ES2312336T3 - Cable optico para telecomunicaciones. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de un cable óptico (1) que comprende la etapa de incorporar por lo menos una fibra óptica (3) dentro de un material polimérico extrusionado en contacto con un elemento en forma de cuerda (4), en el que dicha etapa de incorporación dentro de un material polimérico comprende las etapas de: - disponer dicha fibra óptica (3) a lo largo de una trayectoria en hélice abierta; y - aplicar a dicha fibra óptica (3) una torsión local máxima entre 0,05 vueltas/m y 1,5 vueltas/m, de forma que la PMD medida en dicho cable es menor que 110% la PMD medida en una fibra óptica del mismo tipo no cableada.
Description
Cable óptico para telecomunicaciones.
La presente invención se refiere a un cable
óptico para telecomunicaciones, en concreto a un cable óptico
submarino para sistemas de telecomunicaciones de longitud de onda
múltiple que funcionan a través de grandes distancias y a altas
velocidades de transmisión.
Un cable óptico adecuado para aplicaciones
submarinas comprende típicamente un núcleo óptico que incorpora una
pluralidad de fibras ópticas para la transmisión de señales ópticas
y una o más fundas protectoras externas. El núcleo óptico puede ser
ventajosamente del tipo que comprende un elemento central de soporte
y, alrededor del mismo, una o más capas de material polimérico
dentro del cual se incorporan las fibras ópticas en una posición
fija.
En el caso de las aplicaciones submarinas, el
cable debe poder funcionar bajo condiciones ambientales severas, en
concreto debe poder soportar presiones muy altas y la acción de
agentes corrosivos. Además, el cable debe poder soportar altas
tensiones mecánicas, en concreto tensiones de tracción y flexión, a
las cuales se somete durante las operaciones relacionadas con el
tendido submarino y la recuperación. Las fuerzas que se generan
dentro de los cables como resultado de estas tensiones se pueden
transmitir a las fibras ópticas y dar origen a efectos negativos en
términos de atenuación de las señales transmitidas.
En el pasado se han propuesto varias
configuraciones para un cable óptico adecuado para aplicaciones
submarinas.
La patente de Estados Unidos número 4,744,935 a
nombre de Societa Cavi Pirelli S.p.A. propone un cable cuya
estructura comprende preferiblemente, en la posición más interior
radialmente, un cordón resistente a la tracción, o una estructura
similar incorporada dentro de un cuerpo de material polimérico
dentro del cual se disponen fibras ópticas en forma holgada como
protección. Estas fibras ópticas se disponen alrededor del cordón en
hélices abiertas, concretamente a lo largo de trayectorias que
presentan secciones con un primer sentido de bobinado alternadas con
secciones que presentan el sentido de bobinado contrario.
La solicitud de patente EP 851258 A1 a nombre de
ALCATEL ALSTHOM COMPAGNIE GENERALE
D'ELECTRICITE se refiere a un cable de fibra óptica en el cual las fibras se bobinan alrededor de un miembro central y se incorporan dentro de una capa de revestimiento que, junto con el miembro central, define una estructura unitaria que impide la penetración y la propagación del agua. Las fibras ópticas se bobinan sobre hélices S o SZ (es decir sobre hélices cerradas o abiertas). La capa de revestimiento se extrusiona sobre el miembro central al disponerse las fibras alrededor del mismo. Esto se logra por medio de una matriz de extrusión que presenta agujeros de guiado de fibra alrededor del miembro central y que se encuentra adaptada para girar en una única dirección o alternativamente en ambas direcciones. Se afirma que se proporciona un cable óptico con una estructura compacta capaz de oponerse a la penetración y propagación del agua dentro del cable. Las características del preámbulo de la reivindicación 11 se conocen a partir de este documento.
D'ELECTRICITE se refiere a un cable de fibra óptica en el cual las fibras se bobinan alrededor de un miembro central y se incorporan dentro de una capa de revestimiento que, junto con el miembro central, define una estructura unitaria que impide la penetración y la propagación del agua. Las fibras ópticas se bobinan sobre hélices S o SZ (es decir sobre hélices cerradas o abiertas). La capa de revestimiento se extrusiona sobre el miembro central al disponerse las fibras alrededor del mismo. Esto se logra por medio de una matriz de extrusión que presenta agujeros de guiado de fibra alrededor del miembro central y que se encuentra adaptada para girar en una única dirección o alternativamente en ambas direcciones. Se afirma que se proporciona un cable óptico con una estructura compacta capaz de oponerse a la penetración y propagación del agua dentro del cable. Las características del preámbulo de la reivindicación 11 se conocen a partir de este documento.
La patente de Estados Unidos número 4,541,970 a
nombre de AT&T BELL LAB propone un procedimiento para la
fabricación del núcleo de un cable para comunicaciones submarinas
que contempla extrusionar una primera capa de un elastómero
termoplástico alrededor de un elemento de refuerzo previamente
calentado, disponiendo las fibras ópticas en forma de hélice,
utilizando una técnica de "movimiento planetario" en la primera
capa de elastómero y extrusionando sobre la primera capa de
elastómero una segunda capa de material elastómero. El bobinado de
las fibras ópticas según la técnica de "movimiento planetario"
se realiza por medio de un dispositivo que consiste en una jaula
giratoria que dispone, asociados con la misma, de carretes que
cargan las fibras ópticas así como de guías adecuadas para dirigir
olas fibras ópticas desde la jaula hasta la extrusora. En concreto,
los carretes para desenrollar las fibras ópticas se sostienen de
forma que, cuando la jaula gira, sus ejes permanecen paralelos a
una dirección fija. Con esta técnica se imparte a las fibras ópticas
una torsión particularmente reducida.
La patente de Estados Unidos número 4,902,097, a
nombre de STC PLC propone otra técnica para producir un cable
óptico, que comprende las etapas de extrusionar una capa de
elastómero termoplástico alrededor de un elemento central, calentar
la superficie más allá de su punto de fusión, incorporar una
pluralidad de fibras ópticas en esta superficie y extrusionar una
segunda capa de elastómero termoplástico para cubrir las fibras. En
este caso, las fibras ópticas se incorporan parcialmente dentro de
la primera capa y parcialmente dentro de la segunda capa de material
elastómero. Las fibras ópticas se tienden con un ángulo de bobinado
igual a cero, es decir que se disponen paralelas una respecto a la
otra y respecto al eje central del cable.
La patente de Estados Unidos número 4,832,441 a
nombre de STC PLC propone un cable óptico adecuado para
aplicaciones submarinas, donde dicho cable dispone de un filamento
central y de una pluralidad de fibras ópticas forradas con acrilato
e incorporadas dentro de una capa de material plástico con un punto
de fusión bajo utilizando un único proceso de extrusión, en concreto
una técnica denominada de una sola tirada. También en este caso, las
fibras ópticas se disponen con un ángulo de bobinado igual a
cero.
La patente de Estados Unidos 5,440,659 a nombre
de AT&T Corp. propone un procedimiento para la fabricación de un
cable de fibra óptica que contempla la aplicación de una torsión
controlada a cada una de las fibras ópticas durante el proceso de
cableado. La torsión aplicada es uniforme a lo largo de la longitud
total de la fibra óptica. Las fibras ópticas se bobinan en hélice
sobre una primera capa de material termoplástico extrusionada sobre
un elemento central y otra capa de material termoplástico se
extrusiona sobre las fibras ópticas. Para realizar el bobinado
helicoidal de las fibras ópticas en una hélice, se utiliza una jaula
giratoria similar a la que se utiliza en la patente de Estados
Unidos número 4,541,970 anteriormente mencionada, aunque los
carretes que transportan las fibras ópticas se encuentran fijados a
la jaula misma o giran de forma controlada, para controlar la
torsión que se aplica a las fibras ópticas durante el proceso de
fabricación del núcleo óptico.
La solicitud de patente GB 2,303,938 a nombre de
STC Submarine Systems Limited se refiere a un cable de fibra óptica
y al procedimiento de fabricación asociado. El procedimiento
propuesto contempla la extrusión de una capa de elastómero
termoplástico alrededor de un elemento central, el endurecimiento
(por medio de enfriado) de la capa de elastómero, la deposición de
una pluralidad de fibras ópticas a lo largo del elastómero
endurecido y la extrusión de otra capa de material elastómero
termoplástico encima de las fibras ópticas. Las fibras ópticas
pueden estar retorcidas alrededor de sus propios ejes y/o bobinadas
en hélice alrededor de la primera capa antes de la extrusión de la
capa adicional. Esta operación de torcimiento y/o bobinado puede ser
continua o se puede alternar en un ángulo predeterminado.
En adelante se hará referencia a la técnica de
depositar las fibras ópticas sobre una capa de elastómero
endurecido, por razones de conveniencia de la descripción, como
"técnica de deposición tangencial".
El solicitante ha observado que los cables
realizados utilizando los procedimientos conocidos arriba descritos
presentan problemas en términos de atenuación de señal y/o en
términos de dispersión de modo de polarización ("PMD").
La atenuación de la potencia óptica de las
señales dentro de las fibras ópticas es un problema de particular
importancia en sistemas de telecomunicaciones ópticos de larga
distancia. En dichos sistemas, para asegurar la recepción correcta
de la señal, es necesario utilizar amplificadores de señal
dispuestos a distancias predeterminadas entre ellos (por ejemplo a
distancias de unos pocos cientos de kilómetros). Estos
amplificadores de señal son típicamente amplificadores ópticos del
tipo de fibra activa, preferiblemente con una banda de amplificación
sustancialmente plana en la banda de transmisión. En un sistema de
telecomunicación de longitud de onda múltiple, puesto que la
atenuación que afecta a la señal del cable óptico depende de la
longitud de onda, los amplificadores del sistema de
telecomunicaciones reciben generalmente una señal no ecualizada.
Para superar este inconveniente, se conoce la utilización de
ecualizadores de señal dispuestos, por ejemplo, en los
amplificadores mismos o a lo largo de la línea para ecualizar la
potencia óptica de los diferentes canales de transmisión (donde cada
canal presenta una longitud de onda respectiva asociada con el
mismo).
Como se conoce, para poder obtener una
ecualización correcta, es necesario que la curva de atenuación
espectral de la fibra óptica presente, en la banda de transmisión,
una inclinación sustancialmente constante y predecible.
Generalmente, en un cable para telecomunicaciones ópticas, la
atenuación de las señales transmitidas depende del estado de las
fuerzas presentes en el interior del cable generadas, por ejemplo,
durante el proceso de fabricación, durante el desenrollado del cable
o durante las operaciones realizadas sobre el cable mismo. Además,
la atenuación de las señales aumenta cuando existen microcurvaturas
de las fibras dentro del cable mismo.
El solicitante ha observado que los cables del
tipo que comprende dos capas de material extrusionado y una
pluralidad de fibras ópticas dispuestas sobre la primera capa,
utilizando la técnica de deposición tangencial (como se describe en
la ya mencionada solicitud de patente GB 2,303,938) pueden presentar
problemas relativos a la atenuación a causa de los efectos de la
microcurvatura de las fibras ópticas. El solicitante ha observado
que, de hecho, durante la extrusión de la segunda capa sobre la
primera capa, se pueden formar microcavidades de aire entre las
fibras ópticas y la primera capa extrusionada. La presencia de estas
microcavidades puede resultar en un desplazamiento local de las
fibras ópticas y, por tanto, se pueden producir microcurvaturas de
las fibras mismas. Puesto que, como ya se ha mencionado, las
microcurvaturas causan una atenuación de las señales transmitidas y
puesto que esta atenuación depende de la longitud de onda, la curva
de atenuación espectral se ve sometida a una variación no
insignificante en comparación con la curva de atenuación de las
fibras ópticas antes de la creación del cable. Esta variación de la
curva de atenuación espectral debida a la fabricación del cable
constituye un inconveniente puesto que introduce un elemento no
previsible respecto al rendimiento de transmisión del sistema que no
se puede tener en cuenta durante la etapa de diseño del sistema. Por
tanto, una variación significativa de la curva de atenuación después
de la fabricación del cable puede causar un comportamiento no
deseable del sistema en términos de atenuación de señal y dar como
resultado una ecualización deficiente de las señales en el sistema
mismo.
El solicitante ha observado que los cables
ópticos pueden presentar también problemas asociados con la PMD. La
PMD de una señal transmitida en una fibra óptica aparece a partir de
la diferencia en la velocidad de grupo a la cual se propagan los
modos ortogonales de la señal misma. En el caso de una señal
digital, esta diferencia causa la dispersión de los bits
transmitidos con un deterioro consiguiente de la señal.
La PMD en una fibra óptica cableada depende de
las variaciones de la forma que afectan a la fibra óptica como
resultado del proceso de cableado. En general, si se ha sometido
localmente una fibra óptica a una tensión, se produce un retardo
local en dicha zona entre los modos ortogonales de propagación. La
suma de los retardos introducidos a lo largo de la fibra óptica
produce la PMD.
Con más detalle, el solicitante ha observado
que, durante las diferentes etapas del procedimiento de cableado,
se imparten tensiones radiales dentro del cable que se extienden a
lo largo de la longitud total del cable mismo y pueden causar
deformaciones en la sección transversal de las fibras ópticas. En
concreto, durante el proceso de producción del núcleo óptico, este
último mantiene, "congeladas" en su interior, tensiones que dan
como resultado un estado de tensión radial continua que se
distribuye esencialmente de forma uniforme, en una dirección
angular, a través de la sección transversal del núcleo óptico mismo.
Este estado de tensión causa la deformación de las fibras ópticas y,
por tanto, un aumento de la PMD. Un efecto similar es causado por
las tensiones radiales producidas durante los procesados
subsiguiente así como durante la presurización del núcleo óptico
durante la aplicación normal de una cubierta de polietileno.
El solicitante ha observado que otro factor que
contribuye al aumento de la PMD debido al cableado consiste en los
defectos geométricos de fabricación, en concreto la ovalización de
las envolturas exteriores de refuerzo y
protección.
protección.
En este caso, las tensiones actúan radialmente,
pero no se distribuyen uniformemente en la dirección angular puesto
que actúan principalmente en la parte lateral del cable donde se
concentran las deformaciones. Estas tensiones pueden actuar sobre
las fibras ópticas de forma continua o periódica, dependiendo de si
las fibras se disponen paralelas unas respecto a las otras o se
bobinan alrededor del elemento central. En este último caso, el
efecto de las tensiones puede depender de la tasa de periodicidad de
bobinado de las fibras mismas.
El solicitante ha observado que, en el caso de
los cables del tipo en el que las fibras ópticas se incorporan
parcialmente dentro de una primera capa y parcialmente dentro de una
segunda capa de polímero (como se describe en la patente de Estados
Unidos número 4,902,097 anteriormente citada), las tensiones que
actúan sobre las fibras ópticas durante la extrusión de la segunda
capa pueden causar una presión lateral constante sobre las fibras
ópticas, con un deterioro consiguiente de las características de
transmisión relacionadas con la PMD.
Generalmente además, el solicitante ha observado
que, debido a las condiciones diferentes de extrusión y enfriado que
afectan a los materiales de las dos capas y debido a la presencia de
posibles imperfecciones en la superficie o la forma de la capa
interior después de la extrusión de la misma, la técnica de
extrusión que implica dos etapas sucesivas resulta típicamente en la
presencia de fuerzas en la zona ocupada por las fibras ópticas.
Estas fuerzas se pueden ver aumentadas también por el fenómeno de
contracción del material extrusionado que tiene lugar durante el
enfriado del material mismo o durante el enfriado que sigue a la
deposición a alta temperatura de una envoltura fuera del núcleo
óptico.
El único tipo de cable, entre los anteriormente
citados, que presenta una única capa de material polimérico es el
que se describe en la ya citada patente de Estados Unidos 4,832,441,
en el cual las fibras se disponen paralelas unas respecto a las
otras. La disposición de las fibras de forma paralela unas respecto
a las otras (como también se describe en la ya citada patente de
Estados Unidos 4,902,097) representa una desventaja en términos de
PMD puesto que, en esta configuración, las fibras ópticas se
encuentran generalmente en un estado constante de tensión. De hecho,
las tensiones presentes durante el proceso de fabricación y durante
el tendido del cable, así como las debidas a agentes externos,
actúan siempre a lo largo de la misma generatriz de cada fibra
óptica. Esta fibra óptica se convierte por tanto en birrefringente y
por tanto existe un deterioro del rendimiento en términos de
PMD.
El solicitante ha observado que, en el caso en
el que las fibras ópticas se bobinan en una hélice pero sin torsión
(como se ha descrito, por ejemplo, en la ya citada patente de
Estados Unidos número 4,541,970), es decir, con una de sus
generatrices dirigida siempre en la misma dirección, los problemas
anteriormente mencionados debidos a tensiones son menos evidentes,
pero todavía tienden a aumentar la PMD. En este caso, de hecho, las
tensiones actúan sobre la misma generatriz de forma periódica y
causan todavía birrefringencia a lo largo de secciones de las fibras
ópticas (aunque con un grado menor en comparación con las fibras
paralelas) con un consiguiente aumento de la PMD.
Si el bobinado de las fibras es del tipo de
hélice "cerrada", es decir dirigida siempre en el mismo
sentido (como se describe, por ejemplo, en la ya citada patente de
Estados Unidos 5,440,659 a nombre de AT&T) y se asocia con una
torsión no cero de las fibras ópticas, el solicitante ha observado
que existe otra desventaja en términos de PMD. Este tipo de
bobinado, de hecho, favorece la presencia, en cada fibra óptica, de
una torsión elástica que genera fotoelasticidad y birrefringencia y
por consiguiente tiende a aumentar la PMD. Este fenómeno se
describe, por ejemplo, en el artículo de A.J. Barlow, D.N. Payne,
M.R. Hadley, R.J. Mandsfield, "Production of
single-mode fibres with negligible intrinsic
birefringence and polarisation mode dispersion", ELECTRONICS
LETTERS, volumen 17, número 20, 1 de octubre de 1981, páginas
725-726, en el cual, en la columna 1, párrafo
penúltimo, se indica que existe una tensión de torsión en una fibra
óptica sometida a torsión después de girar y esto da como resultado
una alta birrefringencia circular debida al efecto fotoelástico.
Si, además, el ángulo de torsión de las fibras
ópticas se establece de forma que sea igual al ángulo de bobinado
de las fibras mismas alrededor del elemento central (como se sugiere
en la patente de Estados Unidos anteriormente mencionada número
5,440,659), cada fibra óptica se expone a tensiones radiales siempre
a lo largo de la misma generatriz y esto resulta en un aumento no
insignificante de la PMD. Incluso cuando no se encuentra presente
esta condición (es decir en el caso de un ángulo de torsión
diferente del ángulo de bobinado), el hecho de tener un bobinado
"uniforme" (en concreto una velocidad de bobinado constante)
resulta a pesar de todo en una naturaleza periódica de las tensiones
a lo largo de la misma generatriz de una fibra óptica. Finalmente,
el bobinado arriba mencionado en forma de hélice cerrada con torsión
resulta en una tensión mecánica continua a lo largo de las fibras
ópticas que puede causar un debilitamiento estructural de las fibras
mismas.
Según la presente invención, se propone un cable
de fibra óptica, con un núcleo óptico en el que las fibras ópticas
se bobinan a lo largo de trayectorias de hélice "abiertas",
incorporado completamente dentro de una capa de material polimérico
sin discontinuidades y con una torsión que se escoge de forma que la
PMD medida en dicho cable es menor que el 110% de la PMD medida en
una fibra óptica no cableada del mismo tipo. En concreto, la torsión
local máxima de las fibras es entre 0,05 vueltas/m (o giros/m) y 1,5
vueltas/m, preferiblemente entre 0,1 vueltas/m y
1 vuelta/m.
1 vuelta/m.
La capa de material polimérico está desprovista
de discontinuidades puesto que se obtiene utilizando un único
proceso de extrusión.
De aquí en adelante una trayectoria de hélice
"abierta" o trayectoria "SZ" significará una trayectoria a
lo largo de una superficie cilíndrica que resulta de la combinación
de un movimiento de traslación en una dirección paralela a un eje
central con un movimiento giratorio alternado alrededor del mismo
eje. Básicamente, este tipo de trayectoria es diferente de una
trayectoria en hélice "cerrada" puesto que el bobinado
alrededor del eje central no se realiza siempre en el mismo sentido,
sino alternadamente en sentido horario y antihorario.
Con el cable fabricado según la presente
invención se eliminan los inconvenientes asociados con los núcleos
ópticos en los que las fibras ópticas se disponen entre dos capas
extrusionadas de material polimérico. De hecho, en términos de
atenuación de señal, la presencia de una sola capa de material
polimérico elimina el problema de las microcurvaturas de las fibras
ópticas presentes en los núcleos ópticos producidos utilizando la
técnica de deposición tangencial. En términos de PMD, la disposición
particular de las fibras ópticas da como resultado una reducción de
los inconvenientes arriba descritos en referencia a las
configuraciones que consisten en fibras dispuestas en forma paralela
y en forma de hélice "cerrada".
El solicitante ha encontrado en concreto que la
disposición de las fibras ópticas en hélices "abiertas" con una
torsión local predeterminada junto con el giro alternado dentro de
una única capa de material polimérico representa una condición
particularmente ventajosa en lo que se refiere a la PMD. De hecho,
esta configuración tiene como resultado una distribución aleatoria
de las tensiones que actúan en el cable sobre la superficie de las
fibras ópticas y, por tanto, resulta en una reducción de las
diferencias en la velocidad de grupo de los modos ortogonales de la
señal. Además, debido a la presencia de un giro alternado, es
posible reducir la PMD intrínseca de la fibra óptica que depende de
las imperfecciones geométricas de su núcleo, sin al mismo tiempo
tener una influencia negativa sobre los efectos fotoelásticos que,
como ya se ha mencionado, pueden conducir a un aumento de la
PMD.
El procedimiento de fabricación del cable según
la presente invención, que también es sujeto de la presente
invención, es particularmente simple y rápido puesto que requiere un
único proceso de extrusión para la fabricación del núcleo óptico y,
además, es de coste particularmente bajo puesto que no requiere
maquinaria compleja como la jaula de la técnica de "movimiento
planetario".
Según un primer aspecto, la presente invención
se refiere a un procedimiento para la fabricación de un cable
óptico, que comprende la etapa de incorporar por lo menos una fibra
óptica dentro de un material polimérico extrusionado en contacto con
un elemento en forma de cuerda, donde dicha etapa de incorporación
dentro de un material polimérico comprende las etapas de:
- -
- disponer dicha fibra óptica a lo largo de una trayectoria de hélice abierta, y
- -
- aplicar a dicha fibra óptica una torsión local máxima entre 0,05 vueltas/m y 1,5 vueltas/m, y preferiblemente entre 0,1 vueltas/m y 1 vuelta/m, de forma que la PMD medida en dicho cable es menor que 110% de la PMD medida en una fibra óptica del mismo tipo no cableada.
Preferiblemente, se aplica a dicha fibra óptica
una torsión de media cero.
Dicha etapa de incorporación dentro de un
material polimérico comprende preferiblemente las etapas de:
- -
- proveer dicho elemento en forma de cuerda a través de una zona de extrusión en una dirección de provisión predeterminada;
- -
- proveer a través de dicha zona de extrusión dicha fibra óptica a una distancia predefinida de dicho elemento en forma de cuerda; y
- -
- proporcionar a dicha zona de extrusión dicho material polimérico de forma que dicho material polimérico incorpore a dicho elemento en forma de cuerda y a dicha fibra óptica.
Preferiblemente, se incorporan dentro de dicho
material polimérico un número de fibras ópticas comprendido entre 2
y 24.
Preferiblemente, dicha etapa de disponer cada
una de dichas fibras ópticas a lo largo de una trayectoria de hélice
abierta comprende una etapa de impartir un giro alternado a dicho
elemento en forma de cuerda.
Dicha etapa de provisión de dicha fibra óptica a
través de dicha zona de extrusión puede comprender las etapas de
forzar en torsión a dicha fibra óptica aguas arriba de dicha zona de
extrusión a una distancia predeterminada de dicha zona de extrusión
y dicha etapa de aplicar a dicha fibra óptica una torsión local
máxima comprende la etapa de ajustar dicha distancia a la zona de
extrusión de dicho forzamiento en relación con dicha torsión local
máxima.
Preferiblemente, dicha etapa de impartir un giro
alternado a dicho elemento en forma de cuerda comprende la etapa de
impartir a dicho elemento en forma de cuerda una velocidad angular
predeterminada y un ángulo de torsión máximo predeterminado y dicha
etapa de proveer dicho elemento en forma de cuerda comprende la
etapa de transportar dicho elemento en forma de cuerda a una
velocidad de provisión predeterminada, comprendiendo dicha etapa de
aplicar una torsión local máxima a dicha fibra óptica la etapa de
ajustar dicha velocidad angular, dicho ángulo de torsión máximo o
dicha velocidad de provisión en relación a dicha torsión local
máxima.
Dicha etapa de disponer dicha fibra óptica a lo
largo de una trayectoria de hélice abierta comprende
preferiblemente la etapa de asociar a dicha trayectoria un periodo
espacial de inversión entre 0,5 m 5 m.
Además, dicha etapa de proveer dicha fibra
óptica dentro de dicha zona de extrusión comprende preferiblemente
la etapa de transportar dicha fibra óptica hacia dicha zona de
extrusión por medio de un soporte que dispone de canales y que es
atravesado centralmente por dicho elemento en forma de cuerda.
Según un segundo aspecto de la misma, la
presente invención se refiere a un cable óptico para
telecomunicaciones, que comprende un elemento central
sustancialmente en forma de cuerda, por lo menos una fibra óptica y
una capa de material polimérico sustancialmente desprovisto de
discontinuidades y que incorpora a dicho elemento central y a dicha
fibra óptica, disponiéndose dicha fibra óptica a lo largo de una
trayectoria de hélice abierta y presentando una torsión local máxima
entre 0,05 vueltas/m y 1,5 vueltas/m de forma que la PMD medida en
dicho cable es menor que 110% la PMD medida en dicha fibra óptica
del mismo tipo no cableada.
La expresión "capa sustancialmente desprovista
de discontinuidades" indica una capa en la cual no existen
superficies de separación como las debidas a una extrusión de
material (incluso del mismo tipo) sucesiva y/o separada, diferencias
en la estructura cristalina o diferencias en la tensión en el
interior del material.
Dicha fibra óptica presenta, a lo largo de la
trayectoria en hélice abierta respectiva, una torsión local máxima
preferiblemente entre 0,1 vueltas/m y 1 vuelta/m.
Además, dicha fibra óptica presenta, a lo largo
de la trayectoria de hélice abierta respectiva, una torsión media
preferiblemente igual a cero.
Dicho cable comprende preferiblemente un número
de fibras ópticas dentro del campo entre 2 y 24.
Preferiblemente, dicha fibra óptica presenta, a
lo largo de la trayectoria de hélice abierta respectiva, un ángulo
de bobinado máximo menor o igual, en términos de valor absoluto, que
360º y un ángulo de torsión máximo menor, en términos de valor
absoluto, que dicho ángulo máximo de bobinado.
Dicho ángulo de torsión máximo es
preferiblemente entre 90º y 270º.
Preferiblemente, dicha fibra óptica presenta un
grosor de material polimérico homogéneo mayor o igual que 0,10
mm.
Dicha trayectoria de hélice abierta presenta
preferiblemente un periodo de inversión entre 0,5 m y 5 m.
Dicho cable comprende preferiblemente una
pluralidad de fibras ópticas que definen un anillo de fibras ópticas
equidistantes entre ellas y dispuestas a la misma distancia de un
eje de dicho cable.
Dicha distancia de dichas fibras ópticas de
dicho eje se encuentra en el campo entre 0,4 mm y 1,2 mm.
Alternativamente, dicho cable puede comprender
una pluralidad de fibras ópticas que definen un primer anillo de
fibras ópticas equidistantes entre ellas y dispuestas a una primera
distancia de un eje de dicho cable y un segundo anillo de fibras
ópticas equidistantes entre ellas y dispuestas a una segunda
distancia de dicho eje que es mayor que dicha primera distancia.
En este caso, preferiblemente dicha primera
distancia es entre 0,4 mm y 0,8 mm y dicha segunda distancia es
entre 0,9 mm y 1,2 mm.
Dicha capa de material polimérico presenta un
grosor preferiblemente entre 0,9 mm y 1,5 mm.
Dicho elemento central presenta un diámetro
preferiblemente entre 0,5 mm y 0,7 mm.
Dicha fibra óptica presenta un diámetro exterior
preferiblemente menor que 400 \mum y, más preferiblemente, menor
que 270 \mum.
Preferiblemente, dicho material polimérico
presenta un módulo de flexión entre 20 MPa y 70 MPa, un factor de
dureza Shore D entre 15 y 70 y un índice de flujo de fusión entre 5
y 15.
Preferiblemente, dicho cable comprende una
cubierta dispuesta alrededor de dicha capa de material polimérico,
estando fabricada dicha cubierta con un material escogido del grupo
que comprende teraftalatos de polialquileno, poliolefinas y
poliamidas.
Más información referente a la presente
invención se puede obtener a partir de la siguiente descripción
detallada de un ejemplo de realización no limitativo, con referencia
a las figuras adjuntas, en las cuales:
- la figura 1 muestra, con partes que no están a
escala, una sección transversal a través de un cable óptico
fabricado según la presente invención;
- la figura 2 muestra, de forma esquemática, una
sección transversal a través de un núcleo óptico que forma parte del
cable según la figura 1;
- la figura 3 muestra una vista en sección
transversal de una variación posible del núcleo óptico según la
figura 2;
- la figura 4 muestra, de forma esquemática, la
trayectoria de una de las fibras ópticas dentro del núcleo óptico
del cable según la figura 1;
- la figura 5 muestra las posiciones que ocupa
la misma fibra óptica en dos secciones del núcleo óptico según la
figura 2, dispuestas una al lado de la otra;
- la figura 6 muestra, de forma esquemática, un
dispositivo para la producción de un núcleo óptico según el
procedimiento de la presente invención;
- la figura 7 muestra de forma esquemática un
dispositivo que forma parte del dispositivo según la figura 6;
- la figura 8 es una sección transversal, que no
se muestra a escala, y con partes eliminadas por razones de
claridad, del dispositivo según la figura 7 a lo largo del plano
VIII-VIII;
- la figura 9 se refiere a un dispositivo
adicional diseñado para utilizarse en el dispositivo según la figura
6 en lugar del dispositivo de la figura 7;
- la figura 10 muestra la disposición, de forma
esquemática, en una dirección de procesado predeterminada, de una
pluralidad de poleas de tracción que se utilizan en el dispositivo
según la figura 6;
- la figura 11 muestra, de forma esquemática,
una sección longitudinal a través de parte de una extrusora
utilizada en el dispositivo según la figura 6;
- la figura 12 muestra, no a escala, un detalle
de la figura 11 a lo largo de la vista XII-XII;
- la figura 13 muestra, de forma esquemática y
en sección longitudinal, una variante posible de la parte de
extrusora según la figura 11;
- la figura 14 muestra un detalle de la figura
13 a lo largo de la vista XIV-XIV;
- la figura 15 muestra, de forma esquemática,
otro dispositivo utilizado para simular los efectos de las etapas de
cableado subsiguientes sobre un núcleo óptico fabricado utilizando
el dispositivo según la figura 6 antes de realizar medidas de PMD;
y
- la figura 16 muestra los resultados de las
pruebas experimentales realizadas sobre un cable fabricado según la
presente invención.
La figura 1 muestra una vista en sección
transversal de un cable submarino 1 para telecomunicaciones.
El cable 1 presenta un eje 10 y comprende en su
parte central un núcleo óptico 2 sustancialmente cilíndrico y,
alrededor del mismo, una pluralidad de elementos o capas de
protección y refuerzo 7, 12 y 13.
El núcleo óptico 2, que se describirá a
continuación con más detalle en relación a la figura 2, comprende un
elemento central de refuerzo 4, una capa polimérica 5 desprovista de
discontinuidades, una pluralidad de fibras ópticas 3 (que son seis
en número en el ejemplo concreto que se muestra) incorporadas dentro
de la capa 5 y una cubierta delgada 6 realizada con un polímero
termoplástico y que envuelve a la capa 5. El núcleo óptico 2
presenta un diámetro externo preferiblemente menor que 4 mm.
Se dispone, alrededor de la cubierta 6, una
pluralidad de elementos de refuerzo realizados con acero 7a, 7b y
7c, preferiblemente en forma de cuerda. En el ejemplo que se muestra
en la figura 1, esta pluralidad de elementos de refuerzo
comprende:
- -
- un primer grupo de elementos de refuerzo 7a que presenta un primer diámetro y que se dispone en contacto mutuo para proporcionar una estructura auto-sostenida que define una primera capa de refuerzo 8 fuera de la cubierta 6 y no en contacto con esta última;
- -
- un segundo grupo de elementos de refuerzo 7b que presenta un segundo diámetro que es menor que el del primer grupo y que se dispone fuera de los elementos del primer grupo 7a; y
- -
- un tercer grupo de elementos de refuerzo 7c que presenta un tercer diámetro menor que el del segundo grupo y que se dispone fuera de los elementos del primer grupo 7a y alternados con los elementos del segundo grupo 7b para definir, junto con los últimos, una segunda capa de refuerzo 9 fuera de la capa de refuerzo 8.
Los elementos de refuerzo 7c se disponen en una
posición angular que corresponde a la de los elementos de refuerzo
7a de forma que la segunda capa de refuerzo 9 presenta una
envolvente externa sustancialmente cilíndrica tangencial tanto a los
elementos de refuerzo 7b como a los elementos de refuerzo 7c.
El montaje que consiste en las dos capas de
refuerzo 8 y 9 define una estructura que se conoce en la técnica
como una estructura "Warrington".
Un revestimiento tubular 12, que es
preferiblemente de material metálico y más preferiblemente de cobre,
rodea a los elementos de refuerzo 7b, 7c de la segunda capa de
refuerzo 9 y, junto con la estructura "Warrington" arriba
mencionada, define una estructura de refuerzo con características
mecánicas como proporcionar al cable 1 una alta resistencia a las
tensiones mecánicas, en concreto a la presión hidrostática presente
en áreas de gran profundidad marina. Además, el revestimiento 12
define un elemento conductor eléctrico que se puede utilizar para
alimentar eléctricamente repetidores de señal dispuestos en el
sistema de telecomunicaciones del cual forma parte el cable 1.
Finalmente, el revestimiento 12 permite proteger de la humedad la
parte más interna.
Alternativamente, los elementos de refuerzo se
pueden disponer en otras configuraciones, es decir en una o más
filas, dependiendo de las condiciones de utilización.
El cable 1 comprende, además, una capa 13 de
material polimérico, preferiblemente polietileno, que se dispone
fuera del revestimiento 12 y se diseña para proporcionar aislamiento
eléctrico respecto al exterior.
Allí donde no se encuentran presentes otros
revestimientos, el diámetro externo de la capa 13 también define el
diámetro externo del cable 1. La capa 13 puede protegerse, si es
necesario, por medio de un revestimiento de tira metálica (que no se
muestra) o por medio de uno o más revestimientos de tipo polimérico
(que no se muestran) fuera del revestimiento de capa metálica.
El cable 1 arriba descrito se diseña típicamente
para su utilización hasta una profundidad máxima, en el mar, de
aproximadamente 7000 m. En algunos casos, por ejemplo cuando se
utiliza en aguas poco profundas donde tienen lugar actividades de
pesca, el cable 1 puede disponer de una armadura externa (que no se
muestra) que consiste en una o más capas de elementos cilíndricos de
refuerzo realizados preferiblemente con acero y alternados con capas
de material polimérico, por ejemplo polipropileno.
En la figura 2 el núcleo óptico 2 se muestra
aislado y a una escala ampliada. El elemento central 4 es un
elemento sustancialmente en forma de cuerda que se diseña para
asegurar una resistencia adecuada a las tensiones axiales durante
las diferentes etapas de la producción del cable 1. El elemento
central 4 se fabrica preferiblemente con acero o resina reforzada
con fibras de vidrio, utilizando materiales poliméricos de refuerzo
(como poliamidas aromáticas, por ejemplo "kevlar"®) o
utilizando fibras de carbono o similares y presenta un diámetro
preferiblemente entre 0,5 mm y 0,7 mm.
La capa de polímero 5 define un medio continuo
de soporte para las fibras ópticas y se diseña tanto para mantener
las fibras ópticas mismas 3 en una posición estable alrededor del
elemento central 4 como para "absorber" tensiones externas que
actúan sobre el núcleo óptico 2. La capa polimérica 5 se encuentra
desprovista de discontinuidades puesto que se realiza utilizando un
único proceso de extrusión y puede estar hecha de resina
termoplástica, por ejemplo un poliéster elastómero. Para asegurar
una protección mecánica adecuada para las fibras ópticas 3, se
escoge este material con un módulo de flexión (medido según el
estándar ASTM D790) preferiblemente entre 20 MPa y 70 MPa, y más
preferiblemente igual a aproximadamente 35 MPa, y un factor de
dureza Shore D preferiblemente entre 15 y 70 y, más preferiblemente,
igual a aproximadamente 35. Además, este material presenta un índice
de flujo de fusión preferiblemente entre 5 y 15 para obtener,
durante el proceso de extrusión que se describe más adelante, la
correcta distribución del mismo alrededor del elemento central 4 y
las fibras ópticas 3 y, al mismo tiempo, reducir las tensiones sobre
las fibras ópticas 3 mismas. La capa polimérica 5 presenta un
grosor (definido entre el elemento central 4 y la cubierta 6)
preferiblemente entre 0,9 mm y 1,5 mm, para lograr una protección
adecuada.
La cubierta 6 realiza una función de protección
térmica y mecánica y está hecha con un material que se escoge
preferiblemente del grupo que comprende teraftalatos de
polialquileno, poliolefinas y poliamidas, por ejemplo un teraftalato
de polibutileno, un polietileno, polipropileno o nylon. La cubierta
6 presenta un grosor preferiblemente entre 0,05 mm y 0,15 mm.
Las fibras ópticas 3 son del tipo que presenta,
fuera de la estructura de vidrio de guiado de luz (que consiste
típicamente en un núcleo y un revestimiento), una estructura de
protección típicamente reticulada por UV realizada con resina
acrílica y formada por una o más capas (donde la más exterior de las
cuales se colorea usualmente para facilitar la identificación de las
fibras ópticas 3) y presentan un diámetro externo preferiblemente
menor que 400 \mum y, más preferiblemente, menor que 270 \mum.
En el ejemplo según la figura 2, las fibras ópticas 3 se disponen
equidistantes una de la otra y a la misma distancia del eje 10
preferiblemente entre 0,4 mm y 1,2 mm, para definir un único anillo
de fibras ópticas 3. Las fibras ópticas 3 dispuestas en un único
anillo consisten preferiblemente en un número menor o igual a doce
(12).
En la variación que se muestra en la figura 3,
referida a un núcleo óptico 2' que comprende un gran número de
fibras ópticas 3, las fibras ópticas 3 mismas se disponen para
definir un primer anillo 15 y un segundo anillo 16 fuera del primer
anillo. En el ejemplo que se muestra, el primer anillo 15 comprende
ocho fibras ópticas 3 y el segundo anillo 16 comprende doce fibras
ópticas 3. Las fibras ópticas 3 del primer anillo 15 se disponen a
una distancia del eje 10 preferiblemente entre 0,4 mm y 0,8 mm y las
fibras ópticas 3 del segundo anillo 16 se disponen a una distancia
del eje 10 preferiblemente entre 0,9 mm y 1,2 mm. Además, la
distancia mínima entre las fibras ópticas 3 del primer anillo 15 y
las fibras ópticas 3 del segundo anillo 16 es preferiblemente entre
0,15 mm y 0,3 mm. Las fibras ópticas dispuestas en dos anillos
consisten preferiblemente en un número menor que veinticuatro
(24).
Para cada una de las posibles configuraciones
que se consideran aquí, la distancia de cada fibra óptica 3 desde el
elemento central 4, desde la cubierta 6 y desde las fibras ópticas 3
adyacentes a la misma, es preferiblemente mayor o igual que 0,1 mm
de forma que alrededor de cada fibra óptica 3 existe un grosor de
material polimérico igual a esta distancia, para asegurar la
protección deseada.
La figura 4 muestra la trayectoria de una de las
fibras ópticas 3 dentro del núcleo óptico 2 o del núcleo óptico 2'.
Para ilustrar más claramente esta trayectoria, la figura 4 muestra
también una superficie cilíndrica 100 sobre el cual se extiende la
trayectoria misma. La superficie 100 se ha introducido solamente con
propósitos ilustrativos y no se corresponde con ninguna superficie
delimitadora real. Como se muestra en la figura 4, la trayectoria de
cada fibra óptica 3 es en forma de una hélice cilíndrica
"abierta" (o trayectoria SZ). A lo largo de esta trayectoria SZ
se invierte el sentido del bobinado, al alcanzar cierto ángulo de
bobinado, preferiblemente menor o igual que 360º. La trayectoria SZ
presenta, asociado a la misma, un periodo de inversión P, que se
define como la distancia entre dos puntos sucesivos donde se produce
inversión del sentido de giro, y un intervalo de bobinado p, que se
define como la distancia entre dos puntos sucesivos en los que la
trayectoria comienza a girar en el mismo sentido. Normalmente el
intervalo de bobinado corresponde al doble del periodo de inversión
P. El periodo de inversión P es preferiblemente entre 0,5 m y 5
m.
Cada fibra óptica 3 presenta, a lo largo de la
trayectoria SZ definida por la misma, un giro alternado alrededor de
su propio eje. En referencia a las figuras 4 y 5, A y B indican las
posiciones de la misma fibra óptica 3 en el núcleo óptico 4 en dos
secciones longitudinales del núcleo óptico 4 mismo, situadas
cercanas una a la otra. Como se muestra en la figura 5, tomando la
posición A como posición de referencia, la posición B presenta,
asociado con la misma, un ángulo de bobinado \alpha igual a la
rotación que realiza la fibra óptica 3 alrededor del eje 10 para
pasar de la posición A a la posición B. Además, cada fibra óptica 3
puede tener asociada con la misma una dirección de referencia radial
D que incluye a la fibra óptica 3 misma y al ángulo \beta que
indica, respecto a una dirección de referencia R (que, en la
posición A, coincide con la dirección de referencia radial D), la
torsión realizada por la fibra óptica 3 alrededor de su eje. En el
caso en el que se imparte la torsión de la fibra óptica 3, asociada
con el bobinado SZ de la fibra óptica 3 en el núcleo óptico 2
(manteniéndose estacionario el carrete 62), en cualquier punto de la
trayectoria |\beta|\leq|\alpha| y los valores máximos de los
dos ángulos satisfacen la relación
|\beta_{max}|<|\alpha_{max}|. Como arriba se ha indicado,
|\alpha_{max}| es preferiblemente menor o igual que 360º.
Además del ángulo de torsión \beta, es posible
definir una torsión local que corresponde a d\beta/dx (que se
puede expresar en rad/m o, de forma equivalente, en vueltas/m,
concretamente el número de vueltas de la fibra óptica 3 alrededor de
su eje por unidad de longitud) donde x es una abscisa espacial
medida a lo largo del eje 10, y una torsión media, igual al valor
medio de la torsión local en un intervalo de bobinado p.
En el cable 1, la torsión local de las fibras
ópticas 3 toma un valor máximo entre 0,05 vueltas/m y 1,5
vueltas/m, preferiblemente entre 0,1 vueltas/m y 1 vuelta/m.
El hecho de que el ángulo de torsión \beta sea
variable y, en términos de valor absoluto, menor o igual que el
ángulo de bobinado \alpha, representa una ventaja en términos de
PMD puesto que se puede evitar que la misma parte de la superficie
de una fibra óptica 3 se someta a tensiones continuas o periódicas.
De hecho, en el caso en el que el núcleo 2 se somete a tensiones
radiales distribuidas uniformemente en una dirección angular, el
hecho de tener un ángulo \alpha que coincide con el ángulo \beta
sería una desventaja puesto que las tensiones se dirigirían a lo
largo de la misma porción externa de la fibra óptica 3. En el caso
en el que, por otro lado, el núcleo 2 se somete a tensiones directas
principalmente en una única dirección sería una desventaja tanto
tener un ángulo P fijo e igual a 0º como un ángulo P variable e
igual a \alpha. De hecho, también en este caso, las tensiones
actuarían periódicamente siempre sobre la misma porción de la fibra
óptica 3 o sobre la porción opuesta diametralmente, causando en
ambos casos una birrefringencia de la fibra óptica 3 misma y, por
tanto, un aumento de la PMD. En los casos en los que las tensiones
presentan elementos de ambos tipos, las dos condiciones arriba
indicadas serían desfavorables.
Otra ventaja en términos de PMD la proporciona
el tipo concreto de bobinado que se utiliza. De hecho, debido a la
utilización de un bobinado del tipo SZ, cada fibra óptica 3
presenta, en una porción de cable 1 con una longitud igual a un
múltiplo par del periodo de inversión P, una torsión de media cero.
Por tanto, el componente torsional elástico de la fibra óptica 3,
que es responsable generalmente de un aumento de la birrefringencia
circular (y por tanto de la PMD), es cero en media en el caso del
cable 1.
En referencia a la figura 6, 20 indica, en su
totalidad, un dispositivo para la fabricación del núcleo óptico 2 (o
2'). Los dispositivos para las etapas de procesado sucesivas, en
concreto para la obtención del cable 1 a partir del núcleo óptico 2,
no se describen por ser conocidos.
El dispositivo 20 comprende, en términos de
partes esenciales, una sección de desenrollado y suministro 21, una
sección de extrusión 22 y una sección de almacenamiento 23. Estas
secciones se disponen consecutivamente y en una dirección de trabajo
30 sustancialmente lineal.
La sección de suministro 21 comprende una unidad
24 que proporciona el elemento central 4 y una pluralidad de
unidades 25 que proporcional las fibras ópticas 3, estando diseñadas
dichas unidades para funcionar simultáneamente para suministrar el
elemento central 4 y las fibras ópticas 3 a la sección de extrusión
22.
La unidad 24 comprende:
- -
- un carrete 26 para desenrollar el elemento central 4, que tiene el elemento central 4 bobinado alrededor del mismo y que se dispone con su eje de rotación perpendicular a la dirección de trabajo 30;
- -
- un dispositivo amortiguador 27 del tipo conocido para ajustar la tensión de desenrollado del elemento central 4; y
- -
- un dispositivo de giro 28 que se dispone a lo largo de la dirección de trabajo 30 y que se diseña para recibir, por medio del dispositivo amortiguador 27, el elemento central 4 procedente del carrete 26.
El dispositivo de giro 28 se diseña, en
concreto, para impartir al elemento central 4 un giro controlado del
tipo SZ que puede lograr, como anteriormente se ha descrito, la
disposición concreta de las fibras ópticas 3 ya descrita. A
continuación se describe en referencia a la figura 7 una realización
preferida del dispositivo de giro 28.
El dispositivo de giro 28 comprende una
estructura fija de soporte 29 (que se muestra solamente
parcialmente) y un miembro giratorio propulsado por motor 31
(encerrado mediante líneas quebradas) que se monta sobre la
estructura de soporte 29.
El miembro giratorio 31 presenta un eje de giro
43 sustancialmente alineado con la dirección de trabajo 30 (a lo
largo de la cual se suministra el elemento central 4 a velocidad
constante) y comprende un marco 32 y dos pares de rodillos 33 y 34
sostenidos por el marco 32. Cada par de rodillos 33, 34 comprende un
primer y un segundo rodillo 45, 46 montados inactivos sobre lados
opuestos del eje de giro 43 y cooperando mutuamente, como arriba se
ha descrito, para guiar el elemento central 4.
El marco 32 comprende un primer y un segundo
elementos anulares 35, 36, estando dispuestos los ejes respectivos
a lo largo de la dirección de trabajo 30 y que se encuentran
conectados de forma integral a una polea dentada 38 que está
conectada, a su vez, a través de una correa dentada 39, a una polea
dentada 40 impulsada por un motor 41. El segundo elemento anular 36
se diseña para permitir el engranaje integral con el elemento
giratorio 31 de otro miembro del mismo tipo, si la acción de giro
del dispositivo de giro 28 no estuviera asegurada adecuadamente por
medio de un único miembro giratorio 31. Incluso en el caso en el que
el dispositivo de giro 28 comprende otro elemento giratorio además
del que se muestra en la figura 7, el giro puede ser impartido en
cualquier caso por un único motor, es decir el motor 41 en el caso
en cuestión.
El marco 32 comprende también un sistema de
palanca 42 para conectar, al primer miembro anular 35, los primeros
rodillos 45 de cada par y, separadamente, los segundos rodillos 46
de cada par. El sistema de palanca 42 permite el centrado automático
de los pares de rodillos 33, 34 sobre el elemento central 4 durante
el proceso de trabajo.
Como se muestra en la vista en sección
transversal de la figura 8, el primer y segundo rodillos 45 y 46 de
cada par se disponen con sus ejes respectivos paralelos mutuamente y
perpendiculares a la dirección de trabajo 30 y presentan superficies
respectivas 45a, 46a que son sustancialmente cilíndricas. El segundo
rodillo 46 presenta, sobre su superficie cilíndrica 46a, un surco
circular 47 que, por ejemplo, tiene una sección transversal en forma
de V y que se diseña para alojar al elemento central 4 cuando pasa a
través del dispositivo de giro 28. Los dos rodillos de cada par 33,
34 se encuentran unidos por medio de un elemento elástico de
conexión (que no se muestra), por ejemplo un muelle, que se diseña
para mover a los rodillos mismos uno hacia el otro de forma que,
cuando la ranura 47 recibe el elemento central 4, la cara cilíndrica
45a del primer rodillo 45 fuerza al elemento central mismo 4 dentro
de la ranura 47.
La figura 9 muestra un dispositivo de giro 50
que constituye una variación posible del dispositivo de giro 28. El
dispositivo de giro 50 comprende una polea 51 con una guía 52 para
guiar al elemento central 4. La polea 51 es libre para girar
alrededor de su eje respecto a una abrazadera 53 que se extiende
radialmente proyectándose desde un mango hueco 54. Este último se
dispone con su eje a lo largo de la dirección de trabajo 30, se
soporta de forma giratoria alrededor de dicho eje (por medio de una
estructura que no se muestra) y presenta un primer extremo 54a para
la entrada del elemento central 4 suministrado por el carrete 26 y
un segundo extremo 54b para descargar el elemento central 4 después
de que este último ha realizado una rotación alrededor de la polea
51. Para permitir el suministro del elemento central 4 a la polea
51, el mango hueco 54 presenta una abertura 55 a través de la cual
se extiende una porción de la polea 51 dentro de la cavidad pasante
definida por el mango hueco 54 mismo, de forma que la guía 52 es
tangente a la dirección de trabajo 30.
Una polea dentada 56 se fija al mango hueco 54.
Una correa dentada 57 encaja con la polea dentada 56 y con otra
polea dentada 58 conectada a un motor 59 del tipo capaz de impartir
un movimiento giratorio alternado a la polea dentada 58 y, por
tanto, por medio de la correa dentada 57 y la polea dentada 56, un
movimiento giratorio alternado al mango hueco 54. De esta forma se
imparte un movimiento de giro alternado al elemento central.
De nuevo en referencia a la figura 6, cada
unidad de suministro 25 comprende un carrete 60 para desenrollar una
fibra óptica 3 respectiva, un dispositivo amortiguador 61 de tipo
conocido para ajustar la tensión de desenrollado de la fibra óptica
3 y una polea de guiado 62 diseñada para suministrar la fibra óptica
3 a la sección de extrusión 22 en un sentido predeterminado.
Los carretes 60 y los dispositivos
amortiguadores 61 pueden estar sostenidos por la misma estructura
de soporte (que no se muestra) situada lateralmente respecto a la
dirección de trabajo 30. En concreto, los carretes 60 se sostienen
con sus ejes respectivos paralelos uno al otro y perpendiculares a
la dirección de trabajo 30. Cada dispositivo de amortiguación 61 se
diseña para recibir una fibra óptica 3 respectiva desde el carrete
60 correspondiente y suministrarla a la polea de guiado 62
correspondiente de forma oblicua respecto a la dirección de trabajo
30.
En referencia a la figura 10, las poleas de
guiado 62 están sostenidas de forma inactiva alrededor de la
dirección de trabajo 30, con sus ejes respectivos sustancialmente
paralelos entre ellos. Las poleas de guiado 62 se pueden montar, por
ejemplo, sobre un soporte fijo (que no se muestra) con una abertura
a través de la cual pasa el elemento central 4. Las poleas 62 se
sitúan a una distancia L de una zona de extrusión que se define a
continuación. La distancia L representa un parámetro de proceso que
se escoge sobre la base de las características a impartir al núcleo
óptico 2, como se describirá a continuación.
La sección de extrusión 22 comprende, en la
dirección de trabajo 30, una primera extrusora 65 diseñada para
extrusionar la capa polimérica 5 alrededor del elemento central 4 y
las fibras ópticas 3 y un primer tanque de enfriado 66 para enfriar
la capa polimérica 5 después de la extrusión. Además, la sección de
extrusión 22 comprende una segunda extrusora 84 situada aguas abajo
del primer tanque de enfriado 66 para depositar sobre la capa
polimérica 5 la cubierta 6 y un segundo tanque de enfriado 85 para
consolidar el material que forma la cubierta 6 misma. Entre el
primer tanque de enfriado 66 y la segunda extrusora se proporciona
un dispositivo de secado por aire caliente 82, para eliminar las
trazas de humedad presentes sobre la superficie de la capa de
material polimérico 5.
La figura 11 muestra una cabeza de extrusión 65a
que forma parte de la extrusora 65 y dentro de la cual se realiza
la extrusión de material polimérico sobre el elemento central 4 y
sobre las fibras ópticas 3. La cabeza de extrusión 65a comprende, en
una posición fija, un primer cuerpo cilíndrico 67 que define un
molde hembra y un segundo cuerpo cilíndrico 68 que define un molde
macho, presentando dichos moldes un eje común 76 alineado a lo largo
de la dirección de trabajo 30. El molde hembra 67 está formado
internamente sustancialmente en forma de embudo y el molde macho 68
se extiende dentro del molde hembra 67 y define, junto con este
último, un paso sustancialmente anular 75 para el material
polimérico. El paso 75 converge hacia una zona de extrusión 77 donde
se forma el núcleo óptico 2.
La zona de extrusión 77 se extiende dentro de
una abertura cilíndrica 72 del molde hembra 67, que es coaxial con
el eje 76 y se diseña para permitir que el núcleo óptico 2 abandone
la cabeza de extrusión 65a. El diámetro contemplado para la abertura
72 es aproximadamente igual al diámetro del núcleo óptico 2 y su
longitud (referida en la técnica como "suelo") se relaciona con
los parámetros de proceso como la velocidad de suministro v del
elemento central 4 y las dimensiones del núcleo óptico 2 y se escoge
para producir una presión predeterminada del material polimérico en
la zona de extrusión 77. Además, la longitud arriba mencionada debe
ser tal que permita que el material polimérico se distribuya
uniformemente alrededor del elemento central 4 e incorpore las
fibras ópticas 3 en una posición estable antes de abandonar la
cabeza de extrusión 65a. Preferiblemente, la longitud de la abertura
72 es entre 2 mm y 6 mm, su diámetro es entre 2 mm y 4 mm y la
relación entre la longitud y el diámetro es preferiblemente entre 1
y 2, más preferiblemente entre 1,3 y 1,5.
El molde macho 68 comprende un cuerpo central 69
que presenta una forma sustancialmente tubular cilíndrica y que se
diseña para guiar al elemento central 4 y a las fibras ópticas 3
hacia la zona de extrusión 77. La forma y las dimensiones del cuerpo
central 69 se escogen sobre la base de las características deseadas
del núcleo óptico 2. En concreto, el cuerpo central 69 que se
muestra en la figura 11 se diseña para proporcionar un núcleo óptico
2 que comprende un único anillo de fibras ópticas 3.
En referencia a las figuras 11 y 12, el cuerpo
central 69 se dispone de forma que sea coaxial con el eje 76 y
presenta un agujero longitudinal central 70 a través del cual pasa
el elemento central 4 y una pluralidad de canales sustancialmente
equidistantes longitudinales 71 a través de los cuales pasan las
fibras ópticas 3. El cuerpo central 69 se puede quitar de la cabeza
de extrusión 65a para permitir una inserción sencilla del elemento
central 4 dentro del agujero 70 y de las fibras ópticas 3 dentro de
los canales 71 antes de empezar el proceso de trabajo.
Un primer extremo 73 del cuerpo central 69
define una extensión del molde macho 68 que se extiende dentro de
la zona de extrusión 77 y termina, con un bisel, dentro de la
abertura 72. Un segundo extremo 74 del cuerpo central 69, opuesto al
primer extremo, presenta una proyección anular 81 que se dispone de
forma que sobresalga contra un apoyo 78 de una porción fija 79 del
molde macho 68. Un elemento de cierre 80 con forma tubular
cilíndrica se dispone de forma que sobresalga contra el segundo
extremo 74 en el lado opuesto respecto al soporte 78 y se diseña,
junto con este último, para trabarse con el elemento central 69. El
elemento de cierre 80 presenta una abertura longitudinal (que no se
muestra) para permitir la aplicación del mismo alrededor del
elemento central 4 antes de insertarse dentro del molde macho 68 y
dispone de un engarce externo para una unión por engarce con una
porción fija 79 del molde macho 68.
Los canales 71 se extienden desde el segundo
extremo 74 hasta el principio del primer extremo 73, siendo
sustancialmente paralelos uno respecto al otro y encontrándose
situados a una distancia del eje 76 que es sustancialmente igual al
diámetro externo del primer extremo 73 para permitir que las fibras
ópticas 3 entren dentro de la zona de extrusión 77 en contacto con
la superficie exterior del primer extremo 73 mismo. El diámetro
externo del primer extremo 73 es sustancialmente igual a la
distancia contemplada entre las fibras ópticas 3 y el eje 10 del
núcleo óptico 2 y su longitud se escoge para mantener las fibras
ópticas 3 a una distancia constante del eje 76 mientras las fibras
ópticas 3 pasan a través de la zona de extrusión 77, evitando de
esta forma que las fibras ópticas 3 mismas colapsen radialmente
hacia el elemento central 4 debido a la presión radial del material
polimérico.
Cada canal 71 tiene una altura (medida
radialmente respecto al eje 76) que disminuye progresivamente desde
el segundo extremo 74 hacia el primer extremo 73 de forma que es
posible definir un ángulo de convergencia \gamma de su pared más
externa hacia su parte más interna, que no es igual a cero. El
ángulo de convergencia \gamma es preferiblemente mayor que el
ángulo (respecto al eje 76) con el cual se suministran las fibras
ópticas 3 a la cabeza de extrusión 65a por medio de las poleas de
guiado 62. Por ejemplo, el ángulo de convergencia \gamma puede ser
igual a 3º y el ángulo de suministro de las fibras ópticas ser igual
a 1,5º. Cada canal 71 termina en una sección transversal
aproximadamente igual a la sección transversal de las fibras ópticas
3 de forma que se asegura que las fibras ópticas 3 mismas entran en
la zona de extrusión 77 en contacto con el primer extremo 73 mismo.
El cuerpo central 69 presenta, por ejemplo, una longitud de 15
mm.
Las figuras 13 y 14 muestran una realización
diferente del cuerpo central que se indica aquí por medio de 69' y
que se diseña para el caso en el que las fibras ópticas 3 se deben
disponer como dos anillos diferentes, como se muestra en la figura
3. Las partes del cuerpo central 69' que corresponden a partes
similares del cuerpo 69 se indican por medio de los mismos números
de referencia. El cuerpo central 69' contiene una primera y una
segunda pluralidad de canales 71', 71'', donde la segunda pluralidad
de los cuales se encuentra fuera de la primera. La primera
pluralidad de canales 71' se diseña para permitir la disposición,
alrededor del elemento central 4, de una primera pluralidad de
fibras ópticas 3 que definen el primer anillo 15 que se muestra en
la figura 3 y la segunda pluralidad de canales 71'' se diseña para
permitir la disposición, alrededor del elemento central 4, de una
segunda pluralidad de fibras ópticas 3 que definen el segundo anillo
16 que se muestra en la figura 3. Además, el cuerpo central 69'
presenta un primer extremo 73' que se extiende dentro de la zona de
extrusión 77 y que comprende una primera porción longitudinal 73'a y
una segunda porción de extremo longitudinal 73'b con un diámetro
externo más estrecho que el de la primera porción longitudinal 73'a.
En cuerpo central 69' presenta, por ejemplo, una longitud de 18
mm.
De nuevo en referencia a la figura 6, el tanque
66 se dispone a lo largo de la dirección de trabajo 30 y se diseña
para recibir, durante el proceso de trabajo, el núcleo óptico 2
procedente de la extrusora 65. El tanque 66 tiene una longitud que
se escoge sobre la base del tipo de material polimérico que se
utiliza para formar la capa 5 y de la velocidad de alimentación v
del núcleo óptico 2. El tanque 66 se encuentra preferiblemente
dividido en zonas sucesivas que contienen agua a temperaturas
predeterminadas y se diseña para permitir que el núcleo óptico 2
atraviese la totalidad de su longitud.
La segunda extrusora 84, que se diseña para
formar la cubierta 6, no se describe aquí por ser de tipo conocido.
El segundo tanque de enfriado 85 es, por ejemplo, del mismo tipo que
el tanque 66.
La sección de almacenamiento 23 comprende un
dispositivo de tracción 86 de un tipo conocido, por ejemplo un
dispositivo de tracción que comprende toboganes continuos o del tipo
cabestrante diseñado para tirar del núcleo óptico 2 a una velocidad
controlada v.
La sección de almacenamiento 23 comprende
también un carrete de almacenamiento 87 propulsado por motor y
diseñado para recibir y almacenar el núcleo óptico 2 y un
dispositivo amortiguador 88 dispuesto aguas arriba del carrete de
almacenamiento 87 y diseñado para ajustar la tensión del núcleo
óptico 2.
En referencia a la figura 15, 90 indica, en su
totalidad, otro dispositivo que se utiliza para simular los efectos
de las etapas de cableado subsiguientes que se realizan sobre el
núcleo óptico 2, para poder realizar, sobre el núcleo óptico 2,
medidas de PMD que simulan medidas similares realizadas sobre un
cable terminado 1. Puesto que, en un cable terminado 1, la
estructura Warrington definida por los elementos cilíndricos 7a, 7b
y 7c es auto-sostenida y, por tanto, no tensiona
mecánicamente al núcleo óptico 2, los efectos sobre el núcleo 2 de
las etapas de cableado subsiguientes consisten esencialmente en los
efectos térmicos que siguen a la deposición de la capa 13 de
material polimérico. Estos efectos térmicos comprenden la expansión
del material polimérico de la capa 5 durante el calentamiento para
la aplicación de la capa 13 y la contracción de este material
durante el enfriado subsiguiente.
El dispositivo 90 comprende un carrete 91 que
presenta, bobinado alrededor del mismo, el núcleo óptico 2 que
corresponde, por ejemplo, al carrete de almacenamiento 87 que se
muestra en la figura 6, un horno 92 que se diseña para recibir el
núcleo óptico 2 desde el carrete 91 por medio de un dispositivo
amortiguador 93 y una polea de tracción 94, un tubo calentado 95
dispuesto aguas abajo del horno 92 y un carrete de almacenamiento 96
diseñado para recibir el núcleo óptico 2 por medio de otra polea de
tracción 97 y otro dispositivo amortiguador 98. La temperatura
dentro del horno 92 y la del interior del tubo 95 se escogen para
calentar el núcleo óptico 2 a una temperatura que corresponde a la
que se alcanza típicamente durante la aplicación de la capa 13
(figura 1). Por ejemplo, esta temperatura puede ser igual a
aproximadamente 100ºC. La velocidad de línea (es decir la velocidad
de alimentación del núcleo óptico 2) y la longitud del tubo
calentado 95 se escogen para proporcionar una variación térmica del
núcleo óptico 2 similar a la que tiene lugar durante la aplicación
de la capa 13.
A continuación se describe un procedimiento para
la fabricación del núcleo óptico 2 por medio del dispositivo de
fabricación 20 que se muestra en la figura 6.
Debido a la fuerza de tracción que ejerce el
dispositivo de tracción 86, el elemento central 4 se desenrolla del
carrete de desenrollado 26 y, al mismo tiempo, se desenrollan las
fibras ópticas 3 de los carretes respectivos 60. El dispositivo
amortiguador 27 y los dispositivos amortiguadores 61 ajustan de
forma controlada la tensión que actúa sobre el elemento central 4 y,
respectivamente, sobre las fibras ópticas 3. Las tensiones aplicadas
sobre las fibras ópticas 3 presentan valores preferiblemente entre
100 g y 300 g y, más preferiblemente, entre 150 g y 250 g.
Ventajosamente, la relación entre la tensión aplicada al elemento
central 4 y la tensión aplicada a las fibras ópticas 3 se encuentra
entre 10 y 50. Esta relación se escoge de forma que, dentro del
núcleo óptico 2, las fibras ópticas 3 presentan una elongación
residual mayor que la del elemento central 4. En concreto, la
diferencia entre la elongación residual de las fibras ópticas 3 y la
del elemento central 4 es preferiblemente mayor que 0,02%. Debido a
la presencia de una elongación residual en las fibras ópticas 3, es
posible compensar cualquier compresión de las fibras ópticas mismas
que tiene lugar durante las etapas subsiguientes del proceso de
trabajo (por ejemplo durante el bobinado sobre el carrete) o durante
la utilización del cable terminado. Estas compresiones podrían
causar, de hecho, un deterioro en términos de atenuación de la señal
transmitida.
El elemento central 4, antes de llegar a la
extrusora 65, sufre un girado por medio del dispositivo de girado
28. En concreto, en referencia a la figura 7, el dispositivo de
girado 28 somete al miembro giratorio 31 a un movimiento giratorio
alternado alrededor del eje 43 con un ángulo de giro máximo
predeterminado \alpha'_{max} y una velocidad angular de giro
\omega. La acción de giro sobre el elemento central 4 se realiza
por medio de los pares de rodillos 45, 46 dentro de cada uno de los
cuales se mantiene presionado el elemento central 4 mismo dentro de
la ranura 47 del segundo rodillo 46 por medio de la superficie 45a
del primer rodillo 45.
La cabeza de extrusión 65a recibe el elemento
central 4 procedente del dispositivo de girado 28 y las fibras
ópticas 3 procedentes de las poleas de tracción 62. Dentro de la
cabeza de extrusión 65a, el elemento central 4 atraviesa el agujero
70 del cuerpo central 69 hasta que entra en la zona de extrusión 77.
Al mismo tiempo, las fibras ópticas 3 atraviesan los canales 71 del
cuerpo central 69 y entran dentro de la zona de extrusión 77 en
contacto con la superficie exterior del primer extremo 73. Dentro de
la zona de extrusión 77, el material polimérico que emerge del
pasaje 75 en primer lugar entra en contacto con la superficie
exterior del primer extremo 73 y a continuación fluye desde el bisel
final del primer extremo 73 hasta el elemento central 4, envolviendo
a este último y a las fibras ópticas 3. Debido a las características
físicas del material polimérico que se escoge y a la tensión
controlada de las fibras ópticas 3 impartida por los dispositivos
amortiguadores 61, las fibras ópticas 3 mismas se mantiene
equidistantes una de la otra y a una distancia predeterminada del
elemento central 4.
Comenzando desde la zona de extrusión 77, debido
a la acción de girado alternado impartida al elemento central 4 por
medio del dispositivo de girado 28, se logra que el material
polimérico y las fibras ópticas 3 realicen un movimiento giratorio
alternado alrededor del eje 76, con un ángulo de bobinado
sustancialmente igual al ángulo de torsión del elemento central.
Debido a este movimiento giratorio y a la velocidad de alimentación
constante en la dirección de trabajo 30, las fibras ópticas 3 se
disponen, equidistantes unas de las otras, a lo largo de
trayectorias de tipo SZ. El periodo de inversión P de estas
trayectorias SZ queda determinado por la velocidad de alimentación
arriba mencionada y por el intervalo de tiempo del movimiento de
giro arriba mencionado del elemento 4.
Durante el giro del elemento central 4 en el
intervalo de tiempo entre dos instantes de inversión consecutivos,
cada fibra óptica 3 sufre, además de la acción de bobinado
anteriormente mencionada alrededor del elemento central 4 mismo, una
acción de giro alrededor de su propio eje. Como ya se ha descrito en
referencia a la figura 5, el ángulo de torsión \beta es menor, en
términos de valor absoluto, que el ángulo de bobinado \alpha. Esto
se debe al forzamiento en torsión impuesto por la polea de guiado
62. De hecho, puesto que la torsión impartida a cada fibra óptica 3
en la zona de extrusión 77 se transmite a la porción de fibra óptica
3 que va a entrar en la zona de extrusión 77 y puesto que la torsión
en la polea de guiado respectiva 62 es cero, se acumula una torsión,
alternadamente en los dos sentidos, entre la polea de guiado 62 y la
zona de extrusión. Cuando la fibra óptica 3 se alimenta en la zona
de extrusión 77, la torsión acumulada se resta de la torsión
impartida (por el elemento central 4) y la torsión resultante sobre
la fibra óptica 3 es por tanto menor que la torsión del elemento
central 4.
La torsión local máxima que se puede aplicar a
las fibras ópticas 3 depende de la distancia L de las poleas de
guiado 62 desde la zona de extrusión 77, la velocidad de
alimentación v en la dirección de trabajo 30, la velocidad angular
de torsión \omega y el ángulo de giro máximo \alpha'_{max} del
dispositivo de girado 28. En concreto, reducir la distancia L
aumenta la torsión por unidad de longitud acumulada sobre las fibras
ópticas 3 entre las poleas 62 y la zona de extrusión 77, mientras
que aumentar L tiene el efecto contrario. La distancia de las poleas
a la zona de extrusión 77 y los parámetros arriba indicados se
pueden ajustar por tanto dependiendo de la torsión local máxima
deseada de las fibras ópticas 3.
Según una posible variación que no se muestra,
las poleas 92 pueden ser impulsadas por motor para aplicar a las
fibras ópticas 3 una torsión controlada sustancialmente
independiente de la torsión de las fibras ópticas 3 mismas otorgada
por medio del giro del elemento central 4.
El núcleo óptico 2 que sale de la extrusora 65
se suministra al primer tanque de enfriado 66 donde el núcleo
óptico 2 se enfría para estabilizar el material polimérico de la
capa 5 y, dentro del mismo, las fibras ópticas 3.
Cuando el núcleo óptico pasa subsiguientemente a
través de la segunda extrusora 84 y el segundo tanque de enfriado
85, se aplica la cubierta 6 (de una forma conocida). A continuación
el núcleo óptico 2 provisto de la cubierta 6, después de pasar sobre
el dispositivo de tracción 86 y sobre el dispositivo amortiguador
88, se bobina sobre el carrete de almacenamiento 87.
El dispositivo de fabricación 20 (figura 6) se
utilizó para producir núcleos ópticos 2 de diferentes tipos, de los
cuales se muestran en la siguiente tabla 1 las características
principales, donde Ref. indica el código de referencia asociado con
cada núcleo óptico, N indica el número de fibras ópticas 3 presentes
dentro del núcleo óptico, v indica la velocidad de alimentación en
la dirección 30 impartida por el dispositivo de tracción 86, p
indica el periodo de bobinado (igual a dos veces el periodo de
inversión P) y \alpha_{max} indica el ángulo de bobinado
máximo.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Los núcleos ópticos 2 según la tabla 1 se
realizaron a partir de fibras ópticas 3 del tipo NZD (no dispersión
cero) adecuadas para aplicaciones en sistemas de telecomunicaciones
de tipo DWDM. En concreto, como se muestra en la tabla 1, se
utilizaron fibras ópticas de un primer tipo producidas por la
compañía Fos y que se distinguen por la marca comercial FOAS y
fibras de un segundo tipo producidas por la compañía Lucent y que se
distinguen por la marca comercial TrueWave®. Las fibras ópticas 3
utilizadas presentan un diámetro externo de aproximadamente 255
\mum y presentan un primer revestimiento acrílico y un segundo
revestimiento acrílico coloreado con un grosor de aproximadamente 6
\mum.
El elemento central 4 utilizado para la
producción de los núcleos ópticos 2 se realiza con acero y presenta
un diámetro externo de aproximadamente 0,65 mm.
El material polimérico utilizado para la
fabricación de la capa de material polimérico 5 es del tipo Hytrel®
G3548 y presenta un índice de flujo de fusión de 10 y un factor de
dureza Shore D de 35.
A continuación se describen los parámetros de
proceso, comunes a todos los procesos individuales para la
obtención de los núcleos ópticos 2 según la tabla 1.
Los dispositivos amortiguadores 27 y 61 se
ajustaron para obtener una tensión sobre el elemento central 4 igual
a aproximadamente 5 kg y, respectivamente, una tensión sobre las
fibras ópticas 3 de aproximadamente 200 g.
Las poleas de tracción 62 se dispusieron para
obtener un ángulo de suministro de las fibras ópticas 3 con la
extrusora 65', medido respecto a la dirección de trabajo 30, de
aproximadamente 1,5º.
Los parámetros dimensionales de la extrusora 65
(figura 11) son los siguientes:
- -
- diámetro de la abertura 72: 2,9 mm;
- -
- longitud de la abertura 72: 4 mm;
- -
- longitud del cuerpo central 69: 15 mm;
- -
- diámetro externo del primer extremo 73 del cuerpo central 69: 1,8 mm.
\vskip1.000000\baselineskip
Además, la presión a la que se inyecta el
material polimérico dentro de la zona de extrusión 77 a través de
los canales 75 se escogió para ser igual a aproximadamente 40 bar y
la temperatura de extrusión del material polimérico se escogió para
ser igual a aproximadamente 240ºC. En el tanque de enfriado 66 la
temperatura del agua se mantuvo a aproximadamente 70ºC.
Para una comparación directa con otras
tecnologías de fabricación, se produjeron núcleos ópticos de
diferentes tipos utilizando los mismos materiales y las mismas
fibras ópticas 3 utilizados para la fabricación de los núcleos
ópticos según la tabla 1. Se fabricó un primer tipo de núcleo óptico
diferente del fabricado según la presente invención por medio de
extrusión, sobre un elemento central, de una única capa polimérica
en la cual las fibras se disponen paralelas una respecto a la otra.
Los núcleos ópticos producidos según la técnica arriba mencionada se
indicarán por medio del término OS (una tirada) seguidos por un
número progresivo. En concreto, se fabricaron utilizando esta
técnica un núcleo óptico OS2 que comprende las mismas fibras ópticas
que el núcleo óptico SZ2 y un núcleo OS3 que comprende las mismas
fibras ópticas que los núcleos ópticos SZ3 y SZ4.
Se fabricó un segundo tipo de núcleo óptico
diferente del fabricado según la presente invención utilizando una
técnica que corresponde a la que se describe en la solicitud de
patente EP 97121295.6 cursada el 4 de diciembre de 1997 a nombre del
mismo solicitante. Esta técnica contempla la deposición de las
fibras ópticas de forma tangencial respecto a un soporte que se ha
revestido con anterioridad y se ha precalentado a una temperatura
adecuada y de forma paralela al eje de dicho soporte. Los núcleos
ópticos producidos según la técnica arriba mencionada se indicarán a
continuación por medio del término DPS seguido por un número
progresivo. En concreto, con esta técnica se realizaron un núcleo
óptico DPS1 que comprende las mismas fibras ópticas que el núcleo
óptico SZ1, un núcleo óptico DPS2 comprende las mismas fibras
ópticas que el núcleo óptico SZ2 y un núcleo óptico DPS3 que
comprende las mismas fibras ópticas que los núcleos ópticos SZ3 y
SZ4.
Para verificar los efectos del cableado en
términos de PMD, se sometió a una muestra de cada núcleo óptico,
con una longitud de 900 m, antes de la medida de la PMD, a procesado
utilizando el dispositivo 90 (figura 15) que puede simular los
efectos del cableado. Esta operación de procesado se realizó
utilizando porciones de núcleos ópticos con una longitud de 900
m.
El procesado con el dispositivo 90 se realizó
bajo las siguientes condiciones:
- -
- fuerza de tracción durante el desenrollado: 3 kg;
- -
- fuerza de tracción durante el almacenamiento: 3 kg;
- -
- velocidad de línea: 2,5 m/min;
- -
- temperatura en el interior del horno 92: 100ºC; y
- -
- diámetro de almacenamiento sobre el carrete 96 (bobinado único): 1 m.
\vskip1.000000\baselineskip
Para poder verificar, durante las medidas de PMD
subsiguientes, solamente la influencia de los efectos térmicos del
cableado, se almacenaron sobre un carrete otras muestras de cada
núcleo óptico con una longitud de 900 m e iguales a las muestras
anteriores después de pasar a través del dispositivo 90 con el horno
92 desconectado, mientras se mantenía una temperatura ambiente de
aproximadamente 20ºC y las siguientes condiciones:
- -
- fuerza de tracción durante el desenrollado: 3 kg;
- -
- fuerza de tracción durante el almacenamiento: 3 kg;
- -
- velocidad de línea: 10 m/min;
- -
- diámetro de almacenamiento sobre el carrete 96 (bobinado único): 1 m.
Cada muestra preparada utilizando los dos
procedimientos descritos, después de almacenarse sobre un carrete,
se sometió a la medida de la PMD. Las medidas de la PMD sobre
muestras sometidas a tratamiento a 100ºC se indicarán a continuación
por medio de la expresión [100º], mientras que las medidas
realizadas sobre muestras almacenadas a 20ºC se indicarán a
continuación por medio de la expresión [20º].
Todas las medidas de PMD se realizaron a una
longitud de onda de 1550 nm, utilizando un interferómetro para la
medida de la PMD, modelo IQ 206 fabricado por la compañía EXFO, que
comprende:
- -
- una fuente IQ 2100;
- -
- un selector IQ 5550; y
- -
- un analizador 5500.
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados de las medidas de PMD se muestran
a continuación en las tablas 2, 3 y 4, en las cuales se han
agrupado juntos los núcleos ópticos que comprenden el mismo tipo de
fibras ópticas. En concreto, en cada una de las tablas 2, 3 y 4 se
muestran los valores medio y máximo de la PMD de las fibras ópticas
utilizadas y los valores medio y máximo para las medidas [20ºC] y
[100ºC]. Para los propósitos de la presente patente, los valores de
PMD de las fibras ópticas son valores medidos sobre un tramo de
fibra óptica con una longitud de 1 km y bobinado sobre un carrete
con fuerza de tracción cero y una sola capa.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
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\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
A partir de un examen de los resultados que se
muestran en las tablas 2, 3 y 4 se puede observar que los núcleos
ópticos producidos según la presente invención presentan un
rendimiento mejorado significativamente en términos de PMD en
comparación con los núcleos ópticos fabricados utilizando las otras
técnicas mencionadas. A partir de una comparación de las pruebas
realizadas a 20ºC y las realizadas a 100ºC, además, se desprende que
el efecto de la contracción estructural del núcleo óptico siguiendo
al tratamiento de calor a 100ºC es de naturaleza particularmente
limitada. Además, se puede observar que ángulos de bobinado mayores
que 360º no mejoran de forma significativa los resultados que se
obtienen con ángulos de aproximadamente 360º.
Se realizaron otras medidas de PMD sobre cables
ópticos del tipo que se muestra en la figura 1 obtenidos a partir de
núcleos ópticos del tipo SZ2 y SZ5 y que se indican por medio de
CABLE_{SZ2} y CABLE_{SZ5}. Los valores de PMD medidos se
muestran en la siguiente tabla 5.
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\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados de la tabla 5 confirman los
resultados obtenidos anteriormente. En concreto, a partir de los
datos que se muestran en la tabla 5 se puede observar que la PMD
medida en un cable según la presente invención es menor que 110% de
la PMD medida en una fibra óptica no cableada del mismo tipo que las
utilizadas en el cable.
La figura 16 muestra los resultados de medidas
de la atenuación espectral de la señal realizadas con el
procedimiento conocido en la técnica como procedimiento de corte,
utilizando un instrumento de Photon Kinetics, modelo 2200. La curva
101 se refiere a los valores medios registrados durante las medidas
realizadas sobre fibras ópticas Fos y Lucent no cableadas que son
del mismo tipo que las utilizadas para la fabricación de los núcleos
ópticos según la presente invención. La curva 102 se refiere a los
valores medios registrados durante varias medidas realizadas sobre
un cable fabricado según la presente invención. La curva 103 se
refiere a los valores medios registrados durante varias medidas
realizadas sobre un cable fabricado con dos capas de material
polimérico y deposición tangencial (cable DPS).
Como se puede observar, con los cables
fabricados según la presente invención es posible, en media,
obtener valores de atenuación que son menores y cercanos a los de
las fibras ópticas no cableadas en comparación con los cables
fabricados con doble capa y deposición tangencial.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante es solamente para la conveniencia del lector. No forma
parte del documento de Patente Europea. Aunque se ha prestado gran
atención a la recopilación de las referencias, no se pueden
descartar errores u omisiones y la Oficina Europea de Patentes
declina cualquier responsabilidad respecto a la misma.
\bullet US 4744935 A [0005]
\bullet EP 851258 A1 [0006]
\bullet US 4541970 A [0007] [0010] [0025]
\bullet US 4902097 A [0008] [0022] [0024]
\bullet US 4832441 A [0009] [0024]
\bullet US 5440659 A [0010] [0026] [0027]
\bullet GB 2303938 A [0011] [0016]
\bullet EP 97121295 A [0135]
\bullet A.J. BARLOW; D.N. PAYNE;
M.R. HADLEY; R.J. MANSFIELD. Production of
single-mode fibres with negligible intrinsic
birefringence and polarisation mode dispersion. ELECTRONIC
LETTERS, 1 de octubre de 1981, vol. 17 (20), páginas
725-726 [0026]
Claims (28)
1. Procedimiento para la fabricación de un cable
óptico (1) que comprende la etapa de incorporar por lo menos una
fibra óptica (3) dentro de un material polimérico extrusionado en
contacto con un elemento en forma de cuerda (4), en el que dicha
etapa de incorporación dentro de un material polimérico comprende
las etapas de:
- -
- disponer dicha fibra óptica (3) a lo largo de una trayectoria en hélice abierta; y
- -
- aplicar a dicha fibra óptica (3) una torsión local máxima entre 0,05 vueltas/m y 1,5 vueltas/m, de forma que la PMD medida en dicho cable es menor que 110% la PMD medida en una fibra óptica del mismo tipo no cableada.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicha etapa de incorporación dentro de un material polimérico
comprende la etapa de aplicar a dicha fibra óptica (3) una torsión
local máxima entre 0,1 vueltas/m y 1 vuelta/m.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicha etapa de incorporación dentro de un material polimérico
comprende la etapa de aplicar a dicha fibra óptica (3) una torsión
de media cero.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicha etapa de incorporación dentro de un material polimérico
comprende las etapas de:
- -
- alimentar dicho elemento en forma de cuerda (4) a través de una zona de extrusión (77) en una dirección de alimentación predeterminada;
- -
- alimentar dicha fibra óptica (3) a través de dicha zona de extrusión a una distancia predeterminada de dicho elemento en forma de cuerda (4); y
- -
- suministrar dicho material polimérico dentro de dicha zona de extrusión (77) de forma que dicho material polimérico envuelve a dicho elemento en forma de cuerda y a dicha fibra óptica.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicha etapa de incorporación dentro de un material polimérico
comprende la etapa de incorporar dentro de dicho material polimérico
entre 2 y 24 fibras ópticas.
6. Procedimiento según la reivindicación 4, en
el que dicha etapa de disponer dicha fibra óptica (3) a lo largo de
una trayectoria de hélice abierta comprende la etapa de impartir un
giro alternado a dicho elemento en forma de cuerda (4).
7. Procedimiento según la reivindicación 4, en
el que dicha etapa de alimentar dicha fibra óptica (3) a través de
dicha zona de extrusión comprende las etapas de forzar en torsión
(62) a dicha fibra óptica aguas arriba de dicha zona de extrusión
(77) a una distancia predeterminada de dicha zona de extrusión y
dicha etapa de aplicar una torsión local máxima a dicha fibra óptica
(3) comprende la etapa de ajustar dicha distancia de dicho
forzamiento a la zona de extrusión en relación con dicha torsión
local máxima.
8. Procedimiento según la reivindicación 6, en
el que dicha etapa de impartir un giro alternado a dicho elemento en
forma de cuerda (4) comprende la etapa de impartir a dicho elemento
en forma de cuerda una velocidad angular predeterminada (\omega) y
un ángulo de torsión máximo predeterminado (\alpha'_{max}) y
dicha etapa de alimentar dicho elemento en forma de cuerda comprende
la etapa de desplazar dicho elemento en forma de cuerda a una
velocidad de alimentación predeterminada (v), donde dicha etapa de
aplicación de una torsión local máxima a dicha fibra óptica (3)
comprende la etapa de ajustar dicha velocidad angular, dicho ángulo
de torsión máximo o dicha velocidad de alimentación en relación con
dicha torsión local máxima.
9. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicha etapa de disponer dicha fibra óptica (3) a lo largo de
una trayectoria de hélice abierta comprende la etapa de asociar con
dicha trayectoria un periodo de inversión espacial (P) entre 0,5 m y
5 m.
10. Procedimiento según la reivindicación 4, en
el que dicha etapa de alimentar dicha fibra óptica (3) dentro de
dicha zona de extrusión (77) comprende la etapa de transportar dicha
fibra óptica hacia dicha zona de extrusión por medio de un soporte
(69) que dispone de canales (71) y a través del cual pasa
centralmente dicho elemento en forma de cuerda (4).
11. Cable óptico (1) para telecomunicaciones,
que comprende un elemento central sustancialmente en forma de cuerda
(4), por lo menos una fibra óptica (3) y una capa de material
polimérico (5) que se encuentra sustancialmente desprovisto de
discontinuidades e incorpora a dicho elemento central (4) y a dicha
fibra óptica, estando dicha fibra óptica (3) dispuesta a lo largo de
una trayectoria de hélice abierta caracterizado por el hecho
de que dicha fibra óptica (3) presenta además una torsión local
máxima entre 0,05 vueltas/m y 1,5 vueltas/m de forma que la PMD
medida en dicho cable es menor que 110% la PMD medida en una fibra
óptica no cableada del mismo tipo.
12. Cable según la reivindicación 11, en el que
dicha fibra óptica (3) presenta, a lo largo de la trayectoria
respectiva en hélice abierta, una torsión local máxima entre 0,01
vueltas/m y 1 vuelta/m.
13. Cable según la reivindicación 11, en el que
dicha fibra óptica (3) presenta, a lo largo de la trayectoria en
hélice abierta respectiva, una torsión de media cero.
14. Cable según la reivindicación 11, que
comprende un número de fibras ópticas entre 2 y 24.
15. Cable según la reivindicación 11, en el que
dicha fibra óptica (3) presenta, a lo largo de la trayectoria
respectiva en hélice abierta, un ángulo de bobinado máximo
(\alpha_{max}) que es menor o igual, en términos de valor
absoluto, que 360º y un ángulo de torsión máximo (\beta_{max})
menor, en términos de valor absoluto, que dicho ángulo de bobinado
máximo.
16. Cable según la reivindicación 15, en el que
dicho ángulo de torsión máximo (\beta_{max}) es entre 90º y
270º.
17. Cable según la reivindicación 11, en el que
se dispone alrededor de dicha fibra óptica (3) un grosor de material
polimérico homogéneo mayor o igual que 0,10 mm.
18. Cable según la reivindicación 11, en el que
dicha trayectoria de hélice abierta presenta un periodo de inversión
(P) entre 0,5 m y 5 m.
19. Cable según la reivindicación 11, que
comprende una pluralidad de fibras ópticas (3) que definen un anillo
de fibras ópticas equidistantes entre ellas y dispuestas a la misma
distancia de un eje (10) de dicho cable (1).
20. Cable según la reivindicación 19, en el que
dicha distancia de dichas fibras ópticas (3) a dicho eje (10) es
entre 0,4 mm y 1,2 mm.
21. Cable según la reivindicación 11, que
comprende una pluralidad de fibras ópticas (3) que definen un primer
anillo (15) de fibras ópticas equidistantes entre ellas y dispuestas
a una primera distancia de un eje (10) de dicho cable (1) y un
segundo anillo (16) de fibras ópticas equidistantes entre ellas y
dispuestas a una segunda distancia de dicho eje (10) mayor que dicha
primera distancia.
22. Cable según la reivindicación 21, en el que
dicha primera distancia es entre 0,4 mm y 0,8 mm y dicha segunda
distancia es entre 0,9 mm y 1,2 mm.
23. Cable según la reivindicación 11, en el que
dicha capa de material polimérico (5) presenta un grosor
entre
0,9 mm y 1,5 mm.
0,9 mm y 1,5 mm.
24. Cable según la reivindicación 11, en el que
dicho elemento central (4) presenta un diámetro entre 0,5 mm
y
0,7 mm.
0,7 mm.
25. Cable según la reivindicación 11, en el que
dicha fibra óptica (3) presenta un diámetro exterior menor
que
400 \mum.
400 \mum.
26. Cable según la reivindicación 11, en el que
dicha fibra óptica (3) presenta un diámetro exterior menor
que
270 \mum.
270 \mum.
27. Cable según la reivindicación 11, en el que
dicho material polimérico presenta un módulo de flexión entre
20 MPa y 70 MPa, un factor de dureza Shore D entre 15 y 70 y un índice de flujo de fusión entre 5 y 15.
20 MPa y 70 MPa, un factor de dureza Shore D entre 15 y 70 y un índice de flujo de fusión entre 5 y 15.
28. Cable según la reivindicación 11, que
comprende una cubierta (6) dispuesta alrededor de dicha capa de
material polimérico (5), estando realizada dicha cubierta (6) con un
material que se escoge del grupo que comprende teraftalatos de
polialquileno, poliolefinas y poliamidas.
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