Łączenie włókien światłowodowych spawanie światłowodów Złączki 0,2 1 db Spawy mechaniczne 0,05 0,2 db Spawanie 0,05 0,1 db
Spawy mechaniczne 1. Elastomeric Lab Splice. Umożliwia setki połączeń 2. 3M Fibrlok. il <0.2dB, fr >7.75 lbs. orl -35dB. V-groove - bez żywicy epoks. Stabilność termiczna -400C to 800C. 3. AMP Corelink. sl 0.15dB dla włókna 125um 4. Siemon Ultra Splice. sl -0.2dB, fr > 2 lbs 5. Corning Cable System CAM Splice. 0.5dB il - insertion loss, fr - fiber retention, orl - optical return loss,
Spawanie światłowodów Spawanie podstawowa metoda trwałego łączenia światłowodów. Jakość spawów określają: tłumienność własna wytrzymałość mechaniczna na rozciąganie
Tłumienność spawu Tłumienność spawu określona jest przez czynniki wewnętrzne (określone jakością światłowodu, związane z wytwórcą światłowodu, użytkownik nie ma wpływu na powstałe straty) zewnętrzne (związane z jakością procesu spawania, mogą być minimalizowane przez dobór sprzętu i kontrolę procesu)
Wewnętrzne czynniki tłumienia gradientowe włókna wielomodowe 1. niedopasowanie średnicy rdzenia 2. niedopasowanie apertury numerycznej 3. niedopasowanie profilu współczynnika załamania 4. błędy koncentryczności rdzenia względem płaszcza (błąd koncentryczności może być kompensowany w spawarce zgrywającej światłowody względem średnicy rdzenia) Tłumienie światłowodów MM jest kierunkowe względem powyższych czynników, to znaczy tłumienie wystąpi tylko przy transmisji z włókna o większej średnicy rdzenia do mniejszej, większej NA do mniejszej. Czynniki są addytywne
Wpływ niedopasowania NA i średnicy rdzeni na tłumienie spawu włókien MM (teoria) 0 Numerical Aperture Difference,050,010,015,020,025,030,035 Intrinsic Splice Loss (db) 0,40 0,30 0,20 0,10 Core Diameter Numerical Aperture 0,00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Core Diameter Difference (µm)
Wewnętrzne czynniki tłumienia standardowe włókna jednomodowe Podstawową przyczyną tłumienia jest niedopasowanie średnicy pola modów (MFD) łączonych włókien. Straty są bezkierunkowe (takie same dla obu kierunków propagacji) Dla włókien spełniających wymogi normy straty wywołane niedopasowaniem MFD są niewielkie (< 0,04dB)
Wpływ niedopasowania MFD na tłumienie spawu włókien SM (teoria) 0,10 0,08 Attenuation (db) 0,06 0,04 0,02 0,00 0,80 0,86 0,92 0,98 1,04 1,10 1,16 MFD (Ratio)
Zewnętrzne składniki tłumienia złącza Przemieszczenie wzdłużne Przemieszczenie poprzeczne Nieprostopadłe końcówki włókien Niedopasowanie kątowe Niedoskonałości powierzchni Przemieszczenie wzdłużne. Separacja prowadzi do zmniejszenie natężenia wiązki wprowadzanej do drugiego światłowodu; w szczelinie tworzą się pasożytnicze rezonatory. Przemieszczenie poprzeczne. 1 µm 0,2 db, 2,5 µm 1 db Nie-prostopadłe końcówki włókien. 1 deg 0,2 db, 2 deg 1 db Niedopasowanie kątowe Niedoskonałości powierzchni czołowych (porowatość, nierównomierność)
Spawanie w łuku elektrycznym schemat Włókno w pokryciu pierwotnym Elektrody Zaciski mocujące Włókno w pokryciu pierwotnym Pokrycie pierwotne usunięte, odsłonięty płaszcz Bloki podstawy 1. Z każdego włókna usuwa się pokrycie pierwotne, następnie włókna są cięte pod kątem prostym 2. Końce włókien są umieszczane w odległości kilku mm od siebie i mocowane za pomocą zacisków 3. Włókna są pozycjonowane automatycznie i zbliżane do siebie na odległość ~µm 4. Po wyjustowaniu włókien włączany jest łuk elektryczny, a włókna zbliżane aż do wzajemnego kontaktu. Ciepło łuku topi szkło i tworzy się stałe połączenia światłowodów.
Spawanie w łuku elektrycznym - etapy uchwyty pozycjonujące 1 justowanie światłowodów 2 wygrzewanie wstępne 3 spawanie właściwe 4 odprężanie spawu Uzyskanie poprawnego spawu wymaga: Precyzyjnego wyjustowania włókien Dokładnej kontroli prądu łuku
Procedura spawania kabli światłowodowych 1. Identyfikację światłowodów w kablu i wybór łączonych par 2. Zdjęcie pokryć ochronnych z kabla (przygotowanie i rozwinięcie odpowiednich długości kabla i swobodnych światłowodów; przygotowanie zapasu światłowodu na wypadek konieczności poprawienia spawu) 3. Zdjęcie pokryć ochronnych ze światłowodów (metoda mechaniczna, termiczna lub chemiczna; mechanicznie nie więcej niż 5cm jednorazowo) 3. Przygotowanie powierzchni czołowych światłowodów (maksymalne dopuszczalne pochylenie czoła światłowodu 2, dobrej jakości obcinaczki 0,5 ) 4. Justowanie i połączenie światłowodów 5. Zabezpieczenie wykonanego złącza
Zgrywanie światłowodów Metoda ręczna po zbliżeniu światłowodów ustalenie położenia światłowodów w kierunku poprzecznym Metody automatyczne: 1. kontrola mocy transmitowanej z wykorzystaniem źródła i detektora (niezbędny dostęp do obu końców światłowodu) 2. pomiar za pomocą reflektometru optycznego 3. pomiar metodą LID (Local injection and detection) 4. dopasowanie na podstawie obserwacji profilu (rdzenia lub płaszcza, obraz wideo lub gorący obraz ) 5. dopasowanie pasywne wg. położenia V-rowków (dokładność zależy od koncentryczności rdzenia i płaszcza)
Zgrywanie światłowodów metoda LID Światło wprowadzane do światłowodu Zaciski mocujące Włókno Fotodioda PIN Laser Podstawa stała Podstawa przesuwana Usuwamy pokrycie pierwotne na długości kilku cm. Po zamocowaniu w spawarce włókno jest zginane na walcach. Światło lasera (lub diody LED) jest ogniskowane na zgięciu. Część energii ulega konwersji w mody prowadzone. Na drugim walcu następuje wypromieniowanie części energii. Jedno z włókien jest przemieszczane tak, aby moc rejestrowana przez detektor była największa.
Zgrywanie światłowodów obserwacja mikroskopowa profilu rdzenia Schemat urządzenia do zgrywania światłowodów Rejestrowany obraz mikroskopowy
Bieg promieni w przekroju poprzecznym światłowodu jednomodowego Ray-tracing Zarejestrowany obraz mikroskopowy
Spawanie w łuku elektrycznym 1. Czyszczenie włókien jeden lub kilka impulsów prądowych w celu usunięcia zanieczyszczeń, głównie resztek pokrycia pierwotnego 2. Wygrzewanie wstępne końce włókien zmiękczane przed właściwym spawaniem, ustalenie temperatury dla procesu spawania właściwego. zbyt wysoka temperatura powoduje zmianę geometrii i płynięcie światłowodu. Zbyt niska temperatura powoduje spęcznianie światłowodu w obszarze spawu. 3. Spawanie właściwe parametry: prąd wyładowania, czas, szczelina (gap), przekrycie (overlap) Po zakończeniu spawania spaw należy natychmiast zabezpieczyć
Błędy spawania 1. Bąble w obszarze spawu. Przyczyna: zabrudzenia. Rozwiązanie: oczyścić spaw, skrócić procedurę przygotowania spawu 2. Uskoki. Przyczyna: niedopasowanie poprzeczne światłowodów, zabrudzone V-rowki. 3. Spęcznienie. Przyczyna: zbyt silny docisk wstępny 4. Szczeliny, niekompletne spawy. Przyczyna: niewłaściwe cięcie, pochylone powierzchnie czołowe światłowodu. 5. Przewężenia. Przyczyna: zbyt słaby (brak) docisku wstępnego, zbyt wysoka temperatura spawania.
Optymalizacja procesu spawania Parametry procesu spawania wpływające na jakość spawu Temperatura spawania (określana np. przez prąd łuku) Czas spawania Procesy fizyczne występujące w trakcie spawania Przepływ materiału pomiędzy łączonymi włóknami Dyfuzja domieszki (zmiana profilu współczynnika załamania )
Optymalizacja procesu spawania czas i temperatura Pierwsza faza spawania: mieszanie się materiału Druga faza spawania: dyfuzja domieszki deformuje profil załamania rdzenia