Метод полировки волоконно-оптического коннектора
Данная статья будет посвящена изучению анализа полировки волоконно-оптического коннектора. А также каким методом будет произведен данный анализ.
Основополагающие определения
Волоконно‑оптический коннектор — механическое устройство для соединения оптических волокон между собой или для соединения оптического волокна с различными элементами (телекоммуникационной аппаратурой, лабораторными приборами, активными и пассивными модулями).
Оптическое волокно — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.
Полировка волоконно‑оптических коннекторов — служит для обеспечения, в момент их установки, в проходник для отсутствия воздушного зазора между торцами волокон.
Суть волоконно-оптического коннектора
Если рассмотреть вариант соединения оконцованных коннекторами волокон между собой, можно утверждать, что используется принцип соединения торцов волокон встык. Для этого используются специальные проходные адапторы. Необходимо правильно выставить положение коннекторов с целью согласования сердцевин, модовых полей, волокон. Коннекторы находятся в плотно прижатом состоянии, место соединения торцев волокон не должно иметь даже воздушного зазора в зоне контакта в целях минимизировать потери, отражения Френеля, вероятность образования резонатора между двумя плоскими торцами волокон. От границы раздела между плоским торцом стандартного одномодового волокна SMF-28e и воздухом отражается более 3% излучения С‑диапазона.
Рисунок1 — Различные типы волоконно-оптических коннекторов
Типы полировки волоконно-оптических коннекторов
Наиболее часто встречающимися типами волоконно-оптических коннекторов являются следующие: FC, SC, LC, SMA905.
FC популярен в исследованиях и при сборке научного оборудования благодаря своей надёжности;
SMA905 в большинстве случае используется с волокнами большого диаметра (волоконные лазеры, транспортировка излучения высокой интенсивности), в агрессивных средах;
SC и LC больше подходят для телекоммуникационных применений, их конструкция подразумевает не самое надёжное соединение, но крайне плотное расположение, что необходимо при монтаже сетевого оборудования.
В литературе можно встретить различные типы полировки оптических коннекторов: FLAT, PC, SPC, UPC, APC. Каждый из них имеет свое значение отраженного от разъема сигнала:
самое экономичное решение — PC;
наиболее популярный и экономичный вариант — SPC;
недорогое решение для высокоскоростных сетей — UPC;
лучшая технология с наименьшим затуханием сигнала — APC.
Рисунок 2 — Типы полировки оптических коннекторов
Наиболее популярными типами полировки оптических коннекторов на сегодняшний день являются типы полировки UPC (ultra phisical contact) и APC (angle phisical contact).
Рисунок 3 — Типы полировки оптических коннекторов: UPC и APC
Коннекторы с UPC полировкой распространены в системах передачи данных по оптическому волокну. Они имеют низкую стоимость (в сравнении с APC). А в связи с тем что мощность сигнала в таких системах не высока, отраженный сигнал имеет допустимую величину (при условии, что коннекторы чистятся надлежащим образом).
Рисунок 4 — Вид полировки оптических коннекторов
Потери на коннекторах с UPC и APC полировками не отличаются, вместе с тем коннекторы с полировкой APC обеспечивают меньшее количество отражений в сторону источника сигнала. Благодаря скошенной под углом 8–9 градусов поверхностью ферулы, сигнал отражается от разъема не под углом 180 градусов, в результате чего отраженный сигнал не возвращается к передатчику вовсе, или возвращается с меньшей мощностью.
В связи с этим применение таких коннекторов обусловлено в системах, где присутствует сигнал большой мощности — чаще всего это видео поток. Поэтому коннекторы с полировкой APC используются в сетях кабельного телевидения.
Соединять между собой коннекторы APC и UPC — нельзя. В таком случае мы рискуем повредить коннекторы, да и затухание и отражение намного увеличится.
Отличить коннекторы UPC и APC можно визуально, посмотрев на торец ферулы. Существует также цветовая маркировка коннекторов, так коннекторы с полировкой APS — зеленые, а UPC могут быть синие, черные, красные. Ну и конечно же, можно определить тип полировки по маркировке на упаковке.
Современное активное сетевое оборудование оснащается оптическими портами, предназначенными для соединения с другими сетевыми устройствами и оптическими кроссами. Все соединения выполняются при помощи оптоволоконных патч‑кордов, оконцованных оптическими коннекторами. Для уменьшения потерь сигнала на стыке коннектор — разъем оптического порта производится специальная полировка торцов наконечников коннекторов.
Основная задача полировки волоконно-оптических коннекторов
Основной задачей полировки волоконно-оптических коннекторов является обеспечение в момент их установки в проходник отсутствия воздушного зазора между торцами волокон.
По сути, полировка обеспечивает физическое соприкосновение волокон для уменьшения обратного отражения сигнала.
1 способ подготовки волоконно-оптического коннектора перед полировкой
Перед полировкой производится удаление излишка волокна. Для этого с помощью ручного скалывателя волокно надрезается, затем излишек обламывается. Если конец, грязный то производится чистка при помощи безворсных салфеток или с помощью автоматического карандаша (рисунок 5), который предназначен для чистки коннектора и разъемов.
Рисунок 5 — Автоматический карандаш
После чистки переходим к следующему этапу, производим проверку на микроскопе. На микроскопе марки «VIAVI» (рисунок 6) есть ряд кнопок. Нажимая на кнопку «тест» мы можем увидеть прошел коннектор тест или нет. Если коннектор проходит тест и у него все положительно — он годен (рисунок 7), если не проходит то, соответственно нет.
Рисунок 6 — Микроскоп VIAVI
Рисунок 7 — Микроскоп VIAVI, тест пройден
Рисунок 8 — Микроскоп VIAVI, тест не пройден
После того, как будет пройден тест, мы переходим к следующему этапу — оконцевание оптического волокна коннектора, его полировка. От типа и качества полировки зависят такие параметры как вносимые потери, потери на отражение, поляризационные преобразования, качество и долговечность соединения. Полировка коннекторов осуществляется с помощью абразивных плёнок. В случаях, если к соединению не предъявляются высокие требования, технологический процесс можно осуществлять вручную. Обычно при этом используется специальный инструмент, в нашем случае — шлифовальная шайба (рисунок 9), которая предназначена для ручной полировки коннекторов.
Рисунок 9 — Шлифовальная шайба для ручной полировки коннекторов
2 способ подготовки волоконно-оптического коннектора перед полировкой
На сегодняшний день перед полировкой производится удаление излишка волокна. Для этого с помощью ручного скалывателя волокно надрезается, затем излишек обламывается. Коннектор устанавливают в специальную многоконнекторную оправку, затем фиксируют ее на станке. На специальную подложку помещается полировальная пленка. Затем следует цикл производственных этапов смен полировальных пленок на уменьшение микрон с алмазным покрытием до финишной стадии. На пленку в процессе полировки наносится несколько капель дистиллированной воды.
Существует несколько основных методов монтажа волоконно‑оптических коннекторов. В качестве примера будет приведена работа с коннектором типа FC — наиболее популярным у разработчиков и пользователей прецизионного оборудования. Схема ниже представляет основные этапы произведения оконцевания волокна/кабеля коннектором. В силу того, что методы использования простых инструментов, таких как скрайберы, скалыватели могут отличаться от обыденных, то главным акцентом будет на полировальных станциях и измерительных инструментах, используемых для контроля качества монтажа.
Рисунок 10 — Основные этапы производства
Используются специальные оптические волокна от ведущих мировых производителей: Fibercore и iXblue Photonics. Среди световодов одномодовые, многомодовые, двулучепреломляющие (PM), активные, транспортные, поляризующие, фотонно-кристаллические и многие другие. Рабочий диапазон длин волн изотропных и PM одномодовых волокон лежит от 450 нм (видимый диапазон) до 1750 нм.
Рисунок 11 — Оптическое волокно Fibercore
Рисунок 11 — Одножильный волоконно-оптический кабель, 3 мм
Полировка коннекторов осуществляется с помощью — шлифовальной шайбы (рисунок 12), которая предназначена для ручной полировки коннекторов.
Рисунок 12 — Шлифовальная шайба для ручной полировки коннекторов
Заключение
Работа с прецизионными сборками в области сенсинга, передовых телекоммуникационных систем (например, с квантовой генерацией ключа), волоконных лазеров, усилителей предъявляет серьёзные требования к качеству полировки коннекторов. Использование ручного инструмента, в этому случае, не позволяет достичь необходимых параметров, не говоря о производительности и гибкости.
Уменьшение мощности сигнала является результатом потери на коннекторном соединении, что приводит к уменьшению расстояния, на которое он может быть передан. Ошибки могут появляться в следствии отражения части сигнала, что приводит к уменьшению качества передаваемой информации, а также к сокращению срока службы передающего оборудования. По этой причине подвергались изменениям и типы полировки оптических коннекторов. Существуют различные типы полировки оптических коннекторов: FLAT, PC, SPC, UPC, APC. Каждый из которых имеет свое значение отраженного от разъема сигнала.
В процессе работы изучались методы полировки волоконно‑оптических коннекторов, в результате которых было выявлено, что задача полировки — обеспечить при установке коннекторов в проходник отсутствие воздушного зазора между торцами волокон, то есть, обеспечить физическое соприкосновение волокон, чтобы уменьшить обратное отражение сигнала.
