Atenuación y pérdidas en la fibra óptica

La atenuación es la pérdida de potencia óptica que sufre la señal al viajar por la fibra y al atravesar conectores, empalmes y otros elementos. Conocerla es la base para calcular un enlace, interpretar una medida y encontrar una avería. Este artículo explica de dónde salen las pérdidas, qué valores se consideran normales y cómo se suman en un enlace real.

Lo esencial

• La atenuación se expresa en dB y es acumulativa: las pérdidas de cada elemento se suman.
• Con 3 dB se pierde aproximadamente la mitad de la potencia; con 10 dB, el 90 %.
• La fibra monomodo pierde menos a 1550 nm que a 1310 nm.
• En enlaces cortos, conectores, empalmes y splitters suman más pérdida que la propia fibra.
• Un conector sucio o una curvatura excesiva son las causas más habituales de pérdidas inesperadas.

Qué es la atenuación y cómo se expresa

La atenuación compara la potencia que entra en un elemento con la que sale de él, y se expresa en decibelios (dB) mediante una escala logarítmica:

Pérdida (dB) = 10 · log₁₀ (potencia de entrada / potencia de salida)

En la fibra se habla además del coeficiente de atenuación, que es la pérdida por unidad de longitud y se da en dB/km. Para saber qué potencia llega a un punto se trabaja con valores absolutos en dBm, que toman como referencia 1 mW (0 dBm = 1 mW). La relación entre ambos es directa:

Potencia recibida (dBm) = Potencia emitida (dBm) − Pérdida total (dB)

Para pasar de dBm a mW y al contrario puedes usar el Conversor dBm – mW.

De dónde sale la atenuación

Las pérdidas de un enlace tienen dos orígenes: las propias del vidrio de la fibra (intrínsecas) y las que añade la instalación (extrínsecas).

Causas intrínsecas

• Dispersión de Rayleigh: el vidrio no es perfectamente uniforme a escala microscópica y esas variaciones desvían parte de la luz. Es la mayor parte de la pérdida de la fibra y aumenta rápidamente cuando disminuye la longitud de onda, por eso 850 nm pierde mucho más que 1550 nm.
• Absorción: parte de la luz es absorbida por el propio vidrio y por impurezas, sobre todo iones OH (agua), que producen el pico de absorción alrededor de 1383 nm.

Causas extrínsecas

• Macrocurvaturas: curvas cerradas visibles del cable o de la fibra. Una parte de la luz escapa del núcleo y la pérdida aumenta con la longitud de onda, de modo que 1550 nm es más sensible que 1310 nm.
• Microcurvaturas: pequeñas deformaciones por presión o aplastamiento del cable, por ejemplo por bridas demasiado apretadas o tensiones en el tendido.
• Conectores: la pérdida depende de la limpieza, la alineación de los núcleos y el estado del pulido. La suciedad es la causa más habitual de problemas.
• Empalmes: por fusión producen muy poca pérdida si el corte y el arco son correctos; los mecánicos añaden algo más.
• Splitters: reparten la potencia entre varias salidas, por lo que su pérdida es grande y depende de la relación de división.

Ventanas de transmisión

La atenuación de la fibra no es la misma para todas las longitudes de onda. Existen tres zonas donde es lo bastante baja como para transmitir con comodidad, llamadas ventanas de transmisión, y en ellas se concentran los sistemas actuales.

Entre la segunda y la tercera ventana se encuentra el pico de agua (1383 nm). Las fibras OS2 de pico de agua reducido permiten aprovechar también esa zona, lo que es útil en sistemas CWDM.

En las redes PON se combinan varias longitudes de onda en la misma fibra. En GPON, la bajada utiliza 1490 nm y la subida 1310 nm, con 1550 nm reservada para el vídeo. En XGS-PON, la bajada utiliza 1577 nm y la subida 1270 nm. Por eso hay que medir cada sentido en su longitud de onda.

Pérdidas típicas de cada elemento

Estos son los valores que se usan habitualmente para dimensionar un enlace. Son orientativos: el valor real de cada componente figura en la hoja de características del fabricante.

Pérdida de los splitters

Un splitter ideal reparte la potencia a partes iguales, lo que supone unos 3 dB por cada duplicación de salidas. A ese valor se suma la pérdida propia del componente, de modo que los valores típicos de un splitter PLC son:

Radio de curvatura

Cada tipo de fibra admite un radio mínimo antes de que la pérdida por curvatura sea apreciable. Las fibras resistentes a curvaturas (G.657) están pensadas para el interior de edificios y las cajas de empalme pequeñas.

El radio del cable completo es mayor que el de la fibra desnuda: como regla general, unas 10 veces su diámetro una vez instalado y unas 20 veces durante el tendido, cuando está sometido a tensión. Consulta siempre los valores del fabricante.

Reflexiones y pérdida de retorno

Además de la pérdida de potencia, hay que tener en cuenta la luz que se refleja hacia el emisor. Una fibra mal acoplada o con un espacio de aire entre dos extremos refleja parte de la señal, y esas reflexiones pueden degradar el funcionamiento de algunos equipos. La pérdida de retorno mide cuánta luz se refleja: cuanto mayor es su valor en dB, menos reflexión hay.

• Un conector UPC suele tener una pérdida de retorno superior a 50 dB.
• Un conector APC, con el pulido en ángulo de 8°, supera normalmente los 60 dB.
• Nunca se deben acoplar un conector APC con uno UPC: la diferencia de pulido produce una pérdida alta y puede dañar los extremos.

Más detalle en Tipos de conectores y pulidos.

Cómo se suman las pérdidas en un enlace

La pérdida total de un enlace es la suma de la de todos sus elementos:

Pérdida total = (atenuación por km × longitud) + (nº de conectores × pérdida por conector) + (nº de empalmes × pérdida por empalme) + pérdida de los splitters

Veamos un ejemplo de red PON a 1310 nm, con 8 km de fibra, 4 conectores, 6 empalmes por fusión y dos niveles de splitters (1:4 y 1:8):

Con una potencia de salida de +3 dBm en la OLT, la potencia que llega al ONT es 3 − 23,0 = −20,0 dBm. Si la sensibilidad del receptor es de −27 dBm, el enlace tiene un margen de 7,0 dB.

Para valorar si un enlace es válido se compara esa pérdida con el presupuesto óptico del sistema, que en GPON es de 28 dB para la clase B+ y de 32 dB para la clase C+. Además se deja un margen de reserva para futuras reparaciones y envejecimiento. Puedes hacer este cálculo con la herramienta de Presupuesto óptico. Para entender cómo se organiza la red, consulta FTTH / GPON.

Cómo se miden las pérdidas

Al interpretar una traza OTDR conviene recordar que un empalme puede aparecer con una pérdida aparente negativa (ganancia) cuando se mide en un solo sentido, por la diferencia de retrodispersión entre las fibras. Por eso la pérdida de los empalmes se obtiene promediando las medidas de ambos sentidos.

Qué indica cada síntoma

Buenas prácticas para reducir las pérdidas

• Inspeccionar y limpiar siempre los conectores antes de conectarlos, incluso los nuevos.
• No mezclar conectores APC y UPC y mantener tapas de protección en los puertos libres.
• Respetar el radio de curvatura del cable y de la fibra, y no apretar en exceso las bridas.
• Cuidar el corte de la fibra y la limpieza antes del empalme: de ello depende la calidad del resultado.
• Reducir el número de conectores y empalmes del enlace a los estrictamente necesarios.
• Usar fibras resistentes a curvaturas (G.657) en el interior de edificios y en cajas con poco espacio.
• Medir al terminar la instalación y guardar los resultados como referencia para futuras averías.

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Los valores de este artículo son orientativos y se ofrecen con fines técnicos e informativos. Para un diseño o una certificación, utiliza los datos de la hoja de características del fabricante y la normativa vigente. Con fibra y láser, no mires nunca directamente a conectores ni a puertos ópticos activos.