Fibre ottiche MM

Leggendo diverse pubblicazioni si evince che il test di attenuazione eseguito mediante metodo di Inserzione (sorgente + ricevitore) sulle fibre ottiche MM andrebbe eseguito con opportune tecniche di “lancio condizionato” mediante l’impiego di mandrino e di 5 avvolgimenti completi della bretella di lancio lato sorgente. Questo per eliminare o ridurre gli effetti delle perdite transitorie nei modi di ordine superiore che potrebbero falsare la misura e la sua ripetibilità. Perché avviene ciò? Quali sono i fenomeni ottici trasmissivi che stanno dietro a queste affermazioni? Perché il diametro nominale del mandrino da impiegare diminuisce con l’aumentare del diametro del core della fibra cioè passando da 50/125 a 62,5/125? Perché ci sono differenze tra il diametro raccomandato dallo Standard EIA/TIA  rispetto a quello previsto dall’ISO/IEC? Perchè vengono specificati esattamente 5 avvolgimenti?

I raggi luminosi si propagano nella fibra solo se incidono la superficie di separazione tra core e cladding con un angolo superiore all’angolo limite, quell’angolo, cioè, che scatena il fenomeno della riflessione totale interna. I modi di propagazione di ordine superiori, sono quelli caratterizzati da un angolo uguale o molto vicino all’angolo critico, quindi le condizioni per la loro propagazione dipendono moltissimo dalle condizioni del cavo ottico, un raggio che incide la superficie tra core e cladding con un angolo molto prossimo all’angolo critico, è un cosiddetto “raggio debole” perché si propaga, per esempio se il cavo è perfettamente diritto mentre sfuggirà nel cladding se il cavo dovesse subire una anche modesta curvatura per poi riprendere a propagarsi nel momento in cui il cavo dovesse riprendere la posizione originale. Si noti che non stiamo parlando di pieghe oltre il limite consentito dalla fibra, ma di quei movimenti del cavo (e delle bretelle) del tutto naturali ed inevitabili in qualsiasi impianto. I modi di propagazione di ordine superiore tendono a sparire per motivi che non sono legati alle caratteristiche di attenuazione della fibra e quindi, se fanno parte dell’energia luminosa utilizzata per il test, potrebbero far sovrastimare l’attenuazione reale. Questa sovrastima è, generalmente, molto contenuta e non ha creato problemi significativi in passato, oggi però che occorre eseguire misure di attenuazione con limiti molto stretti, la precisione richiesta non è compatibile con questa variazione, che è bene eliminare. La tecnica che si adopera è quella di filtrare subito (vicino alla sorgente di luce) i modi di propagazione di ordine più elevato in modo da trasmettere l’energia luminosa esclusivamente sui modi più interni, quelli meno sensibili alle curve, alle pieghe ed altri caratteristiche del circuito. Per far ciò si utilizza un rocchetto di diametro opportuno che impone alla fibra una serie di curve con raggio tale da eliminare immediatamente i modi indesiderati. Eliminando i modi di propagazione di ordine superiore, l’effetto del mandrel può essere paragonato a quello che si otterrebbe utilizzando una fibra caratterizzata da apertura numerica inferiore.

Ricordiamo che l’apertura numerica è un parametro che indica l’apertura del cono di accettazione ed il suo valore è legato esclusivamente al valore degli indici di rifrazione del core e del cladding, in particolare è:

NA=(n12-n22)1/2 dove n1 è l’indice di rifrazione del core e n2 è quello del cladding.

Il diametro del mandrel è calcolato ed è diverso per fibra da 50 o per fibra da 62,5: il motivo è da ricercarsi proprio nel diverso grado di NA delle due fibre. Le fibre da 50 sono state introdotte per aumentare le prestazioni della fibra MM, riducendo la dispersione modale. Questo obiettivo è stato raggiunto diminuendo il diametro del core, operazione che limita il numero di modi di propagazione e modificando il rapporto tra gli indici di rifrazione per diminuire l’apertura numerica. Il valore di NA per una fibra da 50 è circa 0,200, il corrispondente valore per una fibra da 62,5 è circa 0,275.

In particolare, una NA minore significa che è stata ridotta la differenza tra n1 e n2 e questo significa ancora condizioni di propagazione più critiche, in altre parole, occorre un raggio di curvatura meno accentuato per eliminare i modi di ordine superiore, i cosiddetti “raggi deboli”, quindi un mandrel con diametro maggiore.

Da notare che per le fibre monomodali dove la differenza tra i due indici di rifrazione è molto piccola (per garantire la monomodalità), il diametro del rocchetto, che in qualche caso si utilizza per eliminare i modi residui (di secondo ordine), è ancora maggiore.

Il diametro del mandrel e il numero di spire da compiere per essere sicuri di aver eliminato i modi indesiderati, in ogni caso, non è critico; per quanto riguarda il numero di spire si parla di almeno 3-5 spire e anche i valori del diametro del rocchetto potrebbero variare in un campo relativamente ampio. Gli standard però devono garantire condizioni di utilizzo uniformi, pertanto definiscono dei valori molto precisi per i due parametri, valori che garantiscono il risultato voluto in ogni condizione (worst case), e quindi 5 spire su un ben definito diametro. La differenza tra il valore del diametro del rocchetto per le fibre da 50 tra ISO e TIA rientra nelle differenze tra questi standard, differenze presenti in molti altri campi: purtroppo, anche se si sta facendo un grande sforzo per armonizzare quanto possibile le due normative. Su questo punto in particolare, comunque, da molto tempo c’è una sostanziale convergenza verso i valori indicati da TIA; sono queste le dimensioni, infatti, che si utilizzano universalmente, sia che si misuri il link secondo lo standard internazionale che se lo si faccia secondo i dettami dello standard USA.

2017-10-09T16:20:22+00:00