BRPI0318516B1 - cabo de fibra óptica - Google Patents

Abstract

"cabo de fibra optica é descrito um cabo de fibra óptica possuindo um diâmetro altamente reduzido. o cabo compreende: um elemento de resistência central (2); um número de tubos (3) contendo fibras ópticas (4) arranjadas livremente, cada tubo (3) tendo uma espessura, cada fibra óptica possuindo um revestimento; e um invólucro externo (6), onde o coeficiente de preenchimento de fibras ópticas em pelo menos um tubo livre é <242>45%; os tubos compreendem um material possuindo um módulo de elasticidade <242>700 mpa; e as fibras ópticas são fibras ms-r possuindo uma sensibilidade a microcurvatura <243>4,0 db.km^ -1^/g.mm^ -1^ em uma faixa de temperatura de cerca de -30<198> c a +60<198> c a cerca de 1550 nm.

Description

“CABO DE FIBRA ÓPTICA” A presente invenção relaciona-se a cabos ópticos de telecomunicação e, em particular, relaciona-se a um cabo óptico de telecomunicação possuindo um diâmetro altamente reduzido, que é particularmente adequado para ser instalado em condutos por um “método de sopro”.

Redes de acesso e troncos de telecomunicação feitos de fios de cobre estão sendo substituídos por redes de fibras ópticas tendo em vista suas grandes capacidades de largura de faixa. Como a substituição é submetida às requisições do cliente final efetivo e é algo dispendioso para um provedor de telecomunicação, alguns provedores costumam arranjar uma rede feita somente de condutos plásticos vazios e instalar os cabos de fibras ópticas nos condutos somente quando requisições próprias dos clientes tenham sido recebidas. Em áreas metropolitanas, onde o espaço disponível é usualmente restrito, cabos de diâmetro reduzido com uma potencialidade óptica média ou alta (em termos do número de fibras) é requerida para os enlaces de rede principais. Um cabo óptico usual para enlaces de rede principais é geralmente requisitado a ter um número de fibras não menor que 48, tipicamente 72.

Uma técnica adequada para instalar estes cabos ópticos nos condutos é o “método de sopro”: o cabo de fibra óptica é impelido ao longo do conduto por arrasto de fluido de um meio gasoso, preferivelmente ar, soprado ao longo do conduto na direção desejada de avanço do cabo. Métodos de sopro são considerados proveitosos para instalar cabos em rotas longas e curtas devido ao custo mais baixo, tempo curto e baixa tração no cabo. Várias características afetam os desempenhos de sopro de um cabo. Tais características compreendem: diâmetro interno do duto, “tortuosidade” do caminho de instalação e características de cabo (incluindo dimensões, rigidez mecânica e peso do cabo).

As estruturas do cabo empregadas principalmente para instalação soprada em condutos para formar enlaces de rede principais são o Multi Tubo Livre (MLT), Fita em Núcleo Ranhurado (RISC) e o Tubo Livre Central (CLT). Por sua vez, cabos CLT podem ser do tipo “feixe de fibra” ou do tipo “micro módulo”.

Um cabo MLT típico compreende: um elemento resistente central possuindo uma rigidez compressiva que é efetiva para inibir a contração substancial do cabo e uma rigidez por tração que contribui parcialmente ou totalmente para suportar cargas de tração sem transferir substancialmente as cargas de tração para as fibras ópticas cabeadas; um número de tubos arranjado em tomo do elemento resistente central e contendo fibras ópticas livremente colocadas; uma camada de reforço mecânico, por exemplo, fio feito de vidro ou de um material de aramida arranjado em tomo dos tubos. Se necessário, para suportar a carga de tração do cabo; e um revestimento externo protetor. Os tubos contendo as fibras ópticas são tipicamente trançados em tomo do elemento resistente central de acordo com um hélice unidirecional ou bidirecional (SZ).

Um cabo RISC típico inclui um núcleo termoplástico cilíndrico extmsado em tomo de um elemento resistente central e possuindo diversas fendas helicoidais em sua superfície exterior. Cada fenda abriga uma pilha de tiras de fibras ópticas cada uma possuindo um arranjo planar de fibras ópticas nela. O núcleo ranhurado é rodeado por camadas de reforço mecânico e revestimento externo conforme descrito para cabos MLT.

Um cabo CLT típico compreende: um tubo de núcleo contendo fibras ópticas, um revestimento plástico que envolve o tubo de núcleo e um par de hastes de resistência dielétricas, diametralmente opostas, estendendo-se linearmente, que estão pelo menos parcialmente embutidas no revestimento. As hastes de resistência têm a mesma função que o elemento de resistência descrito acima para o cabo MLT. A maioria dos cabos terrestres existentes potencialmente médios ou altos em termos de número de fibras, não são otimizados para serem instalados por sopro em tubos miniaturizados e não permitem explorar a totalidade das vantagens técnicas e econômicas do método de instalação de cabo soprado.

Então, o Requerente percebeu uma necessidade de prover cabos ópticos leves e de diâmetro altamente reduzido para serem proveitosamente instalados em dutos de diâmetro realmente pequeno, por um método de instalação por sopro. O Requerente focalizou em cabos MLT como objetivo principal para reduzir o diâmetro deste. M. G. Soltis et al., “Next Generation Loose Tube Cables: Reduce The Size, Not The Performance”, Proceedings of the 49th International Wire & Cable Symposium, páginas 155-163, discute várias considerações de projeto e diferentes etapas de desenvolvimento que conduzem a uma família de cabo de tubo livre de tamanho reduzido com desempenho comparável aos projetos maiores. Até onde se sabe sobre tubos contendo fibras, somente problemas relacionados a EFL (excesso de extração de fibra) e tamanho tem sido equacionados. Finalmente, um cabo óptico tendo as características seguintes foi apresentado: número de fibras ópticas: 72; número de tubos: 6; fibras por tubo: 12; diâmetro do cabo: 10,7 mm; e densidade de fibra 0,81 fibras/mm . De acordo com o Requerente, um cabo similar é inadequado para instalação através de técnicas de sopro em infra-estrutura de tubo miniaturizado, adequado para áreas metropolitanas. P. Gillard, et al., “Optimization Of Loose Tube Cable Designs: The Next Step”, International Wire & Cable Symposium Proceedings 1998, páginas 106-111, descreve como reduzir o tamanho do cabo e custos de instalação do cabo, ambos para cabos MLT e CLT. Os projetos de cabo otimizado, de acordo com este artigo são: cabo MLT: número de fibras: 60; diâmetro de cabo: 8,2 mm. cabo CLT: número de fibras: 72; diâmetro de cabo: 7,92 mm.

Os diâmetro de cabo nominal conduzem a uma densidade de fibra cabeada de aproximadamente 1,15 a 1,47 fibras/mm2. No cabo, de acordo com P. Gaillard et al., o diâmetro externo do tubo é similar a tamanhos existentes, enquanto o revestimento do cabo foi reduzido tanto quanto possível. Então, P. Gaillard et al. não descrevem nem sugerem aumentar a densidade de fibra nos tubos livres.

Na tentativa de reduzir as dimensões de cabos MLT, o Requerente considerou a possibilidade de reduzir o diâmetro dos cabos livres. O Requerente realizou alguns testes e observou que cabos MLT, quando o diâmetro do cabo livre é reduzido, estão submetidos a um número de problemas incluindo os dois seguintes. Primeiro, reduzindo o diâmetro do tubo livre, o espaço para as fibras ópticas é correspondentemente reduzido. Em outras palavras, a distância de fibra a fibra se toma menor e a distância de fibra para tubo se toma também menor. Segundo, usando tubos livres tendo um diâmetro reduzido com relação aos tubos padrão, resulta em margens de segurança de Janela Livre de Esforço (SFW) reduzidas. Neste conceito, deveria ser levado em conta que tipicamente o processo de colocar as fibras em tubos permite obter um valor EFL nominal com uma tolerância mínima de ± 0,05% e que esta tolerância EFL é considerada crítica (grande demais) pelo Requerente, no sentido de realizar cabos MLT altamente miniaturizados com desempenhos de transmissão estáveis e regulares. O Requerente concluiu que a redução do tamanho do tubo livre resulta em problemas de microcurvaturas, resultando por sua vez em atenuações mais altas dos sinais transmitidos. O Requerente conduziu vários testes e conclui que um cabo óptico MLT altamente miniaturizado pode ser obtido reduzindo o diâmetro da haste central, o diâmetro externo de tubos livres juntamente com sua espessura, e ambos diâmetro e espessura do revestimento externo. Enquanto tais reduções do diâmetro total do cabo e diâmetros de tubo livre resulta em densidades de fibras mais altas, o Requerente verificou que os efeitos negativos causados pela densidade de fibra aumentada dentro dos tubos livres podem ser eliminados, ou pelo menos atenuados, provendo fibras ópticas possuindo uma sensibilidade a microcurvaturas < 4,0 dB.knTVg.mm'1 em uma faixa de temperatura de cerca de -30°C a mais 60°C a 1550 nm e tubos compreendendo um material possuindo um módulo de elasticidade >700 MPa.

De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção provê um cabo de fibra óptica compreendendo: um elemento de resistência central; um número de tubos contendo fibras ópticas; e um revestimento externo protetor; onde o coeficientes de preenchimento de fibras ópticas em pelo menos um tubo livre é > 45%; os tubos compreendem um material tendo um módulo de elasticidade > 700 MPa; e as fibras ópticas possuem uma sensibilidade a microcurvaturas < 4,0 dB.kniVg.mm'1 em uma faixa de temperatura de cerca de -30°C a mais 60°C a cerca de 1550 nm.

Preferivelmente, as fibras ópticas são livremente arranjadas ou semi livremente arranjadas.

Tipicamente, as fibras ópticas são de modo único, SM, ou de modo único reduzido, SM-R.

Mais preferivelmente, os tubos compreendem um material possuindo um módulo de elasticidade > 800 MPa, ainda mais preferivelmente > 1000 MPa.

Preferivelmente, as fibras ópticas compreendem uma camada de revestimento interno de um material possuindo um módulo elástico mais baixo que cerca de 200 MPa quando medido a -30°C e mais baixo que cerca de 2 MPa quando medido em uma temperatura de cerca de +20°C a +60°C.

Mais preferivelmente, as fibras ópticas compreendem uma camada de revestimento interno de um material possuindo um módulo elástico mais baixo que cerca de 80 MPa quando medido a cerca de -30°C, ainda mais preferivelmente quando cerca de 20 e 60 MPa.

Preferivelmente, as fibras ópticas compreendem uma camada de revestimento externo de massa colorida.

Preferivelmente, o coeficiente de preenchimento de fibras ópticas e pelo menos um tubo livre é > 50%.

Preferivelmente, os tubos são feitos de um material selecionado do grupo consistindo de polibutilenteroftalato, politeno de alta densidade, politeno de densidade média e politeno de baixa densidade.

Preferivelmente, os tubos possuem um diâmetro interno < cerca de 1,25 mm, mais preferivelmente < cerca de 1,20 mm.

Preferivelmente, o diâmetro externo das fibras ópticas coloridas é de cerca de 0,245 mm.

Preferivelmente, o diâmetro do cabo externo é < cerca de 7,0 mm, mais preferivelmente < cerca de 6,0 mm com um número de fibras ópticas >72.

Preferivelmente, o revestimento externo é feito de um material selecionado do grupo consistindo de: Poliamida 12, politeno de alta densidade, politeno de densidade média e politeno de baixa densidade, ainda mais preferivelmente este é feito de um composto de Poliamida 12 carregado de grafite. A presente invenção tomar-se-á plenamente clara após a leitura da seguinte descrição detalhada, e fazendo referência aos desenhos anexos, nos quais: Figura 1 mostra uma seção transversal de um cabo óptico de acordo com a presente invenção;

Figura 2 mostra uma seção transversal aumentada de uma fibra óptica usada no cabo da Figura 1; e Figura 3 mostra uma seção transversal aumentada de uma fibra óptica que pode ser mais proveitosamente usada no cabo da Figura 1.

Com referência à Figura 1, um cabo multi tubo livre (MLT) 1 compreende: um elemento de resistência central 2; um número de tubos 3 arranjados em tomo do elemento de resistência central 2 e fibras ópticas colocadas livremente em invólucro 4; uma camada de reforço mecânico 5 (se necessário para suportar carga de tração do cabo) por exemplo, um fio feito de vidro ou de um material de aramida, arranjado em tomo dos tubos; e um invólucro externo 6 rodeando a camada de reforço.

Os tubos 3 contendo as fibras ópticas 4 são tipicamente trançados em tomo de uma haste central 2 de acordo com um hélice unidirecional ou bidirecional (SZ). Os tubos trançados 3 e a haste central 2 contidos entre eles definem um assim chamado “núcleo de tubo trançado”. Preferivelmente, os tubos 3 são preenchidos de uma geléia 7 ou similar. Altemativamente, o tubo 3 pode ser preenchido por agentes higro-expansivos, tais como pós ou filamentos. Similarmente, os interstícios entre a haste central 2, tubos 3 e invólucro externo 6 são preenchidos de agentes higro-expansivos 8 tais como pós ou filamentos, e pelo menos um fio higro-expansivo 10 pode ser arranjado em tomo da haste central 2 ou em tomo do feixe de tubos 3. Finalmente, preferivelmente uma ou duas cordas de rasgar 9 são providas.

Como se tomará claro, o cabo 1 de acordo com a presente invenção, à vista de seu tamanho reduzido extremo, pode ser definido como um cabo de “tubo semi livre” ao invés de um cabo de “tubo livre”. O Requerente realizou um número de teste, começando de um cabo óptico MLT comparativo de um tipo conhecido que é descrito na seguinte Tabela 1, com o objetivo de reduzir o tamanho tanto quanto possível e tomar o cabo adequado para instalação soprada. Este cabo será identificado como “primeiro cabo comparativo”. O primeiro cabo comparativo inclui 72 fibras igualmente distribuídas em seis tubos 3: SFW, Janela Livre de Esforço (SFWtot = SFWtração + SF\Vcompressão)? representa a quantidade máxima de variação de extração longitudinal do eixo do cabo (devido a ambas contração/expansão térmica e extração mecânica) que não submete as fibras de cabo a condições de esforço (tração no caso de elongação do cabo, deformação no caso de contração do cabo). A SFW total é função da geometria do cabo; a repartição da SFW total em SFWtração e SFWCOmpressão é uma função da EFL (Extração de Excesso de Fibra). Dentro do valor máximo de tal variação de extração longitudinal (SFW), as fibras ópticas cabeadas não são congruentes com a estrutura do cabo: mantendo sua estrutura de hélice, as fibras estão livres para se mover, principalmente em uma direção radial. O movimento das fibras será na direção do eixo neutro do cabo no caso de elongação do cabo e na direção oposta no caso de compressão do cabo.

Para as finalidades da presente invenção, os “coeficientes de preenchimento de um tubo livre” é a relação da área total de todas as fibras ópticas formando o feixe de fibras, versus a área interna de uma seção transversal de um tubo livre. Por sua vez, a área total de todas as fibras ópticas formando um feixe de fibra é a área de uma única fibra óptica multiplicada pelo número de fibras no feixe.

Para as finalidades da presente invenção, a “densidade de fibra dentro de um tubo livre” é a relação do número de fibras em um feixe versus a área interna de uma seção transversal de um tubo livre.

Finalmente, para as finalidades da presente invenção, a “densidade de fibra dentro de um cabo” é a relação do número de fibras ópticas cabeadas versus a área de seção transversal do cabo. O primeiro cabo comparativo foi provido de fibras ópticas típicas, identificadas como fibras ópticas “tipo A” (ou simplesmente fibras “A”) na parte restante desta descrição. Com referência à Figura 2, a fibra A compreende uma porção de vidro central 4C definida por um núcleo de vidro e uma cobertura de vidro, uma camada de revestimento suave interna 4B rodeando a porção de vidro 4C e uma camada de revestimento mais dura externa 4S provendo resistência contra forças radiais. A fibra 4 também compreende uma camada de tinta 41 sobre a camada externa 4S.

As fibras “A” compreendem um núcleo de vidro de um diâmetro de cerca de 0,125 mm, uma camada de revestimento primário tendo um diâmetro de cerca de 0,190 mm e uma camada de revestimento secundário tendo um diâmetro de cerca de 0,245 mm. A fibra “A” usada no primeiro cabo comparativo foi colorida com tinta no sentido de ser identificada no cabo de acordo com um sistema de código de cor específico: o diâmetro da fibra colorida de tinta é cerca de 0,255 mm. A Tabela 2 seguinte relata o módulo elástico das camadas de revestimento interno e externo da fibra “A” a diferentes temperaturas. ** O módulo elástico do revestimento de camada externa não foi medido a -30°C, porque o módulo elástico de acrilatos atinge um valor de patamar em cerca de 0°C e tal valor não muda significativamente sensivelmente a temperaturas mais baixas.

Embora o primeiro cabo óptico comparativo descrito acima tenha mostrado uma estrutura muito forte e uma ampla faixa de operação de temperatura, não é adequado para ser instalado por métodos de sopro dentro de tubos miniaturizados, devido a seu grande diâmetro.

Para a finalidade da presente invenção, por “temperatura de operação” é considerada a faixa de temperatura onde o cabo, após ser submetido a um teste de ciclo térmico realizado de acordo com o padrão IEC 60794-1-2 “Especificação Básica Genérica de Procedimento de Teste de Cabo Óptico” e a um teste de maturação realizado de acordo com as “Exigências Genéricas para Fibra Óptica e Cabo de Fibra Óptica” da Bellcore GR-20-CORE, o que mostra uma variação de atenuação máxima Aamax < 0,05 dB/km a 1550 nm. O Requerente considerou portanto um cabo óptico de tamanho reduzido (resumidamente, “segundo cabo comparativo) cujas características são listadas na Tabela 3 a seguir. O segundo cabo comparativo foi equipado, como o primeiro cabo comparativo, com 72 fibras “A” igualmente distribuídas entre seis tubos 3. O cabo óptico de tamanho reduzido (segundo comparativo) foi obtido reduzindo: o diâmetro da haste central, o diâmetro e espessura do tubo livre e a espessura do invólucro.

Através de tais reduções, o diâmetro total do cabo foi reduzido de cerca de 35% (de 10,7 mm a 7,9 mm). O invólucro do cabo de tamanho reduzido foi feito de HDPE para melhores desempenhos de atrito com o conduto de instalação. A densidade de fibra dentro de os tubos livres e o cabo total resulta em margens de segurança de projeto mais baixas com respeito ao primeiro cabo comparativo: o cabo dielétrico obtido não mostra atenuação aceitável em toda a faixa de temperatura de -40°C a +70°C. Então, uma redução progressiva do diâmetro do cabo resultou em uma correspondente redução dos desempenhos de transmissão e em uma restrição de temperatura de operação correspondente.

As inconveniências e limitações acima foram confirmadas por testes adicionais realizados pelo Requerente através de um cabo óptico de diâmetro altamente reduzido (em resumo, “terceiro cabo comparativo”) cujas características estão listadas na Tabela 4 a seguir. O terceiro cabo comparativo também foi equipado com fibras “A”.

Com respeito ao segundo cabo comparativo, o terceiro cabo comparativo (cabo óptico de tamanho altamente reduzido) foi obtido reduzindo adicionalmente: o diâmetro da haste central, o diâmetro e espessura do tubo livre e a espessura do invólucro. Através de tais reduções, o diâmetro total do cabo foi reduzido para 6,00 mm, a saber foi reduzido de cerca de 45% (de 10,7 mm a 6,0 mm) com respeito ao primeiro cabo comparativo e de cerca de 25% (de 7,9 mm a 6,0 mm) com respeito ao segundo cabo comparativo. O invólucro de tamanho reduzido foi feito de Poliamida 12 ao invés de LDPE ou HDPE no sentido de miniaturizar adicionalmente o diâmetro do cabo usando um revestimento possuindo propriedades mecânicas equivalentes, com respeito ao revestimento HDPE do segundo cabo comparativo.

Para um cabo óptico de tamanho altamente reduzido similar, o Requerente verificou que a estrutura do cabo não é mais capaz de prover o grau pleno de liberdade para evitar interferências mútuas das fibras e contato forçado das fibras com as paredes do tubo livre, então mudanças de extração longitudinal do cabo resultam no aumento de atenuação devido ao efeito de microcurvatura devido à pressão de contato. A situação é também pior e se toma ainda mais crítica porque não é mais possível prever durante a etapa de projeto do cabo, as margens de segurança de SFWtraÇã0 e SFWCOmpressão levando em conta a variabilidade do processo de fabricação do cabo. Em particular, deveria ser feita referência à etapa de introduzir as fibras ópticas dentro de um tubo e ao controle da EFL (Extração de Fibra Extra). No melhor dos casos, os valores EFL são espalhados em uma faixa de ± 0,05% com respeito ao valor nominal e este espalhamento é considerado pelo Requerente grande demais, no sentido de assumir a exeqüibilidade do cabo MTL miniaturizado com propriedades de transmissão regulares. Brevemente, um cabo MLT tendo um diâmetro altamente reduzido mas feito de acordo com o conhecimento da técnica anterior é caracterizado por desempenhos de transmissão versus temperatura que não são adequados para aplicações de telecomunicação externa. O Requerente observou que características melhoradas de transmissão podem ser obtidas empregando fibras ópticas 4, conforme mostrado na Figura 3, providas de pelo menos duas camadas de revestimento como a fibra da Figura 2, mas não compreendendo uma camada de tinta e portanto tendo um diâmetro reduzido. A camada externa de revestimento 4S é colorida em massa para prover a distinção de cor requerida entre as fibras. Vantajosamente, o módulo elástico da camada de revestimento interna a baixas temperaturas (cerca de -30°C) é mais baixo que cerca de 200 MPa, preferivelmente abaixo de cerca de 100 MPa, mais preferivelmente abaixo de cerca de 80 MPa e ainda mais preferivelmente entre cerca de 30 e 60 MPa. Esta fibra será posteriormente referida como fibra “B”. O módulo elástico como uma função da temperatura dos materiais de revestimento que poderíam ser proveitosamente usados de acordo com a presente invenção é relatado na Tabela 5 a seguir. ** O módulo elástico do revestimento de camada externa não foi medido a -30°C, porque o módulo elástico de acrilatos atinge tipicamente um valor de patamar em cerca de 0°C e tal valor não muda sensivelmente a temperaturas mais baixas.

Deveria ser notado que a fibra “B” possui uma camada de revestimento interno de um diâmetro de cerca de 0,190 mm que é muito mais suave que a camada de revestimento interno da fibra “A” (especialmente a baixas temperaturas) e uma camada de revestimento externo que é muito mais dura que a camada de revestimento externo da fibra “A”. Em particular, o módulo elástico do revestimento acrílico interno das fibras “B” é de cerca de seis vezes mais baixo que o revestimento acrílico interno das fibras “A” a -30°C. Ainda mais, a fibra “B” é revestida de uma camada de revestimento colorido externa e não requer ser colorida com tinta antes do cabeamento: o diâmetro externo da fibra efetivo é cerca de 0,245 mm (com respeito ao diâmetro externo nominal de 0,255 mm da fibra “A” colorida com tinta). Em qualquer caso, a pequena redução do diâmetro externo da fibra não é considerada significativa pelo Requerente no sentido de alcançar o objetivo final da presente invenção. O Requerente mediu a sensibilidade a microcurvatura de ambas as fibras “A” e “B” através de um aparelho de teste EDM (Método de Tambor Expansível) que será descrito abaixo. Os resultados de tal teste foram reportados na Tabela 6 a seguir.

Da Tabela acima, toma-se aparente que as fibras “A” e “B” diferem principalmente uma da outra devido a seu comportamento a baixas temperaturas. Em particular, na faixa de temperatura de +20°C a +60°C, a sensibilidade a microcurvatura da fibra “B” é quase equivalente à da fibra “A”. Ao contrário, a sensibilidade a microcurvatura da fibra “B” a -30°C é muito mais baixa que a da fibra “A” na mesma temperatura. O Requerente realizou testes adicionais, substituindo fibras ópticas genéricas “A” por fibras “B” no primeiro, segundo e terceiro cabos comparativos.

Em um primeiro teste, as fibras ópticas “A” do primeiro cabo comparativo foram substituídas por fibras ópticas do tipo “B”. Enquanto o primeiro cabo óptico comparativo com fibras “A” já havia mostrado bons desempenhos em uma ampla faixa de temperatura (de -40°C a +70°C), o Requerente observou que o emprego de fibras “B” resulta em desempenhos melhores e mais estáveis, excedendo as exigências para operação usual.

Em um segundo teste, as fibras ópticas “A” do segundo cabo óptico comparativo foram substituídas por fibras ópticas do tipo “B”. O

Requerente observou que o uso de fibras do tipo “B” íesulta num cabo tendo desempenhos estáveis em uma faixa de temperatura mais ampla, a saber de -30°C a +60°C.

Finalmente, em um terceiro teste, as fibras ópticas “A” do terceiro cabo óptico comparativo foram substituídas por fibras ópticas do tipo “B”. O Requerente observou que o uso de fibras do tipo “B” resulta em um cabo apresentando desempenhos estáveis em uma faixa de temperatura mais ampla e plenamente aceitável, a saber de -20°C a +60°C. Esta faixa faz uso da estrutura de cabo praticável para a maioria das aplicações metropolitanas.

As características da estrutura de uma realizações preferida de cabo óptico de acordo com a presente invenção são listadas na seguinte Tabela 7. O Requerente verificou também que resultados mais consistentes e regulares em termo de desempenhos de transmissão são obtidos quando fibras ópticas do tipo “B”, com MAC mais baixo são usadas. O MAC é referido como o diâmetro do campo de módulo MFD dividido por um comprimento de onda de corte para uma fibra de modo único. De acordo com o Requerente, o MAC deveria ser < 8,5, preferivelmente < 8,0 e mais preferivelmente < 7,8 a 1310 nm, com o valor correspondente a 1550 nm sendo cerca de 8,59.

Até onde se refere o terceiro cabo, este preferivelmente compreende um fio higro-expansível, enrolado com passo longo em tomo da haste central. Seis tubos livres 3 são trançados SZ em tomo da haste central, com um passo de trançado médio de cerca de 60 mm (por exemplo 8 voltas “Z” e 8 voltas “S” ou 6 voltas “Z” e seis voltas “S”). Os tubos livres 3 são preferivelmente limitados por duas fitas de polipropileno tendo uma espessura de cerca de 0,05 mm e uma largura de cerca de 2,5 mm aplicada em uma forma de hélice de fio duplo. Doze fibras ópticas SM-R são livremente arranjadas dentro de cada tubo. As fibras são coloridas em massa e possuem um diâmetro de 245 ±10 pm. Durante a etapa de introduzir um feixe de fibra dentro de um tubo, as fibras são trançadas SZ no sentido de equalizar a extração desta. Preferivelmente, o invólucro externo compreende composto de Poliamida 12 carregado com grafite. O composto é preferivelmente fabricado pela Chemie EMS SA e é denotado pela marca registrada “Grilamid L20LF” como uma alternativa, o invólucro externo podería ser feito de HDPE, MDPE ou LDPE, possivelmente tratado com uma solução de água baseada em grafite para melhores desempenhos de atrito. O Requerente verificou que também o material dos tubos abrigando livremente as fibras ópticas possui uma alta relevância para obter um cabo de bom desempenho de acordo com a presente invenção. Vantajosamente, tais tubos deveríam possuir um módulo de elasticidade E > 700 MPa, preferivelmente > 800 MPa e ainda mais preferivelmente > 1000 MPa, no sentido de assegurar proteção mecânica às fibras das forças externas radial e longitudinal.

De acordo com uma realização preferida, os tubos compreendem PBT (polibutilenteraftalato) e o módulo de elasticidade é cerca de 2000 MPa. De acordo com uma realização adicional, os tubos compreendem composto de HDPE (Politeno de Alta Densidade) ou MDPE (Politeno de Densidade Média) caracterizado por um módulo de elasticidade > cerca de 700 MPa.

Uma extração de 3000 m do cabo de tamanho altamente reduzido (terceiro cabo) provido de fibras “B” foi submetida a um teste de temperatura em uma faixa entre -20°C a +60°C, e posteriormente a um teste de maturação a quente (sete dias a 85°C). O teste de maturação a quente foi seguido por um teste de ciclo de temperatura adicional realizado na mesma faixa de temperatura anterior. A extração do cabo mostrou uma atenuação estável e regular a 1550 nm. Todas as fibras cabeadas mostraram aumento de atenuação máximo Aamax < 0,05 dB/km. O mesmo cabo foi continuamente soprado a uma velocidade média de 18 m/min (a velocidade máxima sendo 36 m/min) em um conduto de politeno possuindo um diâmetro interno de 8 mm (o diâmetro externo sendo 10 mm) para uma extração maior que 2000 m, empregando equipamento de instalação da Plumentaz SA. A instalação foi plenamente bem sucedida.

Conforme dito acima em conexão com a Tabela 6, o Requerente testou as fibras “A” e “B” quanto a sensibilidade a microcurvatura por um aparelho do Método de Tambor Expansível. Tal aparelho é descrito em G. Grasso et al., “Microbending effects in single mode optical cables”, International Wire & Cable Symposium Proceedings 1988, páginas 722-731 que é aqui incorporado como uma referência. Os efeitos de microcurvatura nas fibras ópticas foram caracterizados usando um carretei expansível. Este carretei metálico de 300 mm foi revestido por um material áspero especial (3M Imperial® PSA - Graduação 40 pm). Sua dimensão radial pode ser variada por meio de um dispositivo acionado por motor. Este dispositivo é conectado a um computador pessoal que controla também um sistema de medição óptica composto de um aparelho para medição de atenuação espectral e um teste montado para medição de esforço da fibra pela técnica de deslocamento de fase. O teste foi realizado enrolando com tração zero uma longa extração de fibra (cerca de 500 m) no carretei e expandindo-a enquanto é monitorada a perda de transmissão da fibra versus onda e esforço da fibra. A pressão linear na fibra é calculada a partir da elongação da fibra medida ε sendo p = (EA) s/R onde (EA) é a rigidez tênsil da fibra e R o raio do carretei. A partir destas medições, perdas de microcurvatura com uma função do comprimento de onda e pressão linear são obtidas. Durante a expansão do tambor, a amostra de fibra foi medida por variações da potência de transmissão óptica em um certo comprimento de onda, preferivelmente 1550 nm, e elongação geométrica. Finalmente, levando em conta a elongação da fibra geométrica e a rigidez tênsil da fibra, a sensibilidade a microcurvatura versus pressão lateral é calculada. Tal sensibilidade é dada pela razão de variação de atenuação (Δα dB/km) versus a variação de pressão de contato correspondente contra a superfície de expansão (Δρ g/mm). As medições foram efetuadas a +20°C, -30°C e +60°C representando temperaturas de operação padrão de cabos ópticos. Os resultados são reportados na Tabela 6. A vista dos resultados favoráveis que foram obtidos na fibra “B”, o Requerente derivou que um cabo de acordo com a presente invenção deveria empregar fibras SM-R tendo uma sensibilidade a microcurvatura igual ou mais baixa que 4,0 dB.kiriVg.mnT1 quando medido por um aparelho de tambor expansível na faixa de temperatura de -30°C a +60°C.

Como é sabido que a sensibilidade a microcurvatura das fibras ópticas SM-R depende primariamente das propriedades tísicas do revestimento e secundariamente do número MAC: devido às quais todas as medições de microcurvatura tem que ser normalizadas em um número MAC de referência no sentido de comparar adequadamente desempenhos de fibra com diferentes sistemas de revestimento. Conforme previamente estabelecido, o valor MAC é referido como o diâmetro de modo de campo MFD dividido por um comprimento de onda de corte. Quanto mais baixo o MAC, mais baixa a sensibilidade a microcurvatura. O número MAC de referência aqui considerado para fibras SM-R é 8,59 a 1550 nm.

Foi então mostrado um novo cabo óptico de telecomunicação que preenche todos os objetivos e vantagens buscados para ele. Muitas mudanças, modificações, variações e outros usos e aplicações da invenção tomar-se-ão entretanto, aparentes àqueles especialistas na técnica, após considerar a especificação dos desenhos que a acompanham, que descrevem realizações preferidas destas. Todas estas mudanças, modificações, variações e outros usos e aplicações que não se afastam do escopo da invenção são considerados como sendo cobertos pela invenção, que é limitada somente pelas reivindicações que se seguem.

REIVINDICAÇÕES

Claims (17)

1. Cabo de fibra óptica (1) compreendendo: - um elemento de resistência central (2); - um número de tubos (3) contendo fibras ópticas (4); e - um invólucro externo (6); caracterizado pelo fato de que - o coeficiente de preenchimento de fibras ópticas em pelo menos um tubo livre é > 45%; - os tubos (3) compreendem um material possuindo um módulo de elasticidade > 700 MPa; e - as fibras ópticas (4) possuem uma sensibilidade a microcurvatura < 4,0 dB.krriVg.mm'1 em uma faixa de temperatura de cerca de -30°C a +60°C a cerca de 1550 nm.

2. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras ópticas (4) são de modo único, SM, ou fibras SM-R reduzidas de modo único.

3. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os tubos (3) compreendem um material possuindo um módulo de elasticidade > 800 MPa.

4. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os tubos (3) compreendem um material possuindo um módulo de elasticidade > 1000 MPa.

5. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com qualquer das reivindicações 1-4, caracterizado pelo fato de que as fibras ópticas (4) compreendem uma camada de revestimento interno (4P) de um material possuindo um módulo elástico mais baixo que cerca de 200 MPa quando medido a -30°C e mais baixo que cerca de 2 MPa quando medido a uma temperatura de cerca de +20°C a +60°C.

6. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as fibras ópticas (4) compreendem uma camada de revestimento interno (4P) de um material possuindo um módulo elástico mais baixo que cerca de 80 MPa quando medido a cerca de -30°C.

7. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as fibras ópticas (4) compreendem uma camada de revestimento interno (4P) de um material possuindo um módulo elástico entre cerca de 20 e 60 MPa quando medido a cerca de -30°C.

8. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com qualquer das reivindicações 1-7, caracterizado pelo fato de que as fibras ópticas (4) compreendem uma camada de revestimento externo colorida por massa (4S).

9. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com qualquer das reivindicações 1-8, caracterizado pelo fato de que o coeficiente de preenchimento de fibras ópticas em pelo menos um tubo livre é > 50%.

10. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com qualquer das reivindicações 1-9, caracterizado pelo fato de que os tubos (3) são feitos de um material selecionado do grupo consistindo de polibutilenteroftalato, politeno de alta densidade, politeno de densidade média e politeno de baixa densidade.

11. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com qualquer das reivindicações 1-10, caracterizado pelo fato de que os tubos (S) possuem um diâmetro interno < cerca de 1,25 mm.

12. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com qualquer das t reivindicações 1-10, caracterizado pelo fato de que os tubos (3) possuem um diâmetro interno < cerca de 1,20 mm.

13. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com qualquer das reivindicações 1-12, caracterizado pelo fato de que o diâmetro externo de fibras ópticas coloridas é cerca de 0,245 mm.

14. ' Cabo de fibra óptica (1) de acordo com qualquer das reivindicações 1-13, caracterizado pelo fato de que o diâmetro do cabo externo é < cerca de 7,0 mm com um número de fibras ópticas > 72.

15. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com qualquer das reivindicações 1-13, caracterizado pelo fato de que o diâmetro do cabo externo é < cerca de 6,0 mm com um número de fibras ópticas > 72.

16. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com qualquer das reivindicações 1-15, caracterizado pelo fato de que o invólucro externo (6) é feito de um material selecionado do grupo consistindo de: Poliamida 12, politeno de alta densidade, politeno de densidade média e politeno de baixa densidade.

17. Cabo de fibra óptica (1) de acordo com qualquer das reivindicações 1-15, caracterizado pelo fato de que o invólucro externo (6) é feito de um composto de Poliamida 12 carregado de grafite.