Del cable óptico al cable óptico: un enfoque evolutivo

Autor: Wayne Kachmar

Abstracto

Esta presentación introducirá un nuevo diseño en el cable de fibra óptica que permite que los cables de factor de forma pequeños tengan características de manejo que sean tan buenas o mejores que el alambre de cobre. Actualmente, la mayoría de las guías livianas se encuentran en diseños de cables que siguen un protocolo de diseño ortodoxo basado en uno de los tres tipos básicos de cable: tubo suelto, cinta o tampón apretado. Todos requieren técnicas de manejo muy específicas que requieren un cuidado especial y que simplemente no pueden ser manejados de la misma manera por los instaladores que están acostumbrados a manejar el cobre. Sin embargo, la necesidad de una fibra que actúe cada vez más como el cobre se está volviendo cada vez más evidente a medida que disminuyen los tamaños de los cables y las aplicaciones, como las oficinas centrales, los centros de datos, la empresa, la fibra a la casa/escritorio (FTTH/D), exigen más densidad de fibra. Un cable de fibra con las características de comportamiento de un cable de cobre mejorará las instalaciones en términos de tiempo, flexibilidad y costo.

Palabras clave: Patch-Cord óptico, cable simplex, cable dúplex, cable óptico, microcable, factor de forma pequeña, cable de interconexión.

1. Introducción

Se han producido muchos nuevos desarrollos de cable de fibra óptica en el pasado reciente, como la fibra de radio de curvatura reducida (RBRF), rellenos de material nano-compuesto, nuevos materiales para la resistencia, tecnología de conector, nuevos problemas de cumplimiento regulatorio (ROHS, alcance) y restricciones de tamaño/costo. Durante este tiempo, las soluciones de diseño de cables supusieron que el cable de fibra óptica era un producto compuesto donde los elementos separados (fibra tamponada apretada, la chaqueta de polímero de hilo de aramida) no estaban unidos. Por lo tanto, se mandaron diferentes requisitos de manejo e instalación en función de una estructura de núcleo no acoplada. En muchos casos, las tensiones de instalación fueron superadas por la fuerza a granel o material.

Se han realizado muchas comparaciones analógicas con el cobre en el mundo del cable. Además de los productos especializados, como las fibras de torpedos guiadas, no se han desarrollado verdaderos análogos ópticos al cable.

Por lo general, los cables contienen uno o más conductores aislados y elementos estructurales adicionales para lograr criterios de rendimiento mecánicos, ambientales u otros. Hasta la fecha, la mayoría de los diseños de fibra óptica utilizan un "núcleo suelto" para lograr el rendimiento de ingeniería en un cable óptico, incluso cables de fibra única que requieren una protección mínima. El resultado es que muchos diseños requieren un manejo de instalación diferente de las instalaciones tradicionales de cable de cobre. Muchas fallas son un resultado directo de la falta de familiaridad del instalador con el manejo especial requerido por los cables tradicionales de fibra simplex o dúplex tradicionales. Por lo tanto, la necesidad de que una fibra actúe más como el cobre en términos de manejo es importante ya que la fibra se adapta al uso en aplicaciones donde el cobre una vez fue el rey.

Muchos instaladores hay una percepción de que la fibra se puede manejar e instalar utilizando los mismos métodos que su predecesor de cobre. Sin embargo, el vidrio sigue siendo vidrio, y el rendimiento del cable de fibra tradicional aún puede verse afectado por un manejo e instalación inadecuados.

Entonces, ¿por qué importa esta percepción? En el entorno actual, las soluciones del sistema óptico se proporcionan a una selección mucho más amplia de clientes. Muchos de estos profesionales de instalación tienen una experiencia significativa con las prácticas de instalación de cobre. Sin embargo, en su mayor parte, no están familiarizados con las prácticas de instalación de los cables de fibra que ahora se les pide que instalen. Por lo tanto, corresponde a los fabricantes de cable de fibra educarlos sobre prácticas de manejo aceptables. Más importante aún, para mejorar la aceptación de los sistemas de fibra óptica en nuevas aplicaciones, debemos proporcionar productos que tengan éxito bajo nuevos criterios. En términos de cable de fibra óptica, debemos diseñar productos que se comporten más cerca del cable aislado de cobre en el manejo, colocación y gestión del cable de fibra.

Nuevas guías de onda ópticas han hecho que esta opción sea viable, pero nosotros, como cableadores, debemos continuar la evolución y diseñar "cables" (cables) instalables que satisfagan las necesidades de los clientes y definir una nueva clase de producto de guía de onda óptica.

El diseño presentado aquí es un diseño de núcleo geométrico por el cual la fibra óptica se encuentra en el centro del núcleo y se han eliminado hilos sueltos en lugar de miembros de resistencia geométrica. Estos miembros de fuerza proporcionan múltiples funciones, como la adhesión de la chaqueta externa (para ayudar con el tirón de las manos) amortiguando la fibra (contra las cargas de impacto y aplastamiento) y un acceso confiable a la fibra óptica para el empalme o la conectorización de campo de fusión. Al igual que con todos los dispositivos de comunicación, se debe realizar un mejor rendimiento al tiempo que garantiza la asequibilidad. Los diseños que cumplan con estos nuevos requisitos pero que son costosos y difíciles de producir no tendrán éxito. El cable también debe poder producirse en masa en equipos de cable típicos con rendimientos aceptables y rendimiento de calidad.

2. Desafíos para "cable óptico"

Los cables tradicionales de fibra óptica simplex / dúplex, desarrollados en los últimos 30 años o más, consisten en un diseño de tubo suelto con hilos de aramida para la resistencia. La fibra de vidrio está integrada en el centro de los hilos con un recubrimiento de tampón apretado de polímero para evitar la flexión o el impacto severo. Los hilos de aramida se implementan para que ambos extremos puedan conectar de forma segura los conectores. Por lo tanto, si se tira de un conector, son los hilos no estiradores que en realidad se están tirando y no la fibra o la chaqueta en sí. El desafío para fortalecer los cables de fibra de esta manera es que si los apretamos por el aislamiento como si fueran cables de cobre, en realidad estamos tirando de un trozo de plástico de polímero con muy poca resistencia. Tirar de la chaqueta de fibra estira temporalmente el polímero mientras la longitud del vidrio permanece constante. Esto provoca un desacoplamiento mecánico de la fibra de los miembros de la fuerza y ​​la chaqueta de polímero y permite un agrupamiento de la chaqueta externa y permite que un movimiento no planificado de la fibra amortiguada cause un exceso de longitud en un lado del tirón y una condición de tracción se produce en el otro. Esto generalmente da como resultado grandes pérdidas de curvatura macro, así como posiblemente excediendo el radio de curvatura mínimo de la fibra óptica. Esto puede acortar significativamente la vida del cable.

Al desarrollar cables de fibra de 3 mm, las chaquetas eran relativamente gruesas, en algunos casos, casi un milímetro de espesor. Esto proporcionó un poco más de fuerza intrínseca en el polímero de plástico antes de estirarse. Y los primeros instaladores estaban más preocupados por las características de manejo. Hoy, la demanda es de densidad, por lo que los cables de fibra se están volviendo lo más pequeños posible. Esto tiene dos resultados. Primero, el grosor de la chaqueta de cable se está volviendo lo más pequeño posible y, en segundo lugar, los cables se están tirando con más fuerza para llenar las pistas y los conductos con más fibra. Ambos problemas pueden afectar la fiabilidad y el rendimiento de la fibra.

A medida que se tiran los cables de fibra más pequeños, las chaquetas se estiran. A medida que se encogen con el tiempo, se genera suficiente fricción para empujar las fibras amortiguadas hacia atrás. Esta acción da como resultado un área localizada de exceso de fibra, conocida como Microbend, a medida que la chaqueta se encoge. Como los tamaños de cable óptico se redujeron a 1.6 milímetros, este fenómeno fue causado por tan solo unas pocas onzas de fuerza en lugar de libras. Por lo tanto, a medida que los cables ópticos se hicieron más pequeños, se requirió un manejo más delicado durante las instalaciones. Esta nueva categoría de cables se conoció como cables de "factor de forma pequeña" porque ya no podían pasar las mismas pruebas que sus contrapartes más grandes. Las calificaciones de tracción pasaron de 22 libras a nueve libras, lo que permitió cantidades mínimas de hilo de aramida y disminución del grosor de la chaqueta. Pero también resultó en productos que requirieron mucho más cuidado en el manejo que cualquier alambre de cobre.

El desafío era desarrollar un nuevo diseño de cable de fibra para productos de factor de forma pequeña que pudiera cumplir con los requisitos para una mayor densidad al tiempo que proporcionaba una fuerza similar al cable que permitiría ser manejada y sacada sin causar atenuación y otros problemas de rendimiento. Los desafíos se enfrentaron resolviendo tres problemas principales: fuerza, conectividad y equilibrio térmico.

3. Lograr la resistencia similar a la de cobre

Proporcionar la resistencia del cobre en un cable de fibra óptica de 1.6 mm fue el primer desafío. Los instaladores deben poder tirar del cable en línea recta como el alambre de cobre sin necesidad de envolverlo alrededor de un mandril para evitar dañar la chaqueta. Al mismo tiempo, la chaqueta debe tener aproximadamente un tercio del tamaño de las chaquetas convencionales. El espacio libre alrededor del vidrio debía reducirse para hacer que el cable sea lo más pequeño posible. Sin embargo, el cable tuvo que cumplir con todo impacto, resistencia y pruebas de resistencia al aplastamiento.

A medida que se manejan los cables de factor de forma pequeña, la fibra puede migrar a un lado u otro de la chaqueta a medida que los hilos sueltos ceden. Una vez que eso ocurre, la fibra está menos protegida en un eje y ya no proporciona la protección que se diseñó conceptualmente en ella.

Al usar una cinta con un material de matriz adhesiva, se diseñó una herramienta personalizada para envolver varias veces alrededor de la fibra de manera longitudinal. La envoltura de cinta longitudinal asegura el centrado de la fibra, mientras que solo una chaqueta exterior muy delgada se une a la cinta. Esta unión permite que los instaladores realicen tirar a mano razonable o ajuste a mano del cable sin estirar la chaqueta. Al permitir que la cinta y la chaqueta se unan como una sola entidad, el cable de fibra podría manejarse de manera muy similar a un trozo de alambre de cobre en términos de resistencia.

Si bien muchos microcácticos están disponibles hoy en día, generalmente usan hilos de aramida entrelazados alrededor de la fibra. Ninguno ha acoplado los hilos, la chaqueta y la fibra juntos. Este cable es único porque usa una cinta de aramida en lugar de hilos sueltos. La cinta también se puede quitar con máquinas convencionales de eliminación de cable de cobre o máquinas de eliminación de alambre de cobre. Las tijeras de Lineman incluso se pueden usar para despojar estos cables, la primera vez que se puede lograr con una fibra recubierta sin requerir una herramienta especializada.

También se debe tener en cuenta que la fibra RBR, que se convierte rápidamente en el estándar en soluciones FTTX y oficinas centrales/centros de datos, también se suma a las cualidades de manejo de estas nuevas fibras. Los cables más pequeños se pueden doblar en torno a configuraciones más estrictas para adaptarse a varios tipos de módulos e instalaciones.

4. Conectorización

Sin embargo, la unión de la cinta y la chaqueta creó un nuevo desafío con la conectorización. Unirse a los dos eliminó el espacio requerido para que la fibra "retroceda" del conector. Por lo tanto, los conectores tuvieron que ser rediseñados específicamente para su uso con estas nuevas fibras. Estos nuevos conectores tienen en cuenta que la fibra no tiene empuje o capacidad de compresión dentro de la chaqueta.

Los cables de fibra tradicionales permiten que la fibra se deslice hacia atrás en la chaqueta lo suficiente como para que se adjunten los conectores, a veces hasta dos milímetros. Por lo tanto, los conectores fueron diseñados con frascos que pueden explicar la falta de espacio vacío adicional en los núcleos. Estos conectores aún se ajustan a los niveles de rendimiento GRS 326 o más.

5. Equilibrio térmico

Finalmente, dado que la cinta y la chaqueta están unidas alrededor del vidrio, se requirió un equilibrio de rendimiento térmico para permitir que todo el cable funcione en condiciones térmicas estándar. Cada material, vidrio, cinta y chaqueta, tiene un nivel diferente de coeficiente térmico de expansión lineal. Esto significa que cada material dentro del cable se expandirá o se contraerá a diferentes tasas en diferentes condiciones de temperatura. Por ejemplo, los plásticos generalmente se expanden y contraen hasta dos órdenes de magnitud más que el vidrio.

Al diseñar esta nueva fibra, se sabía que el hilo de aramida tenía un coeficiente negativo de expansión lineal. Pero uniendo todo juntos, la mayoría de los efectos de los coeficientes térmicos de expansión lineal fueron prácticamente neutralizados. Al final, el cable se comporta muy similar al vidrio real en términos de expansión y contracción, realizando de -40 grados centígrados a 70 grados Celsius con cambios de atenuación mínimos. Los cables nomitales de pleno convencionales típicamente funcionan de 0 grados centígrados a 50 grados centígrados, como lo requiere los estándares de cable del pleno.

6. Conclusiones

A medida que las soluciones de fibra óptica evolucionan a las áreas donde el cobre una vez gobernó, no se puede subestimar la importancia de tener las mismas características de manejo, instalación y gestión como alambre de cobre. Los cables ópticos deben tener suficiente resistencia para ser tirados, retorcidos y acorralados de manera similar al cobre sin afectar el rendimiento.

Al diseñar nuevos cables que eliminen el aire y el espacio dentro del cable, se pueden lograr huellas más pequeñas. Reemplazar los hilos de aramida suelta con envolturas de cinta y unir los elementos del cable está permitiendo una nueva evolución en microcables ópticos de factor de forma pequeña. Esto, a su vez, ampliará las soluciones del sistema disponibles a una sección más amplia de clientes, al tiempo que proporciona una densidad óptima, flexibilidad y rendimiento de la fibra en aplicaciones empresariales.

7. Agradecimientos

El autor desea reconocer la ayuda de Ken Nardone, Henry Rice, Bill Jacobsen y Aly Fahd para obtener datos e información de prueba para este documento.

8. Referencias

Procedimientos de prueba de fibra OPT8IC de TIA-455A

Telcordia GR-409-Core Número 2

Telcordia GR-326-Core 4

ITU 657.A 2009-11

Confiabilidad de las fibras insensibles a Bend; Willem Griffoem Draka Communications, Actas de las 58 páginas de IWCS 251-257 2009

Pérdida de macrobending en fibras insensibles a Bend: ¿un parámetro estadístico? Susanna Cattelan, Prysmian Spa, Actas de las 58 páginas de IWCS 258-263