Spajanje optičkih vlakana
UVOD
Postoje dva osnovna načina spajanja optičkih vlakana:
- splajsovanje, formira permanentnu konekciju 2 vlakna u opt. sistemu
- spajanje vlakana putem konektora, omogućuje spajanje dva vlakna bez
fizičke veze između njih, što je tipično za terminalne tačke.
Postoje 2 tipa splajsovanja:
- fuziono splajsovanje i daje visoko kvalitetan spoj dva vlakna, sa najmanjim
mogućim slabljenjem na mestu spoja (u opsegu 0.01 dB do 0.1 dB) i gde su
ovakvi spojevi praktično bez refleksije.
- mehaničko splajsovanje koristi u slučajevima hitne restauracije vlakana
(kidanje vlakana na bitnim trasama, neželjena oštećenja itd.), jer je
jednostavno, jeftino i lako rešenje (0.05 dB do 0.2 dB).
Za nastavljanje vlakana bez fizičkog spajanja koriste se specijalno
konstruisani konektori da bi dva optička vlakna doveli u takav međusobni
položaj, da im se jezgra poklapaju i da su im čeone strane u dodiru. Pri
spajanju vlakana uz pomoć konektora mogu se javiti tri osnovne greške:
- ose vlakana su paralelne, ali se ne preklapaju,
- ose vlakana zaklapaju određeni ugao i
- čeone površine vlakana nisu u dodiru.
Konektori se koriste u aplikacijama gde se zahteva fleksibilnost pri
rutiranju optičkih signala, od izvora do prijemnika i kad je rekonfiguracija
sistema povremeno neophodna (prljav konektor može uneti slabljenje i do 10
dB).
Prstenasta navlaka (ferrule) je ispupčeni deo konektora koji predstavlja
kućište za vlakno i mehanizam koji obezbeđuje aksijalni pritisak između dva
konektora koji se dodiruju. Krajnja površina konektora je specijalno obrađena
(polirana), kako bi minimalizovala refleksiju na mestu spoja dva konektora.
Svaka površina reflektuje oko 4% svetlosti. U koherentnim sistemima, totalna
refleksijamože iznositi i do 15%. Ukupna refleksija zavisi od od prostora
između krajeva dva konektora koji se spajaju i od kvaliteta poliranja
konektora. Konektori sa fizičkim kontaktom koriste kružno poliranje kako bi
se obezbedilo da se konektori međusobno dodiruju bez stvaranja prostora
između njih.
Ljubiša Stević
2
Spajanje optičkih vlakana
1. MEHANIČKO SPAJANJE OPTIČKIH VLAKANA
Ovo je precizni proces povezivanje, čvrstim mehaničkim držanjem
optičkih vlakana na jedno mesto. Spajanje je izvedeno tako da svetlost može
proći sa jednog vlakna na drugo. Kod mehaničkog spajanja, dva ogoljena
optička vlakna, sa ravno odsečenim krajevima se sučeljavaju u cevčicama
mehaničkih spojeva. Predpostavljajući perfektno sučeljavanje, na svakom
kraju dolazi do Fresnel-ove refleksije (4%), što je jednako gubitku od 0,35 dB za
"spoj".
Da bi se smanjili gubici na spoju, mogu se koristiti različiti materijali koji
imaju indeks prelamanja sličan kao omotač optičkog vlakna, te se time
smanjuje rasipanje svetlosti na spoju.
Mehanički spojevi koji ne koriste cevčice ispunjene gelom, imaju V-urez
koji obezbeđuje centriranost optičkih vlakana koja se sučeljavaju. Na optičko
vlakno u tako obrazovanoj šupljini deluje mali pritisak, da bi se ono užljebilo i
centriralo.
Spoj optičkih vlakana, zajedno sa delom primarne zaštite, odn.
prijanjajuće strukture se može postaviti u dodatni mehanički deo koji pruža
mehaničku stabilnost spojki.
Slabljenje koje se unosi mehaničkim spojevima, prema podacima
proizvođača, iznosi: 0,2 dB za multimodna, i 0,3 dB za monomodna optička
vlakna.
Ovakav način spajanja optičkih vlakana je veoma koristan na relacijama
gde nije kritično slabljenje, ali je bitno brzo izvršiti spajanje, posebno na
nepristupačnim lokacijama. Dobro je za multimodno spajanje, mada se koriste
i za monomodna spajanja dolazi do manjih gubitaka.
Ljubiša Stević
3
Spajanje optičkih vlakana
Postoje tri osnovna parametra geometrije optičkih vlakana koji utiču na
kvalitet splajsovanja:
- prečnik omotača - spoljašnji prečnik omotača oko jezgra,
- koncentracija jezgra i omotača - koliko dobro je jezgro centrirano u prostoru
omotača,
- krivljenje vlakna- veličina zakrivljenja po fiksnoj dužini vlakna.
Tolerancija kontrole spoljašnjeg prečnika omotača može kontrolisati
toleranciju veličine spoljašnjeg prečnika omotača do nivoa 125.0 ± 1.0 μm.
Tolerancija koncentracije jezgra i omotača obezbedjuje da je jezgro
postavljeno u centru u odnosu na omotač (prva faza proizvodnje vlakna).
Krivljenje vlakna jeste prirodna pojava zakrivljenja na određenoj dužini,
koja iznose nekoliko stepeni u svim vlaknima.
3. FAKTORI ZA POSTIZANJE MALOG SLABLJENJA
NA SPOJU
Optičko vlakno, multimodno ili monomodno, se proizvodi u uslovima
tzv. "čiste sobe" iz preforma. Ovi uslovi su bitni kako bi se proizvela optička
vlakna određenih svojstava. Veoma je bitno da se čistoća u što većoj meri
očuva tokom svih operacija sa optičkim vlaknom, u procesu pripremanja,
ogoljavanja, sečenja i spajanja.
3.1. Ispravni parametri zatapanja
Parametri zatapanja definišu optimalne uslove grejanja vlakna koja se
spajaju i različita su za pojedine tipove vlakana, kao i za isti tip vlakna od
različitih proizvođača. Obično se u priručniku uređaja mogu pronaći
parametri za pojedine tipove vlakana , kao i za vlakna pojedinih proizvođača.
Jednom postavljeni parametri se obično ne menjaju, osim u slučaju da
na spajanje utiču neki drugi faktori. Ovaj faktor dobrog spajanja je pod
kontrolom operatera.
3.2. Čistoća elektroda
Ukoliko su parametri grejanja vlakana ispravno odabrani, na kvalitet
spoja u velikoj meri utiče stabilan električni luk. Zaprljane elektrode mogu
Ljubiša Stević
5
Spajanje optičkih vlakana
uzrokovati "prskanje" i promenu u kvalitetu električnog luka, što izaziva
temperaturne varijacije i narušava preciznost procesa grejanja vlakana, odn.
njihovo spajanje. Dodatni problem nečistih elektroda su isparive nečistoće koje
se mogu ugraditi u kristalnu strukturu stakla spoja optičkih vlakana, i time
kontaminirati čist materijal. Ovim se povećava slabljenje spoja ili se čak prolaz
optičkog signala potpuno onemogućava. Pomenuti faktor dobrog spajanja je
pod kontrolom operatera.
3.3. Čistoća optičkog vlakna
Nepravilno očišćena optička vlakna imaju na svojoj površini zaostatke
primarne zaštite ili neku drugu nečistoću (prašina iz vazduha, nečistoća sa
ruku i sl.). Ove nećistoće mogu da se u toku spajanja u električnom luku ugrade
u strukturu stakla ili da sagorevanjem proizvedu neku drugu meteriju koja
može da se ugradi u staklo na spoju optičkih vlakana. Ovim se povećava
slabljenje spoja ili se čak prolaz optičkog signala potpuno onemogućava.
Nekada je defekt vidljiv pod mikroskopom. Pomenuti faktor dobrog spajanja je
pod kontrolom operatera. Uočavanje nečistoća takođe zavisi i od uvećanja
mikroskopa spajača. Uvećanja od 50 ili 60 puta ne obezbeđuje da se uoči svaka
nečistoća.
3.4. Kvalitet sečenja optičkog vlakna
Kvalitetno sečenje optičkog vlakna obrazuje pravilan, ravan presek, bez
defekata, što omogućuje pravilno naleganje "čela" optičkog vlakna u toku
spajanja. U tim situacijama je zagrevanje optičkih vlakana ravnomerno te i
kvalitet postignutog spoja može biti zadovoljavajući. Preveliki uglovi sečenja
vlakna uvek izazivaju veliko slabljenje spoja, jer uzrokuju da vlakna budu
bočno pomerena tokom procesa zatapanja, ili da se ne mogu približiti na
potrebno rastojanje za izvođenje kvalitetnog spoja.
Ovaj element je direktno zavisan od operatera, ali je bitno da i alat za
sečenje obezbeđuje stalan i dobar kvalitet preseka. Uočavanje lošeg preseka
optičkog vlakna takođe zavisi i od uvećanja mikroskopa spajača. Uvećanja od
50 ili 60 puta ne obezbeđuje da se uoči svaki nepravilan presek, kao ni pojedini
tipovi defekta na preseku. Pored uvećanja loš presek se ne može uvek uočiti
kod spajača koji imaju sistem "gledanja" samo po jednoj osi.
3.5. Tačno sučeljavanje optičkih vlakana
Ljubiša Stević
6
