¿Cuántos motores tiene su empalmadora de fibra óptica?

Por Fabián Iakinchuk.

Imagine que usted va a una agencia de venta de automóviles interesado en comprarse uno, luego de haber trabajado varios meses o años para ahorrar el dinero necesario para ello. Sin dudas, antes de tomar una decisión, usted le hará varias preguntas al vendedor para saber más acerca de las características y desempeño de ese auto al que le puso el ojo. Y resulta que el vendedor le dice “por supuesto que tiene un gran desempeño, es de cuatro ruedas”. Con lo cual, no se sabe si el tipo le quiere vender un auto o un carrito de supermercado, que también tiene cuatro ruedas.

Indudablemente, la calidad, desempeño y confort de un auto no depende de la cantidad de ruedas, sino de muchos otros factores. Por ejemplo, potencia y características del motor, sistema de frenado, equipamiento de seguridad, control de estabilidad en las curvas, confort interior, por mencionar solamente algunos. Al decir que un auto tiene cuatro ruedas no se informa nada, ya que todos los autos tienen cuatro ruedas.

Si usted no es de aburrirse rápido cuando lee y entonces llegó hasta esta parte del relato, seguramente se estará preguntando qué tiene que ver lo que acabo de describir con alguna de las tantas soluciones tecnológicas que ofrece Planex. Pues bien, siga leyendo que, si me sale bien, lo va a entender.

Desde hace algunos años, varios fabricantes de empalmadoras de fibra óptica (o fusionadoras, según como le guste decir a cada uno) ponen énfasis en decir que su producto es de 6 motores, como si fuera que eso es sinónimo de alineación por núcleo, prestigio, calidad, y garantía de bajas pérdidas en los empalmes. Lo mismo que decir “es un auto de 4 ruedas”.

El primer prototipo de empalmadora de fibra óptica se creó en 1971 en los Laboratorios Bell, apenas un año después de que Corning logró obtener una fibra óptica con una atenuación de “tan solo” 20 dB/km (una hazaña para la época). Los resultados de esos experimentos dieron pérdidas de empalme de 0,5 dB sobre fibras multimodo y se demostró la importancia de la limpieza y de la fractura controlada de las puntas de las fibras. En 1973 se documentó el primer diseño de una cortadora para obtener fracturas controladas de la fibra, lográndose así empalmes de fibra multimodo con pérdidas de 0,04 dB. Los empalmes por fusión con técnicas de arcos eléctricos como los que se usan hoy en día aparecieron 1976. En 1977, el físico alemán Dietrich Marcuse publicó un artículo que describía de qué manera la pérdida de empalme dependía de las desalineaciones geométricas de la fibra (fundamentalmente la desalineación entre los núcleos de las dos fibras a empalmar). Desde entonces, los científicos japoneses han sido unos de los líderes en la investigación y el desarrollo sobre tecnologías de empalme de fibras ópticas.

Explicado de manera muy simplificada, una empalmadora de fibra óptica consta de dos guías en V sobre las cuales se colocan las dos fibras a empalmar, previamente limpiadas y cortadas; dos cámaras de video desplazadas 90° una de otra para observación de las fibras en dos vistas (X e Y); y un par de electrodos que generan un arco eléctrico que calienta de manera controlada a las fibras, de modo de darles la viscosidad adecuada para que se suelden sin deformarse.

Las empalmadoras de fibra óptica se clasifican en dos grupos: alineación pasiva y alineación activa. Las de alineación pasiva son aquellas en las que las guías en V se mueven solamente en forma axial (eje Z) de modo de enfrentar las dos fibras. Comúnmente se las conocen como de alineación por guías fijas. Es decir que, en verdad, no hacen ninguna alineación y sólo aproximan las dos fibras. La buena alineación de las fibras dependerá de la correcta limpieza de las guías en V, mientras que la alineación de los núcleos dependerá además de la excentricidad de este.

A su vez, las de alineación activa se dividen entre alineación por cladding o revestimiento y alineación por núcleo. En las de alineación por cladding, una de las guías en V tiene movilidad vertical (eje Y) y la otra movilidad horizontal hacia adelante y hacia atrás (eje X), perpendicular al eje Y de la otra guía. Además, ambas guías tienen movimiento axial sobre el eje Z. En este caso, la máquina requiere de cuatro motores paso a paso para obtener estos cuatro movimientos.

Las empalmadoras de alineación por núcleo también tienen cuatro movimientos en las guías en V, pero además requieren de un control de ajuste de foco de las cámaras de video para las vistas X e Y, para lo cual se necesitan dos motores. Es decir, una empalmadora de alineación por núcleo requiere de 6 motores.

Mucha gente cree que el sólo hecho de que una empalmadora tenga 6 motores ya es garantía de que es de alineación por núcleo y entonces los empalmes van a ser óptimos. Y no es así. El proceso de alineación, fusión y unión de dos fibras ópticas es muy complejo. Los 6 motores son una condición necesaria, pero de ninguna manera suficiente.

En primer lugar, hay que tener en cuenta que las dimensiones geométricas de la fibra óptica son muy pequeñas. El diámetro del núcleo es de unos 9 µm. Un error de desplazamiento de apenas 1 µm significa un error de más del 10% y eso tiene un impacto importante en la pérdida obtenida en el empalme. Lo mismo para la separación entre ambas fibras al momento de generarse el arco de fusión. Esto da cuenta de la extrema exactitud que deben tener los motores que mueven a las guías en V. Pero no sólo eso. El movimiento de estos motores se hace en función de lo que ven las cámaras, que a su vez está condicionado por los motores de foco que también deben ser de altísima exactitud. Si la imagen es de mala calidad por el impreciso movimiento de los motores de foco, los motores de las guías en V tomarán decisiones de movimiento incorrectas, que además se pueden ver potenciadas por la falta de exactitud en sus propios movimientos. Una bola de nieve.

Aun cuando las dos fibras queden enfrentadas con los núcleos bien alineados, al momento de generarse el arco eléctrico el calor generado produce un efecto de tensión superficial que hace que las fibras se desplacen y tiendan a alinearse por el cladding, perdiendo la alineación de los núcleos y dando como resultado una alta pérdida. Normalmente, la estrategia de la máquina de empalme es desplazar intencionalmente los núcleos de ambas fibras de modo que durante la descarga del arco el efecto de tensión superficial termine alineándolos. El punto clave aquí es determinar cuánto hay que desplazar los núcleos, y tener motores confiables que logren dicho desplazamiento con exactitud. Para lo primero, se requiere un software de procesamiento de imagen que la interprete correctamente, y para eso los motores de foco deben hacer bien su trabajo. Para lo segundo, se requiere que los motores de las guías en V también hagan bien su trabajo.

Por si fuera poco, hay más complicaciones. Durante el proceso de descarga del arco eléctrico la cantidad de calor generado debe ir variando convenientemente al mismo tiempo que la posición axial de las fibras. Es decir que durante ese segundo y medio que aproximadamente dura el proceso de fusión y unión de la fibra, la potencia de arco debe ir variando permanentemente según un cierto algoritmo, y al mismo tiempo las fibras se deben ir acercando y alejando entre sí, también según un algoritmo y en distancias que son de apenas micrones.

El dibujo siguiente ilustra esta situación. En la parte de arriba se muestra cómo varía la potencia de arco en función del tiempo, mientras que la parte de abajo muestra los movimientos de los motores Z que se producen simultáneamente con la variación de la potencia de arco. La variación de potencia y el movimiento de los motores deben estar perfectamente sincronizados para poder obtener resultados correctos. Y todo esto ocurre en apenas un segundo y medio.

Finalizado el empalme de fusión, la empalmadora analiza la imagen de las fibras unidas y hace una estimación de la pérdida resultante. Esto se hace mediante procesamiento digital de imagen, para lo cual se requiere una imagen perfectamente clara y de alta resolución y un software de análisis que interprete correctamente lo que está viendo.

Como se puede concluir, la cantidad de motores que tiene una empalmadora no garantiza de ninguna manera resultados óptimos en los empalmes. Es una condición necesaria pero no suficiente. Además de eso, se requiere software avanzado y una tecnología de alta precisión que sea perdurable con el uso de la máquina, a prueba de desgastes. El movimiento preciso de los motores y la variación precisa de la potencia de arco tienen que mantenerse incluso después de haber hecho miles de empalmes. La empalmadora debe dar resultados confiables permanentemente.

Ya sabe. Cuando vaya a comprar una empalmadora de alineación por núcleo no pregunte cuántos motores tiene porque se supone que es una obviedad. Y si es el vendedor el que hace hincapié en tal característica, yo le aconsejo que desconfíe del producto.

Fujikura es uno de los fabricantes líderes de empalmadoras de fibra óptica, que ha contribuido al desarrollo de esta tecnología desde que esta empezó por allá en los años 70. Desde entonces, siempre ha introducido innovaciones tecnológicas en sus productos adelantándose a sus competidores. Planex es orgulloso representante de la marca desde hace más de 30 años, brindando desde entonces soporte preventa, capacitación y soporte técnico. En nuestro laboratorio se reparan íntegramente todas las empalmadoras y cortadoras de fibra óptica Fujikura que aún están con soporte de repuestos de fábrica.