Le fibre ottiche hanno un’elevata sensibilità agli stress meccanici, senz’altro utile nelle applicazioni sensoristiche, ma causa di cadute di prestazioni nella trasmissione, come nel caso del bending. Esistono però fibre in grado di limitarne gli effetti.
Recentemente su alcuni media di settore, con successiva diffusione su internet, era apparsa una notizia interessante per gli addetti ai lavori e in generale per chi segue l’evoluzione tecnologica delle fibre ottiche. Nel dettaglio, in occasione dell’ultimo India Mobile Congress, la casa indiana Sterlite Technology, specializzata in soluzioni per reti e comunicazione dati, ha annunciato la realizzazione di Stellar Fibre, definendola come l’unica fibra sia “bend insensitive” secondo lo standard ITU-T G.657.A2, sia Mode Field Diameter (MFD) secondo lo standard ITU-T G.652.D. Queste caratteristiche sono state particolarmente evidenziate in quanto la nuova fibra permetterebbe di portare i vantaggi funzionali della “bend insensitivity” non solo in nuove implementazioni di networking, ma anche in reti già esistenti, stante la compatibilità con le fibre legacy in uso. Queste considerazioni meritano un commento, premettendo comunque che le fibre insensibili al bending, cioè alla piegatura, ovviamente entro certi limiti, esistono da tempo, e la prima cosa da chiarire sono i citati standard ITU, International Telecommunication Union.
Lo standard G.657 riguarda le fibre ottiche Bend-Insensitive (BI), caratterizzandole con riferimento alla “bending-loss”, cioè alle perdite di segnale che si determinano a seguito di fenomeni di piegatura, sia in fase di installazione che poi a livello operativo, di una fibra single mode o meglio del FOC (Fiber Optic Cable) che la contiene. Da ricordare che un FOC, come struttura generale, prevede, partendo dall’esterno, una guaina di protezione ambientale in materiale plastico, un elemento di irrobustimento in filato sintetico per aumentare la robustezza tensile una struttura protettiva o buffer, poi il cladding o mantello, e il core o nucleo in vetro (silice).
Lo standard G.652 riguarda invece le caratteristiche che una fibra ottica single mode deve avere, in pratica una single mode standard.
Infine, un dettaglio sul MFD: si tratta dell’espressione della distribuzione dell’irradianza, cioè del flusso radiante o potenza ottica per unità di area, nello specifico attraverso la sezione terminale di una fibra. Da considerare che il MFD è definito anche come l’area massima in cui il segnale luminoso risiede, costituita dal core della fibra e anche da una parte del cladding, per cui è leggermente più grande del core, dato che il segnale luminoso viaggia certamente lungo il core, ma anche in una piccola parte del cladding.
Tutti questi dettagli tecnologici, tra l’altro estremamente sintetici e semplificati, hanno lo scopo di dare un senso ai contenuti dell’annuncio della nuova fibra, bend-insensitive ma compatibile con le fibre standard. Ma resta da indagare la parte più importante, che è l’obiettivo dell’articolo: definire cosa si intende per “bend-insensitive fiber”, come si caratterizzano, quali i principali impieghi pratici e i vantaggi per chi si occupa di installazioni.
Bend radius e bend loss
Se si prende un oggetto cilindrico e su di esso si piega una fibra, il bend radius (raggio di curvatura o piegatura) è la metà del diametro del cilindro, e rappresenta, in generale, il raggio minimo, nel senso di massima curvatura ammessa, con cui si può piegare un tubo, un cavo, una lamina, un flessibile, senza danneggiarlo o comunque senza ridurne le caratteristiche funzionali e la vita operativa. Più piccolo è il bend radius, più grande è la flessibilità di un materiale, dato che al decrescere del raggio di curvatura, aumenta la curvatura.
Le fibre ottiche sono sensibili agli stress, in particolare proprio al bending, in quanto la luce non viene più completamente guidata nel core e una parte si perde per accoppiamento nel cladding: questo fenomeno è chiaramente visibile in condizioni di laboratorio alimentando una fibra con luce laser e poi piegandola in modo eccessivo. Il bend radius minimo è quindi di grande importanza per le fibre, ed è variabile, dipendendo da come un cavo è stato costruito, e in parte è anche funzione dello stress tensile, come quando si avvolge un cavo attorno a un qualche elemento quando è in tensione. Di regola i costruttori devono specificare il bend radius minimo che garanti che di restare in limiti di sicurezza. Piegare una fibra ottica, o meglio un cavo in fibra ottica, determina una “bend loss” (perdita da piegamento), da intendersi come diminuzione della capacità della fibra di propagare il segnale ottico, ed è possibile avere fenomeni di tipo micro e macro.
Un micro-bending determina un’attenuazione del segnale luminoso indotta da deformazioni della fibra, anche microscopiche e anche conseguenti difetti di fabbricazione, mentre un macrobending causa la fuoriscita di luce attraverso il cladding, fenomeno da riferirsi a piegature eccessive, spesso dovute a maldestre tecniche di installazione.
In merito al bend radius le normative e le raccomandazioni di settore danno precisi riferimenti numerici. La ITU G.657 specifica due classi di BI SMF (Bend Insensitive Single Mode Fiber) patch cable o patch cord, cioè di quei cavi usati per collegamenti e instradamento dei segnali: G.657 A e G.657 B. Il bend radius minimo di cavi G.657.A1 è 10 mm, che diventa 7,5 mm per cavi G.657.A2. e G.657.B1, fino ai 5 mm dei G.657.B2. Per una normale fibra single mode standard il valore è usualmente di 30 mm, per cui la differenza in prestazioni delle BI SMF come flessibilità è notevole.
