Tel que publié dans Wire and Cable Asia mars 2013
réimprimé dans les actes de la 59e IWCS / IICIT; Symposium international de fil et de câble

Méthodes de test pour les câbles incorporant des fibres de rayon de virage réduites

Auteur: Wayne Kachmar

Abstrait

Cette présentation tentera de comparer les paramètres de performance mécanique des câbles de guide d'onde avec des performances optiques des fibres conventionnelles et des fibres de rayon de virage réduites. La coordination des données de test mécanique et optique peut indiquer des critères de test plus appropriés pour les câbles avec des fibres de rayon de virage réduites. Cela garantira un critère de caractérisation plus robuste approprié à cette nouvelle classe de fibres.

Mots-clés: rayon de virage réduit; pliez des fibres insensibles; GR-409; GR-20; essai; atténuation; SingleMode; multimode; contrainte de câble; vieillissement du câble; tests de normalisation; câbles de fibres; Microbend; macrobend; Performance optique.

1. Introduction

L'avènement des fibres insensibles SingleMode et Multimode Bend a remis en question si les plans de test de câble existants caractérisent avec précision une conception de câble pour fournir des durées de vie attendues.

Actuellement, la plupart des plans de test publiés reposent sur les valeurs d'atténuation de Delta à des longueurs d'onde discrètes en tant que critères de réussite / échec pour divers critères mécaniques. Avec l'introduction et l'utilisation de nouveaux types de fibres de rayon de virage réduits, les conceptions de câbles moins robustes peuvent désormais passer de tels tests de câbles standardisés. Ce résultat peut conduire à de possibles conceptions de câbles de qualité inférieure qui peuvent générer de futures échecs sur le terrain. Des contraintes à long terme peuvent être placées sur les guides d'ondes optiques et ne pas être reflétées dans les protocoles de mesure d'atténuation de Delta actuellement prescrits par des tests standardisés tels que Telcordia GR-409 et GR-20.

2. Améliorations des fibres

Telcordia GR-409 est la norme actuelle des spécifications pour les câbles en fibres intérieures, tandis que Telcordia GR-20 fournit une référence technique pour les câbles extérieurs. Certaines entreprises, comme Verizon, ont des versions plus sophistiquées qui font référence à GR-20 et GR-409, mais ajoutent également des qualifications supplémentaires. Ensemble, cette documentation de spécification dicte les normes de performance mécaniques convenues par le client et le fabricant. Plus récemment, cependant, les améliorations des fibres, en particulier dans la réduction des fibres de rayon de virage, mettent le défi de l'industrie à revisiter les normes de test pour les fibres. Avec l'augmentation des caractéristiques de performance des fibres de rayon de virage réduites par rapport aux fibres conventionnelles, les normes existantes peuvent ne plus être une mesure de «taille unique».

Des fibres optiques conventionnelles ont été développées dans les années 1970 par plusieurs fabricants de fibres optiques. Au fil des ans, il y a eu peu d'améliorations significatives en dehors des développements de revêtement pour améliorer la capacité inhérente de la fibre à résister aux forces mécaniques sur son environnement. Mais à part les innovations pendant le processus de tirage, l'amélioration des propriétés de traction empiriques globales des guides d'ondes optiques, les améliorations des conceptions de fibres optiques ont été relativement mineures jusqu'à il y a environ cinq ans. À cette époque, plusieurs concepts ont émergé pour améliorer les autres caractéristiques des fibres, telles que la résistance physique et les caractéristiques de flexion. Ce fut l'introduction de fibres de rayon de virage réduites.

Les fibres de rayon de virage réduites comprennent plusieurs technologies viables. Ils comprennent des variétés «assistées par les tranchées», des fibres «assistées par des vides», des cristals photoniques ou des «fibres trouées», et plusieurs autres types et combinaisons de technologie. Par rapport à la fibre conventionnelle, chacune de ces nouvelles innovations a amélioré les caractéristiques et les performances mécaniques de la fibre optique d'aujourd'hui.

Cependant, au cours du même laps de temps, les régimes de test existants sont restés fondamentalement inchangés, ce qui continue de s'appuyer sur un changement d'atténuation basé sur des tests physiques, mécaniques et environnementaux. L'atténuation continue d'être la méthodologie préférée pour déterminer la performance d'une fibre. Cependant, les tests de fibres de rayon de virage réduites en utilisant les mêmes méthodes pour les fibres conventionnelles de singlemode et multimode ne prennent pas en considération les propriétés uniques de ces nouvelles fibres. Dans cet esprit, regardons comment l'atténuation est induite dans les fibres conventionnelles et les fibres de rayon de virage réduites.

3. Macrobends et microbends

Alors, qu'est-ce qui a exactement changé avec l'introduction de fibres de rayon de virage réduites? L'amélioration la plus évidente était la capacité de la fibre à se plier plus étroitement, c'est-à-dire que sa sensibilité au virage a été réduite. Ces fibres peuvent être pliées à un rayon de 10, 7,5 ou même 5 millimètres sans augmentation notable de l'atténuation ou des dommages au verre dans un environnement à long terme. La résistance au macrobend et à la perte de microbend a également été considérablement augmentée.

Dans les transmissions à fibre optique, un macrobend fait référence à un large virage visible dans la fibre optique qui peut provoquer une atténuation extrinsèque, une réduction de la puissance optique dans le verre. Les microbends sont définis comme des imperfections presque invisibles dans la fibre optique, généralement créées pendant le processus de fabrication. Ces minuscules imperfections peuvent également entraîner une réduction de la puissance optique ou une atténuation accrue.

Cependant, les microbends peuvent également se produire à partir de la compression de contrainte des plastiques placés sur le verre en raison du retrait du polymère sur la fibre.

Dans la fibre conventionnelle, les augmentations d'atténuation indiquent quand un microbend s'est produit dans la fibre. Cependant, dans une fibre de rayon de virage réduite, les changements d'atténuation sont généralement minimes et le même microbend ne peut être découvert qu'à une défaillance extrême dans les performances du câble. Par conséquent, la défaillance va se produire avec le temps lorsque le câble est manipulé, installé ou âgé. Les techniques de vieillissement modernes utilisées pour les tests, telles que l'exposition à la chaleur extrême, peuvent ne pas présenter une défaillance des nouvelles fibres de rayon de virage réduites d'aujourd'hui.

4. Méthodes de test insuffisantes

Les méthodes de test existantes pour la fibre optique conventionnelle sont basées sur des modifications mécaniques et des modifications d'atténuation, mais elles ne spécifient pas la conception du câble testée. Par conséquent, si une fibre de rayon de virage réduite subit les mêmes tests, sa sensibilité minimale à la microbation peut lui permettre de passer le test tandis qu'un microbend pourrait encore provoquer la stress de la fibre au fil du temps. Cela signifie que certaines conceptions de câbles pourraient encore être créées avec des échecs inhérents à la conception, mais ils pourraient transmettre les normes de test existantes basées uniquement sur ce qui est contenu dans GR-409 pour les fibres tamponnées étroites.

Dans les câbles de fibres extérieurs du tube lâche, couverts par la norme GR-20, il existe un certain nombre de tests qui peuvent déterminer si les fibres sont sous une contrainte ou une contrainte. Actuellement, la seule exigence de test de déformation est contenue dans la section TIA-455-33B FOTP-33A. Cela couvre les tests de traction pour ces câbles à l'aide d'un composant pour mesurer la déformation des fibres.

La question est de savoir si le retrait inférieur à 5%, comme indiqué dans cette spécification, est toujours une norme ou une référence acceptable. Il pourrait être une mesure trop large basée sur le fait que les fibres insensibles aux nouveaux coude ne montrent pas la même sensibilité. Si une faille ou un défaut dans la fibre pouvait être manquée selon les normes de test actuelles, mais pourrait avoir un impact significatif sur les fibres déployées au fil du temps, de nouveaux critères tels que la souche des fibres devraient être ajoutés aux méthodes de test actuelles, aux spécifications et aux normes.

Ce qui pourrait fonctionner dans le câble en vrac peut ne pas fonctionner dans les interfaces de connecteur de câble, et ce qui pourrait passer les tests aujourd'hui peut ne pas fonctionner sur la durée de vie prévue de la fibre. Le cycle de vieillissement existant a été développé en utilisant une température élevée uniquement pour détecter les changements dans la veste et les composés tampon, tels que le durcissement, la fissuration ou le rétrécissement sur le processus de vieillissement. Aujourd'hui, il peut être sage de déterminer si ces composés échoueront ou non lorsque le test est basé sur différents paramètres. L'une de ces zones est le coefficient thermique de l'expansion linéaire. Il s'agit du taux d'expansion et de contraction d'un matériau sur un profil de température donné. Le taux de changement de polymère est généralement un ordre de grandeur par rapport au verre.

Par exemple, si le retrait continu se produit au-delà des tests de rétrécissement normaux et est identifié par une atténuation accrue, comment le détectez-vous dans des fibres de rayon de virage réduites où aucune ou une atténuation accrue minimale n'est détectée? La réponse est que vous ne le feriez pas - jusqu'à ce que la fibre n'atteigne peut-être un point de pivot où il n'est plus un support de communication à long terme viable.

Dans l'environnement du câble du tube lâche, l'inverse peut potentiellement se produire. Autrement dit, il pourrait y avoir trop de longueur de fibres en excès et que la fibre se regorgeait - non pas due au rétrécissement, mais parce qu'une augmentation d'atténuation n'a pas été détectée dans la fibre de rayon de virage réduite. Le tube individuel n'est pas testé pour le retrait séparément mais peut être enroulé sur plusieurs mètres dans un boîtier de transition et ne pas avoir la conception du câble global pour contrôler le retrait dans le tube lâche individuel. L'essentiel est que, puisque la résistance à l'atténuation est augmentée dans la réduction des fibres de rayon de virage, les microbends et autres contraintes sur la fibre peuvent ne pas être détectables avec les normes de test d'aujourd'hui pour les fibres conventionnelles. Ces normes existantes doivent être soigneusement examinées et les critères appropriés ajoutés pour inclure spécifiquement les caractéristiques uniques des fibres de rayon de virage réduites.

Une deuxième considération pour modifier les méthodes de test peut être de mesurer la longueur de la fibre excessive delta, dans les câbles de type tube lâche, avant et après le vieillissement. Et aussi dans des tubes individuels. Par exemple, l'atténuation et la longueur excessive ont pu être mesurées avant le vieillissement et les processus de cycle de température, puis à nouveau suivre ces processus. Ils seraient ensuite comparés aux critères de réussite / échec établis. Les spécifications actuelles ne nécessitent pas ce type de test, ni ne nécessitent de tests dans une configuration lâche. Tous les tests sont actuellement effectués sur des bobines ou des bobines. Dans une configuration de tube lâche dans une bobine, vous pouvez avoir beaucoup plus de longueur excessive et de longueur détendue que en ligne droite. Les augmentations d'atténuation seraient moins évidentes sans la capacité de mesurer la longueur excessive en tant que test mécanique.

Figure 6 Les méthodes de test pour les câbles incorporant une fibre de fibre de rayon de virage réduite méritent de noter que les nouvelles mesures devraient inclure la très longue longueur d'onde de 1625 nm. Ces nouvelles mesures proposeraient des qualifications supplémentaires pour cette longueur d'onde où le bord microbendaire se déplace lorsque la fibre est tendue. Bien qu'il s'agisse d'une exigence de certains clients dans leurs propres normes, cela ne fait pas partie des normes de fibres génériques existantes.

Les tests de rétrécissement des câbles doivent passer à un niveau de répétabilité plus élevé et les jauges à cet effet ont été conçues. (voir photo). La plage de tests et l'effet de l'extrusion de fibres à partir du noyau du câble doivent également être déterminés. Ce n'est qu'un effet secondaire de GR 326 La norme de test pour les connecteurs de câble et les ensembles de câbles.

6. Conclusions

L'introduction de fibres de rayon de virage réduites et leur popularité émergente dans les architectures de fibre au premier premier (FTTP) sont préoccupantes en ce qui concerne les GR-409, GR-20, GR 326 actuels et d'autres normes de spécification écrites pour les fibres conventionnelles. De nouveaux tests devraient être proposés pour définir avec précision leurs caractéristiques uniques pour mieux garantir la fiabilité à long terme.

Une conception de câble qui tire parti de la fibre de rayon de virage plus serrée montrera très certainement une atténuation beaucoup plus élevée en utilisant la fibre de singleMode conventionnelle. En d'autres termes, une fibre de rayon de virage réduite survivrait très bien dans un environnement où ne le ferait pas les fibres conventionnelles. L'interface câble vers le connecteur peut créer de nouveaux modèles de vieillissement où le rétrécissement du câble peut entraîner des rayons de pliage de fibres inacceptables à l'interface câble / connecteur. Dont les résultats n'apparaîtront qu'après les assemblages de câbles lâches, puis déplacés. Cela indique à lui seul la nécessité d'un ensemble de normes de test révisées et d'exigences pour une réduction des types de fibres de rayon de virage.

Les conceptions de câbles testées avec GR 409 ou GR 20 sont des exigences pour les tests GR 326. Le besoin existe pour utiliser la contrainte de fibres et le rétrécissement des câbles ainsi que l'extrusion de fibres à partir de câbles après le vieillissement en tant que précurseur plus complet aux tests GR326. De plus, avec une augmentation des plages de fonctionnement environnemental des câbles devenant la norme, le coefficient thermique des valeurs d'expansion linéaire doit être incorporé dans les exigences du précurseur de performance de spécification.

Cet article propose de mettre à jour les normes existantes, en particulier les spécifications GR-409 pour la tolérance requise pour le retrait et la souche des fibres. Sinon, il est possible que les conceptions de câbles de qualité inférieure réussissent les normes existantes au fur et à mesure qu'elles sont écrites et sont déployées sur le terrain. Il convient de reconnaître que les fibres conventionnelles et la réduction des fibres de rayon de virage présentent différentes propriétés et caractéristiques, et les critères de test doivent être écrits pour répondre aux exigences des deux.

Par conséquent, la proposition consiste à envisager d'ajouter des critères de test plus ciblés aux spécifications des normes existantes. Cela créant en effet une nouvelle classe de qualifications GR-409 et GR-20 identifiant spécifiquement les fibres utilisées et qualifiées dans toutes les conceptions de câbles spécifiques. La réutilisation des normes actuelles avec de nouvelles fibres de rayon de virage réduit à l'esprit permettra aux prestataires de services de tirer pleinement parti des caractéristiques uniques que ces fibres apportent à la table, en particulier dans les déploiements FTTP d'aujourd'hui.

7. Remerciements

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