Los cables de fibras ópticas, para adaptarse a los requerimientos de las instalaciones, necesitan ser empalmados con otros, ya sea porque la longitud de los rollos o bobinas de cables son menores a la longitud de las infraestructuras o porque para la distribución se utilizan cables con diferentes números  de fibras.

También se realizan empalmes de las fibras que componen los cables en sus extremos con latiguillos (pigtails), para poder conectar estas fibras a los equipos transmisores y receptores que las utilizarán.

Las fibras ópticas son cables de vidrio flexible, fabricadas principalmente con sílice, por las que se transmiten señales luminosas, y están compuestas por: núcleo, revestimiento y protegidas por una cubierta de material plástico (figura 1). Por el núcleo viaja la luz y el revestimiento tiene la misión de evitar que la luz abandone el núcleo.
Existen dos tipos principales de fibras ópticas: monomodo y multimodo. Las fibras monomodo tienen un núcleo de diámetro muy pequeño, (8 a 10 µm) y por él solamente puede viajar un modo de luz (rayo).
Las fibras multimodo tienen diámetros de núcleos superiores a 50 µm por lo que permiten la circulación de muchos modos de luz.
Las fibras monomodo permiten la transmisión de mayor cantidad de información por tener un ancho de banda superior al de las fibras multimodo.

Tipos de Empalmes
Existen dos tipos de empalmes: empalme mecánico y empalme por fusión. Un empalme mecánico consiste en alinear las fibras en un soporte que permita fijarlas mecánicamente o mediante  pegamento.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Los empalmes mecánicos se utilizan principalmente en fibras multimodo aunque también se pueden utilizar con fibras monomodo, si éstas tienen bajos niveles de excentricidad, asumiendo que las pérdidas de inserción pueden ser mayores y las pérdidas de retorno menores que las de los empalmes por fusión.
Los empalmes por fusión se realizan fundiendo el material de las fibras mediante la aplicación de un arco eléctrico de alta tensión o cualquier otro sistema de calentamiento. Estos empalmes se utilizan con cualquier tipo de  fibra: monomodo o multimodo, ofrecen menores pérdidas de inserción y altas pérdidas de retorno (menores reflexiones).

Empalmes por Fusión
El empalme por fusión, a grandes rasgos, consiste en unir las dos fibras fundiendo el material de sus puntas mediante la aplicación de una fuente calorífica, que suele estar compuesta por dos electrodos entre los cuales se produce un arco eléctrico cuando se les aplica una fuente de alta tensión de 4000 a 5000 voltios con corriente controlada. La potencia calorífica del arco eléctrico dependerá de la corriente que en cada momento suministre la fuente de alta tensión.

Los empalmes por fusión se realizan utilizando una máquina a la que se suele denominar como: Empalmadora, Fusionadora o Máquina de Empalme. La máquina realiza como funciones principales: aproximación de las fibras, alineamiento, fusión, cálculo de pérdidas estimadas (figura 2) y por último las máquinas disponen de un calefactor integrado que permite colocar el protector al empalme.

Cómo hacer un Empalme por Fusión
Para realizar un empalme, las fibras se deben pelar (retirar la protección primaria), limpiar con papel o gasas que no suelten partículas impregnados en alcohol, preferentemente etanol, aunque también se puede utilizar alcohol isopropílico. Y por último, se deben cortar, utilizando una cortadora de precisión que asegure que el ángulo de corte con respecto a la perpendicular sea menor a 1º.  Se colocarán las fibras en la máquina procurando que no se ensucien y se realiza el empalme simplemente apretando un botón, ya que la máquina realiza el proceso de modo automático.  Una vez finalizada la fusión, la máquina evalúa las pérdidas del empalme y se puede proceder a la colocación del protector del empalme.
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.
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. Véase la figura 3.
Uno de los factores más importantes para obtener bajas pérdidas en la realización de los empalmes de fibras ópticas, es el ángulo de corte con respecto a la perpendicular al eje; éste ha de ser menor de 1º en toda la superficie del corte. Para realizar estos cortes se utilizan cortadoras de precisión. (figura 4).

Composición de una Fusionadora
Las fusionadoras están compuestas por diferentes sistemas, que tienen misiones distintas, por lo que podríamos diferenciar estos sistemas como:

- Sistemas de sujeción de las protecciones primarias. Su misión es la de evitar que las fibras se desplacen hacia el interior o exterior de la máquina e impedir que las mismas roten mientras se realiza el empalme.
- Sistema de visionado del punto de empalme. Permiten visualizar la zona donde se producirá la fusión. Pueden estar compuestos por un microscopio (máquinas antiguas o de bajo coste), una cámara de video y un espejo o dos cámaras de video, éstas últimas son las más rápidas ya que se pueden visualizar los dos ejes de alineamiento simultáneamente.
- Sistema de alineamiento. Su función principal es la de alinear las puntas de las fibras con la intención de que coincidan los núcleos de ambas fibras lo más exactamente posible. Existen dos tipos principales: alineamiento de los núcleos y alineamiento de los revestimientos. El primero de ellos localiza y alinea los núcleos de las fibras y el segundo hace lo mismo con el revestimiento.

Las máquinas que disponen de la posibilidad de alinear los núcleos utilizan sistemas de alineamiento como LID o PAS.

- El sistema LID (Light Injection & Detection) se basa en inyectar luz, a través de la protección, en una de las fibras mediante una
curvatura y detectar la luz que se trasfiere a la otra fibra extrayendo la luz de la protección, con el mismo método de inyección. Este sistema tiene como inconvenientes que las cantidades de luz inyectadas dependen de la opacidad y grosor de la protecciones, por lo que con algunas fibras no funciona correctamente; por otra parte, la cantidad de luz inyectada y extraída en muchos casos
suelen ser muy débiles por lo que el alineamiento se puede ralentizar.
- El sistema PAS (Profile Alignment System), consiste en realizar el alineamiento mediante el perfil de los núcleos de las fibras de las imágenes obtenidas por una o dos cámaras de las fibras cuando son atravesadas por una fuente de luz colimada (rayos paralelos). Es el sistema más utilizado por ser el más rápido (empalmes en 9 segundos) y versátil.

- Sistema de fusionado. Está compuesto por los electrodos y la fuente de alta tensión y su misión es conseguir una correcta  fusión del material que compone las fibras.
- Sistema calefactor. Tiene la misión de calentar los protectores termo contráctiles de los empalmes.
- Sistema de control. Es el encargado de controlar los diferentes sistemas para conseguir automatizar el funcionamiento de la máquina y realizar el empalme en el menor tiempo posible y con la mayor calidad.

La precisión y calidad de estos sistemas influyen de manera muy notable en los resultados de los empalmes y la rapidez en la ejecución de los trabajos, lo que se traducirá en una mayor rentabilidad. (figura 5).

Tipos de fusionadoras
Existe una gran variedad de fusionadoras, que podemos dividir en dos tipos principales: funsionadoras de campo, las más utilizadas porque se utilizan en las instalaciones de los cables de fibras ópticas y fusionadoras de factoría que sirven para realizar empalmes de fibras ópticas en la fabricación de elementos electro-ópticos (amplificadores, compensadores etc.) o laboratorios de investigación. (figura 6).
Las fusionadoras de campo permiten unir las fibras multimodo: G651, EIA-492 o ISO/IEC 793 y las monomodo: G652, G653, G654, G655, G656 y G657.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 7. Fusionadoras de campo para fibras en cinta e individuales.

 

Las Fusionadoras de factoría también se pueden utilizar para empalmar los tipos de fibras de las máquinas de campo y fibras cuyo diámetro de revestimientos superiores a 150 µm. Para las fibras que mantienen polaridad (Panda, Bow Tie, etc.) se  necesitan fusionadoras de factoría más complejas, ya que requieren rotar las fibras para mantener el sentido de la polarización.
Los cables de fibras ópticas se fabrican con: fibras agrupadas en cintas o fibras sueltas introducidas en tubos o en fundas; por lo tanto, las fusionadoras de campo se pueden dividir en: fusionadoras para fibra en cinta y fusionadoras para fibras individuales (figura 7). 
Para unir fibras agrupadas en cinta, se necesita una máquina que pueda realizar el empalme de todas las fibras que componen las cintas (12, 10, 8, 4, etc.) al mismo tiempo.
Los empalmes de cables compuestos por fibras sueltas se realizan con  fusionadoras de fibras individuales. 
Existen dos tipos principales de fusionadoras de campo de fibras individuales, que se diferencian por el tipo de alineamiento que utilizan para unir las fibras: fusionadoras de alineamiento del núcleo y fusionadoras de alineamiento del revestimiento.
Las máquinas de alineamiento del núcleo son las que ofrecen mejor calidad, ya que la luz que viaja por las fibras, lo hace por los núcleos, por lo tanto el alineamiento de los mismos minimizará las pérdidas de señal óptica que se puedan producir en la unión; por esto se utilizan principalmente para empalmar fibras monomodo, aunque, por supuesto, también pueden empalmar fibras multimodo. Las máquinas de alineamiento del revestimiento son muy adecuadas para unir fibras multimodo, pero también se pueden utilizar en empalmes de fibras monomodo si los centros de los núcleos coinciden con los centros de los revestimientos (niveles de excentricidad bajos).
Las fusionadoras de alineamiento del núcleo están compuestas por dos piezas con una ranura en forma de V (donde se sitúan las fibras) dotadas de mecanismos de desplazamiento laterales y verticales. Estas máquinas tienen un precio mayor que las máquinas de alineamiento por revestimiento, ya que disponen de un mayor número de motores y es mejor la calidad de las cámaras y objetivos.
Las máquinas de alineamiento por revestimiento disponen de una pieza que tiene una ranura en forma de V sobre la que se colocan las fibras a unir produciéndose así el alineamiento de los revestimientos de las fibras. Las fibras monomodo que componen los cables desde hace algunos años tienen niveles de excentricidad muy bajos. Así pues, para trabajar con cables de fibras monomodo de menos de 15 años también se pueden utilizar máquinas de alineamiento del revestimiento.

¿Qué fusionadora adquirir?
Para seleccionar el tipo de máquina que se adapte mejor a todas nuestras necesidades deberemos analizar los siguientes aspectos:

- Tipo de alineamiento. Partiendo de la base de que las máquinas de alineamiento del núcleo ofrecen mejores características que las de alineamiento del revestimiento, debemos tener en cuenta que: para fibras monomodo y mínimas pérdidas (sector telecomunicaciones) lo más recomendable es una máquina de alineamiento del núcleo y para realizar empalmes en fibras monomodo con pérdidas razonables (FTTx, CATV, LAN, etc.) o fibras multimodo (LAN, control industrial, etc.) se puede utilizar cualquier tipo de fusionadora. 
- Costes. Las máquinas de alineamiento del núcleo tienen un precio más elevado (² +35%) que las máquinas de alineamiento del revestimiento.
- Condiciones medioambientales. Es conveniente seleccionar entre las diferentes opciones del mercado la máquina que soporta las condiciones de temperatura, humedad y altitud a las que se necesita trabajar, así como resistencia a las vibraciones en el transporte, golpes, suciedad etc. Para trabajos en interiores los requerimientos son muy elementales, pero en exteriores se necesitan mayores márgenes.
- Servicio postventa. Las máquinas son instrumentación de alta precisión, que necesitan reajustes periódicos y rápidas reparaciones, por lo que es conveniente disponer de un buen servicio técnico postventa a nivel nacional.

Autor:

Pedro Notario, Director Técnico TELECOM-UNITRONICS

Más información o presupuesto