La Fibra Ottica nel cablaggio strutturato

Componente importantissimo di un cablaggio strutturato è sicuramente il cavo in fibra ottica. Oggi i collegamenti in fibra devono sostenere reti qualificate da velocità e performance operative sempre maggiori e con vincoli tecnici sempre più ferrei. Diventa, quindi, molto importante verificare che i collegamenti in fibra rispettino i limiti imposti dagli standard oggi sempre più severi.

Storia della fibra ottica

…Il principio sul quale si basa la fibra ottica fu dimostrato per la prima volta a Parigi nel 1840 circa.

Il principio della riflessione totale interna venne utilizzato per illuminare le fonti delle fontane pubbliche.

…nella metà del XX secolo lo studio si focalizzò sullo sviluppo di un fascio di fibre che potesse trasmettere delle immagini. Il primo esperimento fu fatto su un gastroscopio medico. Il primo gastroscopio a fibra ottica fu brevettato nel 1956, questo riuscì a riprodurre le prime immagini grazie alla fibra ottica.

…Il primo impianto in fibra ottica fu realizzato a Torino nel 1977 e collegava due centrali Sip attraverso l’utilizzo di cavi prodotti dalla Pirelli. Fu la prima installazione in fibra ottica al mondo !!

…Ad oggi circa il 97% del traffico internet globale non funziona con i satelliti ma con cavi appoggiati sul fondale degli oceani. Ad oggi sul fondo degli oceani ci sono 426 cavi sottomarini per un totale di 1,3 milioni di km. Se potessimo metterli tutti in fila, coprirebbero circa 3 volte la distanza tra la luna e la terra.

I vantaggi della fibra ottica

I vantaggi di una fibra ottica rispetto ad un cavo in rame sono molto evidenti, vediamone alcuni:

• Immune alle interferenze elettromagnetiche
• Può viaggiare insieme ai cavi elettrici
• Resistente alle condizioni climatiche avverse (temperature)
• Molto più sottile e leggera di un filo di rame
• Maggior resistenza e durata nel tempo (essendo la fibra in vetro, questa non ossida contrariamente al rame….quindi necessità di minor manutenzione)
• Sicurezza nella trasmissione dati: difficile da intercettare
• Copre le lunghe distanze

Come è fatta la fibra ottica?

Come possiamo vedere dalla figura, il cavo in fibra ottica al suo interno è costituita da una guaina che è il rivestimento esterno di materiale plastico con un diametro di 900 micron, poco meno di un mm. La sua funzione è quella di proteggere la fibra e di renderla meno sensibile al piegamento in modo da poterla maneggiare senza romperla.
Sotto il rivestimento, troviamo un cilindro di materiale acrilato (Coating, Buffer) con un diametro di 250 micron. Il suo compito è quello di proteggere la fibra e di renderla riconoscibile grazie alla sua colorazione che è diversa dalle altre che troviamo all’interno del tubetto.
Rimuovendo il Buffer, troviamo la fibra, un sottilissimo cilindro di materiale vetroso, questo è il vero corpo della fibra. Il nome corretto è Cladding (mantello),il suo diametro è di 125 micron. Il cladding è il corpo esterno della fibra, mentre al suo interno troviamo un ulteriore cilindro, il Core (nucleo)  , qui passa il segnale luminoso. Il suo diametro può essere 62.5/125 ;50/125; 9/125
Naturalmente sia il Core che il mantello sono composti da materiale vetroso ma non completamente identico. La diversa composizione tra mantello e nucleo permette al segnale luminoso di viaggiare nel core in quanto il mantello lo mantiene confinato al suo interno.
Ciò è possibile grazie alla diversa composizione tra core e cladding. Il core è costituito da silice + dopante (germanio,sotto forma di tetracloruro di germanio) in modo da aumentarne l'indice di rifrazione , mentre il cladding è composto da silice al quale viene aggiunto del boro allo scopo di ridurne l'indice di rifrazione. Questo fa si che la luce si mantiene nel core.
Quindi il segnale che viaggia all’ interno della fibra è luce. Ma grazie a che cosa è possibile questo? È possibile grazie alle sorgenti di luce, queste, in un impianto in fibra ottica hanno lo scopo di trasformare il segnale elettrico modulato in impulsi luminosi da lanciare nella fibra. Questi dispositivi possono essere classificati in tre famiglie: LED, VCSEL e LASER che vengono utilizzati a seconda delle fibre.

I cavi in fibra ottica

I cavi che generalmente vengono utilizzati in un cablaggio strutturato possono essere tight e/o loose
Nelle strutture Tight, ogni fibra nuda è rivestita con una guaina di protezione aderente che porta il diametro totale della fibra a 900 um. Questa tipologia di cavo è consigliata per gli impianti di distribuzione verticale all’interno degli edifici.

 

Nella struttura Loose, la singola fibra o un insieme di più fibre nude (fino a 24 fo per ogni tubetto), sono alloggiate in un tubetto, questo è riempito con del gel per impedire la propagazione dell’umidità al suo interno. L’applicazione principale per questo tipo di cavo è per tratte (esterne) orizzontali tra edifici.

Le fibre ottiche possono essere sia multimodali che monomodali con una conseguente diversità di diametro. Ma qual è la differenza tra le due tipologie di fibre?
In modo molto semplice, senza dimostrazione di formule fisiche, possiamo dire che nelle fibre ottiche multimodali i fasci di luce viaggiano al suo interno in più modi o come si dice in gergo, in multi-modo.

Fasci di luce nelle fibre multimodali

Nelle fibre ottiche monomodali, invece, essendo il core con dimensioni molto piccole, si ha un solo modo di propagazione del raggio luminoso al suo interno, ovvero, parallelo all’asse della fibra.

Fasci di luce nelle fibre monomodali
 

Per rendere ancora più chiara l’idea di quanto abbiamo appena detto, riportiamo un grafico dove si evince chiaramente la diversità dei core delle varie fibre ottiche e di come i fasci luminosi si comportano al loro interno.

La norma internazionale ISO 11801 e la norma europea sul cablaggio strutturato EN50173 Classificano le fibre ottiche in:
Multimodali = OM1 corrispondente alla 62.5/125; OM2 – OM3 – OM4 – OM5 corrispondenti alla 50/125
Monomodali = OS2 corrispondente alla 9/125
Quindi come facciamo a scegliere le nostre fibre? Quanta banda vogliamo trasportare? Quanto lontano vogliamo arrivare? Di seguito uno specchietto (indicativo) che ci aiuta a capire come scegliere la nostra fibra:
 

Tipologia fibra	Lunghezza massima
	100Mb	1 Giga	10 Giga	40 Giga	100 Giga
OM1 62.5/125	2000 m	275 m	33 m	non supportato	non supportato
OM2 50/125	2000 m	550 m	82 m	non supportato	non supportato
OM3 50/125	2000 m	550 m	300 m	100 m	70 m
OM4 50/125	2000 m	1000 m	550 m	150 m	150 m
OM5 50/125			550 m	150 m	150 m

Il fenomeno dell'attenuazione

Quando si posa un cavo in fibra ottica bisogna prestare la massima attenzione in quanto si può andare incontro ad un particolare fenomeno che può compromettere la qualità finale del segnale che viaggia al suo interno con la conseguente perdita di potenza. Questo fenomeno si chiama ATTENUAZIONE. Questo, si contraddistingue in ulteriori due fenomeni, il MICROBENDING E MACROBENDING.
Le attenuazioni per microbending sono dovute a microscopiche deformazioni dell’interfaccia nucleo-mantello causate da schiacciamenti o pressioni. Le Cause:
 

• problemi produttivi di fibra e cavo
• problemi in fase di installazione/posa

Le attenuazioni per macrobending sono,invece, dovute a curvature  evidenti del cavo che superano il raggio di curvatura minimo. Di solito si verificano durante il percorso o appena dietro il connettore. Le cause:

• problemi in fase di installazione/posa

Altre problematiche che causano attenuazione sono dovute a :
 

• Pulizia dei connettori. Quando i connettori sono sporchi il grado di attenuazione si impenna con una perdita notevole del segnale.
• Incastro della patch nel permutatore. Quando l’allineamento del core della patch non è perfetto con quello del cavo o dell’altro connettore in genere si ha una notevole perdita di segnale. 
• Troppe connessioni lungo la tratta. Una cattiva pianificazione del progetto, fa si che non si possa raggiungere l’obiettivo in quanto troppi connettori attenuano di molto il segnale. 
• Connettori di scarsa qualità. 
• Pieghe e rotture. Lungo la tratta della fibra possono verificarsi pieghe o ancor  peggio delle rotture che influiranno negativamente sulla gestione dei dati. 
• Connettori vecchi.

Vediamo di seguito quali possono essere altre cause di attenuazione dovute in questo caso ad un errato allineamento del core dei connettori:

Separazione

Disallineamento laterale

Disallinamento angolare

 

core-diameter mismatch

cladding diameter mismatch

Possiamo infine denunciare un altro aspetto fondamentale che va ad inficiare sulla qualità del segnale che viaggia all’interno della fibra ottica:
I connettori non perfettamente lucidati e puliti sono i nemici dei collegamenti di buona qualità. I residui, infatti, possono bloccare totalmente o in parte la trasmissione della luce. Bisogna quindi prestare molta attenzione e mantenere le superfici dei connettori estremamente puliti. È possibile verificare che le fibre siano pulite utilizzando un microscopio per esaminarne la superficie. Di seguito tre esempi di connettori visionati a microscopio:

Le tecniche più moderne e più utilizzate di connettorizzazione dei cavi in fibra ottica sono tendenzialmente due, quella prelappata e quella a fusione eseguita per mezzo della giuntatrice.
 

PRELAPPATO

Il kit non prevede l'uso di colle epossidiche e lucidatura, la fibra lavorata precedentemente con gli attrezzi disponibili (forbice, stripper, taglierina e fazzoletti) è poi infilata nel corpo del connettore e bloccata meccanicamente sullo stesso. Questo tipo di connettore prevede due vantaggi fondamentali, quello di essere  già preventivamente lappato in laboratorio e quello di contenere al suo interno (sempre installata in laboratorio) un pezzo di fibra che come abbiamo già accennato sarà successivamente infilata dall’installatore. Tali processi semplificano e velocizzano di molto la connettorizzazione. L’uso del kit non prevede competenze avanzate, non richiede uso di energia elettrica e quindi risulta pratico per ogni ambiente di installazione.

GIUNZIONE A FUSIONE

Con la fusione le fibre vengono "saldate" insieme con un'apposita giuntatrice, con questa tecnica il risultato è una traccia quasi inavvertibile sul quadrante di un OTDR. Tipicamente la giunzione per la terminazione prevede sia la fusione della fibra con i cosiddetti pigtail, ovvero spezzoni di fibra pre-terminati in laboratorio, sia la fusione di due fibre di dorsale. I vantaggi dell’usare la giunzione per terminare sono molteplici: velocità, precisione, assenza di scarti, costi limitati.

Conclusioni

Come ben sappiamo, il cablaggio strutturato come tutti gli impianti, necessita di un collaudo ed una certificazione per accertare che tutti i parametri corrispondano a quanto previsto nelle norme EN 50173 e ISO/IEC 11801.