Los cables de fibras ópticas, al igual que los cables metálicos eléctricos, necesitan ser empalmados con otros, para adaptarse a los requerimientos de las instalaciones a realizar con ellos, ya sea porque la longitud de los rollos o bobinas de cables son menores a la longitud de la infraestructura en la que se han de instalar o porque para la distribución se utilizan cables con diferentes números  de fibras.

También se requiere realizar empalmes de las fibras que componen los cables en sus extremos, ya que para poder conectar estas fibras a los equipos transmisores y receptores que las utilizarán, se requiere la instalación de conectores ópticos, que en su mayor parte se realizan utilizando latiguillos (pigtails) que son cables de fibra óptica más flexibles y  terminados en un extremo con un conector cuya punta está dotada de un pulido de alta calidad, que se realiza mediante procesos automáticos en factoría o también conectores con poco más de un centímetro de fibra, pulidos en factoría y que se pueden conectar a las fibras que componen el cable mediante empalmes.

En un empalme de conductores eléctricos la unión se hace lateralmente; en fibras ópticas la unión se realiza en los extremos, ya que la luz guiada ha de salir de una fibra e introducirse en la siguiente.
El empalme de fibra óptica se realiza alineando las dos fibras a empalmar de tal manera que los núcleos de las mismas coincidan en los ejes horizontal y vertical (X, Y) como se muestra en la Figura 1.

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Los alineamientos de las fibras son los factores que más influyen en las pérdidas de señal óptica de  los empalmes de fibras ópticas. Pueden ser de tres tipos: longitudinales (separación), laterales y  angulares. (figura 2).
Las pérdidas de señal ópticas dependerán del valor de los errores en estos alineamientos y de las características de las fibras a empalmar, entre las que se encuentran los diámetros de los núcleos y las

Aperturas Numéricas (NA) de las mismas. (figura 3).
Un factor muy importante en la realización de los empalmes de fibras ópticas, para obtener bajas pérdidas, es el ángulo de corte con respecto a la perpendicular al eje: este ha de ser menor de 1o en toda la superficie del corte (figura 4). Para realizar estos cortes se utilizan cortadoras de precisión.

Tipos de empalmes
Si tras el alineamiento de las fibras, se realiza una unión con fusión del material mediante la aplicación de un arco eléctrico de alta tensión o cualquier otro sistema de calentamiento se habrá realizado un empalme por fusión; si no se funde el material, se habrá realizado un empalme mecánico. (figura 5).

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¿Qué tipo de empalme es mejor?
Los empalmes por fusión se utilizan sobre todo con fibra monomodo y basándonos en  razonamientos de calidad técnica podemos asegurar que los empalmes por fusión son los mejores ya que ofrecen menores pérdidas de inserción y altas pérdidas de retorno (menores reflexiones), pero existen otras razones que hay que tener en cuenta al decidir el tipo a utilizar, éstas pueden ser: económicas, tecnológicas y  logísticas.

En cuanto a las razones económicas, se debe tener en cuenta que los empalmes mecánicos requieren una inversión inicial menor (1200 a 1500 euros, dependiendo de la calidad de las herramientas) que la necesaria para los empalmes por fusión (6500 a 10000 euros, dependiendo de la calidad y precisión de la máquina y herramientas ), pero el coste del material fungible para la realización de cada empalme mecánico (²5 euros) es más elevado que para los empalmes por fusión, ya que una vez realizados solamente es necesario utilizar un protector termo contráctil con refuerzo metálico cuyo coste es reducido (²0,25 euros/u).

Las razones tecnológicas vendrán marcadas por el tipo de industria en  la que se realicen los empalmes. En el sector de telecomunicaciones y redes de CATV, se utilizan fibras monomodo y donde las longitudes de los cables sean elevadas se requerirán empalmes con bajas pérdidas de inserción, por lo que el empalme por fusión es el más adecuado, pero en enlaces de cortas distancias (FTTx) se podrán utilizar ambos métodos. El sector de seguridad, suele utilizar fibras multimodo y cortas distancias por lo que también se podrán utilizar los dos tipos de empalme. Las redes LAN utilizan fibras monomodo y multimodo, generalmente, cortas distancias; por lo tanto cualquier solución es adecuada. Para el sector de control industrial (industrias aeronavales, automovilística, control de edificaciones, sensores en áreas peligrosas, etc.) las fibras son multimodo y las distancias muy cortas; por lo tanto también los empalmes mecánicos son adecuados.
En cuanto a los condicionantes logísticos hay que tener en cuenta que el espacio necesario para la realización de empalmes mecánicos es menor que el que se necesita para los empalmes por fusión y que para estos últimos es preciso energía, aunque en los últimos años proviene de baterías, la realización de los empalmes mecánicos no requiere ningún tipo de alimentación.

Estas características hacen que los empalmes mecánicos sean muy adecuados para realizar reparaciones rápidas, aunque en algunos casos, éstas sean provisionales.

Empalme mecánico
Consiste en la unión de los dos extremos de las fibras en un soporte mecánico para permitir la alineación de los recubrimientos y mediante pegamentos o sistemas de presión para evitar la separación de las fibras. Su interior está impregnado de gel igualador de índice con el fin de reducir las  pérdidas de inserción y las pérdidas de retorno producidas por las reflexiones de luz que se generan debido a las diferencias de los índices de refracción del núcleo de las fibras y el aire.

El soporte mecánico dispone de una ranura que permite el alineamiento de los revestimientos de las fibras y suele tener forma de V, lo que confiere una gran precisión al alineamiento. Ver Figuras 6 y 7.
Para poder utilizar un empalme mecánico es necesario que las fibras a unir tengan niveles de excentricidad muy bajos o, lo que es lo mismo, que el centro del núcleo coincida con el centro del revestimiento, ya que, de no ser así las pérdidas de inserción que se producirían en los mismos serían  muy elevadas, sobre todo en empalmes de fibras monomodo.
Los empalmes mecánicos han sido utilizados frecuentemente en los laboratorios de ensayos, en instalaciones interiores y con fibras multimodo, debido a lo tedioso, complejo y delicado del montaje y a la importancia que representa la estabilidad mecánica de los componentes, ya que las dilataciones o contracciones de los materiales por cambios de temperatura los hacían poco recomendables para su uso en exteriores, si los mismos no eran de gran calidad y elevado coste.
Los avances tecnológicos experimentados en los últimos años han permitido el desarrollo de empalmes mecánicos fáciles de realizar, robustos, fiables, de pequeño tamaño y precio reducido.
Los empalmes mecánicos de Fujikura FMSEZ-025/09 (figura 8) son un ejemplo de empalmes de alta calidad y pequeño tamaño (40 x 4 x 4 mm) que se pueden instalar en las bandejas de las cajas de empalme y permiten realizar empalmes  de fibras monomodo y multimodo con protección primaria de 250 µm y 900µm.
Se montan en menos de 3 minutos con muy pocas herramientas, que se transportan en un pequeño maletín de plástico (figura 9).
Una vez montados, sujetan los recubrimientos de las fibras y las protecciones primarias de forma independiente evitando así que las fibras puedan rotar en su interior. Este proceso se muestra en la figura 10.

Características
Las características técnicas de los empalmes mecánicos de Fujikura FMSEZ-25/09 se indican en la Tabla 1.

Montaje
Para la realización del empalme se siguen los siguientes pasos:
1. Colocar el empalme en el útil de montaje.
2. Abrir el empalme.
3. Colocar la fibra en el soporte correspondiente con aproximadamente 4 cm de fibra en el extremo.
4. Pelar la fibra.
5. Limpiar.
6. Cortar.
7. Colocar en el útil.
8. Repetir los pasos del 3 al 7 para la otra fibra.
9. Cerrar el empalme.
10. Liberar las fibras y sacar el empalme. (figura 10).

Ensayos
Fujikura ha sometido los empalmes mecánicos FMSEZ-025/09 a ensayos según la norma Telcordia GR-765-CORE Generic Requirements for Single Fiber Single-Mode Optical Splices and Splicing Systems, que demuestran que estos empalmes ofrecen características cercanas a los empalmes por fusión.
El FMSEZ-025/09 es un empalme que se puede utilizar con fibras de protección primaria de 250 y 900 µm; los ensayos se han realizado con fibras de estas protecciones.
Las fibras con protección primaria de 900 µm soportan condiciones ambientales diferentes dependiendo del material plástico de la protección; por lo que los ensayos de temperatura se han realizado con fibras con protección primaria de PVC. (tabla 2).
Se han sometido a ensayos en diferentes categorías correspondientes a:
- Embalaje transporte y recepción.
- Instalación y montaje.
- Condiciones medioambientales.

Embalaje, transporte y recepción
Los empalmes fueron sometidos a caídas horizontales e inclinadas sobre diferentes tipos de superficies.
Se han realizado ensayos de vibraciones entre 10Hz y 500Hz.
Los empalmes han sido sometidos a temperaturas comprendidas entre
60 ºC y -40 ºC y humedades relativas de hasta el 90%.
Después de cada ensayo se montaron los empalmes y se verificaron las pérdidas de inserción y  retorno certificando que las características de los empalmes no se deterioraban ya que se obtuvieron en todos los casos pérdidas de inserción promediadas menores de 0,15dB y pérdidas de retorno superiores a 40dB. (figura 12).

Instalación y condiciones de montaje
Los empalmes fueron montados a temperaturas de 0 ºC sin control de humedad; también se realizaron montajes a 38 ºC y humedad relativa entorno al 90% y por último se montaron los empalmes con temperaturas de 45 ºC y humedad relativa del 15%.
Se verificaron las pérdidas de inserción y  retorno de los empalmes y se obtuvieron pérdidas de inserción promediadas menores de 0,15dB y pérdidas de retorno superiores a 40dB.

Condiciones ambientales
Los empalmes realizados se sometieron a diferentes condiciones medioambientales y mecánicas, para verificar si de las pérdidas de inserción aumentaban o disminuían las pérdidas de retorno.
Los ensayos realizados fueron los siguientes:
- Tensión entre las dos fibras de 4,4N durante 1 segundo.
- 50 ciclos de temperatura de -40 ºC a 75 ºC.
- 15 ciclos de Humedad y condensación de -10 ºC a 65 ºC.
- Inmersión en agua a 43 ºC durante 7 días.
- Vibraciones de 0,76 mm de amplitud y frecuencias de 10 a 55 Hz en barridos 1 minuto y 2 horas totales para los tres ejes.
- Se repitieron los ciclos de temperatura y tensión. 
Los resultados fueron los siguientes se muestran en la Tabla 3 y Figura 13.

Autor: Pedro Notario, Director Técnico TELECOM-UNITRONICS

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