Connettori e Adattatori

Durante il percorso tra trasmettitore e ricevitore ci sono punti di connessione tra più tratti di fibra. Ciascuna connessione contribuisce alla perdita totale di potenza da parte del segnale. Esistono, sostanzialmente, due tipi di connessione: la giuntura (splice), che consente una connessione permanente tra due tratti di fibra, e l'unione tramite connettore (giunto), tra due tratti o con un apparato fisso alla terminazione della linea, che consente la riutilizzazione della linea (configurabilità). La funzione del connettore consiste in un meccanismo di accoppiamento meccanico che attraverso l'esatto allineamento degli assi delle due fibre cerca di minimizzare le perdite.
Le perdite possono essere contenute agendo su tre fattori:

• tolleranze del connettore; un connettore per fibra ottica ha, come qualsiasi dispositivo, tolleranze che non permettono grandi scostamenti dal perfetto allineamento.

• tolleranze della fibra; la fibra dovrebbe avere un nucleo con sezione perfettamente circolare centrato esattamente nel mantello, anch'esso perfettamente circolare. Se queste condizioni non si verificano, le perdite aumentano.

• tipi differenti di fibra; la perdita aumenta se la fibra ricevente ha un nucleo più piccolo o minore NA. Nella maggior parte delle applicazioni primarie, lo stesso tipo di fibra è usato in tutta l'installazione, così queste perdite non sono una preoccupazione.

Bisogna, comunque, dire che per quanto riguarda il problema delle perdite di potenza del segnale si sono fatti grandi passi avanti se si pensa che nei primi anni di utilizzo delle fibre ottiche una perdita di 1.5 dB era considerata accettabile; i connettori utilizzati oggi, infatti, causano perdite di 0.3 dB ben al di sotto dei 0.75 dB degli standard comunemente accettati.
Nel corso degli anni l'attenzione si è spostata, dunque, dal problema delle perdite di potenza agli obiettivi di facilità d'uso, basso costo e standardizazzione.

 - Precisione della rifinitura

Nel caso dei connettori usati nelle fibre monomodali occorre tenere in considerazione le riflessioni del segnale all'interfaccia. Quando due fibre sono separate dall’aria, una parte dell'energia ottica viene riflessa verso la sorgente. Queste riflessioni, dette di Fresnel, si hanno sia all'interfaccia vetro/aria quando la luce lascia la prima fibra che all'interfaccia aria/vetro quando la luce entra nella seconda fibra. La luce viene riflessa direttamente nel centro della fibra (nucleo), dove può propagare sino alla sorgente luminosa.

Questa energia riflessa è presa in considerazione tramite il termine di perdita per riflessione. In un'interconnessione di fibre monomodali con terminazione piatta, questa perdita può ammontare a -11 dB, il che vuol dire che il raggio riflesso ha un'energia pari a 11 dB inferiore a quella del raggio incidente. Se, per esempio, 500  W di energia raggiungono la terminazione della fibra, 40  W saranno riflessi verso la sorgente; questo livello di energia è sufficiente per interferire con l'emissione di un diodo laser e causare errori. Arrotondando la terminazione della fibra durante la rifinitura, la perdita per riflessione può essere abbassata al di sotto di -30 dB.

In questo modo infatti:

1. le due fibre possono toccarsi nel punto di interconnessione, abbassando la riflessione di Fresnel.
    
2. le estremità arrotondate fanno si che la luce non sia riflessa direttamente verso la sorgente e di solito è perso nella fibra. La terminazione arrotondata prima limita la quantità di luce riflessa e, poi, la reinstrada così che non raggiunga il diodo laser.

Questo approccio è chiamato contatto fisico o terminazione PC (Polishing Correctness).
Il perchè di un non uso di una terminazione piatta e di non cercare di far combaciare le fibre per eliminare queste riflessioni sta nella difficoltà di realizzazione. Nella maggior parte dei casi infatti le fibre avrebbero un aspetto leggermente sconnesso,  sufficiente affinché i nuclei delle fibre non si tocchino. Con terminazioni arrotondate le fibre possono sempre toccarsi nella zona del nucleo della fibra; si può dunque teoricamente supporre che le fibre si tocchino e che lo strato d'aria sia eliminato.
Le riflessioni possono essere ulteriormente diminuite accentuando l'arrotondamento PC (terminazione APC) cosicchè l'angolo di riflessione è tale per cui il raggio è riflesso direttamente nel mantello piuttosto che nel nucleo.
Nel caso di connettori PC la purezza della fibra ottica è una caratteristica particolarmente importante. Una piccola impurità all'apice dalla curvatura della terminazione può impedire il contatto delle fibre e causare una modifica dell'indice di rifrazione 

- Tipi di Connettori

Nelle applicazioni principali quattro sono tipi di connettori di interesse: ST , SC, FDDI, ed ESCON. La maggior parte dei connettori hanno come base un supporto di 2.5 mm di diametro che assicura l'allineamento ottico delle due fibre. I supporti sono realizzati, tipicamente, in ceramica, polimero o acciaio purificato. Quest’ultimo in particolare, offre una durata maggiore rispetto alla ceramica ed al polimero a parità di prestazioni.

connettori SC - ST

Il connettore SC utilizza un meccanismo push-pull per l'accoppiamento e, nella sua costruzione di base, consiste di un insieme tra una spina ed una ghiera. Un vantaggio del connettore SC è il fatto che molte spine possono essere riunite insieme per formare un connettore multiplo. Questa capacità di connettere più fibre è particolarmente utile per la costruzione di connettori tipo duplex (applicabili nei cavi contenenti due fibre); una fibra può portare informazioni in una direzione mentre l'altra fibra può portare informazioni nell'altra direzione. I connettori utilizzati nei cavi monofibra sono invece detti simplex.
Un primo esempio ci è fornito nella figura seguente in cui è mostrato un cavo di connessione che consente il passaggio da una trasmissione duplex su singolo cavo ad una su doppio cavo (e viceversa).

Tale tipo di connessione ovviamente, non consente il trasferimento del segnale tra diversi protocolli ma solo un diverso instradamento ed opera tipicamente a 850 nm e 1300 nm. Nelle due pagine di seguito riportiamo i fogli tecnici di due connettori SC rispettivamente simplex e duplex.

con relativo supporto metallico

connettori FDDI-ESCON

I connettori FDDI (Fiber Distributed Data Interface) prendono il nome proprio dalla tipica rete su fibra che lavora 100 Mbit per secondo, tuttavia non sono utilizzati esclusivamente in tali applicazioni. Il connettore FDDI MIC, per esempio, è un dispositivo a due canali usato sia in applicazioni FDDI che non FDDI. Nella figura a lato è riportata la foto di un connettore FDDI (MIC) ed un esempio di montaggio del medesimo connettore su di un cavo duplex ( in basso).

Il connettore ESCON è simile al connettore FDDI ma ha come caratteristica un rivestimento retrattile.

Convertitori

Abbiamo visto in precedenza che esistono fondamentalmente due tipi di fibra: monomodale e multimodale. Poichè entrambi i tipi vengono utilizzati, in quanto soddisfacenti ciascuno a diverse esigenze, si rende necessario anche poter interfacciare i due mezzi per consentire il trasferimento dei segnali trasmessi da un supporto all'altro e, considerando anche il fatto che su di uno stesso supporto possono coesistere più tecniche di trasmissione è facile immaginare che la conversione e il trasferimento dei segnali da un mezzo ad un altro è tutt'altro che semplice. Vediamo come si possono affrontare tali problemi.
Con il progredire delle reti ottiche il bisogno della distribuzione multipla di segnali ottici è diventato cruciale. La capacità di riunire architetture di vario genere consente anche la condivisione di più servizi, sullo stesso mezzo portante, con la conseguenza di una riduzione dei costi complessivi per servizio effettivamente disponibile.
Un esempio di interconnessione di reti è fornito nella figura seguente in cui è riportato lo schema (semplificato) di una possibile condivisione di risorse tra una rete FDDI e una CDDI (Copper Distributed Data Interface). A tal punto accenniamo alle reti CDDI  dicendo che utilizzano lo stessa tecnica trasmissiva delle reti FDDI su cavi di rame e per ciò viene utilizzata per coprire distanze minori. Nello schema la condivisione può essere effettuata con l'ausilio di un convertitore FDDI/CDDI riportato più sotto con un esempio di montaggio.

Una volta risolto il problema della interconnessione fisica dei diversi tipi di fibre e cavi, resta il problema di interfacciamento delle tecniche di trasmissione. Per questo scopo sono stati realizzati convertitori trasparenti per le maggiori tecniche di trasmissione sia su piccole che lunghe distanze. Una descrizione dettagliata dei tipi di convertitori è troppo complessa per essereaffrontata, si rimanda perciò alla letteratura specifica a alle risorse messe a disposizione da internet; in questa sede ci limitiamo a dire che i più moderni convertitori offrono molte caratteristiche rilevanti tra cui la capacità di controllo della lunghezza dei pacchetti, la rilevazione delle collisioni, il controllo della corretta connessione di un cavo ed altre.

Splitter

Nel campo delle telecomunicazioni ottiche si ha spesso la necessità di condividere più segnali contemporaneamente; un esempio costituisce il passaggio da una a due fibre ottiche. A tal fine esistono dispositivi capaci di separare i raggi luminosi, con la minima perdita, nel passaggio da una a due fibre oppure, nel caso opposto, a combinare i raggi nel passaggio dalla doppia fibra alla singola.

Ricordiamo prima di continuare che, con il termine duplex, ci riferiamo ad un cavo contenente due fibre ottiche mentre con simplex, ad uno con una singola fibra al suo interno.

I dispositivi a cui facevamo riferimento poco fa prendono il nome di spillatori (splitter). Questi dispositivi vengono utilizzati sia nel normale e corretto funzionamento della rete, sia come strumento per l'analisi del traffico e, quindi, delle prestazioni della rete stessa mediante appositi apparati di misura. Di seguito è riportato lo schema di principio di uno splitter 1 x 2.

  Nella maggior parte dei casi il rapporto di divisione (split ratio) è pari a 50/50 ma, in alcuni casi, può arrivare anche a 90/10 per ridurre il rischio di malfunzionamenti del ricevitore.

 Apparati di Misura.

differenziano a seconda del tipo di collegamento da analizzare (voce, dati, video o combinazioni di essi). Alcuni di questi apparecchi sono specifici per la ricerca di rotture o incurvature della fibra ottica, in corrispondenza delle giunture, ed operano a lunghezza d'onda fissa (tipicamente 650 nm per fibre fino a 125  m). Di questa categoria di apparati di misura fanno parte anche altri dispositivi, anche se non strettamente connessi con la verifica del funzionamento della connessione, come l'identificatore di fibra ottica. Questo apparecchio serve per identificare i segnali passanti in una fibra monomodale senza interrompere il collegamento, o danneggiare la fibra ottica, prevenendo incisioni accidentali durante la manutenzione, l'installazione o le riparazioni di emergenza; consentono, inoltre, di identificare la direzione del segnale.
Gli analizzatori software non sono altro che programmi per computer, opportunamente interfacciati per la connessione con le fibre ottiche, che servono per verificare il corretto funzionamento del protocollo utilizzato in un particolare collegamento. Se una rete subisce cambi significativi, come una crescita rapida in utenti, apparecchiature e circolazione di dati, è particolarmente suscettibile ai problemi. La larghezza di banda, in particolare, sembra essere una spina nel fianco per i gestori delle reti nella totalità dei casi, non è mai abbastanza. Un modo per migliorare le prestazioni della rete, oltre che utilizzare apparecchiature sempre più veloci, consiste nella valutazione del protocollo di gestione mediante un analizzatore, cercando di ottimizzarne il funzionamento. Con l'aiuto dell'analizzatore del protocollo si possono identificare problemi come collisioni dei pacchetti di traffico nella rete e cattura di pacchetti rappresentativi per l'analisi. Alcuni tipi di analizzatori hanno anche funzioni preventive, esaminano la rete e generano allarmi quando le soglie di guardia predefinite vengono superate.

Analizzatori di questo tipo possono esaminare fino a 8 segnali alla volta e, inoltre, hanno spesso la capacità della ridondanza che permette alla rete di operare a flusso continuo mentre l'analizzatore non è operativo. Attualmente gli analizzatori di questo tipo lavorano a 1300 nm in fibra multimodo o 1310 nm in fibra monomodo, con velocità trasmissive che giungono fino ai 155 Mbps ma presto potrebbero essere disponibili analizzatori in grado di raggiungere il Gbps.

  Attenuatori.

Nei sistemi ottici, come in tutti i sistemi di comunicazione, sono necessari dispositivi in grado di operare una soppressione controllata dei segnali ottici; tali dispositivi sono gli attenuatori variabili. La funzione di questi attenuatori in un sistema ottico è simile a quella di una resistenza variabile in un circuito elettrico ed assume il doppio ruolo di adattatore/controllore tra due connettori. Le caratteristiche di riflettività di un attenuatore variabile dipendono dal tipo di connettori con cui viene utilizzato. La riflessione di siffatto attenuatore raggiunge -60 dB massimi.
Nei casi in cui il controllo della quantità di segnale in fibra debba essere effettuato a monte della terminazione finale sono stati messi a punto i cosiddetti attenuatori

variabili in linea (figura seguente).

Questi attenuatori sono progettati per garantire la massima stabilità a variazioni di temperatura ed umidità e sono forniti di due basi d'appoggio ciascuna fornita di una lente ed un connettore femmina in grado di accettare i connettori disponibili in commercio, come ST e SC. L'attenuatore viene allineato per una maggiore efficienza dell'accoppiamento tramite una vite radiale usata per bloccare il raggio tra le due lenti, per cui ruotare la vite significa cambiare la posizione del raggio tra le due lenti variando, così, il livello di potenza del raggio accoppiato alla fibra del ricevitore.

Di seguito viene riportata una tabella con le caratteristiche più importanti relative ad un attenuatore variabile in linea.

Tab. 8.1 - Caratteristiche tipiche di un attenuatore variabile in linea.