ITMI980407A1 - Procedimento per la realizzazione di attenuatori per fibre ottiche con fibra attenuante ed attenuatore cosi' ottenuto - Google Patents
Procedimento per la realizzazione di attenuatori per fibre ottiche con fibra attenuante ed attenuatore cosi' ottenutoInfo
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Description
DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale:
La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la realizzazione di attenuatori per fibre ottiche con fibra attenuante.
Attualmente, gli attenuatori ottici tutto-fibra con risposta spettrale indipendente dalla lunghezza d'onda vengono realizzati essenzialmente impiegando una particolare tecnica di deformazione del nucleo di una fibra ottica.
Tuttavia, tale metodo consente di ottenere un grado minimo di indipendenza dell'attenuazione dalla lunghezza d'onda, che, come tale, sarebbe auspicabile aumentare; inoltre, l'esperienza dimostra che permane una certa dipendenza residua della risposta spettrale dalla qualità della connessione, soprattutto negli attenuatori basati sull'uso di una fibra ottica standard deformata.
La causa di ciò è da ricercarsi nell'interferenza modale esistente tra le due connessioni e la zona centrale attenuante, che, sebbene i metodi sinora proposti siano in grado di smorzarne l'effetto, continua ancora a persistere determinando una certa variabilità dell'attenuazione con la lunghezza d'onda ed una sostanziale diminuzione dell'attenuazione, rispetto al valore nominale, quando l'attenuatore viene installato direttamente di fronte al ricevitore.
Scopo della presente invenzione è, dunque, quello di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati ed in particolare quello di indicare un procedimento innovativo per la realizzazione di attenuatori compatti per fibre ottiche basati sull'uso di una fibra attenuante con risposta indipendente dalla lunghezza d'onda, che consente quindi di ridurre l'interferenza modale che in essi insorge, rispetto alle tecniche tradizionali.
Altro scopo della presente invenzione è quello di indicare un procedimento per la realizzazione di attenuatori per fibre ottiche con fibra attenuante, che consenta di ottenere una risposta spettrale indipendente dalla lunghezza d'onda, anche a lunghezze d'onda elevate ove normalmente viene eseguito il monitoraggio di reti di telecomunicazione.
Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare un attenuatore per fibre ottiche compatto, con risposta indipendente dalla lunghezza d'onda, secondo il procedimento oggetto dell'invenzione.
Non ultimo scopo è quello di indicare un procedimento per la realizzazione di attenuatori per fibre ottiche con fibra attenuante a costi sostanzialmente contenuti, senza impiegare tecnologie complesse o costose. Tali scopi sono raggiunti, secondo l'invenzione, da un procedimento per la realizzazione di attenuatori per fibre ottiche con fibra attenuante, secondo la rivendicazione 1 e da un attenuatore per fibre ottiche con fibra attenuante, secondo la rivendicazione 4, alle quali si rimanda per brevità.
In modo vantaggioso, il metodo proposto si fonda sull'impiego di una fibra ottica con elevata attenuazione intrinseca e con caratteristiche geometriche simili a quelle di una fibra ottica monomodale standard.
L'attenuatore ottico realizzato con questo metodo è in grado di ridurre drasticamente l'interferenza modale che in esso insorge e le altre conseguenze negative di un procedimento tradizionale.
Uno stress controllato sulla zona centrale della fibra attenuante o della fibra standard, consistente in una leggera curvatura di tali fibre, è introdotto allo scopo di migliorare la risposta spettrale dell'attenuatore a lunghezze d'onda elevate, lo stress determina un incremento dell'attenuazione alle alte lunghezze d'onda, compensando, in questo modo, la brusca diminuzione dell'attenuazione spettrale della fibra attenuata in questa regione.
Ciò consente di rendere ulteriormente piatta la risposta spettrale dell'attenuatore anche verso le lunghezze d'onda più elevate, ove normalmente viene eseguito il monitoraggio di reti di telecomunicazioni. Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, del procedimento per la realizzazione di attenuatori per fibre ottiche con fibra attenuante, oggetto della presente invenzione ed illustrato a titolo di esempio esplicativo e non limitativo nei disegni schematici allegati, in cui: - la figura 1 rappresenta una vista schematica di una fibra ottica attenuante, giuntata ad ambo gli estremi con una fibra monomodale di tipo standard, secondo il procedimento di realizzazione, che è oggetto della presente invenzione;
- la figura 2 rappresenta una vista schematica di una fibra ottica attenuante, giuntata ad un solo estremo con una fibra monomodale di tipo standard, secondo il procedimento di realizzazione, che è oggetto della presente invenzione,·
- la figura 3 rappresenta una vista schematica di un corpo attenuante comprendente una fibra ottica attenuante, giuntata ad ambo gli estremi con una fibra di tipo standard ed alla quale è stato applicato uno stress controllato, secondo il procedimento di realizzazione che è oggetto della presente invenzione; - la figura 4 rappresenta una vista schematica di un corpo attenuante comprendente una fibra ottica attenuante, giuntata ad uno degli estremi con una fibra di tipo standard ed alla quale è stato applicato uno stress controllato, secondo il procedimento di realizzazione, che è oggetto della presente invenzione; - la figura 5 rappresenta schematicamente un attenuatore ottico con fibra attenuante nella configurazione a cordone, secondo il procedimento di realizzazione, che è oggetto della presente invenzione;
- la figura 6 è un diagramma cartesiano che riporta varie curve di attenuazione in funzione della lunghezza d'onda, per diversi raggi di curvatura, indotta su una fibra ottica monomodale con parametri geometrici e trasmissivi tipici di quella fibra usata nell'attenuatore realizzato secondo il procedimento, che è oggetto della presente invenzione;
- la figura 7 riporta schematicamente un diagramma di attenuazione spettrale dì un attenuatore con fibra attenuante realizzato secondo il procedimento, che è oggetto della presente invenzione, senza applicare stress specifici alla fibra stessa,-- la figura 8 riporta schematicamente un diagramma di attenuazione spettrale di un attenuatore con fibra attenuante realizzato secondo il procedimento, che è oggetto della presente invenzione, con l'applicazione di stress alla fibra.
Con riferimento alle figure menzionate, con 10 è indicata genericamente una fibra ottica monomodale standard, con 11 è indicata una fibra attenuante, con 12 sono indicati i giunti a fusione atti alla connessione delle fibre 10 e 11, con 13 sono indicate delle ferule di un corpo attenuante 18, che sono in grado di alloggiare anche i giunti a fusione 12, con 14 è indicata una zona centrale di uno spezzone di fibra attenuante 11, ove viene applicata una curvatura, secondo il procedimento oggetto della presente invenzione, mentre con 15 è indicato un cordone costituito da uno spezzone di fibra attenuante 11, giuntato a fusione con la fibra ottica monomodale standard 10 e con 16 due connettori ottici eventualmente presenti alle estremità del cordone 15. Inoltre, con particolare riferimento ai diagrammi cartesiani delle figure 6-8, con A è indicato, sull'asse delle ordinate, un valore generico di attenuazione, in decibel (dB), mentre con λ è indicato, sull'asse delle ascisse, un valore generico di lunghezza d'onda, in micron (μm) e con R il valore di diversi raggi di curvatura, in millimetri (mm).
Il procedimento per la realizzazione di attenuatori per fibre ottiche con fibra attenuante, secondo la presente invenzione, consiste sostanzialmente nel disporre di una fibra attenuante 11, tagliata ad una lunghezza opportuna, in modo da ottenere un valore di attenuazione desiderato.
La fibra attenuante 11 viene ottenuta mediante il drogaggio con particolari sostanze chimiche, quali, per esempio, elementi di transizione o elementi delle terre rare, al fine di introdurre nello spettro di trasmissione della silice forti bande di assorbimento, che ne riducono la trasmissività di un ammontare che cresce all'aumentare dell'entità degli elementi introdotti nella matrice vetrosa.
Inoltre, dosando opportunamente la quantità di drogante introdotta, è possibile avere una attenuazione controllata della fibra 11 stessa, con una bassa dipendenza dalla lunghezza d'onda nella banda di interesse per le telecomunicazioni (1,26-1,58 μm) .
Lo spezzone tagliato di fibra attenuante 11 viene giuntato a fusione con una fibra monomodale standard 10, secondo due possibili configurazioni, che sono rappresentate rispettivamente nelle figure 1 e 2.
In figura 1 lo spezzone di fibra attenuante 11 è giuntato a fusione ad entrambi gli estremi con due spezzoni di fibra standard 10, mentre in figura 2 la fibra attenuante 11 è giuntata a fusione ad un solo lato con un tratto di fibra standard 10.
I parametri di giunzione, quali corrente e tempo di fusione, compenetrazione, ecc., relativi ai giunti a fusione 12, devono essere ottimizzati in modo da realizzare giunti con perdite molto basse e comunque minori di 0,1 decibel, al fine di minimizzare l'interferenza modale, evitando così l'uso di costosi metodi di strippaggio della potenza associata ai modi superiori.
L'interferenza si instaura quando parte della potenza associata al modo fondamentale, eccitato su una sezione della fibra 11, si riconverte nella potenza relativa al modo fondamentale, in corrispondenza di una successiva sezione attenuante, che risulta vicina alla precedente e comunque tale che la differenza di cammino ottico tra i due modi sia inferiore alla lunghezza di coerenza della sorgente di luce.
Il conseguente effetto oscillante dell'attenuazione spettrale è tanto più marcato quanto più alta è l'attenuazione delle sezioni attenuanti.
Al termine dell'operazione di giunzione, le fibre 10 e 11 vengono inserite e fissate all'interno del corpo attenuante 18, contenente le ferule 13, in grado di alloggiare anche i giunti a fusione 12.
Successivamente, il corpo 18 viene lappato da entrambi i lati secondo le usuali tecniche adottate per i connettori ottici ed assemblato nel corpo esterno di attenuatori, le cui configurazioni più comuni risultano quelle compatibili con connettori SC, FC o ST. In alternativa, la fibra attenuante 11 può essere giuntata da ambo i lati a due spezzoni lunghi di fibra standard 10, con le modalità sopra descritte e protetta in un apposito tubetto contenuto, a sua volta, nel cordone di protezione 15, come mostrato in figura 5.
A questo punto, si introduce uno stress controllato in corrispondenza di una zona 14 centrale dello spezzone di fibra attenuante 11 o di fibra monomodale standard 10, allo scopo di migliorare la risposta spettrale dell'attenuatore a lunghezze d'onda superiori a 1,58 μm ed in particolare a lunghezze d'onda comprese tra 1,58 μm e 1,65 μm.
Lo stress controllato consiste nell'applicazione di una leggera curvatura della fibra ottica 10, 11, che determina un incremento dell'attenuazione alle alte lunghezze d'onda, compensando, in questo modo, la brusca diminuzione dell'attenuazione spettrale della fibra attenuante 11 in questa regione.
Ciò consente di rendere ulteriormente piatta la risposta spettrale dell'attenuatore anche verso le lunghezze d'onda più elevate, quelle normalmente corrispondenti ai valori di monitoraggio delle reti di telecomunicazione .
In effetti, posto a l'attenuazione per unità di lunghezza della fibra attenuante, e l'attenuazione di due giunti (ovviamente qualora esista un solo giunto solo uno dei due contributi è presente) e
e l'attenuazione di due connessioni, l'attenuazione fornita dall'attenuatore, escluso il contributo della curvatura nella zona 14 e trascurando l'attenuazione della fibra monomodale standard 10, è la seguente:
ove 1 è la lunghezza dello spezzone di fibra attenuante .
Ulteriormente, si dimostra che il valore di attenuazione introdotto dalla curvatura nella zona 14, se presente, è dato dalla seguente espressione:
dove a rappresenta il raggio del core della fibra ottica, è il raggio di campo modale, R il raggio di curvatura, supposto costante, Δ l'apertura numerica, V la frequenza normalizzata, U il parametro di fase normalizzato e
Dalla figura 6, dove è riportato il grafico dell'attenuazione A al variare della lunghezza d'onda λ per vari raggi di curvatura R, è possibile notare che, per raggi di curvatura R pari a circa 2,5 mm, si può ottenere un aumento dell'attenuazione A di circa 1 dB alla lunghezza d'onda λ di 1,6 μm mentre lo stesso aumento di attenuazione introduce una piccola e relativamente costante attenuazione A alle basse lunghezze d'onda λ, di cui si può tenere conto in fase di dimensionamento della fibra attenuante il.
Nelle figure 7 e 8 sono riportate le curve di attenuazione spettrale di un attenuatore avente un valore di attenuazione di 20 decibel, rispettivamente prima e dopo aver indotto la curvatura nella zona 14 dello spezzone di fibra 11 o 10. Confrontando le due figure, è possibile osservare l'effetto raddrizzante della curvatura nella zona 14 sulla caratteristica spettrale alle alte lunghezze d'onda λ.
Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del procedimento per la realizzazione di attenuatori per fibre ottiche con fibra attenuante, che è oggetto della presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi.
In particolare, essi sono rappresentati dal fatto che, a differenza delle tecniche tradizionali di fabbricazione degli attenuatori tutto-fibra con risposta spettrale indipendente dalla lunghezza d'onda, solitamente basate sulla deformazione di una fibra ottica, la tecnica descritta nella presente descrizione permette di ottenere una bassa interferenza tra il modo fondamentale ed il primo modo superiore delle fibre, poiché la potenza perduta dal modo fondamentale viene assorbita dalla struttura amorfa del vetro e trasformata in calore, mentre solamente una piccola parte viene trasferita ai modi superiori, in corrispondenza dei giunti e dei connettori.
D'altronde, va ricordato che la conversione di potenza tra il modo fondamentale ed i modi superiori, responsabile dell'insorgenza dell'interferenza modale, è il meccanismo di generazione dell'attenuazione negli attenuatori a fibra deformata.
Inoltre, l'attenuatore direttamente prodotto secondo il procedimento di realizzazione oggetto della presente invenzione, consente di poter lavorare anche nell'intervallo di valori di lunghezza d'onda 1,58-1,65 μm, ove viene eseguito solitamente il monitoraggio di reti di telecomunicazione. Infine, l'ampiezza delle oscillazioni nella risposta spettrale, conseguente ad interferenza modale, risulta sostanzialmente indipendente dalle perdite delle connessioni.
E' chiaro che numerose varianti possono essere apportate dall'esperto dei ramo al procedimento di realizzazione di attenuatori per fibre ottiche con fibra attenuante, che è oggetto della presente invenzione, senza per questo uscire dall'ambito di protezione insito nell'idea inventiva, così come è chiaro che nella pratica attuazione dell'invenzione le forme dei dettagli illustrati potranno essere diverse e gli stessi potranno essere sostituiti con elementi tecnicamente equivalenti.
Per esempio, in virtù della bassa interferenza modale, l’attenuatore a fibra attenuante ottenuto tramite il procedimento di realizzazione descritto può essere affacciato direttamente di fronte ad un fotorivelatore, in modo da fornire un valore di attenuazione simile a quello mostrata dallo stesso componente quando viene disposto tra due fibre monomodali.
Viceversa gli attenuatori tradizionali, presentando una elevata interferenza modale, quando vengono connessi direttamente di fronte al ricevitore mostrano un'attenuazione molto più bassa di quella misurata tra due fibre monomodali, poiché la potenza associata ai modi di ordine superiore, che viaggiano nel mantello, viene catturata dal fotorivelatore e non viene filtrata, come, invece, avverrebbe se l'attenuatore fosse seguito da una fibra monomodale.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la realizzazione di attenuatori per fibre ottiche con fibra attenuante, di tipo compatto, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi: - taglio di uno spezzone di fibra attenuante (11), di lunghezza opportuna, tale da ottenere un valore di attenuazione desiderato e giunzione a fusione in almeno un punto di detto spezzone di fibra attenuante (11) con almeno uno spezzone di fibra ottica monomodale standard (10), in modo da realizzare almeno un giunto (12) a fusione con perdite minori di 0,1 dB, al fine di minimizzare l'interferenza modale; - inserimento e fissaggio della fibra così ottenuta all'interno di un corpo attenuante (18), contenente una pluralità di ferule (13), in grado di alloggiare anche detto giunto (12) a fusione,· - lappatura di detto corpo attenuante (18) da entrambi i lati, secondo tecniche tradizionali; - assemblaggio di detto corpo attenuante (18) nel corpo esterno di un attenuatore ottico, detto attenuatore ottico essendo compatibile con connettori ottici (16), per esempio del tipo SC, FC, ST; detta fibra attenuante (11) essendo costituita da una fibra ottica drogata con quantità opportune di sostanze chimiche, quali ioni di elementi di transizione e/o elementi di terre rare, in modo da ottenere una attenuazione spettrale sostanzialmente controllata ed uniforme di detta fibra attenuata (11), almeno all'interno dell'intervallo di valori di lunghezza d’onda (λ) 1,2-1,7 μm (valori estremi inclusi).
- 2. Procedimento per la realizzazione di attenuatori come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di prevedere la seguente ulteriore fase, successiva a detta operazione di giunzione: - protezione di detta fibra attenuata (11) e di detti giunti (12) a fusione con due fibre ottiche monomodali standard (10) in un apposito tubetto contenuto, a sua volta, all'interno di un cavetto o cordone di protezione (15), eventualmente connettorizzato a connettori ottici (16), per esempio del tipo SC, FC, ST.
- 3. Procedimento per la realizzazione di attenuatori come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di prevedere la seguente ulteriore fase, successiva a detta operazione di giunzione: - manipolazione e/o deformazione di almeno una porzione di detta fibra attenuante (11) ovvero di detta fibra ottica monomodale standard (10) mediante applicazione di una leggera curvatura prodotta in una zona (14) centrale di detta porzione di fibra attenuante (11) o di fibra ottica standard (10), che determina un incremento di attenuazione (A) di detto attenuatore ottico a valori di lunghezza d'onda (λ) sostanzialmente maggiori di 1,5 μm, rispetto ad attenuatori ottici comprendenti spezzoni non curvati di fibra attenuata (11) o fibra ottica standard (10), in particolare detto incremento di attenuazione (A) risultando di circa 1 dB a lunghezze d'onda (λ) pari a circa 1,6 μm per raggi di curvatura (R) di circa 2,5 mm.
- 4. Attenuatore per fibre ottiche con fibra attenuante, di tipo compatto, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno uno spezzone di fibra attenuante (11), di lunghezza opportuna, tale da ottenere un valore di attenuazione desiderato, detto spezzone di fibra attenuante (11) essendo connesso in almeno un punto con almeno uno spezzone di fibra ottica monomodale standard (10), in modo da realizzare almeno un giunto (12) a fusione con perdite minori di 0,1 dB. al fine di minimizzare l'interferenza modale, la fibra così ottenuta essendo inserita e fissata all'interno di un corpo attenuante (18), contenente una pluralità di ferule (13), in grado di alloggiare anche detto giunto (12) a fusione, detto corpo attenuante (18) essendo lappato da entrambi i lati, secondo tecniche tradizionali ed assemblato nel corpo esterno di detto attenuatore ottico, detto attenuatore ottico essendo compatibile con connettori ottici (16), per esempio del tipo SC, FC, ST.
- 5. Attenuatore per fibre ottiche come alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta fibra attenuante (11) risulta costituita da una fibra ottica drogata con quantità opportune di sostanze chimiche, quali ioni di elementi di transizione e/o elementi di terre rare, in modo da ottenere una attenuazione spettrale sostanzialmente controllata ed uniforme di detta fibra attenuante (11), almeno all'interno dell'intervallo di valori di lunghezza d'onda (λ) 1,2-1,7 μm (valori estremi inclusi).
- 6. Attenuatore per fibre ottiche come alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto spezzone di fibra attenuante (11) con i relativi giunti (12) con fibra monomodale standard (10) è protetto all'interno di un apposito tubetto contenuto, a sua volta, all'interno di un cavetto o cordone di protezione (15), eventualmente connettorizzato a connettori ottici (16), per esempio del tipo SC, FC, ST.
- 7. Attenuatore per fibre ottiche come alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta porzione di fibra attenuante (11) o fibra ottica monomodale standard (10) viene leggermente curvata in una zona (14) centrale, in modo tale da determinare un incremento di attenuazione (A) di detto attenuatore ottico a valori di lunghezza d'onda (λ) sostanzialmente maggiori dì 1,5 μm, rispetto ad attenuatori ottici comprendenti spezzoni non curvati di fibra attenuata (11) o di fibra ottica standard (10), in particolare detto incremento di attenuazione (A) risultando di circa 1 dB a lunghezze d'onda (λ) pari a circa 1 , 6 μm per raggi di curvatura (R) di circa 2,5 mm.
- 8. Attenuatore per fibre ottiche come alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto di essere affacciato direttamente di fronte ad almeno un fotorivelatore, fornendo un valore di attenuazione (A) simile a quello mostrato da detto fotorivelatore quando viene disposto tra due fibre monomodali.
- 9. Attenuatore per fibre ottiche come alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto di essere impiegato in almeno un intervallo di lunghezze d'onda corrispondenti a quelle ove solitamente si esegue il monitoraggio delle reti di telecomunicazioni.
- 10. Procedimento per la realizzazione di attenuatori per fibre ottiche con fibra attenuata ed attenuatore così ottenuto come sostanzialmente descritti ed illustrati nei disegni allegati.
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