ITMI980716A1 - Attenuatori ottici e procedimenti per la loro fabbricazione e applicazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

A corredo di una domanda di brevetto di invenzione industriale dal titolo “Attenuatori ottici e procedimenti per la loro fabbricazione e applicazione” a nome di:

La presente invenzione si riferisce ad attenuatori ottici in forma di bretelle ottiche, aventi valore di attenuazione predeterminati in base alle esigenze del caso, e consistenti di una porzione maggioritaria di cavetto in fibra ottica, di una porzione minoritaria ad attenuazione concentrata e di due terminazioni.

Più in particolare il trovato concerne attenuatori ottici a bretella che pur avendo come elemento attenuante almeno una giunzione a fusione sono caratterizzati da flessibilità costante su tutta la loro estensione e da capacità di assumere qualsiasi raggio di curvatura per assenza di gradienti di rigidità su tutta la loro estensione.

Come noto, gli attenuatori ottici sono dispositivi impiegati in particolare nei sistemi di comunicazione su fibra ottica per ridurre in misura controllata il livello di potenza ottica lanciata in fibra in modo da non saturare il ricevitore optoelettronico, sui collegamenti con distanze trasmettitore (TR) - ricevitore (RC) molto inferiori a quelle tipiche dei collegamenti a lunga distanza.

I moduli TR e RC sono, infatti, progettati in modo da massimizzare la lunghezza del percorso ottico in fibra prima di dover rigenerare il segnale (distanza tra i ripetitori di linea) per cui nei collegamenti con distanze molto inferiori alla massima di progetto il range dinamico del ricevitore non è sufficiente ad evitare condizioni di saturazione e quindi di malfunzionamento.

Occorre quindi disporre di elementi ottici di attenuazione del livello di potenza ottica da inserire nel collegamento TR-RC in modo da riportare il segnale in arrivo al RC entro i limiti di corretto funzionamento. In funzione della lunghezza del collegamento (tratta) sono richiesti attenuatori ottici con valori di attenuazione compresi tipicamente almeno tra 1 e 20 dB.

Per ragioni soprattutto di mantenimento delle prestazioni nel tempo (decine di anni) e quindi di affidabilità sono richiesti in particolare attenuatori a valore fisso (non regolabile) mentre quelli regolabili trovano impiego ad esempio nei banchi di misura e collaudo dove non è fondamentale la conservazione per tempi lunghi del valore di attenuazione, ma occorre anzi cambiare i valori di attenuazione stessa per caratterizzare le funzioni optoelettroniche di interesse con diversi valori di potenza ottica.

Le soluzioni pratiche industriali per gli attenuatori ottici a valore fisso si possono raggruppare fondamentalmente in due famiglie: una in cui la funzione di attenuazione è realizzata in forma compatta (soluzione comunemente definita “Attenuatore a Plug-in”) e l’altra in cui questa funzione è realizzata sotto forma di bretella ottica attenuante (soluzione detta “Attenuatore In-line”).

Nella soluzione a Plug-in l’attenuatore ha un aspetto molto simile al connettore ottico ad un’estremità, ed all’adattatore ottico all’altra estremità ed una lunghezza di circa 30-35 mm..

Nella soluzione del tipo In-line l’attenuatore è simile ad un cavetto in fibra e, quando terminato agli estremi a connettore per permettere l’innesto nel collegamento a fibra ottica, è molto vicino come aspetto ad una normale bretella ottica.

La maggior parte degli attenuatori del tipo in line presentano la zona di fibra attenuante, quando completati nella forma di bretella attenuante, nella zona centrale della bretella o comunque lungo il cavo in fibra.

Poiché la zona di fibra attenuante, ottenuta con la tecnica della giunzione a fusione, richiede una protezione meccanica (tipicamente su una lunghezza di 4-6 cm) per ragioni di robustezza ed affidabilità, ne consegue che il cavo in tale zona è più rigido di quanto non sia al di fuori di essa.

Questa maggior rigidità del cavo comporta difficoltà ed in ogni caso vincoli quando si voglia arrotolare il cavo della bretella ottica attenuante in modo da ridurne l’ingombro ed al tempo stesso proteggere il cavo (caso ricorrente nell’impiego pratico sul campo di questi attenuatori ottici).

Uno scopo del presente trovato è quello di provvedere attenuatori che non presentino gli inconvenienti suddetti e che, fra le altre caratteristiche, abbiano flessibilità costante e assenza di gradienti di rigidità su tutta la loro estensione, detta flessibilità essendo preferibilmente compatibile con, anzi tipica del cavo a fibra ottica indipendentemente dalla funzione di attenuazione realizzata.

Altro scopo dell’ invenzione è quello di provvedere procedimenti di fabbricazione di detti attenuatori, e di applicazione ai sistemi in fibra ottica.

Questi ed altri scopi sono raggiunti con attenuatori le cui caratteristiche salienti sono recitate nelle rivendicazioni in calce. La forma di realizzazione preferita di un procedimento di fabbricazione di detti attenuatori è anch’essa precisata in una delle rivendicazioni in calce.

I diversi aspetti e vantaggi dell’invenzione appariranno più chiaramente dalla descrizione delle forme di realizzazione (preferite e non limitative) rappresentate nei disegni di accompagnamento nei quali:

- la figura 1 è uno schema a blocchi rappresentante i passi più essenziali del processo di fabbricazione preferito; al fine di fissare subito e meglio le idee, sotto ogni blocco sono rappresentate schematicamente e su piccola scala, la configurazione progressiva dell’ attenuatore e le fasi di misura e collaudo;

- le figure 2, 3, 4 e 5, rappresentano su scala ingrandita e in vista parzialmente sezionata con piano longitudinale, la struttura che l’attenuatore assume nel corso della sua preparazione e la figura 6 è una vista parzialmente in prospettiva della struttura che l’attenuatore assume alla fine del processo di fabbricazione.

Le fasi principali del processo di fabbricazione degli attenuatori ottici a valore fisso secondo il presente trovato sono sostanzialmente le seguenti:

1) Preparazione di due terminazioni TA e TB di fibra (fig. 2).

2) Fabbricazione di un giunto tra le due suddette terminazioni in fibra ottica, attenuante di un valore di attenuazione predeterminato e funzione del valore finale richiesto (fig. 3). 3) Taglio della fibra di una delle due terminazioni (TB) ad un’estremità della zona di giunzione, in modo da avere l’altra terminazione (TA), quella utile nella fabbricazione del prodotto, costituita da una fibra con una delle due parti terminali (estremo) attenuante (fig. 4).

4) Montaggio delle parti costituenti il connettore ottico (plug di terminazione) dal lato del cavetto in fibra avente la terminazione attenuante (Giu) in modo da ottenere una semibretella (pigtail) in cui la zona attenuante in fibra è protetta meccanicamente all’ interno del plug di terminazione (fig. 5).

5) Misura delle prestazioni ottiche ed in particolare della perdita di inserzione della semibretella

6) Montaggio delle parti costituenti il connettore ottico dall’altro lato del cavetto in fibra ottenendo così l’attenuatore a valore fisso nella forma di bretella ottica attenuante (fig. 6).

7) Misura delle prestazioni ottiche finali ed in particolare della perdita di inserzione (attenuazione totale della bretella) dell’insieme cavetto in fibra con punta attenuante+due terminazioni a connettore (plug).

Fase 1 (Blocco 1 in fig. 1)

In fig. 2 sono rappresentate due terminazioni TA e TB di due capi di uno spezzone di cavetto a fibra ottica, ciascuna essendo rappresentata col rivestimento esterno REA, REB, dal rivestimento interno (primary coating) PCA, PCB e dalla fibra nuda (bare fiber) BFA, BFB.

Fase 2- Fabbricazione del giunto attenuante

La tecnica di fabbricazione del giunto ad attenuazione predeterminata è basata sulla metodologia in atto da anni presso molte industrie nel mondo e utilizza la giunzione delle estremità A, risp. B delle fibre nude BFA e BFB mediante fusione controllata con scarica ad arco.

Come di per sé noto (e perciò qui non rappresentato), prima di fondere insieme le due terminazioni si applica un offset laterale tra le terminazioni stesse A e Β in modo da ottenere una giunzione attenuante (Giu).

Per ottenere elevate precisioni nei valori di attenuazione del detto giunto normalmente, come nel nostro caso, si impiegano una sorgente di luce con emissione alla lunghezza d’onda di impiego dell’attenuatore a monte del giunto ed un misuratore di potenza ottica trasferita a valle.

Il valore di attenuazione da ottenere nel punto di giunzione è dato dal valore di specifica dell’attenuatore meno le perdite di inserzione delle due terminazioni costituenti il prodotto finito, definibili a priori entro un range relativamente ristretto in funzione del processo di terminazione impiegato (fig. 2 e fig. 3).

Fase 3- Taglio della fibra di una terminazione (fig.4).

E’ un’operazione molto semplice ma rilevante in questa applicazione per quanto riguarda la realizzazione della terminazione di fibra attenaunte secondo il trovato in quanto la fibra giuntata va tagliata in modo da avere una lunghezza critica LA sporgente al di là della giunzione (Giu) cioè dopo la zona di giunto attenuante.

Caratteristicamente e vantaggiosamente la lunghezza LA è superiore a 10 mm ed è criticamente uguale a 12 mm.

Fase 4- Montaggio del plug lato terminazione attenuante (fig. 5). La maggior parte delle soluzioni di connessione ottica adottate nel mondo ha come elemento fondamentale l impiego di un capillare ceramico ad alta precisione sia come diametro interno che esterno (ferrula ceramica tipicamente di Zr02 o vetro-ceramica).

La differenziazione tra i diversi tipi di connettori (plug) è poi data dalle altre parti costituenti il connettore stesso (guscio esterno).

Il trovato si può quindi applicare a tutte le bretelle ottiche attenuanti di valore fisso che impiegano le terminazioni a connettore oggi note nel mondo e basate sull’ utilizzo della ferrula ceramica CF con capillare come elemento di base (fig. 5).

Il montaggio della terminazione (plug) sulla terminazione di fibra attenuante è esattamente analogo a quello delle terminazioni standard, processo ben noto nel mondo e quindi qui non richiamato.

Secondo un aspetto del trovato la lunghezza del tubetto TU della base metallica FMF della ferrula va vantaggiosamente aumentata di almeno 5 ÷ 10 mm preferibilmente di 6-8 mm in modo da permettere un adeguato bloccaggio del rivestimento PCA a 0.9 mm del cavetto ottico (fig. 5).

Fase 5- Misura delle prestazioni ottiche ed in particolare della attenuazione (perdita di inserzione) della semibretella.

La misura e verifica della perdita di inserzione della terminazione attenuante richiede la continuità del collegamento ottico, ottenuta mediante giunzione a fusione dell’estremità non terminata della semibretella, ad una seconda semibretella facente parte del sistema di misura.

La misura si effettua di preferenza inserendo la bretella già con giunzione a fusione tra un diodo a laser LD ed un monitor di potenza PM.

Fase 6- Montaggio delle parti costituenti il connettore ottico (opposto a quello della parte della giunzione ottenendo così la bretella ottica attenuante) (fig. 1, schemino sotto il blocco 6) Dopo aver montato la ferrula sulla terminazione libera, si misura il valore totale di attenuazione della bretella (due terminazioni giunto attenaunte), lo si confronta con il valore richiesto da specifica prodotto e se necessario si fa una taratura fine posizionando opportunamente la base ferrula nel plug.

La base metallica della ferrula, infatti, può avere, convenzionalmente, quattro scanalature (grooves) posizionate a passi di 90° ed il corpo plug ha una chiave di riferimento per cui si possono avere quattro diverse condizioni di accoppiamento ottico (di centraggio ottico/geometrico).

Fase 7- Collaudo finale

Completato il montaggio dell’attenuatore si misurano i valori dei parametri richiesti da specifica prodotto tra cui in particolare l’attenuazione totale e la riflessione alle lunghezze d’onda di interesse.

Da un collaudo finale del genere eseguito su una vasta serie di attenuatori ottici secondo il trovato (fig. 6), aventi valore dell’attenuazione compresi nella gamma di valori più frequenti e più richiesti, sono emerse le seguenti prestazioni principali:

- Valori di attenuazione (dB) 1 ÷ 20, passo 1

- Precisione valore ± 10%

- Range di temperatura (°C) -40 ÷ 85

- Variazione (dB) < 0.15 (-40 ÷ 85 °C)

- Valori attenuazione di riflessione (dB) ≥ 40

- Raggio minimo di curvatura (mm) 20

- Lunghezza d’onda d’impiego (nra) 1290÷1330 e 1525÷1575 - Precisione nella lunghezza ± 10% con L < 2 m

± 5% con L > 2m

Per motivi di chiarezza illustrativa l’invenzione è stata illustrata con riferimento alla forma di realizzazione rappresentata nei disegni; ovviamente essa è suscettibile di tutte quelle varianti, modifiche, sostituzioni e simili che per essere a portata di mano del tecnico medio del ramo, vanno considerate come ricadenti o comprese nell’ ambito e nello spirito della presente invenzione.

Ad esempio, siccome il plug di connessione è in funzione dell’applicazione che ne fa l’utilizzatore e il trovato si adatta a qualsiasi tipo di terminazione (ad es. SC/PC , FC/PC , DIN , ST , ecc.) è chiaro che la scelta del plug non fuoriesce dall’ambito del trovato.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1) Attenuatori ottici in forma di bretelle ottiche aventi predeterminati valori di attenuazione, consistenti di una porzione di cavetto in fibra, di una porzione ad attenuazione concentrata e di due terminazioni a connettore, caratterizzati da flessibilità costante su tutta la loro estensione e da capacità di assumere qualsiasi raggio di curvatura per assenza di gradienti di rigidità su tutta la loro estensione.
2. 2) Attenuatori ottici in forma di bretelle, secondo la rivendicazione 1, nei quali l’elemento attenuante consiste di almeno una giunzione a fusione, caratterizzati dal fatto che almeno una di dette giunzioni a fusione è ad un’estremità del cavetto ottico formatore di bretella.
3. 3) Attenuatori secondo la rivendicazione 2, caratterizzati da una giunzione sostanzialmente a filo con la base o testa di una delle due terminazione della fibra ottica con ferrula ceramica fissata su flangia metallica. ) Attenuatori secondo la rivendicazione 3, caratterizzati dal fatto che la detta flangia metallica ha lunghezza tale da coprire tutta la fibra nuda, giunzione compresa, e una porzione del relativo rivestimento. 5) Fibre ottiche per collegamenti a lunga distanza contenenti attenuatori a bretelle secondo le rivendicazioni precedenti. 6) Procedimento per la fabbricazione di attenuatori ottici a bretella secondo le rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che: - da una bobina di cavetto monofibra consistente della centrale fibra di vetro, di almeno un rivestimento primario termoplastico e di una guaina, si ricavano due spezzoni dai quali si rimuovono detti guaina e rivestimento primario su porzioni delimitate tipicamente di lunghezza tra 10 e 20 pi.; - si fa la giunzione a fusione delle estremità delle dette porzioni in modo da ottenere da essa valori predeterminati di attenuazione; - si taglia una coda di una di dette porzioni ricavando un tratto libero sporgente da una parte della giunzione; - dopo applicazione di resina fluida si inserisce detto tratto nella ferrula ceramica portando la giunzione in prossimità della zona ceramica con capillare; alla flangia alla quale è fissata la ferrula essendo stata impartita una lunghezza maggiorata in modo da bloccare il rivestimento della fibra su un tratto tale da impartire all’ insieme caratteristiche meccaniche adeguate. 7) Attenuatori ottici a bretella, fibre ottiche che li contengono e relativi procedimenti di preparazione di detti attenuatori e di applicazione degli stessi a sistemi a fibra ottica, sostanzialmente secondo quanto descritto e rappresentato.