ITTO990217A1 - Procedimento per la giunzione permanente di fibre con punti di transizione vetrosa fortemente differenti. - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"Procedimento per la giunzione permanente di fibre con punti di transizione vetrosa fortemente differenti"

La presente invenzione si riferisce ai componenti per reti di telecomunicazioni ottiche, e più in particolare riguarda un procedimento per la giunzione di fibre ottiche ad elevato punto di fusione, quali in particolare le convenzionali fibre in silice drogate con GeO2, con fibre a basso punto di transizione vetrosa, quali ad esempio fibre a base di fluoruri o calcogenuri o fibre in vetri tellurati.

il problema di realizzare giunti permanenti tra fibre ottiche con temperature di transizione vetrosa molto diverse tra loro si pone per esempio nella realizzazione degli amplificatori ottici in fibra, utilizzati sempre più diffusamente nelle reti di comunicazione ottica per compensare l'attenuazione dei segnali.

Gli amplificatori ottici in fibra fanno impiego di fibre ottiche drogate con ioni di terre rare, in particolare ioni Pr<3+ >per amplificatori operanti a lunghezze d’onda comprese nella cosiddetta "seconda finestra di trasmissione", intorno a 1,3 μm , e ioni Er<3+ >per amplificatori operanti a lunghezze d’onda comprese nella terza finestra di trasmissione, intorno a 1,55 μm . Queste fibre ottiche drogate con ioni di terre rare sono comunemente note come "fibre attive".

In certi tipi di amplificatori queste fibre sono realizzate utilizzando vetri basati su materiali diversi dalla silice, quali p. es. fibre a base di alogenuri (in particolare fluoruri) o a base di calcogenuri o ancora fibre in vetri tellurati, a base di ossido di tellurio). In effetti, i vetri a base di alogenuri (i vetri fluorurati) e di calcogenuri sono gli unici che presentano fluorescenza quando drogati con ioni Pr<3+ >e possono quindi essere utilizzati per realizzare amplificatori operanti nella seconda finestra, consentendo così di sfruttare la regione di dispersione sostanzialmente nulla delle fibre ottiche in silice convenzionalmente usate per le linee di trasmissione; inoltre, quando drogati con ioni Er<3+ >per l'utilizzazione nella terza finestra, i vetri fluorurati hanno una banda di amplificazione leggermente più larga e più piatta di quella dei vetri in silice e quindi consentono di trasmettere un maggior numero di canali senza problemi di equalizzazione dei guadagno. I vetri tellurati drogati con ioni Er<3+ >a loro volta hanno una banda di amplificazione molto più larga di quella dei vetri in silice e dei vetri fluorurati e in più presentano caratteristiche di guadagno più uniformi su tuta la banda di amplificazione. Tuttavia i vetri non a base di silice indicati sopra hanno temperature di transizione vetrosa Tg molto più basse (qualche centinaio di °C) di quelle dei vetri in silice: infatti, per tali vetri Tg varia fra circa 250°C e circa 600°C per i vetri fluorurati o tellurati, a seconda della composizione, mentre per i vetri in silice Tg è dell'ordine di 1800“C. E' evidente perciò che per realizzare giunti permanenti tra le fibre degli amplificatori e quelle delle linee di trasmissione non si può applicare la tecnica di fusione che garantisce una buona qualità e costanza nel tempo delle caratteristiche dei giunti stessi, e occorre ricorrere alla tecnica di giunzione per incollaggio.

In questa tecnica, le estremità degli spezzoni di fibra da collegare sono introdotte in un rispettivo elemento di guida che consenta di realizzarne l’allineamento e sono fissati tra loro con una goccia di collante (tipicamente una resina epossidica), polimerizzare irradiandola dall'esterno con una radiazione adatta. La posizione di allineamento è riconosciuta per il fatto che il segnale trasmesso attraverso i due spezzoni di fibra viene massimizzato. Gli elementi di guida possono essere del tipo convenzionalmente utilizzato per realizzare connettori meccanici, che consentono di mantenere agevolmente la condizione di allineamento durante l'incollaggio.

La tecnica di giunzione per incollaggio e possibili strutture di connettori meccanici utilizzabili anche in tale tecnica sono descritte per esempio nel volume "Fiber Optics Handbook For Engineers and Scientists" a cura di F. C: Allard, si veda in particolare il capitolo 3 "Fiber-optic splices, connectors, and couplers", di P. Morra e E. Vezzoni.

La tecnica nota presenta un duplice inconveniente: in primo luogo la polimerizzazione dall’esterno risulta alquanto disomogenea, a causa dell'impossibilità di un irraggiamento uniforme in tutti i punti della zona interessata dal collante; in secondo luogo la polimerizzazione inizia dall'esterno. Entrambi questi fattori concorrono ail'insorgere di tensioni strutturali. Con il passare del tempo ciò può dare origine a fenomeni di deterioramento della resina anche ad opera delle radiazioni di pompa e di segnale che attraversano il nucleo delle fibre: ne può derivare un indebolimento e una destrutturazione del collante che contribuiscono anch'essi ail'insorgere di tensioni strutturali e possono inoltre dar luogo a uno spostamento delle fibre dalla condizione di allineamento ottimale e quindi a un incremento delle perdite trasmissive del giunto.

Secondo l'invenzione si fornisce invece un metodo di giunzione che garantisce giunzioni con caratteristiche uniformi e stabili nel tempo.

Il metodo secondo l'invenzione è caratterizzato dal fatto che si ottiene la polimerizzazione del collante ad opera di una radiazione trasmessa attraverso il nucleo delle fibre da congiungere. La radiazione sarà generalmente una radiazione UV o nel blu come quelle comunemente usate per la polimerizzazione dall'esterno e sarà generata da un apposita sorgente che, nel caso di realizzazione di giunti tra fibre di un amplificatore ottico, è collegata per il tempo necessario alla polimerizzazione a uno degli spezzoni o codini di fibra che, nell’uso in esercizio dell'amplificatore, portano ad esso la radiazione di pompa o la radiazione da amplificare.

A maggior chiarimento si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la fig. 1 è uno schema di principio di un amplificatore ottico, e

- la fig. 2 mostra un dispositivo adatto per la realizzazione del procedimento.

Nella fig. 1 si è indicato nel suo complesso con 1 un amplificatore in fibra ottica che, come è noto, è costituito da un breve tratto 2 (p. es. qualche metro) di una fibra ottica attiva, cioè una fibra ottica drogata con ioni di terre rare (in particolare ioni Er<3+ >o Pr<3+ >a seconda che si voglia operare nella terza o nella seconda finestra di trasmissione), e dai mezzi per lanciare nella fibra 2 sia un segnale da amplificare sia almeno un segnale di pompa a lunghezza d'onda diversa da quella del segnale da amplificare e per estrarre il segnale amplificato. Il segnale da amplificare viene portato all'amplificatore 1 tramite una prima fibra ottica convenzionale in silice (cioè una fibra drogata con ossido di germanio) 3, mentre il segnale amplificato viene presentato su una seconda fibra ottica convenzionale in silice 4. Il segnale di pompa può essere iniettato a una sola delle due estremità della fibra attiva 2, nello stesso verso di propagazione del segnale da amplificare o in verso opposto (pompaggio codirezionale o controdirezionale) oppure a entrambe le estremità della fibra attiva 2 (pompaggio bidirezionale). Nel disegno si è considerato il caso di pompaggio bidirezionale. Con 5, 6 sono indicati ulteriori tratti di fibra ottica convenzionale che, nell’uso dell 'amplificatore in esercizio, permettono di collegare l'amplificatore 1 alle sorgenti dei segnali di pompa (non rappresentate) e con 7, 8 gli accoppiatori a divisione di lunghezza d'onda che permetono di lanciare nella fibra ativa 2 il segnale da amplificare e il segnale di pompa co-direzionale o rispetivamente di lanciare nella fibra 2 il segnale di pompa contro-direzionale e di estrarre il segnale amplificato.

Gli accoppiatori ottici 7, 8 sono a loro volta muniti di terminazioni in fibra otica convenzionale per il collegamento da un lato alle fibre 3, 6 e dall'altro alla fibra ativa 2. Le terminazioni per il collegamento alla fibra ativa 2 sono indicate con 9, 10. Come detto, quando si vogliono realizzare giunzioni permanenti tra la fibra attiva 2 e le fibre ottiche in silice delle terminazioni 9, 10, quindi tra fibre le cui temperature di transizione vetrosa differiscono di parecchie centinaia di °C, è necessario ricorrere all'incollaggio. I giunti otenuti sono indicati con 11, 12 nel disegno.

Per tale incollaggio l'invenzione prevede che dopo aver deposto sulle estremità affacciate delle fibre da unire alcune gocce di collante, si invii nel nucleo di uno dei tratti di fibra 3, 5 (per la giunzione 11) o 4, 6 (per la giunzione 12) una radiazione UV generata da apposite sorgenti 13, 14, collegate temporaneamente alle fibre interessate, nell'esempio illustrato le fibre 5, 6. E' indifferente l'uso della fibra destinata alla pompa o di quella destinata al segnale. Per questo motivo le sorgenti 13, 14 sono state rappresentate, in linee a trati, anche in associazione alle fibre 3, 4 E' anche possibile, nel caso di un amplificatore con pompaggio bidirezionale come in figura, realizzare simultaneamente le giunzioni 11, 12 ativando simultaneamente le sorgenti 13, 14.

I tempi di polimerizzazione e le potenze da impiegare dipendono dalla particolare resina impiegata. P. es. per la resina commercializzata con il nome di LUXTRAC LCR 200 i tempi possono variare tra qualche decina di secondo e qualche minuto.

La radiazione di polimerizzazione, propagandosi nel nucleo della fibra, arriva in corrispondenza delle gocce di collante provocandone la polimerizzazione a partire dalla zona più interna, affacciata al nucleo delle fibre interessate, in queste condizioni viene fissata per prima la zona del nucleo delle fibre e quindi le disuniformità di polimerizzazione si riducono, riducendo in questo modo le possibili tensioni strutturali. In ogni caso queste si avrebbero in corrispondenza della superficie esterna del mantello della fibra che, nel corso dell'uso, non è irradiata direttamente e pertanto è meno soggetta ad invecchiamento dovuto alla radiazioni che si propagano nella fibra. Pertanto la giunzione sarà stabile con il tempo e l'amplificatore non sarà soggetto ad un aumento delle perdite dovuto a un disallineamento tra le fibre.

Un dispositivo adatto per la realizzazione del procedimento secondo l'invenzione è rappresentato in fig. 2. Le parti terminali delle fibre da unire (p. es. le fibre 2 e 9 di fig. 1) sono inserite in fori assiali 15, 17 di rispettive ferule di connettori 16, 18 dove sono fissate p. es. con un adesivo (non rappresentato), come convenzionale nella tecnica dei connettori e come ampiamente descritto nell'opera citata. Le facce terminali delle ferule sono sagomate in modo da permettere il sostanziale contatto tra le estremità delle fibre. Le ferule 16, 18 sono associate p. es. a micromanipolatori (non rappresentati) che permettono di regolarne la posizione nello spazio tridimensionale, come indicato dal sistema di assi cartesiani sopra le ferule stesse, in modo da determinare il corretto allineamento tra le fibre stesse. A titolo di esempio, nel disegno si è supposto che, per riconoscere tale allineamento, nelle fibre si invii una radiazione, che può essere la stessa successivamente usata per la polimerizzazione, che viene raccolta tramite un opportuno sistema ottico 19 e inviata a un rivelatore 20 collegato a un sistema di misura 21 che permette di analizzare la potenza del segnale ricevuto durante le regolazioni di posizione delle ferule 16, 18. Una volta individuata la posizione delle ferule che corrisponde al massimo della potenza ricevuta dal rivelatore (e quindi la posizione di allineamento ottimo delle fibre), si applica nell'interstizio tra le due ferule il collante 22 e si attiva la sorgente 13 di radiazione di polarizzazione per il tempo necessario.

Chiaramente, con questa disposizione le ferule 16, 18 verranno a far parte integrante delle giunzioni 11, 12 (Fig. 1) e dovranno essere opportunamente fissate a un'opportuna basetta, p. es. la stessa su cui è montato l'insieme dell'amplificatore 1 nell'esempio di applicazione descritto.

E' evidente che quanto descritto è dato unicamente a titolo di esempio non limitativo e che varianti e modifiche sono possibili senza uscire dal campo di protezione dell'invenzione. In particolare, anche se l’invenzione è stata descritta con particolare riferimento alla realizzazione di amplificatori ottici in fibra, è evidente che essa può trovare impiego tutte le volte che si ha la necessità di unire in modo permanente fibre con temperature di transizione vetrosa fortemente diverse.

Claims (6)

1. Rivendicazioni 1. Procedimento per la giunzione permanente tra una prima fibra ottica (2), realizzata in un vetro avente una bassa temperatura di transizione vetrosa, e una seconda fibra ottica (9, 10) realizzata in un vetro avente una temperatura di transizione vetrosa elevata, in cui si applica un collante tra superfici terminali affacciate di detta prima e seconda fibra ottica (2, 9, 10) e su parti terminali delle fibre, adiacenti a dette superfici, e si espone detto collante all'azione di una radiazione di polimerizzazione, caratterizzato dal fatto che detta radiazione di polimerizzazione è una radiazione che si propaga attraverso il nucleo di dette prima e seconda fibra ottica (2, 9, 10), cosicché la polimerizzazione inizia a partire da una zona interna del collante, adiacente al nucleo di detta prima e seconda fibra ottica (2, 9, 10).
2. 2. Procedimento secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che detta prima fibra ottica (2) è una fibra ottica attiva in vetro non a base di silice e detta seconda fibra ottica (9, 10) è una fibra ottica in silice.
3. 3. Procedimento secondo la riv. 2, caratterizzato dal fatto che detta fibra ottica attiva (2) è scelta tra: fibre ottiche a base di alogenuri, fibre ottiche a base di calcogenuri, fibre ottiche in vetro a base di ossido di tellurio.
4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, caratterizzato dal fatto che detta prima e seconda fibra ottica (2, 9, 10) sono rispettivamente la fibra attiva di un amplificatore ottico in fibra (1) e una terminazione in fibra ottica associata a un accoppiatore ottico (7) destinato all’invio nell’amplificatore ottico (1) di un segnale di pompa e di un segnale da amplificare o a un accoppiatore ottico (8) destinato all'invio nell'amplificatore ottico (1) di un segnale di pompa all’estrazione dall'anriplificatore ottico (1) di un segnale amplificato.
5. 5. Procedimento secondo la riv. 4, caratterizzato dai fatto che detta radiazione di polimerizzazione è generata da una sorgente (13, 14) collegata a una ulteriore fibra ottica (3-6) destinata a convogliare a detto accoppiatore (7, 8) il segnale da amplificare o il segnale di pompa o destinata a convogliare all'uscita dell'amplificatore (1) il segnale amplificato.
6. 6. Procedimento secondo la riv. 4 o 5, in cui detto amplificatore ottico (1) è un amplificatore (1) con pompaggio bidirezionale tramite una coppia accoppiatori (7, 8) associati ognuno a un tratto di detta seconda fibra ottica (9, 10), caratterizzato dal fatto che detta radiazione di polimerizzazione è generata da una coppia di sorgenti (13, 14) ciascuna atta a inviare la radiazione in uno di detti tratti di seconda fibra ottica (9, 10) tramite il rispettivo accoppiatore (7, 8).