ES2246524T3 - Unidad optica para cable de fibras opticas. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UNA UNIDAD OPTICA (5A, 5B) QUE COMPRENDE UNA PLURALIDAD DE FIBRAS OPTICAS (2) AGRUPADAS EN UNA VAINA (3A, 3B) Y, EN SU CASO, UNIDAS EN UNA O VARIAS BANDAS DENTRO DE LA VAINA. LA VAINA (3A, 3B) PRESENTA, A UNA TEMPERATURA APROXIMADA DE +20 GRADOS CELSIUS, UN MODULO DE YOUNG INFERIOR A 200 MPA Y UNA DUREZA INFERIOR A 90 UNIDADES SHORE A Y, A UNA TEMPERATURA APROXIMADA DE -40 GRADOS CELSIUS, UN MODULO DE YOUNG INFERIOR A 2000 MPA. CABLE (10, 20) DE FIBRAS OPTICAS QUE INCLUYE AL MENOS UNA UNIDAD OPTICA DE ESTE TIPO (5A, 5B). APLICACION DEL CABLE A LAS TELECOMUNICACIONES.

Description

Unidad óptica para cable de fibras ópticas.

La invención se refiere a una unidad óptica para cable de fibra óptica, utilizado generalmente en comunicaciones, incluyendo dicha unidad una pluralidad de fibras ópticas agrupadas en el interior de una funda, y opcionalmente montadas formando una o varias bandas situadas en el interior de la funda. La invención se refiere más específicamente al material de la funda de una unidad de este tipo que contiene las fibras ópticas.

Un cable que incluye una unidad de este tipo se utiliza en el ámbito de las telecomunicaciones y, más especialmente, en sistemas de distribución con un elevado nivel de ramificación, en los que una pluralidad de dichos cables se monta para formar, en el extremo inicial de la red de distribución, un macrocable con una elevada densidad de fibras ópticas.

Las figuras 1 y 2 muestran una sección transversal de dos cables pertenecientes a la técnica anterior, con una estructura de tipo Unitube® (figura 1) y una estructura de las denominadas "stranded loose tube" (figura 2), respectivamente. En el documento FR-A-2 280 911, por ejemplo, se describe un cable de estructura "stranded loose tube" perteneciente a la técnica anterior.

Los cables de fibra óptica 10 y 20 incluyen fibras ópticas 2 en forma de haces o de bandas, alojadas libremente en una funda en forma de tubo 3, cuyo eje longitudinal es el del cable (estructura Unitube®) o en una pluralidad de fundas 3 enrolladas alrededor de un elemento central de refuerzo 1 constituido por un material dieléctrico (estructura "stranded loose tube"). Una unidad óptica 5 comprende una funda 3 y la fibra o fibras ópticas 2 que esta contiene.

En torno a la unidad 5 del cable 10 de estructura Unitube® o del conjunto de las unidades 5 del cable 20 con estructura "stranded loose tube" se disponen, sucesivamente, una capa mecánica de refuerzo 6, constituida, por elementos dieléctricos de refuerzo, por ejemplo, y una funda protectora exterior 7 formada por un material aislante. Los espacios vacíos situados entre las unidades 5 del cable 20 pueden rellenarse con un material de relleno, por ejemplo, un gel de relleno 4, que dota de este modo al conjunto de una estanqueidad longitudinal, o bien contener elementos que se hinchen en presencia de un líquido a fin de garantizar dicha estanqueidad.

La funda o fundas 3 de las unidades 5 que contienen las fibras ópticas 2 se fabrican convencionalmente a partir de un material duro y rígido, como el polietileno de alta densidad (HDPE) o el teraftalato de polibutilo (PBT); también pueden igualmente estar formadas por una doble capa de teraftalato de polibutilo/policarbonato (PBT/PC). De acuerdo con el documento FR-2280911, las fundas tubulares con estructura "stranded loose tube" pueden ser igualmente de polietileno o polipropileno.

El módulo de Young del material de las fundas 3 de los cables 10 o 20, de la técnica anterior es, por lo general, elevado, del orden de 2.400 a 2.600 MPa a 20ºC. Este tipo de fundas confiere una adecuada protección mecánica a las fibras ópticas 2, especialmente frente a las cargas de compresión radiales. Cuando dicho módulo de Young es inferior, las fundas tubulares fabricadas con este tipo de material deben tener un espesor relativamente elevado para dotar al cable de una adecuada resistencia a compresión radial. En este caso, el espesor de las fundas 3 es relativamente elevado (normalmente, de aproximadamente 0,5 mm en el caso de estructuras "stranded loose tube", y de 0,75 mm en caso de estructuras Unitube®). De este modo, los cables 10 o 20 obtenidos son o muy voluminosos, o rígidos o ambas cosas a la vez y, en consecuencia, difíciles de manipular.

Por este motivo, la solicitud de patente europea EP-A-0769711 propone la utilización de materiales flexibles y elásticos en la funda de la unidad o unidades de fibras ópticas; especialmente, propone una unidad óptica para un cable de telecomunicación de fibra óptica, que incluye una funda tubular de material plástico en la que se aloja libremente al menos una fibra óptica, caracterizada porque dicha funda tiene un espesor igual o inferior a 0,5 mm, y porque dicho material, tiene un módulo de Young inferior a 1.500 MPa a 20ºC y una curva de esfuerzo/deformación sin punto de inflexión. Un material de este tipo permite la realización de cables menos voluminosos y más fáciles de manipular que los correspondientes a la técnica anterior y que se han citado anteriormente.

Por otra parte, la reclusión de las fibras ópticas en la funda plantea un problema de aumento de la atenuación provocada por la micro-curvatura. La funda debe poder deformarse bajo el efecto de una tensión exterior, de origen mecánico o térmico, a fin de no generar micro-curvaturas en las fibras ópticas confinadas estrechamente en el interior de la funda.

La conexión del cable que incluye una unidad óptica de este tipo plantea igualmente el problema del corte de la funda. El corte debe ser sencillo y sin provocar riesgos de daño a las fibras ópticas que se encuentran confinadas en el interior de la funda.

El objeto de la invención consiste en proporcionar una unidad óptica para cable de fibras ópticas, que incluye una pluralidad de fibras ópticas montadas opcionalmente en una o varias bandas agrupadas en una funda consistente básicamente de un solo material. La fabricación de este tipo de cable resulta más sencilla, tiene un coste inferior y la funda tiene un rendimiento óptico, una resistencia mecánica y una facilidad de acceso a las fibras ópticas muy superiores.

A este efecto, el objeto de la invención consiste en una unidad óptica para un cable de fibras ópticas de tipo generalmente utilizado en telecomunicación, incluyendo dicha unidad una pluralidad de fibras ópticas agrupadas en una funda, y opcionalmente montadas de tal modo que formen una o varias bandas en el interior de la funda, caracterizada porque la funda presenta, a una temperatura de aproximadamente +20 grados Celsius, un módulo de Young inferior a 200 MPa y una dureza inferior a 90 unidades Shore A, y a una temperatura de aproximadamente -40 grados Celsius, un módulo de Young inferior a 2000 MPa.

Las fibras se agrupan en la funda, lo que resulta ventajoso, especialmente en lo tocante al volumen ganado por la unidad óptica en comparación con la situación de la técnica anterior, en la que las fibras se encontraban libres en el interior de la funda. Por lo tanto, la funda está muy próxima a las fibras ópticas que se encuentran opcionalmente montadas formando una o varias bandas en el interior de la funda. De este modo, la funda puede estar en contacto con las fibras ópticas o las bandas de fibras ópticas agrupadas en ella, preferiblemente y virtualmente sin adherencia. Sin embargo, la funda puede también encontrarse a una distancia de hasta 0,1 mm de las fibras ópticas o de la banda o las bandas de fibras ópticas.

La unidad óptica acorde con la invención puede eventualmente incluir un material de relleno, tal como un gel de relleno que incluya grasas, preferiblemente a base de aceites, y normalmente a base de siliconas o polialfaolefinas.

Las diversas pruebas realizadas han permitido demostrar que el rendimiento óptico de la unidad óptica acorde con la invención está correlación con la flexibilidad del material a partir del cual se ha construido la funda.

Una primera prueba de rendimiento óptico ha consistido en medir el aumento de la atenuación de una fibra de la unidad en relación con su valor de atenuación en el estado libre.

Una segunda prueba de rendimiento óptico ha consistido en medir la variación de la atenuación de una fibra óptica de la unidad, en función de una variación de temperatura. La banda de temperaturas está comprendida entre -40 grados Celsius y +70 grados Celsius, para simular las diferencias de temperatura reales a las cuales se encuentran sometidos los cables de telecomunicación que incluyen dichas unidades en las redes de distribución.

Se han sometido a prueba diversos materiales, generalmente polímeros, como los polímeros termoplásticos, como el cloruro de polivinilo (PVC) y elastómeros.

Posteriormente se estableció una correlación entre los valores de atenuación de la unidad sometida a prueba con una funda constituida por uno de estos materiales y el módulo de Young de dicho material, medido por separado. A partir de un criterio de atenuación, ha sido posible definir dos umbrales superiores del módulo de Young en función de la temperatura: 200 MPa, a una temperatura de aproximadamente +20 grados Celsius, y 2.000 MPa, a una temperatura de aproximadamente -40 grados Celsius.

De este modo, la unidad óptica acorde con la invención incluye una funda a la que el módulo de Young dota de una flexibilidad capaz de aminorar el efecto de la atenuación inducida por la micro-curvatura de las fibras ópticas agrupadas en la funda, al deformarse bajo la acción de una carga.

Otras pruebas han demostrado que la facilidad de abertura de la funda de la unidad óptica acorde con la invención está correlacionada con la dureza del material constitutivo de la funda.

De este modo, se han llevado a cabo pruebas sobre los mismos materiales citados anteriormente, en las cuales se ha procedido a cortar la funda con una herramienta de corte. Se ha establecido una correlación entre la facilidad de abertura de la funda de la unidad óptica y la dureza del material constitutivo de la funda, medida de forma independiente. A partir de un criterio de facilidad de abertura de la funda se ha podido definir un umbral superior de dureza del material constitutivo de la funda: 90 unidades Shore A, a una temperatura de aproximadamente +20 grados Celsius. De este modo, una funda formada por un material cuyo módulo de Young y dureza son inferiores a los umbrales superiores fijados experimentalmente con ayuda de las pruebas que anteceden confiere al cable acorde con la invención un mejor rendimiento óptico y una mayor facilidad de acceso a las fibras ópticas.

La unidad óptica de la invención posee generalmente una variación de la atenuación a una longitud de onda de 1.550 nm, igual a \pm 0,1 dB/Km.

Otras características y ventajas de la presente invención se comprenderán con mayor claridad mediante la lectura de la siguiente descripción, haciendo referencia a las correspondientes figuras adjuntas, las cuales:

- la figura 1 muestra esquemáticamente un corte parcial de un cable con estructura Unitube® de acuerdo con la técnica anterior,

- la figura 2 muestra esquemáticamente un corte parcial de un cable con estructura "stranded loose tube" de acuerdo con la técnica anterior,

- la figura 3 muestra muy esquemáticamente una sección transversal de una unidad óptica de acuerdo con un primer modo de realización de la invención,

- la figura 4 muestra muy esquemáticamente una sección transversal de una unidad óptica de acuerdo con un primer modo de realización de la invención, y

- la figura 5 compara el efecto de la temperatura sobre la atenuación de las fibras alojadas en dos unidades ópticas, una de las cuales se ajusta a la invención, de acuerdo con el primer modo de realización de la invención.

En todas estas figuras, los elementos comunes van señalados con los mismos números de referencia. Las unidades ópticas de las figuras 3 y 4 están diseñadas para su inserción en cables de fibra óptica como los de las figuras 1 y 2, en lugar de las unidades ópticas 3 descritas en las figuras 1 y 2.

Las figuras 1 y 2 se han descrito en relación con el estado de la técnica anterior.

Haciendo referencia a la figura 3, la unidad óptica incluye una pluralidad de fibras ópticas, agrupadas en una funda 3a. Se ha representado una unidad óptica 5a con 8 fibras ópticas 2a, agrupadas en una funda 3a que adopta la forma de micro-tubo montado en estrecha proximidad a las fibras ópticas. Un material de relleno 7, como un gel de relleno 7 conocido por cualquier persona versada en la materia, se encuentra presente en torno a las fibras ópticas 2a situadas en el interior de la funda 3a.

A modo de ejemplo, la unidad óptica 5a posee las características siguientes:

Diámetro del cable:	1,2 \; (mm)
Espesor de la funda:	0,2 \; (mm)
Diámetro de las fibras ópticas:	0,250 \; (mm)
Número de fibras ópticas:	8

La unidad óptica 1a que constituye el objeto del primer modo de realización de la invención se utiliza para los cables de telecomunicación que incorporan unas estructuras de tipo Unitube® o de tipo "stranded loose tube", especialmente en redes de distribución con un elevado nivel de ramificación, en las que un conjunto formado por varios de estos cables forma un macro-cable con una elevada densidad de fibras ópticas.

De acuerdo con un segundo modo de realización de la invención, en la figura 4, las fibras ópticas 2b están montadas formando dos bandas 9 y 11 que incorporan 4 fibras ópticas cada una. La unidad óptica 5b incluye una funda 3b que presenta, en el plano de corte transversal de la figura 4 un receptáculo interior 12 de forma rectangular. Las dos bandas 9 y 11 están firmemente alojadas en el interior del receptáculo rectangular 12.

El montaje en bandas permite identificar fácilmente las fibras ópticas, lo que resulta especialmente ventajoso cuando se llevan a cabo operaciones de conexión del cable que comprende dicha unidad óptica. Es preciso señalar resulta factible tanto una única banda como una pluralidad de bandas, y que cada banda puede incluir 6, 8 o 12 fibras ópticas. También resulta posible, en el marco de la presente invención, combinar el primer y el segundo modo de realización, es decir, combinar en la misma unidad óptica fibras ópticas individuales y al menos una banda de fibras ópticas.

La unidad óptica 5b posee, por ejemplo, las siguientes características:

Diámetro del cable:	2,0 \; (mm)
Longitud y anchura del receptáculo:	1,2 \times 0,7 \; (mm)
Diámetro de las fibras ópticas:	0,250 \; (mm)
Número de fibras ópticas:	8

El cable que incluye la unidad óptica de acuerdo con la invención está fabricado, por ejemplo, mediante extrusión. Hacia la cabeza de una máquina de extrusión convergen simultáneamente el material constitutivo de la funda, eventualmente un material de relleno del cable y las fibras ópticas o las bandas de fibras ópticas. El material de relleno es por ejemplo un gel, a fin de rellenar los intersticios existentes entre la unidad o unidades ópticas y la funda del cable, para proteger a este contra la humedad o facilitar el deslizamiento de la unidad óptica.

El cable que comprende la unidad óptica acorde con la invención puede también incluir cualquier elemento, como una capa protectora exterior (blindaje, funda...) o bien un elemento de refuerzo: Plástico reforzado mediante fibra, o FRP (en inglés: "Fiber Reinforced Plastic") o fibras de refuerzo continuas, como fibras de vidrio o fibras de aramida enrolladas en una matriz orgánica termoplástica o reticulada, como es bien conocido por cualquier persona versada en la materia.

La funda de la unidad óptica acorde con la invención está constituida por un polímero, por ejemplo, un material termoplástico, como un policloruro de vinilo plastificado. También puede servir un elastómero. El material de la funda posee, a una temperatura de aproximadamente +20 grados Celsius, un módulo de Young inferior a 200 MPa y una dureza inferior a 90 unidades Shore A, y a una temperatura de aproximadamente -40 grados Celsius, un módulo de Young inferior a 2.000 MPa.

En la figura 5 se muestran las variaciones de atenuación, a una longitud de onda de 1.550 nanometros y en función de la temperatura, de una fibra óptica alojada en una unidad óptica. La atenuación de referencia de la fibra óptica se mide a la temperatura de +20 grados Celsius.

La unidad óptica A está constituida por una funda acorde con la invención, fabricada en policloruro de vinilo plastificado cuyas características son, aproximadamente:

-

una dureza, expresada en unidades Shore A de 78 a 20ºC

-

un módulo de Young de 20 MPa a 20ºC

-

y un módulo de Young de 1.900 MPa a -40ºC

La funda de la unidad óptica B, copolímero de polipropileno y de etileno posee, a una temperatura de aproximadamente +20 grados Celsius, un módulo de Young de aproximadamente 1.200 MPa y una dureza superior a 98 unidades Shore A (dicha dureza se encontraba fuera de la escala Shore A), y a una temperatura de aproximadamente -40 grados Celsius, un módulo de Young de aproximadamente 3.000 MPa.

Las variaciones de atenuación de la unidad óptica A, satisfacen un criterio fijado en \pm0,10 dB/Km a lo largo de toda la gama de temperaturas, entre -40 y +70 grados Celsius. Por el contrario, la unidad óptica B sólo puede satisfacer un criterio fijado en \pm0,10 dB/Km para unas temperaturas comprendidas en la gama de -5º Celsius y +70º Celsius.

Claims (9)

1. Unidad óptica (5a, 5b) para cable (10, 20) de fibras ópticas, incluyendo dicha unidad una pluralidad de fibras ópticas (2) agrupadas en una funda (3a, 3b), caracterizada porque la funda presenta, a una temperatura de aproximadamente +20 grados Celsius, un módulo de Young inferior a 200 MPa y una dureza inferior a 90 unidades Shore A, y a una temperatura de aproximadamente -40 grados Celsius, un módulo de Young inferior a 2.000 MPa.

2. Unidad óptica de acuerdo con la reivindicación 1, en la que las fibras ópticas están montadas en una o varias bandas (9, 11) situadas en el interior de la funda (3b).

3. Unidad óptica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, en la que la funda está realizada en material termoplástico.

4. Unidad óptica de acuerdo con la reivindicación 3, en la funda está realizada a base de policloruro de vinilo plastificado.

5. Unidad óptica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, en la que la funda está realizada a base de material elastómero.

6. Unidad óptica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en a que las fibras ópticas están dispuestas a una distancia de la funda comprendida entre 0 y 0,1 mm.

7. Cable con una estructura de tipo Unitube® que incluye una unidad óptica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6.

8. Cable con una estructura de tipo "stranded loose tube" que incluye al menos una unidad óptica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6.

9. Cable de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 u 8, utilizado para aplicaciones de telecomunicación.