilidad limitada de conectores.

Dificultad de reparar un cable de fibras

roto en el campo.


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que los medios preexistentes.

El peso del cable de fibras ópticas es

muy inferior al de los cables metálicos,

capaz de llevar un gran número de

señales.

La materia prima para fabricarla es

abundante en la naturaleza.

Compatibilidad con la tecnología

digital.

APLICACIONES DE LA FIBRA ÓPTICA

Internet

El servicio de conexión a Internet por fibra óptica, derriba la mayor limitación

del ciberespacio: su exasperante lentitud. El propósito del siguiente artículo es

describir el mecanismo de acción, las ventajas y sus desventajas.

Para navegar por la red mundial de redes, Internet, no sólo se necesitan un

computador, un módem y algunos programas, sino también una gran dosis de

paciencia. El ciberespacio es un mundo lento hasta el desespero. Un usuario

puede pasar varios minutos esperando a que se cargue una página o varias

horas tratando de bajar un programa de la Red a su PC.

Esto se debe a que las líneas telefónicas, el medio que utiliza la mayoría de los

50 millones de usuarios para conectarse a Internet, no fueron creadas para

transportar videos, gráficas, textos y todos los demás elementos que viajan de

un lado a otro en la Red.

Pero las líneas telefónicas no son la única vía hacia el ciberespacio.

Recientemente un servicio permite conectarse a Internet a través de la fibra

óptica.


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La fibra óptica hace posible navegar por Internet a una velocidad de dos

millones de bps, impensable en el sistema convencional, en el que la mayoría

de usuarios se conecta a 28.000 0 33.600 bps.

Redes

La fibra óptica se emplea cada vez más en la comunicación, debido a que las

ondas de luz tienen una frecuencia alta y la capacidad de una señal para

transportar información aumenta con la frecuencia. En las redes de

comunicaciones se emplean sistemas de láser con fibra óptica. Hoy funcionan

muchas redes de fibra para comunicación a larga distancia, que proporcionan

conexiones transcontinentales y transoceánicas. Una ventaja de los sistemas

de fibra óptica es la gran distancia que puede recorrer una señal antes de

necesitar un repetidor para recuperar su intensidad. En la actualidad, los

repetidores de fibra óptica están separados entre sí unos 100 km, frente a

aproximadamente 1,5 km en los sistemas eléctricos. Los amplificadores de

fibra óptica recientemente desarrollados pueden aumentar todavía más esta

distancia.

Otra aplicación cada vez más extendida de la fibra óptica son las redes de área

local. Al contrario que las comunicaciones de larga distancia, estos sistemas

conectan a una serie de abonados locales con equipos centralizados como

ordenadores (computadoras) o impresoras. Este sistema aumenta el

rendimiento de los equipos y permite fácilmente la incorporación a la red de

nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes electroópticos y de

óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de fibra.

Red de área local o LAN, conjunto de ordenadores que pueden compartir datos,

aplicaciones y recursos (por ejemplo impresoras). Las computadoras de una

red de área local (LAN, Local Area Network) están separadas por distancias de

hasta unos pocos kilómetros, y suelen usarse en oficinas o campus

universitarios. Una LAN permite la transferencia rápida y eficaz de información

en el seno de un grupo de usuarios y reduce los costes de explotación.


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Otros recursos informáticos conectados son las redes de área amplia (WAN,

Wide Area Network) o las centralitas particulares (PBX). Las WAN son similares

a las LAN, pero conectan entre sí ordenadores separados por distancias

mayores, situados en distintos lugares de un país o en diferentes países;

emplean equipo físico especializado y costoso y arriendan los servicios de

comunicaciones. Las PBX proporcionan conexiones informáticas continuas para

la transferencia de datos especializados como transmisiones telefónicas, pero

no resultan adecuadas para emitir y recibir los picos de datos de corta duración

empleados por la mayoría de las aplicaciones informáticas.

Las redes de comunicación públicas están divididas en diferentes niveles;

conforme al funcionamiento, a la capacidad de transmisión, así como al

alcance que definen. Por ejemplo, si está aproximándose desde el exterior

hacia el interior de una gran ciudad, se tiene primeramente la red interurbana

y red provicional, a continuación las líneas prolongadas aportadoras de tráfico

de más baja capacidad procedente de áreas alejadas (red rural), hacia el

centro la red urbana y finalmente las líneas de abonado. Los parámetros

dictados por la práctica son el tramo de transmisión que es posible cubrir y la

velocidad binaria específica así como el tipo de fibra óptica apropiado, es decir,

cables con fibras monomodo ó multimodo.

Telefonía

Con motivo de la normalización de interfaces existentes, se dispone de los

sistemas de transmisión por fibra óptica para los niveles de la red de

telecomunicaciones públicas en una amplia aplicación, contrariamente para

sistemas de la red de abonado (línea de abonado), hay ante todo una serie de

consideraciones.

Para la conexión de un teléfono es completamente suficiente con los

conductores de cobre existentes. Precisamente con la implantación de los

servicios en banda ancha como la videoconferencia, la videotelefonía, etc, la

fibra óptica se hará imprescindible para el abonado. Con el BIGFON (red


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urbana integrada de telecomunicaciones en banda ancha por fibra óptica) se

han recopilado amplias experiencias en este aspecto. Según la estrategia

elaborada, los servicios de banda ancha posteriormente se ampliarán con los

servicios de distribución de radio y de televisión en una red de

telecomunicaciones integrada en banda ancha (IBFN).

Otras aplicaciones

Las fibras ópticas también se emplean en una amplia variedad de sensores,

que van desde termómetros hasta giroscopios. Su potencial de aplicación en

este campo casi no tiene límites, porque la luz transmitida a través de las

fibras es sensible a numerosos cambios ambientales, entre ellos la presión, las

ondas de sonido y la deformación, además del calor y el movimiento. Las fibras

pueden resultar especialmente útiles cuando los efectos eléctricos podrían

hacer que un cable convencional resultara inútil, impreciso o incluso peligroso.

También se han desarrollado fibras que transmiten rayos láser de alta potencia

para cortar y taladrar materiales.

La aplicación más sencilla de las fibras ópticas es la transmisión de luz a

lugares que serían difíciles de iluminar de otro modo, como la cavidad

perforada por la turbina de un dentista. También pueden emplearse para

transmitir imágenes; en este caso se utilizan haces de varios miles de fibras

muy finas, situadas exactamente una al lado de la otra y ópticamente pulidas

en sus extremos. Cada punto de la imagen proyectada sobre un extremo del

haz se reproduce en el otro extremo, con lo que se reconstruye la imagen, que

puede ser observada a través de una lupa. La transmisión de imágenes se

utiliza mucho en instrumentos médicos para examinar el interior del cuerpo

humano y para efectuar cirugía con láser, en sistemas de reproducción

mediante facsímil y fotocomposición, en gráficos de ordenador o computadora

y en muchas otras aplicaciones.

SuperCable : es una empresa transnacional de servicios de telecomunicaciones

en voz, video y data que ha ofrecido televisión por cable en Venezuela desde


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comienzo de los años 90. Con su tecnología de transmisión de datos en fibra

óptica, comunicaciones digitales y compresión de datos, se encuentra en

capacidad de incursionar en el vasto mercado de las telecomunicaciones.

Son los únicos capaces de brindar tecnología de punta, la cobertura geográfica

más amplia, la mayor eficiencia de la inversión publicitaria, y servicio

personalizado.

La totalidad de la red de SuperCable es de fibra óptica que permite la

transmisión de banda ancha. El sector de Banda ancha de Motorola, empresa

líder a nivel global en soluciones integrales de comunicaciones y soluciones

embebidas, es el socio tecnológico de Supercable en el desarrollo de su

sistema de televisión por cable, el que será transformado en un paquete de

servicios interactivos en los próximos años. El acuerdo incluye la

implementación de una plataforma de cable digital interactivo en Bogotá y en

Caracas.

Motorola socio tecnológico de Supercable

El anuncio ha despertado el interés del sector de negocios de la televisión paga

en la región. Supercable inició operaciones en Ecuador, luego se instaló en

Venezuela y el año pasado los accionistas de la empresa tomaron la

determinación de participar a nivel panregional. El primer paso es el

lanzamiento en el mercado colombiano con planes de añadir otro país este

año. Instalaron su casa matriz en el sur de La Florida, en Estados Unidos.

¿De cuánto es la inversión que están haciendo en Colombia?

La primera etapa del proyecto que estamos contemplando, es de 120 millones

de dólares. Nuestros estudios de mercadeo en Bogotá revelaron que hay

deficiencias en casi todas las plataformas de televisión por cable: en calidad de

señal y servicios. Necesidades en aspectos de Internet y sus precios.

Supercable tomó esto como una gran oportunidad y por eso partimos en redes

avanzadas, fibra óptica y realización de la convergencia de servicios. Estamos


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partiendo de cero para atender a un mercado de gran magnitud y de grandes

carencias. ¿Cómo afrontaran la piratería y los problemas de tarifas?

Supercable está haciendo en Colombia una de las inversiones más importantes

en televisión de pago y la reacción incluso de sus competidores ha sido muy

positiva, ya que es un paso adelante que el país dará, justamente en uno de

sus peores momentos. Esa es la esperanza de empresarios y ejecutivos de

esta industria y, principalmente, la de los usuarios.

COMPARACIÓN CON OTROS MEDIOS DE COMUNICACIÓN

Comparación con los cables coaxiales

Características Fibra

Óptica Coaxial

Longitud de la Bobina (mts) 2000 230

Peso (kgs/km) 190 7900

Diámetro (mm) 14 58

Radio de Curvatura (cms) 14 55

Distancia entre repetidores (Kms) 40 1.5

Atenuación (dB / km) para un Sistema

de 56 Mbps 0.4 40

Comunicaciones por Satélite vs Fibra Óptica más económica la F.O. para

distancias cortas y altos volúmenes de tráfico, por ejemplo, para una ruta de

2000 ctos., el satélite no es rentable frente a la solución del cable de fibras

hasta una longitud de la misma igual a unos 2500 kms.


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La calidad de la señal por cable es por mucho más alta que por satélite, porque

en los geoestacionarios, situados en órbitas de unos 36,000 kms. de altura, y

el retardo próximo a 500 mseg. introduce eco en la transmisión, mientras que

en los cables este se sitúa por debajo de los 100 mseg admitidos por el CCITT.

La inclusión de supresores de eco encarece la instalación, disminuye la

fiabilidad y resta la calidad al cortar los comienzos de frase.

El satélite se adapta a la tecnología digital, si bien las ventajas en este campo

no son tan evidentes en el analógico, al requerirse un mayor ancho de banda

en aquel y ser éste un factor crítico en el diseño del satélite.

OPINIONES PERSONALES

En nuestra opinión la F.O. solo es recomendable para Empresas y no para

pequeños usuarios debido a su elevado coste, no solo el coste de instalación

sino también por el de las cuotas, además siempre estas a expensas de que

haya una línea de F.O. cerca de tu casa ya que si no es así la instalación no es

factible.

Definitivamente, los pequeños consumidores deberemos de esperar a que la

ciencia avance un poco mas en este campo y sea accesible para todos, solo

entonces podremos beneficiarnos de las ventajas que nos ofrece esta

tecnología.

CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

1.- La historia de la comunicación a través de la Fibra Óptica revolucionó el

mundo de la información, con aplicaciones, en todos los órdenes de la vida

moderna, lo que constituyó un adelanto tecnológico altamente efectivo.

2.- El funcionamiento de la Fibra Óptica es un complejo proceso con diversas

operaciones interconectadas que logran que la Fibra Óptica funcione como

medio de transportación de la señal luminosa, generando todo ello por el

transmisor LED’S y láser.


RPCG UCSM 2011

3.- Los dispositivos implícitos en este complejo proceso son: transmisor,

receptor y guía de fibra, los cuales realizan una importante función técnica,

integrados como un todo a la eficaz realización del proceso.

4.- La Fibra Óptica tiene como ventajas indiscutibles, la alta velocidad al

navegar por internet, así como su inmunidad al ruido e interferencia, reducidas

dimensiones y peso, y sobre todo su compatibilidad con la tecnología digital.

Sin embargo tiene como desventajas: el ser accesible solamente para las

ciudades cuyas zonas posean tal instalación, así como su elevado costo, la

fragilidad de sus fibras y la dificultad para reparar cables de fibras rotos en el

campo.

5.- Actualmente se han modernizado mucho las características de la Fibra

Óptica, en cuanto a coberturas más resistentes, mayor protección contra la

humedad y un empaquetado de alta densidad, lo que constituye un adelanto

significativo en el uso de la Fibra Óptica, al servicio del progreso tecnológico en

el mundo.

BIBLIOGRAFÍA FUENTE DE LOS APARTADOS Y ARTICULOS

Consultas a las páginas Web:

http://www.encarta.msn.es

http://usuarios.lycos.es/Fibra_Optica/comparacion.htm

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Material Educativo Comunicaciones Opticas 2011 (1)

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