Si se sueldan dos fibras ópticas, ¿podrá pasar la señal de la red de Bragg?
Unir dos fibras ópticas “soldándolas”, en el campo de las comunicaciones y la sensórica de fibra óptica, se conoce técnicamente de forma estándar como empalme por fusión (Fusion Splicing).
Respondiendo a su pregunta: Sí, la señal de la red de Bragg (FBG) no solo pasa sin problemas, sino que apenas se ve afectada negativamente.
A continuación, se presenta un análisis detallado desde los principios físicos y de ingeniería:
1. Naturaleza física del empalme por fusión (la “soldadura”)
El empalme por fusión es un proceso que utiliza la descarga de arco eléctrico de alta tensión generada por una empalmadora de fibra óptica para calentar y fundir instantáneamente los extremos de dos fibras ópticas de dióxido de silicio (vidrio de cuarzo), logrando una alineación de precisión micrométrica y fusionándolas en una única fibra continua.
Dado que el diámetro del núcleo de las fibras monomodo (el canal principal para la transmisión de la señal óptica) es de aproximadamente 9\ \mu\text{m}, la empalmadora utiliza dispositivos de imagen de alta precisión para alinear los núcleos en el espacio tridimensional, asegurando una conexión perfecta del canal óptico y evitando así la dispersión y la pérdida de energía lumínica.
2. ¿Por qué la señal de la red de Bragg sigue pasando después del empalme?
- Pérdida de inserción extremadamente baja: Bajo condiciones de operación estándar, la pérdida adicional generada por un punto de empalme de fibra de alta calidad suele ser inferior a 0.02\ \text{dB}. Incluso en condiciones de campo no ideales, la pérdida puede controlarse por debajo de 0.1\ \text{dB}. Esto significa que más del 98\% de la energía lumínica puede pasar a través del punto de empalme sin pérdidas.
- Característica de codificación por longitud de onda: Los sensores de red de fibra óptica (FBG) (como los sensores de red de Bragg de fibra) transmiten la señal de medición basándose en la longitud de onda central que reflejan (la fórmula de la longitud de onda de Bragg es: \lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda), en lugar de depender de la intensidad óptica absoluta. Incluso si se produce una atenuación extremadamente débil en el punto de empalme, siempre que el desmodulador de red sea capaz de detectar el pico en el espectro de reflexión, los datos de temperatura o deformación medidos no se verán afectados en absoluto. Por lo tanto, el empalme apenas interfiere con la precisión de medición del sistema de sensórica de red.
3. Aplicación de ingeniería: Encadenamiento (cascada) de redes múltiples
Precisamente porque la pérdida por empalme de fibra óptica es mínima y no altera la longitud de onda espectral, en aplicaciones de ingeniería reales, a menudo utilizamos el empalme para conectar en serie múltiples sensores de red de fibra óptica con diferentes longitudes de onda centrales en una única fibra.
Por ejemplo, las OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) pueden, mediante empalme o grabado directo en una fibra continua, crear múltiples puntos de medición (cadenas de redes), permitiendo mediciones distribuidas y continuas en puntos múltiples en un solo canal.
4. Consideraciones de ingeniería tras el empalme
Aunque la señal puede pasar sin problemas, hay dos puntos importantes a tener en cuenta después de realizar el empalme de los sensores de red:
- Protección de la resistencia mecánica: Para realizar el empalme, es necesario retirar el recubrimiento original de la fibra. El vidrio desnudo en el punto de empalme (con un diámetro de solo 125\ \mu\text{m}) queda expuesto directamente al aire, su resistencia mecánica disminuye drásticamente y es muy propenso a romperse. Por lo tanto, después del empalme, es imprescindible utilizar un tubo termorretráctil de protección (tubo de empalme) o realizar un recubrimiento (Recoating) para la protección física.
- Limitación del rango de temperatura de operación: En entornos de sensórica a alta temperatura (por ejemplo, cuando la temperatura alcanza los 300^\circ\text{C}), los tubos de protección de acrilato de polivinilo (Polyacrylate) comunes se funden y fallan. Si se utilizan redes de fibra resistentes a altas temperaturas, el punto de empalme debe protegerse con un tubo resistente a altas temperaturas, un encapsulado de capilar de acero inoxidable o un proceso de recubrimiento especial resistente a altas temperaturas. De lo contrario, el punto de empalme es muy propenso a romperse a altas temperaturas debido a la oxidación o a la propagación de microfisuras.