20 preguntas sobre los conocimientos básicos de los cables de fibra óptica

Parte 1: Fundamentos de fibra óptica y cable

1. ¿Cuál es la estructura de la fibra óptica?

La fibra óptica es una guía de onda cilíndrica compuesta por medios transparentes, que se divide en tres capas desde el interior hacia afuera:

Núcleo de fibra: situado en el centro y hecho de dióxido de silicio de alta pureza, es el canal para la transmisión de ondas de luz.

Revestimiento: Rodeando el núcleo, con un índice de refracción ligeramente inferior al núcleo. Utilizando el principio de reflexión total, la luz se confina dentro del núcleo de fibra y se propaga hacia adelante.

Capa de recubrimiento: La capa protectora de plástico más externa utilizada para proteger las fibras ópticas frágiles de daños físicos como el microbending y la humedad.

2. Composición del cable óptico

Los cables de fibra óptica son cables hechos para proteger y usar fibras ópticas en la ingeniería práctica, y su estructura es más compleja:

Núcleo de cable: Contiene una o más fibras ópticas y es el núcleo de un cable óptico.

Refuerzo: generalmente compuesto de hilo aramido o alambre de acero, proporcionando resistencia a la tracción para cables ópticos.

La cubierta de plástico más externa proporciona protección mecánica, resistencia a la humedad, resistencia a la corrosión química y otras funciones.

Algunos cables ópticos también están llenos de compuestos impermeables (grasa) en el núcleo del cable para evitar la intrusión de vapor de agua.

3. ¿Cuál es la longitud de onda de trabajo de la fibra óptica?

La longitud de onda de trabajo de la fibra óptica se refiere a la banda óptica específica utilizada para la transmisión de señales ópticas, principalmente concentrada en la ventana de comunicación:

Primera ventana: 850nm: utilizado principalmente para fibras ópticas multimodo.

Segunda ventana: 1310nm: se utiliza principalmente para fibras de modo único, donde se minimiza la dispersión.

Tercera ventana: 1550nm: utilizado principalmente para fibra de modo único, donde se minimiza la pérdida.

Además, también hay banda C (1530-1565 nm) y banda L (1565-1625 nm) usados para sistemas de multiplexación por división de longitud de onda.

4. Longitud de onda mínima de dispersión y longitud de onda mínima de pérdida

Longitud de onda mínima de dispersión: para el estándar G.652. D fibra de modo único, la longitud de onda mínima de dispersión es de alrededor de 1310 nm.

Longitud de onda de pérdida mínima: La longitud de onda con la pérdida de fibra más baja es de alrededor de 1550 nm, determinada principalmente por las propiedades del material del vidrio de cuarzo.

5. ¿Qué es la dispersión en fibras ópticas?

La dispersión se refiere al fenómeno en el que los pulsos de luz se propagan en fibras ópticas a diferentes velocidades debido a los diferentes componentes de la luz (diferentes modos, diferentes frecuencias), lo que resulta en la ampliación del pulso en el tiempo. Esto causará interferencia entre símbolos, limitando la capacidad de transmisión y la distancia. Los principales tipos son:

Dispersión intermodal: Existe en fibras multimodales, donde diferentes modos tienen diferentes trayectorias ópticas y tiempos de llegada.

Dispersión cromática: existe en fibras ópticas de modo único, incluyendo dispersión de material y dispersión de guía de onda.

6. ¿Cuáles son las razones de la atenuación de fibra óptica?

La atenuación (pérdida) de fibra se refiere a la disminución de la potencia óptica a medida que aumenta la distancia de transmisión. Las principales razones incluyen:

Absorción: causada por impurezas (como iones hidróxido) y absorción intrínseca en materiales de fibra óptica.

Dispersión: Principalmente causada por la dispersión de Rayleigh, es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda y es la principal fuente de pérdida en la región de longitud de onda corta.

Pérdida de flexión: incluyendo macro flexión (radio de flexión del cable demasiado pequeño) y micro flexión (flexión pequeña causada por la formación de cable de fibra óptica).

7. ¿Con qué se relaciona el ancho de banda de la fibra óptica?

El ancho de banda de la fibra óptica mide su capacidad para transmitir información.

Para las fibras multimodo, el ancho de banda está limitado principalmente por la dispersión intermodal.

Para las fibras de modo único, el ancho de banda está limitado principalmente por la dispersión cromática y la dispersión de modo de polarización.

Parte 2: Parámetros clave de rendimiento

8. ¿Qué es la pérdida de inserción?

La pérdida de inserción se refiere a la reducción de la potencia de salida en relación con la potencia de entrada de una señal óptica después de pasar a través de un componente óptico tal como un conector o acoplador. Por lo general expresado en decibeles, cuanto menor sea el valor, mejor.

9. ¿Qué es la pérdida de retorno?

La pérdida de retorno se refiere a la relación de la potencia reflejada de vuelta a la fuente de luz a la potencia incidente cuando una señal óptica pasa a través de un elemento óptico. Por lo general expresado en decibeles, cuanto mayor sea el valor, mejor, lo que indica un menor reflejo. La pérdida de retorno de los conectores APC es generalmente mejor que la de los conectores UPC.

10. ¿Cuál es el tamaño del núcleo de la fibra óptica?

Fibra de modo único: El diámetro del núcleo es muy pequeño, generalmente 8-10 m m (por ejemplo, G.652. D).

Fibra multimodo: El diámetro del núcleo es relativamente grande, generalmente 50 m m o 62,5 m m.

11. ¿Cuál es el diámetro del campo del modo?

El diámetro del campo de modo es el tamaño de distribución lateral de la potencia óptica en una fibra de modo único. Es ligeramente mayor que el diámetro físico del núcleo y es un parámetro clave que describe el tamaño del punto en fibras de modo único, lo que afecta directamente a las pérdidas de conexión y flexión.

12. ¿Qué es la apertura numérica?

La apertura numérica mide la capacidad de las fibras ópticas para recibir luz. Define el valor sinusoidal del ángulo de incidente máximo en el que la luz puede ser capturada y transmitida por una fibra óptica. Cuanto mayor sea el valor de NA, más fuerte será la capacidad de la fibra para recibir luz.

13. ¿Cuál es la longitud de onda de corte?

La longitud de onda de corte es la longitud de onda crítica en la que una fibra óptica pasa de la operación multimodo a la operación de modo único. Cuando la longitud de onda de trabajo es mayor que la longitud de onda de corte, solo se puede transmitir un modo fundamental en la fibra (convirtiéndose en una fibra de modo único).

14. ¿Qué es la longitud de onda de dispersión cero?

La longitud de onda de dispersión cero se refiere a una longitud de onda específica en la que la dispersión cromática de una fibra óptica es cero. Para fibras de modo único estándar, la longitud de onda de dispersión cero es de alrededor de 1310 nm.

Parte 3: Tipos y normas de fibra óptica

15. ¿Qué es la fibra óptica desplazada por dispersión?

DSF es una fibra óptica que cambia la longitud de onda de dispersión cero de 1310 nm a 1550 nm cambiando la estructura de la guía de onda de la fibra. El objetivo es lograr cero dispersión dentro de la ventana de pérdida más baja, pero es susceptible a efectos no lineales.

16. ¿Qué es la fibra de dispersión no cero?

NZDF está diseñado para abordar los problemas no lineales de DSF en sistemas DWDM. Mantiene un valor de dispersión pequeño pero no cero en la ventana de 1550 nm (tal como la banda C) para suprimir efectos no lineales tales como la mezcla de cuatro ondas.

17. ¿Cómo clasificar las fibras ópticas?

La fibra óptica se clasifica principalmente según el modo de transmisión y la distribución del índice de refracción:

Por modo: fibra monomodo, fibra multimodo.

Según el índice de refracción: fibra de índice de paso, fibra de índice de gradiente.

18. ¿Cuáles son los principales tipos de fibras ópticas actualmente utilizados para la construcción de redes de transmisión?

G. 652. D: fibra de modo único estándar, que es la fibra más ampliamente utilizada con un rendimiento equilibrado.

G. 657.A1/B: Fibra de modo único insensible a la flexión, adecuada para escenarios como FTTH que requieren pequeños radios de flexión.

OM4/OM5: fibra multimodo de alto rendimiento, utilizada principalmente para la interconexión de corta distancia en centros de datos.

19. ¿Qué son la fibra de modo único y la fibra de modo múltiple?

Fibra de modo único: El núcleo de fibra es muy delgado y solo puede transmitir un modo de luz por encima de la longitud de onda de corte. Baja dispersión, ancho de banda extremadamente alto, adecuado para comunicaciones de larga distancia y de alta capacidad.

Fibra multimodo: El núcleo de fibra es más grueso y puede transmitir cientos de modos de luz. Gran dispersión intermodal y ancho de banda bajo, utilizado principalmente para la comunicación de corto alcance (como en edificios y centros de datos).

20. Conocimientos básicos de OS1, OS2, OM1, OM2, OM3, OM4, OM5

Esta es una clasificación de las normas internacionales para cables de fibra óptica:

En la construcción actual de redes de fibra óptica, OS1 y OS2, como representantes de fibras de modo único, ambos usan núcleos de fibra de 9 m m y cumplen con la norma G.652. Entre ellos, OS1 es adecuado para escenarios de cableado interior, mientras que OS2 es más adecuado para aplicaciones de red al aire libre y de la columna vertebral debido a su estructura de manguito suelto. En el campo de la fibra multimodo, OM1 (62,5 µm), como una norma temprana, se ha retirado gradualmente del mercado, mientras que OM2 (50 µm) ha logrado una mejora del rendimiento sobre esta base. Los actuales OM3 y OM4 (ambos 50 µm) están marcados con una vaina azul marino y soportan transmisión de 10Gb/s a 300 metros y 550 metros respectivamente, convirtiéndose en la elección principal para el cableado de centros de datos. La fibra OM5 recién lanzada adopta una vaina verde cal y soporta la tecnología de multiplexión por división de onda corta mientras mantiene un núcleo de 50 µm, proporcionando preparación técnica para la futura evolución de redes de alta capacidad.