Du câble optique au fil optique - une approche évolutive

Auteur: Wayne Kachmar

Abstrait

Cette présentation introduira une nouvelle conception dans le câble à fibres optiques qui permet aux câbles de petit facteur de forme d'avoir des caractéristiques de manipulation aussi bonnes ou meilleures que le fil de cuivre. Actuellement, la plupart des Light Guides sont logés dans les conceptions de câbles qui suivent un protocole de conception orthodoxe basé sur l'un des trois types de câbles de base: tube lâche, ruban ou tampon serré. Tous nécessitent des techniques de manutention très spécifiques qui nécessitent des soins particuliers et ne peuvent tout simplement pas être gérés de la même manière par les installateurs habitués à la manipulation du cuivre. Pourtant, la nécessité d'une fibre d'agir davantage comme du cuivre devient de plus en plus apparente à mesure que les tailles de câbles diminuent et que les applications, telles que les bureaux centraux, les centres de données, l'entreprise, la fibre à la maison / le bureau (FTTH / D), exigent plus de densité de fibres. Un câble en fibre avec les caractéristiques comportementales d'un câble en cuivre améliorera les installations en termes de temps, de flexibilité et de coût.

Mots-clés: Patch-Cord optique, câble simplex, câble duplex, fil optique, micro-alimentation, petit facteur de forme, câble d'interconnexion.

1. Introduction

De nombreux nouveaux développements de câbles de fibres optiques se sont produits dans un passé récent, tels que la réduction des fibres de rayon de virage (RBRF), des charges de matériaux nano-composites, de nouveaux matériaux pour la résistance, la technologie des connecteurs, de nouveaux problèmes de conformité réglementaire (ROHS, RECK) et des contraintes de taille / coût. Pendant ce temps, les solutions de conception de câbles supposaient que le câble à fibre optique est un produit composite où des éléments séparés (fibre tamponnée serrée, veste en polymère de fil aramide) n'étaient pas collées. Par conséquent, différentes exigences de manipulation et d'installation ont été mandatées sur la base d'une structure de noyau non couplée. Dans de nombreux cas, les contraintes d'installation ont été surmontées par une forte résistance en vrac ou en matériau.

De nombreuses comparaisons analogiques avec le cuivre ont été faites dans le monde du câble. Autre que les produits spécialisés, tels que les fibres de torpilles guidées, aucun véritable analogue optique à fil n'a été développé.

En règle générale, les câbles contiennent un ou plusieurs conducteurs isolés et des éléments structurels supplémentaires pour atteindre des critères de performance mécaniques, environnementaux ou autres. À ce jour, la plupart des conceptions de fibres optiques utilisent un «noyau lâche» pour obtenir des performances d'ingénierie dans un câble optique - même des câbles à fibres uniques qui nécessitent une protection minimale. Le résultat est que de nombreuses conceptions nécessitent une installation différente des installations traditionnelles de câbles de cuivre. De nombreuses échecs sont le résultat direct de l'installation de l'installation avec la manipulation spéciale requise par les câbles de fibre simplex intérieurs ou duplex traditionnels. Ainsi, la nécessité d'une fibre d'agir davantage comme du cuivre en termes de manipulation est importante car la fibre s'adapte à utiliser dans les applications où le cuivre était une fois roi.

Il y a une perception de nombreux installateurs que les fibres peuvent être manipulées et installées en utilisant les mêmes méthodes que son prédécesseur en cuivre. Cependant, le verre est toujours en verre, et les performances du câble à fibres traditionnelles peuvent toujours être affectées par une mauvaise manipulation et une installation.

Alors, pourquoi cette perception est-elle importante? Dans l'environnement d'aujourd'hui, des solutions de système optique sont fournies à une sélection beaucoup plus large de clients. Beaucoup de ces professionnels de l'installation ont une expérience significative avec les pratiques d'installation en cuivre. Pourtant, ils ne sont pas familiers avec les pratiques d'installation des câbles de fibres qu'ils sont maintenant invités à installer. Ainsi, il incombe aux fabricants de câbles de fibres de les éduquer sur les pratiques de manutention acceptables. Plus important encore, pour améliorer l'acceptation des systèmes de fibres optiques dans de nouvelles applications, nous devons fournir des produits qui réussiront en vertu de nouveaux critères. En termes de câble à fibres optiques, nous devons concevoir des produits qui se comportent plus près du fil isolé en cuivre dans la manipulation, le placement et la gestion des câbles en fibre.

Les nouveaux guides d'ondes optiques ont rendu cette option viable, mais nous, en tant que câbleurs, devons continuer l'évolution et concevoir des «câbles» (câbles »(fils" (fils) qui répondent aux besoins des clients et définissent une nouvelle classe de produit de guide d'onde optique.

La conception présentée ici est une conception de noyau géométrique par lequel la fibre optique est située au centre du noyau et des fils lâches ont été retirés à la place des membres de la force géométrique. Ces membres de la résistance fournissent plusieurs fonctions, telles que l'adhésion de la veste extérieure (pour aider à tirer à la main) la mise en mémoire tampon des fibres (contre les charges d'impact et d'écrasement) et un accès fiable à la fibre optique pour l'épissage de fusion ou la connexion sur le terrain. Comme pour tous les appareils de communication, des performances améliorées doivent être accomplies tout en garantissant l'abordabilité. Les conceptions qui répondent à ces nouvelles exigences mais qui sont coûteuses et difficiles à produire ne réussiront pas. Le câble doit également être produit en masse sur un équipement de câble typique avec des rendements acceptables et des performances de qualité.

2. Défis au «fil optique»

Les câbles de fibres optiques simplex / duplex traditionnels, développés au cours des 30 dernières années ou plus, consistent en une conception de tubes lâches avec des fils d'aramide pour la résistance. La fibre de verre est intégrée au centre des fils avec un revêtement de tampon serré en polymère pour éviter une flexion ou un impact sévère. Les fils ARAMID sont déployés afin que les deux extrémités puissent fixer en toute sécurité les connecteurs. Ainsi, si un connecteur est tiré, ce sont les fils non étirés qui sont réellement tirés et non la fibre ou la veste elle-même. Le défi de renforcer les câbles de fibres de cette façon est que si nous les tirons par l'isolation comme s'ils étaient des fils de cuivre, nous tirons en fait un morceau de plastique polymère avec très peu de résistance. Tirer la veste en fibre étire temporairement le polymère tandis que la longueur du verre reste constante. Cela provoque un découplage mécanique de la fibre des éléments de résistance et de la veste polymère et permet un bouquet de la veste extérieure et permet un mouvement imprévu de la fibre tamponnée pour provoquer une longueur excessive d'un côté de la traction et une condition de traction sur l'autre. Cela se traduit généralement par de grandes pertes de macro-virages ainsi que peut-être dépassant le rayon de pliage minimum de la fibre optique. Cela peut raccourcir considérablement la durée de vie du câble.

Lors du développement de câbles de fibres de 3 mm, les vestes étaient relativement épaisses - dans certains cas, presque un millimètre d'épaisseur. Cela a fourni un peu plus de résistance intrinsèque dans le polymère en plastique avant d'être étiré. Et les premiers installateurs étaient plus préoccupés par les caractéristiques de gestion. Aujourd'hui, la demande est de la densité, de sorte que les câbles de fibres deviennent aussi petits que possible. Cela a deux résultats. Premièrement, l'épaisseur de la veste de câble devient aussi petite que possible et, deuxièmement, les câbles sont tirés avec plus de résistance pour remplir les voies de course et les conduits avec plus de fibres. Ces deux problèmes peuvent affecter la fiabilité et les performances de la fibre.

Au fur et à mesure que les plus petits câbles en fibres sont tirés, les vestes sont étirées. Alors qu'ils rétrécissent avec le temps, suffisamment de friction est générée pour repousser les fibres tamponnées. Cette action se traduit par une zone localisée d'excès de fibres, connue sous le nom de microbend, alors que la veste se rétrécit. Comme les tailles de câbles optiques ont été réduites à 1,6 millimètre, ce phénomène a été causé par aussi peu que quelques onces de force au lieu de livres. Ainsi, à mesure que les câbles optiques devenaient plus petits, une manipulation plus délicate était nécessaire pendant les installations. Cette nouvelle catégorie de câbles est devenue connue sous le nom de câbles de «petit facteur de forme» car ils ne pouvaient plus passer les mêmes tests que leurs homologues plus grands. Les gradations de traction sont passés de 22 livres à neuf livres, permettant des quantités minimales de fil d'aramide et une diminution de l'épaisseur de la veste. Mais cela a également abouti à des produits qui nécessitaient beaucoup plus de soins à la manipulation que n'importe quel fil de cuivre.

Le défi était de développer une nouvelle conception de câbles en fibre pour les produits de petit facteur de forme qui pourraient répondre aux exigences pour plus de densité tout en fournissant une résistance en forme de fil qui lui permettrait d'être manipulée et tirée sans provoquer d'atténuation et d'autres problèmes de performances. Les défis ont été relevés en résolvant trois problèmes majeurs - la force, la connectivité et l'équilibrage thermique.

3. Atteindre une force de cuivre

Fournir la force du cuivre dans un câble à fibre optique de 1,6 mm a été le premier défi. Les installateurs doivent pouvoir tirer le câble en ligne droite comme un fil de cuivre sans avoir besoin de l'enrouler autour d'un mandrin pour éviter d'endommager la veste. Dans le même temps, la veste doit être environ un tiers de la taille des vestes conventionnelles. L'espace libre autour du verre devait être réduit pour rendre le câble aussi petit que possible. Pourtant, le câble a dû répondre à tous les tests d'impact, de résistance et d'écrasement.

À mesure que les câbles de petit facteur de forme sont manipulés, la fibre peut réellement migrer d'un côté ou l'autre de la veste alors que les fils lâches cèdent. Une fois que cela se produit, la fibre est moins protégée sur un seul axe et ne fournit plus la protection qui a été conçue conceptuellement.

En utilisant une bande avec un matériau à matrice adhésive, un outillage personnalisé a été conçu pour s'enrouler plusieurs fois autour de la fibre de manière longitudinale. L'enveloppe de ruban longitudinal assure le centrage de la fibre tandis que seule une veste extérieure très fine se lie à la bande. Cette liaison permet aux installateurs d'effectuer un tirage à main raisonnable ou un réglage manuel du câble sans étirer la veste. En permettant au ruban et à la veste de se lier en une seule entité, le câble en fibre pourrait être manipulé un peu comme un morceau de fil de cuivre en termes de résistance.

Bien que de nombreux micro-caps soient disponibles aujourd'hui, ils utilisent généralement des fils d'aramide entrelacés autour de la fibre. Aucun n'a réellement couplé les fils, la veste et les fibres ensemble. Ce câble est unique car il utilise un ruban aramide au lieu de fils lâches. Le ruban peut également être dépouillé à l'aide de machines à décapage de câbles en cuivre conventionnelles ou de machines à décapage de fil de cuivre. Les ciseaux du joueur de ligne peuvent même être utilisés pour éliminer ces câbles - la première fois, cela est réalisable avec une fibre revêtue sans nécessiter d'outil spécialisé.

Il convient également de noter que la fibre RBR, devenant rapidement la norme dans les solutions FTTX et les bureaux centraux / centres de données, ajoute également aux qualités de traitement de ces nouvelles fibres. Les câbles plus petits peuvent être pliés autour de configurations plus strictes pour s'adapter à différents types de modules et d'installations.

4. Connectorisation

La liaison de la bande et de la veste a cependant créé un nouveau défi avec la connexion. Le liaison des deux ensemble a éliminé l'espace requis pour que la fibre «repousse» du connecteur. Par conséquent, les connecteurs ont dû être repensés spécifiquement pour une utilisation avec ces nouvelles fibres. Ces nouveaux connecteurs tiennent compte du fait que la fibre n'a pas de repousque ou de capacité de compression dans la veste.

Les câbles de fibres traditionnels permettent à la fibre de glisser suffisamment dans la veste pour que les connecteurs soient fixés, parfois jusqu'à deux millimètres. Ainsi, les connecteurs ont été conçus avec des haricots qui peuvent expliquer le manque d'espace vide supplémentaire dans les noyaux. Ces connecteurs sont toujours conformes aux niveaux de performance GRS 326 ou plus.

5. Équilibrage thermique

Enfin, puisque le ruban et la veste sont liés ensemble autour du verre, un équilibrage thermique des performances était nécessaire pour permettre à l'ensemble du câble de fonctionner dans des conditions thermiques standard. Chaque matériau - verre, ruban adhésif et veste - a un niveau différent de coefficient thermique d'expansion linéaire. Cela signifie que chaque matériau dans le câble se développera ou se contractera à différents taux dans différentes conditions de température. Par exemple, les plastiques se développent et contractent généralement jusqu'à deux ordres de grandeur de plus que le verre.

En concevant cette nouvelle fibre, le fil d'aramide était connu pour avoir un coefficient négatif d'expansion linéaire. Mais liant tout ensemble, la plupart des effets des coefficients thermiques de l'expansion linéaire ont été pratiquement neutralisés. En fin de compte, le câble se comporte très similaire au verre réel en termes d'expansion et de contraction, se comportant de -40 degrés Celsius à 70 degrés Celsius avec un minimum d'atténuation. Les câbles nominaux conventionnels de plénum fonctionnent généralement de 0 degrés Celsius à 50 degrés Celsius - comme l'exige les normes de câble de plénum.

6. Conclusions

À mesure que les solutions de fibres optiques évoluent vers des zones où le cuivre a été régné, l'importance d'avoir les mêmes caractéristiques de manipulation, d'installation et de gestion que le fil de cuivre ne peut pas être sous-estimée. Les câbles optiques doivent avoir suffisamment de résistance pour être tirés, tordus et coincés similaires au cuivre sans affecter les performances.

En concevant de nouveaux câbles qui éliminent l'air et l'espace à l'intérieur du câble, des empreintes plus petites peuvent être réalisées. Le remplacement des fils d'aramide lâches par des enveloppes de ruban adhésif et la liaison des éléments de câble ensemble permet une nouvelle évolution dans les micro-cultures optiques de petit facteur. Ceci, à son tour, élargira les solutions système disponibles à une section plus large de clients, tout en offrant une densité, une flexibilité et des performances optimales des fibres dans les applications d'entreprise.

7. Remerciements

L'auteur tient à reconnaître l'aide de Ken Nardone, Henry Rice, Bill Jacobsen et Aly Fahd pour obtenir des données et tester des informations pour ce document.

8. Références

Procédures de test de fibre OPT8IC TIA-455A

Telcordia GR-409-Core Issue 2

Telcordia GR-326-Core Numéro 4

ITU 657.A 2009-11

Fiabilité des fibres insensibles aux couches; Willem Griffoem Draka Communications, Actes des 58e pages IWCS 251-257 2009

Perte de macrobendage dans les fibres insensibles aux couches: un paramètre statistique? Susanna Cattelan, Spa Prysmian, Actes des 58e pages IWCS 258-263