ITMI981255A1 - Modulo ottico miniaturizzato a piu' fibre ottiche - Google Patents

Description

Descrizione dell’ invenzione avente per titolo:

“MODULO OTTICO MINIATURIZZATO A PIÙ FIBRE OTTICHE”

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un modulo ottico miniaturizzato (M.O.M) costituito da almeno due fibre ottiche riunite e protette da un rivestimento, in modo da formare una microstruttura circolare. La microstruttura circolare, secondo l’invenzione, può essere utilizzata da sola, o in numero maggiore di uno, per la realizzazione di cavi ottici per telecomunicazioni o trasmissione dati e per cavi ottici per uso interno, per uso esterno, interrato od aereo.

La presente invenzione si riferisce inoltre, ad un procedimento per la realizzazione di un M.O.M. contenente una pluralità di fibre ottiche ordinate.

Le fibre ottiche sono delle guide d’onda utilizzate per il trasporto di segnali, per l’illuminazione, per la ripresa d’immagini, ecc..

Una fibra ottica è costituita da una parte interna detta nucleo e una parte esterna detta mantello, aventi diverso indice di rifrazione. Normalmente le fibre ottiche vengono realizzate in vetro SiO2 con indice di purezza molto elevato con un diametro esterno estremamente piccolo, dell’ordine di circa 250 pm; in casi molto più rari vengono prodotte mediante materiali sintetici come ad esempio plastica.

Nelle fibre ottiche si ha la propagazione del segnale con diversi modi con cammino ottico differente che contribuiscono alla dispersione intermodale. Per avere la propagazione di un solo modo, bisogna progettare fibre con un nucleo di diametro molto piccolo, le cui dimensioni sono date dalla formula:

Dove d è il diametro del nucleo della fibra, λ è la lunghezza d’onda della luce, ni è l’indice di rifrazione del nucleo e n2 è l’indice di rifrazione del mantello.

Le fibre ottiche in vetro risultano essere molto fragili, quindi sorge la necessità di racchiuderle in cavi base che servono a proteggere le fibre dagli attriti e stress meccanici che possono provocare la loro rottura e dalle deformazioni che provocano attenuazione per microbending.

Normalmente nelle varie applicazioni vengono utilizzati cavi multipli costituiti da raggruppamenti di cavi base.

Attualmente nella tecnica nota sono diffuse principalmente tre tipologie di cavi base per fibre ottiche, rappresentate in figura I, in figura 2 e in figura 3, rispettivamente.

in figura 1 e la è mostrato un cavo base monofibra a rivestimento aderente secondo la tecnica nota, avente una sezione circolare con un diametro di 0.9 mm.

Una fibra ottica 10 costituita da un nucleo 2 e un mantello 3 viene ricoperta mediante un rivestimento aderente 4 in materiale morbido che a sua volta viene ricoperto da un rivestimento o guaina 5 in materiale più duro per proteggere la fibra dagli stress meccanici.

Questo tipo di cavo base presenta problemi di costi ed ingombri elevati, poiché nelle applicazioni in cui sono richieste molte fibre ottiche, bisogna adottare cavi multipli contenenti un elevato numero di cavi base, con conseguente aumento del diametro del cavo multiplo.

In figura 2 è mostrato un cavo base multifibre a rivestimento lasco secondo la tecnica nota, con una sezione circolare di diametro di 2,2 mm.

Nell’esempio quattro fibre ottiche 10 vengono posizionate in modo lasco in una cavità 6 di un tubo 7 che funge da guaina esterna e che normalmente è realizzato in polibutilene PBT. La cavità 6 di contenimento delle fibre viene riempita di gel tamponante. Il tubo di rivestimento 7 viene utilizzato, soprattutto in condizioni di lavoro più gravose. Infatti in questa struttura le fibre sono meno soggette a sollecitazioni dall'esterno ed hanno possibilità di contrastare allungamenti e contrazioni del cavo.

Questo tipo di cavo base presenta anch’esso degli inconvenienti.

Infatti il tubo di rivestimento 7 ha un notevole diametro, quindi di per se il cavo base presenta un ingombro piuttosto elevato e risulta essere poco flessibile; in più l inserimento di appositi connettori per la giunzione di due cavi, risulta essere un’operazione alquanto complicata, per la difficoltà d’allineamento delle fibre. Inoltre nella cavità 6 dove sono posizionate le fibre ottiche si può formare umidità o ci possono essere eventuali infiltrazioni d’acqua; ciò richiede il riempimento di detta cavità 6 mediante gel tamponanti inseriti direttamente in fase d’estrusione; ciò comporta anche un certo fastidio per l’operatore, che in fase di utilizzo, sguainando la fibra viene a contatto con i gel tamponanti.

In figura 3 è mostrato un cavo base multifibre a struttura ordinata planare, comunemente detto nastro. Esso presenta una sezione rettangolare con i bordi laterali arrotondati e una larghezza di 1,2 mm. Nell’esempio, quattro fibre ottiche 10 disposte a struttura planare sono coperte e tenute assieme da un collante acrilato 8 attorno alle fibre 10.

Anche questo tipo di cavo base presenta degli inconvenienti.

Infatti esso non presenta alcuna protezione meccanica per la fibra e quindi necessita di essere impiegato in cavi multipli in cui è prevista una buona protezione contro gli stress meccanici. Inoltre risulta essere poco maneggevole e mostra grandi limitazioni nella piegatura, presentando direzioni preferenziali di piegatura.

I cavi multipli presenti attualmente sul mercato sono ottenuti dal raggruppamento di cavi base del tipo sopra descritto.

Sono di per sé noti cavi multipli costituiti da strutture concentriche mediante raggruppamenti di cavi base secondo figura 1 e/o figura 2 e cavi multipli a nucleo scanalato, costituiti da raggruppamenti di cavi base secondo figura 3.

Scopo dell’invenzione è quello di realizzare un cavo base poco ingombrante e di semplice realizzazione e cavi multipli che esaltano queste caratteristiche.

Questo scopo viene raggiunto in accordo all' invenzione, con le caratteristiche elencate nell’annesse rivendicazioni indipendenti le 9.

Realizzazioni preferite dell’invenzione appaino dalle rivendicazioni dipendenti.

La presente invenzione si propone la realizzazione di un nuovo cavo base o modulo ottico miniaturizzato (M.O.M.) costituito da un modulo a sezione circolare racchiudente più fibre ottiche e protetto da un doppio rivestimento aderente.

II processo per la realizzazione di un M.O.M. secondo l’invenzione, comprende le seguenti fasi:

svolgimento delle fibre con un sistema a frenatura perfettamente controllato; guida delle fibre secondo una geometria predeterminata, preferibilmente romboidale, affinché mantengano in ogni sezione retta del M.O.M la stessa posizione reciproca;

inglobamento di ogni singola fibra in una matrice elastica di materiale termoplastico o reticolabile;

applicazione di un rivestimento finale protettivo, in linea, in materiale termoplastico o reticolabile.

Preferibilmente le fibre vengono disposte secondo una geometria romboidale per ottenere una disposizione con maggiore stabilità intrinseca.

Il nuovo cavo base potrà essere utilizzato anche per la realizzazione di nuovi cavi multipli, costituiti da più cavi base raggruppati in strutture a simmetria circolare, con sei cavi base, dodici cavi base, o altre composizioni.

Il cavo base a microstruttura modulare circolare secondo l’invenzione presenta diversi vantaggi rispetto ai cavi base della tecnica nota.

Nelle microstrutture secondo l invenzione, si riesce a garantire un’adeguata protezione alle fibre, e quindi una migliore prestazione in termini di trasmissione del segnale. Infatti viene realizzato un M.O.M. sufficientemente protetto radialmente, per mezzo del rivestimento composito, che può essere cablato con le usuali tecniche adottate nel settore, senza che si verifichino dei decadimenti delle caratteristiche trasmissive delle fibre.

Tali microstrutture presentano un minore ingombro e grazie al doppio strato di rivestimento, le microstrutture in fibra ottica all’interno hanno una maggiore resistenza e una migliore protezione; ciò comporta che le fibre risultano essere intrinsecamente resistenti all’acqua e all’umidità, quindi non è necessario utilizzare gel tamponanti per l’isolamento.

Grazie al processo di produzione secondo l’invenzione, si può realizzare una disposizione delle fibre secondo una geometria romboidale ossia secondo una disposizione con maggiore stabilità intrinseca.

Da una adeguata gestione dei parametri di processo si ottiene una struttura unitaria sostanzialmente scarica di tensioni residue, in cui le fibre ottiche risultano prive di deformazioni assiali, di allungamento o di compressione.

Il cavo base secondo l’invenzione presenta una migliore maneggevolezza rispetto ai cavi planari della tecnica nota; infatti avendo struttura circolare non presenta direzioni preferenziali di piegatura.

Inoltre nei cavi base secondo l’invenzione viene utilizzato un rivestimento aderente che, rispetto al rivestimento lasco dei cavi della tecnica nota, presenta il vantaggio di rendere più facile la connettorizzazione delle fibre.

Come conseguenza con l’utilizzo di cavi base secondo l’invenzione si possono ottenere cavi multipli più pratici, con dimensioni, pesi e costi minori rispetto ai cavi multipli della tecnica nota.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione risulteranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma puramente esemplificativa e quindi non limitativa di realizzazione, illustrata nei disegni annessi in cui:

la figura 1 rappresenta una vista in sezione di un cavo base monofibra secondo la tecnica nota;

la figura la rappresenta una vista assonometrica di un cavo base monofibra secondo la tecnica nota;

la figura 2 rappresenta una vista in sezione di un cavo base multifibre secondo la tecnica nota;

la figura 3 rappresenta una vista in sezione di un cavo base planare multifibre secondo la tecnica nota;

la figura 4 rappresenta una vista in sezione di un cavo base secondo l invenzione;

la figura 5 rappresenta una vista in sezione di un cavo multiplo secondo l’invenzione;

la figura 6 è una vista schematica del procedimento di produzione del cavo base a fibre ottiche secondo l’invenzione.

Con riferimento alla figura 4 viene descritto il cavo base secondo l’invenzione.

Un cavo base 1, a sezione circolare, ha un diametro di circa 1,1 mm e al suo interno sono posizionate quattro fibre ottiche 10.

Le fibre ottiche 10 sono disposte in posizione centrale in modo tale che i loro centri formino i vertici di una figura romboidale disposta in posizione pressoché centrale nel cavo base 1 e con la circonferenza esterna del mantello 3 di ciascuna fibra all 'incirca tangente alle circonferenze esterne dei mantelli delle due fibre ad essa adiacenti.

Le fibre 10 sono coperte da un rivestimento aderente 4 a basso modulo di elasticità costituito da una matrice elastomerica preferibilmente in silicone. Il rivestimento aderente 4 é a sua volta ricoperto da un rivestimento 5 in materiale più duro, ad alto modulo di elasticità, che fa da guaina protettiva e realizzato preferibilmente in nylon.

Appare evidente dalle dimensioni del diametro che nel caso di un cavo base 1 secondo l’invenzione, si ha un notevole risparmio di ingombro rispetto una configurazione con quattro cavi base monofibra a rivestimento aderente del tipo di figura 1 o un cavo base multifibre con rivestimento lasco del tipo di figura 2.

In figura 5 viene mostrato un cavo multiplo 20 utilizzante dodici cavi base 1 secondo l’invenzione. Attorno ad un’anima centrale 23 viene depositato uno strato cuscinetto 21 in materiale morbido, attorno al quale vengono posizionati i cavi base 1. La superficie esterna è formata da uno strato protettivo 22 in polimero. I cavi ottici multipli possono essere realizzati sfruttando anche altri tipi di disposizione di cavi base, come ad esempio, disposizioni parallele o elicoidali.

Per il procedimento di realizzazione di un cavo base a quattro fibre ottiche secondo l’invenzione è stata adottata una linea di produzione secondo lo schema di figura 6.

Una prima unità funzionale 30 è costituita da un gruppo di svolgitori 50 delle fibre. Il tiro di tali svolgitori 50 è impostabile a seconda delle caratteristiche del rivestimento protettivo. In altri termini, la frenatura delle fibre 10 viene regolata in modo da compensare le tensioni residue assiali del rivestimento protettivo 5.

Le fibre, quindi passano attraverso un secondo gruppo funzionale 31 comprendente un dispositivo posizionatore 32 intorno al quale le fibre passano per un tratto separatamente all’ interno di un dispositivo impregnatore contenente una matrice elastica in fase fluida 51, e poi vengono riunite secondo la geometria prestabilita, da un’apposita guida 33. Al disotto di tale guida 33 è posizionata una filiera 34 appositamente profilata atta a determinare il diametro della matrice elastica.

In uscita dall’unità 31 il gruppo di fibre 1 impregnato passa all’interno di un forno di reticolazione 35 e attraverso un rullo di rinvio 36 viene inviato verso un terzo gruppo 37 costituito da un estrusore di precisione.

Tale estrusore 37 è dotato di sofisticati dispositivi di regolazione e controllo di temperature e portata con cui si applica Io strato protettivo 5. Come materiale per lo strato protettivo si possono utilizzare materiali termoplastici reperibili in commercio.

In uscita dall’estrusore 37 il M.O.M. viene indirizzato verso un quarto gruppo di condizionamento e stabilizzazione 38. Per un percorso di circa 10 m, il M.O.M. viaggia all’interno del condizionatore-stabilizzatore 38 in cui viene mantenuto un ambiente a temperatura controllata per mezzo di un fluido termostatizzato.

Infine il M.O.M. viene fatto passare attraverso un gruppo di tirata 39 e un gruppo avvolgitore 40 di raccolta. I gruppi di tirata e raccolta 39 e 40 sono appositamente studiati per tirare e raccogliere il M.O.M. con un tiro controllato.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Modulo ottico miniaturizzato o cavo base a fibre ottiche a sezione circolare, comprendente almeno due fibre ottiche (10) circondate da un doppio rivestimento costituito da un primo rivestimento aderente (4) a basso modulo di elasticità che circonda ciascuna fibra (10) e un secondo rivestimento (5) ad alto modulo di elasticità che circonda il rivestimento (4) e funge da guaina protettiva per detto cavo base.
2. 2. Modulo ottico miniaturizzato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo rivestimento (4) è realizzato mediante una matrice termoplastica o reticolabile.
3. 3. Modulo ottico miniaturizzato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto secondo rivestimento (5) è realizzato in materiale termoplastico o reticolabile.
4. 4. Modulo ottico miniaturizzato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i centri delle fibre ottiche sono disposti ai vertici di una figura romboidale disposta in posizione pressoché centrale nel cavo e che la circonferenza esterna di ciascuna fibra ottica (10) è all’ incirca tangente alle circonferenze esterne delle due fibre ad essa adiacenti.
5. 5. Cavo ottico, caratterizzato dal fatto che contiene un modulo ottico miniaturizzato secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 4.
6. 6. Cavo ottico, caratterizzato dal fatto che contiene più moduli ottici miniaturizzati secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 4, disposti in modo non ordinato e paralleli tra loro.
7. 7. Cavo ottico, caratterizzato dal fatto che contiene più moduli ottici miniaturizzati secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 4, disposti in modo ordinato in corona intorno ad un supporto centrale, avvolti ad elica chiusa o S-Z.
8. 8. Cavo ottico, caratterizzato dal fatto che contiene più moduli ottici miniaturizzati secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 4, disposti in modo ordinato o casuale all’ interno di una struttura tubolare.
9. 9. Procedimento per la fabbricazione di un modulo ottico miniaturizzato o cavo base a sezione circolare comprendente le seguenti fasi: svolgimento delle fibre (10) attraverso un gruppo svolgitore (30); invio delle fibre (10) in una matrice elastica (51) di materiale termoplastico o reticolare in fase fluida; passaggio delle fibre impregnate in un forno di reticolazione (35); applicazione di un rivestimento finale (5) protettivo, in linea, in materiale termoplastico o reticolabile, mediante un’estrusore (37)
10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che le fibre (10) vengono inviate separatamente all’interno di detta matrice elastica (5 1) e riunite secondo la geometria prestabilita da un dispositivo di guida (33), per poi passare attraverso una filiera (34) che regola il diametro della matrice elastica.
11. 11. Procedimento secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che le fibre in uscita dall’estrusore (37) vengono fatte passare all’interno di un condizionatore stabilizzatore (38) in cui la temperatura viene controllata per mezzo di un fluido termostatizzato.