Di quali materiali sono fatti i cavi in ​​fibra ottica? Una guida completa livello per livello

Cavi in fibra ottica sono costituiti da diversi materiali progettati con precisione che lavorano insieme: un nucleo in vetro o plastica di silice ultrapura che trasporta segnali luminosi, uno strato di rivestimento in vetro o polimero che riflette la luce nel nucleo, uno o più strati di rivestimento protettivo di polimero acrilato polimerizzato con UV e una struttura esterna del cavo composta da elementi di rinforzo, tubi tampone e una guaina in polietilene o PVC. Ciascun materiale viene scelto per specifiche proprietà ottiche, meccaniche e ambientali che, insieme, determinano le prestazioni, la durata e l'idoneità del cavo a diversi ambienti di installazione.

Comprensione di quali materiali sono fatti i cavi in fibra ottica è essenziale per gli ingegneri che specificano l'infrastruttura di rete, i tecnici che gestiscono e giuntano i cavi e i responsabili degli approvvigionamenti che confrontano i tipi di cavi per la distribuzione a lungo raggio, per data center o all'aperto. Questa guida tratta ogni livello e materiale in dettaglio, con dati sulle prestazioni, confronti e indicazioni pratiche sulla selezione.

Il nucleo: alternative al vetro di silice ultrapuro e alla plastica

Il nucleo è l'elemento centrale che guida la luce di un cavo in fibra ottica ed è il componente otticamente più critico dell'intera struttura. Nella fibra standard per telecomunicazioni, il nucleo è costituito da vetro di silice fuso di altissima purezza (biossido di silicio, SiO2) con un livello di purezza superiore al 99,9999% - molto più puro del vetro delle finestre o delle lenti ottiche utilizzate in altre applicazioni.

Nucleo in vetro di silice: lo standard del settore

Il vetro di silice è il materiale principale dominante perché offre l'attenuazione ottica (perdita di segnale) più bassa possibile attraverso le lunghezze d'onda utilizzate nelle telecomunicazioni. L'attenuazione minima teorica della fibra di vetro di silice è di circa 0,148 dB/km alla lunghezza d'onda di 1550 nm, un limite fisico noto come limite di diffusione di Rayleigh. La fibra monomodale commerciale raggiunge valori di attenuazione di 0,18–0,20 dB/km a 1550 nm in produzione, avvicinandosi a questo minimo teorico.

Per creare la differenza di indice di rifrazione necessaria per guidare la luce, il nucleo di silice è drogato con piccole quantità di biossido di germanio (GeO2), tipicamente a concentrazioni del 3–10% in moli. Il drogaggio del germanio aumenta l'indice di rifrazione del nucleo al di sopra di quello del rivestimento circostante, creando la condizione di riflessione interna totale che intrappola e guida la luce lungo l'asse della fibra. Altri droganti utilizzati nelle fibre specializzate includono il pentossido di fosforo (P2O5) e l'ossido di alluminio (Al2O3) per la modellatura del profilo dell'indice di rifrazione specifico.

Differenze nel diametro del nucleo: modalità singola e multimodale

La dimensione fisica del nucleo di vetro varia in modo significativo tra i due principali tipi di fibra:

• Fibra monomodale (SMF): Diametro del nucleo di 8-10 micrometri. Il nucleo estremamente piccolo consente la propagazione di una sola modalità di luce, eliminando la dispersione modale e consentendo distanze di trasmissione di 40 km o più tra i punti di amplificazione nelle reti di telecomunicazioni.
• Fibra multimodale (MMF) — OM1/OM2: Diametro del nucleo di 62,5 micrometri (OM1) o 50 micrometri (OM2). Il nucleo più grande consente a più modalità di luce di propagarsi simultaneamente, limitando la larghezza di banda tramite la dispersione modale ma rendendo l'allineamento e la connessione più facili e meno costosi.
• Fibra multimodale (MMF) — OM3/OM4/OM5: Diametro del nucleo di 50 micrometri con un profilo dell'indice di rifrazione a indice graduato ottimizzato che compensa parzialmente la dispersione modale, consentendo velocità dati di 100 Gbps su distanze fino a 100 metri (OM4) per applicazioni di data center.

Materiale del nucleo in fibra ottica di plastica (POF).

Per applicazioni a breve distanza e a basso costo, fibra ottica plastica utilizza un nucleo in polimetilmetacrilato (PMMA), lo stesso vetro acrilico utilizzato nei pannelli e nelle finestre trasparenti. Il POF con nucleo in PMMA ha un'attenuazione molto più elevata (tipicamente 150–200 dB/km a 650 nm) rispetto alla fibra di silice, limitando le distanze di trasmissione utili a circa 50–100 metri. Tuttavia, l'ampio nucleo della fibra PMMA (tipicamente 980 micrometri in un diametro totale di 1.000 micrometri) e la flessibilità la rendono pratica per reti di infotainment automobilistiche, illuminazione domestica e applicazioni di sensori industriali in cui la fragilità della fibra di silice e il nucleo piccolo presentano difficoltà di allineamento e gestione.

La fibra plastica con nucleo in polimero perfluorurato (polimero PF), a volte chiamata fibra ottica plastica a indice graduale (GI-POF), raggiunge un'attenuazione significativamente inferiore di circa 10-50 dB/km e una larghezza di banda più elevata, colmando il divario prestazionale tra POF standard e fibra di silice per applicazioni di rete locali fino a 300 metri.

Il Rivestimento: Vetro che guida la luce per totale riflessione interna

Il rivestimento è lo strato di vetro o plastica che circonda il nucleo ed è il secondo materiale più critico dal punto di vista ottico in a cavo in fibra ottica . La sua unica funzione ottica è quella di avere un indice di rifrazione leggermente inferiore rispetto al nucleo, in modo che la luce che colpisce il confine nucleo-rivestimento ad angoli maggiori dell'angolo critico subisca una riflessione interna totale e venga guidata lungo la fibra anziché fuoriuscire nel materiale circostante.

Rivestimento in silice pura

Nella maggior parte delle fibre per telecomunicazioni monomodali e multimodali standard, il rivestimento è costituito da vetro di silice puro (non drogato) con un indice di rifrazione di circa 1,444 a 1550 nm. Il nucleo drogato con germanio ha un indice di rifrazione leggermente più alto di circa 1,447–1,452 a seconda della concentrazione del drogante, creando la differenza dell'indice di rifrazione (delta) dello 0,2–0,35% che definisce l'apertura numerica della fibra e l'angolo di accettazione della luce.

Il diametro esterno standard del rivestimento per la fibra per telecomunicazioni è esattamente di 125 micrometri, uno standard globale mantenuto con una tolleranza dimensionale di più o meno 1 micrometro. Questo diametro standardizzato consente di giuntare insieme e collegare in modo affidabile fibre di diversi produttori utilizzando connettori e apparecchiature di giunzione standard del settore.

Rivestimento drogato con fluoro

Alcuni modelli di fibra, in particolare la fibra monomodale con rivestimento depresso utilizzata in applicazioni a dispersione spostata, utilizzano silice drogata con fluoro per il rivestimento interno. Il drogaggio con fluoro abbassa l'indice di rifrazione della silice al di sotto di quello del vetro puro, consentendo la progettazione di profili di indice di rifrazione complessi (come il profilo a W o le strutture assistite da trincea) che migliorano le prestazioni di perdita di piegatura, eliminano modalità di ordine superiore indesiderate e riducono la dispersione. Il rivestimento drogato con fluoro si trova nella fibra insensibile alla piegatura (standard ITU-T G.657) utilizzata nelle installazioni Fiber-to-the-home (FTTH) dove curve strette attorno agli angoli e in piccoli condotti sono inevitabili.

Il rivestimento: strati di polimero acrilato polimerizzato ai raggi UV

Immediatamente attorno al rivestimento in vetro da 125 micrometri è presente un rivestimento polimerico a doppio strato applicato durante il processo di trafilatura della fibra: il primo strato protettivo che la fibra riceve dopo essere stata estratta dalla preforma. Questo rivestimento costituisce la protezione meccanica primaria della fibra di vetro e non ha alcuna funzione ottica.

Rivestimento primario: strato interno morbido

Il rivestimento primario è un polimero acrilato morbido, a basso modulo, polimerizzato con raggi UV, applicato direttamente sulla superficie del vetro con un diametro esterno di circa 190-200 micrometri. Il suo basso modulo di Young (tipicamente 0,5–1,0 MPa) gli consente di attutire il vetro dallo stress da micropiegatura: minuscole deformazioni causate da irregolarità superficiali o pressione laterale sulla fibra che altrimenti aumenterebbero l'attenuazione. Il rivestimento primario protegge inoltre la superficie incontaminata del vetro dall'umidità, che darebbe inizio alla fessurazione da tensocorrosione (chiamata anche fatica statica) che indebolisce progressivamente la fibra di silice nel tempo.

Rivestimento secondario: strato esterno duro

Il rivestimento secondario (esterno) è un polimero acrilato polimerizzato con UV più duro e a modulo più elevato applicato sul rivestimento primario, portando il diametro totale della fibra rivestita allo standard 245-250 micrometri. La sua maggiore rigidità (modulo tipicamente 50–100 MPa) resiste all'abrasione, ai danni da manipolazione e alle forze radiali che altrimenti comprimerebbero il rivestimento primario morbido e indurrebbero perdite da microflessione. Il rivestimento secondario è inoltre pigmentato con coloranti stabili ai raggi UV per l'identificazione delle fibre: i 12 colori standard dello standard di codifica a colori TIA-598 utilizzato nei cavi a nastro e multifibra.

Materiali di rivestimento speciali per ambienti difficili

• Rivestimento in poliimmide: Per applicazioni ad alta temperatura fino a 300°C (come il rilevamento di pozzi petroliferi e il settore aerospaziale), i rivestimenti standard in acrilato vengono sostituiti da rivestimenti in poliimmide (PI) applicati in strati sottili di 5–7 micrometri per strato. La fibra rivestita in poliimmide ha un diametro esterno di soli 155 micrometri, consentendo un imballaggio più stretto negli strumenti per il fondo pozzo e nei fasci di cavi degli aerei.
• Rivestimento ermetico in carbonio: Uno strato di carbonio amorfo ultrasottile (0,02–0,05 micrometri) depositato sulla superficie del vetro prima del rivestimento in acrilato fornisce una barriera completa contro l'umidità per ambienti ricchi di idrogeno come cavi sottomarini e alcune applicazioni di rilevamento chimico. La fibra carbonio-ermetica mostra una perdita di idrogeno dovuta all’invecchiamento inferiore a 0,01 dB/km dopo 25 anni di servizio sottomarino.
• Rivestimento Ormocer (ceramica modificata organicamente): Un rivestimento polimerico ibrido organico-inorganico che offre una resistenza alle radiazioni superiore per impianti nucleari e sistemi in fibra ottica spaziali, dove i rivestimenti convenzionali in acrilato si degradano rapidamente sotto l'esposizione a radiazioni ionizzanti.
• Rivestimenti esterni a basso contenuto di fumi e zero alogeni (LSZH): Per gli stack di nastri in fibra utilizzati nei data center e nelle applicazioni plenum indoor, vengono utilizzati materiali a matrice di acrilato conformi a LSZH che producono una quantità minima di fumo tossico e nessun composto alogeno quando esposti al fuoco.

Confronto tra i materiali del nucleo del cavo in fibra ottica: vetro di silice e plastica

Il vetro di silice e la plastica sono le due scelte fondamentali dei materiali di base per i cavi in fibra ottica. La tabella seguente confronta le loro prestazioni in base ai più importanti criteri ottici, meccanici e applicativi.

Tabella 1: Confronto tra i materiali dell'anima in vetro di silice e plastica utilizzati nei cavi in fibra ottica in base a otto criteri di prestazione e applicazione.

Materiali della struttura del cavo: elementi di rinforzo, tubi tampone e rivestimenti

Oltre alla fibra stessa, la struttura esterna del cavo comprende diversi strati di materiale aggiuntivi che proteggono la delicata fibra di vetro da stress meccanici, umidità, roditori, schiacciamento e degrado UV durante l'installazione e per tutta la durata di progettazione del cavo di 20-25 anni. Ogni componente strutturale è realizzato con materiali scelti per specifiche proprietà protettive.

Membri di forza: fibra aramidica, fibra di vetro e acciaio

Gli elementi di rinforzo sopportano il carico di trazione applicato al cavo durante l'installazione e i cicli di temperatura in servizio, proteggendo la fibra ottica dallo stiramento (che aumenta l'attenuazione e può causare rotture). I tre principali materiali di resistenza utilizzati in cavo in fibra ottica construction sono:

• Filato di fibra aramidica (tipo Kevlar): L'elemento di rinforzo più utilizzato nei cavi per interni e patch cord. La fibra aramidica ha una resistenza alla trazione di circa 3.600 MPa e un modulo di Young di 70–125 GPa: circa cinque volte più resistente dell'acciaio a parità di peso. I cavi patch standard contengono filato aramidico da 150–300 denari; i cavi di distribuzione utilizzano stoppini più pesanti da 1.420–2.840 denari. L'aramide non è conduttiva (importante per l'isolamento elettrico) e presenta una bassa espansione termica, mantenendo la fibra insensibile alle variazioni di temperatura.
• Asta in plastica rinforzata con fibra di vetro (FRP): Un'asta centrale in FRP (tipicamente 0,5–3 mm di diametro) viene utilizzata come elemento di rinforzo centrale nei cavi esterni a tubo sciolto. L'FRP offre un'elevata resistenza alla compressione (a differenza dell'aramide, che si deforma sotto compressione), rendendolo adatto per cavi che devono resistere a forze di schiacciamento in installazioni interrate o in condotte. Le barre in FRP hanno una resistenza alla trazione di 1.000–1.500 MPa e, come l'aramide, non sono conduttive.
• Filo d'acciaio e nastro d'acciaio: Gli elementi di rinforzo in acciaio vengono utilizzati nei cavi aerei autoportanti (modelli ADSS e figura 8), nei cavi armati per l'interramento diretto e nei cavi sottomarini. L'acciaio offre la massima capacità di carico di trazione (un filo di acciaio da 6 mm può sostenere carichi di trazione superiori a 20 kN), ma aggiunge peso e richiede collegamento elettrico e messa a terra nelle installazioni vicino alle linee elettriche. L'acciaio zincato o l'acciaio inossidabile vengono utilizzati a seconda dei requisiti di esposizione alla corrosione.

Tubi tampone: PBT, PVDF e polipropilene

I tubi buffer sono strutture cilindriche cave che contengono e proteggono le singole fibre ottiche o i nastri di fibre all'interno del cavo. Svolgono due funzioni: proteggere le fibre dalla pressione laterale e fornire un cuscinetto di espansione termica controllata che impedisce alle fibre di essere messe in tensione durante il restringimento a freddo del cavo. I materiali più comuni dei tubi tampone sono:

• Polibutilene tereftalato (PBT): Il materiale standard del settore per i tubi buffer a tubo sciolto nei cavi per esterni. Il PBT offre un'eccellente stabilità dimensionale a tutte le temperature (da -40 a 70°C), basso assorbimento di umidità (meno dello 0,1%), buona resistenza chimica e uno spessore della parete di 0,3–0,6 mm che fornisce una significativa resistenza allo schiacciamento. I tubi PBT sono generalmente riempiti con un gel blocca-acqua (gel idrocarburico tissotropico) o un nastro blocca-acqua asciutto per impedire l'ingresso di umidità.
• PVDF (fluoruro di polivinilidene): Utilizzato nella costruzione a buffer stretto per cavi interni e ambienti chimici difficili. Il PVDF offre una resistenza superiore ai raggi UV, alla fiamma e a un'ampia gamma di sostanze chimiche, rendendolo adatto al cablaggio di locali industriali e alle installazioni interne con classificazione plenum. I rivestimenti a tampone stretto in PVDF vengono applicati a un diametro esterno di 900 micrometri direttamente sopra la fibra rivestita da 250 micrometri.
• Polipropilene (PP): Un'alternativa a basso costo al PBT per alcune applicazioni di cavi di distribuzione a breve distanza, in particolare nei progetti ibridi interni-esterni. Il PP ha una stabilità dimensionale leggermente inferiore rispetto al PBT a temperature elevate, ma offre un'eccellente resistenza chimica e buone caratteristiche di lavorazione per la produzione di cavi ad alta velocità.

Materiali per bloccare l'acqua: gel, nastro e polvere

L'ingresso di acqua è una delle cause principali di guasto dei cavi in fibra ottica nelle installazioni interrate e interrate. Vengono utilizzati tre approcci al blocco dell'acqua, ciascuno con sistemi di materiali distinti:

• Gel di riempimento di idrocarburi: Il tradizionale blocco dell'acqua nei cavi loose-tube utilizza un gel tixotropico a base di petrolio che riempie il tubo tampone e gli interstizi tra i tubi. Il gel rimane sufficientemente fluido da consentire il movimento delle fibre all'interno del tubo ma sufficientemente viscoso da impedire la migrazione dell'acqua. I cavi riempiti di gel richiedono procedure speciali di pulizia del gel durante la giunzione e la terminazione.
• Nastro e filato in polimero superassorbente (SAP): I cavi a secco bloccati dall'acqua utilizzano nastri o filati rivestiti in SAP che si gonfiano rapidamente a contatto con l'acqua (assorbendo fino a 400 volte il proprio peso), bloccando la migrazione dell'acqua senza l'accumulo di gel di petrolio. Il blocco dell'acqua basato su SAP ora domina i nuovi progetti di cavi grazie alla maggiore maneggevolezza e alle preferenze ambientali rispetto al gel di petrolio.
• Polvere di SAP in provette tampone: Alcuni progetti di cavi incorporano polvere SAP spolverata all'interno dei tubi tampone come meccanismo principale di blocco dell'acqua, ottenendo la leggerezza della costruzione a blocchi asciutti con una produzione più semplice rispetto all'avvolgimento con nastro SAP.

Strati dell'armatura: acciaio ondulato, alluminio e polietilene

I cavi in fibra ottica armati includono strati di armatura metallica o dielettrica tra il nucleo e il rivestimento esterno per resistere allo schiacciamento, all'attacco dei roditori e all'impatto meccanico. I tre tipi principali di armature sono:

• Armatura in nastro di acciaio ondulato (CST): Un nastro di acciaio ondulato applicato longitudinalmente (tipicamente di 0,15–0,25 mm di spessore) legato a un rivestimento interno in polietilene. L'armatura CST offre un'eccellente resistenza allo schiacciamento (tipicamente valutata a 3.000–4.000 N/100 mm) e resistenza ai roditori per cavi interrati direttamente in aree con nota attività di roditori.
• Nastro in alluminio ondulato: Utilizzato nei cavi sottomarini e in alcuni cavi interrati dove il peso inferiore dell'alluminio rispetto all'acciaio è vantaggioso. L'alluminio è anche più resistente alla corrosione negli ambienti di acqua salata.
• Armatura interconnessa: I fili di acciaio zincato avvolti elicoidalmente attorno al cavo forniscono un'armatura flessibile per cavi montanti interni ed esterni che richiedono resistenza ai roditori e flessibilità di installazione attorno alle curve.

Materiali del rivestimento esterno: polietilene, PVC, LSZH e PVDF

La giacca esterna è la prima linea di difesa contro danni fisici, radiazioni UV, umidità, sostanze chimiche e temperature estreme. La scelta del materiale del rivestimento ha implicazioni significative per la sicurezza antincendio, la conformità ambientale, la facilità di installazione e la durata a lungo termine.

Tabella 2: Confronto dei materiali del rivestimento esterno utilizzati nei cavi in fibra ottica in termini di resistenza ai raggi UV, classificazione della fiamma, intervallo di temperature, tossicità del fumo e ambiente di installazione tipico.

Come viene prodotta la fibra di vetro: il processo di preforma e trafilatura

Comprensione what cavo in fibra otticas are made of è incompleto senza comprendere come viene prodotto il vetro di silice ultrapuro, un processo notevole quanto le prestazioni ottiche della fibra.

Fabbricazione di preforme

La fibra ottica inizia come una preforma di vetro – una barra solida di silice ultrapura lunga circa 1 metro e 80-160 mm di diametro – che contiene la struttura dell’indice di rifrazione del rivestimento del nucleo su larga scala. Il processo di fabbricazione delle preforme più utilizzato è la deposizione chimica in fase vapore modificata (MCVD), in cui i vapori di tetracloruro di silicio (SiCl4) e tetracloruro di germanio (GeCl4) vengono ossidati all'interno di un tubo di silice rotante a 1.500–1.900 °C, depositando strati successivi di fuliggine di vetro drogata e non drogata. Outside Vapor Deposition (OVD) e Vapor Axial Deposition (VAD) sono processi alternativi utilizzati da diversi produttori per ottenere tassi di deposizione più elevati e dimensioni delle preforme più grandi.

Disegno della fibra

La preforma viene alimentata verticalmente in un forno di trafilatura dove la punta viene riscaldata a circa 2.000°C (appena sotto il punto di rammollimento della silice) e una fibra sottile viene tirata verso il basso a una velocità di 10-25 metri al secondo. Quando la fibra esce dal forno e si raffredda, passa attraverso camere di polimerizzazione UV che applicano e polimerizzano il rivestimento di acrilato a doppio strato, quindi su un tamburo di avvolgimento. L'intero processo, dalla punta della preforma alla fibra rivestita, avviene in un'atmosfera controllata con precisione per prevenire la contaminazione della superficie che ridurrebbe la resistenza della fibra. La resistenza alla trazione della fibra trafilata viene continuamente testata in linea a sollecitazioni pari all'1% di deformazione (circa 0,7 GPa) per garantire una resistenza alla rottura minima nel cavo finito.

Domande frequenti sui materiali dei cavi in fibra ottica

Q1: Il cavo in fibra ottica è in vetro o plastica?

La maggior parte dei cavi in ​​fibra ottica per telecomunicazioni e reti dati sono realizzati con un nucleo e un rivestimento in vetro di silice. La fibra ottica plastica (POF) esiste e utilizza un nucleo in PMMA o polimero perfluorurato, ma rappresenta una piccola frazione della fibra installata a livello globale, principalmente in applicazioni automobilistiche, decorative e di sensori a breve distanza. Quando le persone si riferiscono al "cavo in fibra ottica" in un contesto di rete o infrastruttura Internet, quasi sempre intendono la fibra di silice con nucleo di vetro.

D2: Perché per i cavi in ​​fibra ottica viene utilizzato il vetro di silice anziché altri materiali?

Il vetro di silice viene utilizzato perché raggiunge l'attenuazione ottica più bassa di qualsiasi materiale alle lunghezze d'onda utilizzate nelle telecomunicazioni (1310 nm e 1550 nm). La sua attenuazione di 0,18–0,20 dB/km consente ai segnali di percorrere 40 km o più senza amplificazione. Nessun altro materiale solido trasparente si avvicina a queste prestazioni a queste lunghezze d'onda. La silice ha anche un'eccellente stabilità chimica, non è igroscopica, può essere trasformata in fibre estremamente uniformi e le sue proprietà ottiche sono ben comprese dopo decenni di ricerca e produzione commerciale.

Q3: Cosa c'è all'interno della guaina protettiva di un cavo in fibra ottica?

All'interno del rivestimento esterno di un tipico cavo in fibra ottica per esterni a tubo sciolto, troverai: un'asta centrale in FRP o acciaio, più tubi tampone PBT codificati a colori (ciascuno contenente 6-12 fibre ottiche codificate a colori in gel blocca-acqua o circondato da nastro SAP), filato di fibra aramidica o elementi aggiuntivi di rinforzo in filo di acciaio avvolti attorno al fascio tubiero e, nelle versioni armate, un nastro di acciaio ondulato tra il fascio tubiero e il rivestimento esterno. I cavi tight buffer per interni hanno una costruzione più semplice: ogni fibra ha uno strato tight buffer in PVDF o nylon da 900 micrometri direttamente sopra il rivestimento da 250 micrometri, con elementi di resistenza in filato aramidico sotto il rivestimento esterno.

Q4: Quanto è puro il vetro in un cavo in fibra ottica?

Il vetro di silice contenuto in un cavo in fibra ottica per telecomunicazioni è tra i materiali più puri prodotti commercialmente. Il contenuto totale di impurità metalliche è inferiore a 1 parte per miliardo (ppb) per i metalli di transizione come ferro, rame e cromo, elementi che assorbono la luce alle lunghezze d’onda delle telecomunicazioni e aumenterebbero notevolmente l’attenuazione. Questo livello di purezza, superiore al 99,9999% di SiO2, è ottenuto attraverso il processo di deposizione chimica da fase vapore, che costruisce il vetro da precursori gassosi ultra puri (SiCl4 con purezza superiore al 99,9999%) anziché da quarzo naturale che contiene inevitabili contaminazioni minerali in tracce.

D5: I cavi in ​​fibra ottica possono resistere alle condizioni atmosferiche esterne?

Sì, i cavi in ​​fibra ottica per esterni sono progettati specificatamente per sopravvivere 20-25 anni di esposizione a radiazioni UV, variazioni di temperatura, umidità, carico di vento e, in alcuni casi, roditori o schiacciamenti. I cavi rivestiti in HDPE nero contengono nerofumo (2–3% in peso) che assorbe la radiazione UV e previene la degradazione della catena polimerica che causerebbe fragilità e fessurazioni nel tempo. La struttura a tubo sciolto riempito di gel o bloccato a secco impedisce all'umidità di raggiungere la fibra di vetro, poiché l'ingresso di acqua combinato con lo stress meccanico accelera la fatica da corrosione da stress nella silice. I cavi installati in posizione aerea devono resistere anche al carico di ghiaccio e alla fatica dovuta alle vibrazioni indotte dal vento: requisiti affrontati da un'adeguata progettazione dell'abbassamento del cavo e dal dimensionamento degli elementi di resistenza.

Q6: Qual è la differenza tra i materiali della giacca LSZH e PVC?

I rivestimenti in PVC (cloruro di polivinile) sono ignifughi e a basso costo, ma rilasciano gas di acido cloridrico (HCl) e denso fumo nero quando bruciati: tossici e corrosivi in ​​spazi ristretti come data center, tunnel di transito o edifici occupati. Le giacche LSZH (Low Smoke Zero Halogen) sono formulate da polimeri privi di alogeni (tipicamente composti poliolefinici con ritardanti di fiamma a base minerale come il triidrato di alluminio) che, se esposti al fuoco, producono fumo minimo e nessun gas di acido alogenico. Gli standard europei sui cavi (EN 50575) e molti codici edilizi nazionali ora richiedono cavi LSZH negli edifici pubblici, nelle infrastrutture di trasporto e negli ambienti dei data center densamente popolati. I cavi LSZH costano in genere il 15-30% in più rispetto ai cavi equivalenti rivestiti in PVC.

D7: Il materiale del rivestimento del cavo in fibra ottica influisce sulle prestazioni di trasmissione del segnale?

Il materiale del rivestimento in sé non ha alcun effetto diretto sulla trasmissione della luce attraverso la fibra, poiché la luce viaggia solo all'interno del nucleo e del rivestimento di vetro. Tuttavia, il materiale della guaina influisce indirettamente sulle prestazioni ottiche in due modi: in primo luogo, i materiali della guaina più rigidi impongono maggiori forze laterali sul fascio di fibre, causando potenzialmente aumenti di attenuazione indotti da microflessioni se i design del tubo buffer o del rivestimento della fibra non sono ottimizzati; in secondo luogo, i materiali del rivestimento con scarsa stabilità dimensionale a temperature estreme (in particolare materiali che si restringono significativamente alle basse temperature) possono sottoporre la fibra a stress di compressione o trazione se il design del cavo non fornisce un adeguato pressacavo. I cavi ben progettati che utilizzano materiali di rivestimento standard mantengono le prestazioni di attenuazione specificate nell'intero intervallo di temperature operative nominali.

Conclusione: perché la selezione del materiale definisce le prestazioni del cavo in fibra ottica

La risposta a di quali materiali sono fatti i cavi in fibra ottica rivela un sofisticato sistema di ingegneria strato per strato in cui ogni materiale viene scelto con precisione: silice ultrapura drogata con germanio per un nucleo che guida la luce con perdita minima, rivestimento di silice non drogata o drogata con fluoro che crea il limite di riflessione interna totale, rivestimenti in acrilato polimerizzato con UV a doppio strato che proteggono il vetro da microflessioni e umidità e una struttura del cavo esterno di elementi di rinforzo in aramide o FRP, tubi buffer PBT, materiali SAP bloccanti l'acqua, armatura in acciaio opzionale, e un composto del rivestimento adatto alla sicurezza antincendio, alla resistenza ai raggi UV, all'intervallo di temperature e ai requisiti ambientali dell'implementazione.

Ogni strato di materiale gioca un ruolo insostituibile. Il guasto di un singolo componente (una rottura del diaframma nel rivestimento, l'ingresso di acqua attraverso una guaina compromessa o il degrado UV di una guaina esterna non protetta) può compromettere le prestazioni o la durata di un intero collegamento via cavo. Per progettisti di rete, installatori e ingegneri degli approvvigionamenti, comprensione dei materiali che compongono cavo in fibra otticas è la base per prendere decisioni corrette sulle specifiche per l'intera gamma di applicazioni di telecomunicazioni, data center, industriali e speciali.