Łączenie światłowodów za pomocą złączy rozłączalnych Zbigniew Koper TP S.A. Ośrodek Techniki Optotelekomunikacyjnej w Lublinie Wstęp Montaż linii optotelekomunikacyjnych związany jest z wzajemnym łączeniem kabli światłowodowych oraz łączeniem kabli z różnymi urządzeniami. Najczęściej stosowane metody łączenia światłowodów to: 1. Połączenia spajane zwane popularnie spawami 2. Połączenia mechaniczne 3. Złącze rozłączalne Złącza rozłączalne zwane inaczej złączami wielokrotnego łączenia stosowane są tam gdzie przewiduje się okresowe łączenie i rozłączanie związane z pracami konserwacyjnymi, pomiarami lub zmianami konfiguracji systemu transmisyjnego. Ceną za możliwość wielokrotnego łączenia jest wyższy niż w przypadku innych połączeń koszt oraz dużo większe tłumienie złączy rozłączalnych. Problematyka połączeń spajanych oraz połączeń mechanicznych omówiona została obszernie w artykule [4]. Różnice między łączeniem światłowodów metodą spawania a metodą złączy rozłączalnych są proste lecz istotne. Złącza rozłączalne stosowane są do wzajemnego łączenia dwu włókien lub do przyłączania ich do źródła światła albo detektora. Złącza w odróżnieniu od połączeń spawanych są zaprojektowane tak aby umożliwić wielokrotne rozłączanie. I połączenia spawane i złącza rozłączalne muszą spełniać wspólne wymagania takie jak niskie straty rozproszeniowe i niska reflektancja. W odniesieniu do złączy rozłączalnych stosuje się dodatkowe wymagania powtarzalności oraz trwałości w przypadku wielokrotnego łączenia. Chociaż istnieją metody łączenia włókien z użyciem specjalnych układów optycznych zasada działania większości złączy opiera się na prostym pozycjonowaniu obu zakończeń włókien tak dokładnie jak to możliwe i ich ochronie przed wpływem czynników środowiskowych. Istnieje obszerna bibliografia traktująca szczegółowo temat łączenia kabli za pomocą złączy światłowodowych rozłączalnych. Mimo to obserwuje się duże zainteresowanie publikacjami, które w przystępny sposób opisują najistotniejsze problemy związane ze złączami rozłączalnymi. Zadaniem niniejszego artykułu jest wypunktowanie tych problemów. Artykuł zorganizowany jest następująco. Po wstępie znajduje się krótki rozdział pt. Terminologia,
w którym podano definicje najważniejszych terminów. Następnie w rozdziale nr III pt. Budowa złączy scharakteryzowano elementy z których składa się typowe złącze i opisano ich rolę. Po nim następuje rozdział IV pt. Podział złączy, który powinien być właściwie zatytułowany Podziały złączy, opisuje bowiem kilka możliwych sposobów klasyfikowania złączy. Następny rozdział nr V pt. Złącza specjalne stanowi suplement do rozdziałów wcześniejszych i opisuje typy złączy z którymi zapewne czytelnik się nie spotka. Autor uważał jednak, że pominięcie tej tematyki byłoby niewłaściwe. Rozdział VI Parametry i wymagania jest bardzo istotny i pozwala zapoznać się między innymi z wymaganiami stawianymi złączom wielokrotnego łączenia przez normy zakładowe TP S.A. Równie istotny i ściśle związany z wcześniejszym rozdziałem jest rozdział VII Testowanie złączy. Przedstawiono w nim podstawowe procedury badawcze, wykorzystywane przy ocenie właściwości złączy. Równie ważna jak jakość elementów złączy i jakość montażu jest właściwa ich eksploatacja oraz konserwacja. Rozdział VII pt. Postępowanie ze złączami, przypomina tych kilka istotnych zasad, których przestrzeganie zapewnia bezawaryjną pracę złączy. Gdyby mimo to pojawiły się problemy związane z pracą złączy to w rozdziale VIII pt. Rozwiązywanie problemów czytelnik znajdzie kilka porad, które pozwolą mu na samodzielną diagnozę i usunięcie problemu w najbardziej typowych sytuacjach. Rozdział IX pt. Kierunki rozwoju wskazuje na widoczne obecnie trendy w rozwoju złączy i rozwiązania, które mogą się pojawić w najbliższej przyszłości. Terminologia W aktualnie używanej terminologii obserwuje się dużą dowolność w nazywaniu złączy oraz ich elementów. Stosuje się nazewnictwo obcojęzyczne lub mniej czy bardziej udane nazewnictwo polskie. Autor niniejszego artykułu starał się w stosować terminologię zaproponowaną w polskiej normie PN 186000 [1]. Najważniejsze z proponowanych przez wspomnianą normę określeń podane są poniżej: Złącze światłowodowe to zbiór elementów złącza niezbędnych do zapewnienia sprzęgania i rozprzęgania pomiędzy dwoma lub więcej kablami światłowodowymi. Element złącza: ta część złącza która może być indywidualnie wyspecyfikowana i zakwalifikowana. Przykładami są wtyk, łącznik, wtyk współpracujący z gniazdem i gniazdo złącza. Złącza całkowicie połączalne - Złącza pochodzące z różnych źródeł uważane są za całkowicie połączalne, gdy części złącza pochodzące z jednego źródła dają się połączyć z odpowiednimi częściami pochodzącymi z innych źródeł bez uszkodzenia mechanicznego i z zachowaniem parametrów optycznych połączenia w granicach tolerancji.
Złącza połączalne mechanicznie - Złącza pochodzące z różnych źródeł uważane są za mechanicznie połączalne, gdy części złącza pochodzące z jednego źródła dają się połączyć z odpowiednimi częściami pochodzącymi z innego źródła bez zniszczenia mechanicznego. Właściwości optyczne nie są anlizowane.. Element współpracujący: zakwalifikowany element złącza wymagany do uzupełnienia złącza podczas wykonywania badań kwalifikacyjnych elementu złącza Konfiguracja wtyk-łącznik-wtyk: dwa wtyki współpracujące ze sobą poprzez łącznik. Sprzężenie mechaniczne ma miejsce pomiędzy wtykami a łącznikiem. Złącze składa się z dwóch wtyków i jednego łącznika. Konfiguracja wtyk-gniazdo: złącze składające się z jednego wtyku i jednego gniazda. Mechanizm sprzęgania mechanicznego i mechanizm centrowania optycznego są scalone w tych dwóch połówkach złącza Komplet złącza: złącze nie oprawione na włóknie lub kablu Zestaw złączowy: nie oprawiony element złącza (wtyk lub łącznik). Pigtail z półzłączem: odcinek włókna lub kabla światłowodowego z wtykiem lub gniazdem złączowym oprawionym na nim z jednej strony. Złącze z pigtaili: dwa pigtaile z półzłączami połączone razem w określony sposób. Patchcord: odcinek kabla lub włókna światłowodowego zakończony obustronnie wtykami lub gniazdami złączowymi. Złącze z patchcordu: patchcord i jakikolwiek dodatkowy element złącza niezbędny do celów pomiarowych Budowa złączy Współcześnie jest w użyciu około 70 różnego typu złączy światłowodowych. Różne typy złączy mają różne charakterystyki, różne zalety i wady, wszystkie jednak cechuje podobieństwo budowy. Rozbierając złącza można w każdym z nich znaleźć następujące elementy: ferrulę, wtyk, kabel i łącznik. Rysunek 1 przedstawia przekrój typowego złącza.
Łącznik Ferrula Wtyk Kabel Tulejka centrująca Rysunek 1 Przekrój złącza rozłączalnego Ferrula to wykonana najczęściej z metalu albo ceramiki tuleja zapewniająca mechaniczne zamocowanie oraz odpowiednie położenie światłowodu względem innych elementów złącza. Otwór znajdujący się w centralnej części ferruli ma średnicę nieco większą niż średnica płaszcza światłowodu. Koniec włókna oraz koniec ferruli znajdują się na jednej płaszczyźnie. Wtyk stanowi obudowę i osłonę ferruli. Wykonany jest zwykle z metalu lub tworzywa sztucznego i zbudowany jest z jednego lub większej liczby elementów. Istnieją istotne różnice w budowie wtyków ale ich wspólną cechą jest sposób mocowania powłoki kabla i elementów wzmacniających (stosuje się tu technikę wklejania) oraz to, że ferrula wystaje poza obrys wtyku. Kabel połączony jest z wtykiem w sposób zapewniający wytrzymałość złącza. Wytrzymałość złącza uzyskuje się poprzez zamocowanie elementów wytrzymałościowych kabla. Łącznik: W przeciwieństwie do złączy elektrycznych przy łączeniu światłowodów nie stosuje się asymetrycznego układu męski-żeński. Znacznie lepiej sprawdził się układ wtyk-łącznikwtyk. Łącznik pełni funkcję elementu pozycjonującego oraz zapewniającego wytrzymałość złącza. W złączach wykorzystuje się różne materiały metal, szkło, tworzywa sztuczne i ceramikę. Najlepsze właściwości przy łączeniu włókien zapewniają jednak elementy ceramiczne. Decydująca o jakości połączenia tuleja (tzw. ferrula) wewnątrz której zamocowane jest włókno wykonywana jest najczęściej z tego materiału. Jej współczynnik rozszerzalności termicznej jest mały i zbliżony do współczynnika rozszerzalności termicznej włókna światłowodowego. Dlatego zapewnia ona stabilną pracę złącza w szerokim zakresie
temperatur. Wklejenie włókna za pomocą żywicy epoksydowej jest prostą czynnością a jej twardość ułatwia szybkie szlifowanie włókna. Podział złączy Podział złączy rozłączalnych może być wykonany na wiele sposobów. Dwa z nich wydają się najbardziej naturalne. Pierwszy z nich bierze pod uwagę typ czy też rodzinę złączy, drugi zwraca uwagę na sposób wykonania zakończenia złącza. W telekomunikacji rozpowszechniły się złącza następujących typów: FC (Fiber Connector), S.C. (Subscriber Connector), ST (Stright Tip) oraz E2000. Fotografia nr 1 przedstawia trzy z wymienionych typów złączy. Fotografia 1 Złącza typu FC, SC, E2000 (od lewej) Złącze typu FC jest najbardziej rozpowszechnione. Jest to złącze wykorzystujące gwintowy mechanizm sprzęgający. Ferrula wystaje poza obrys wtyku. Dwa następne typy złączy tzn. SC oraz E2000 są to złącza z zatrzaskowym mechanizmem sprzęgającym. Ich udział w całkowitej liczbie złączy sukcesywnie wzrasta. Złącze E2000 jest złączem zalecanym przez normę zakładową TP S.A [3]. Złącze ma tzw. zintegrowaną konstrukcję zabezpieczającą ferrulę przed dostępem kurzu a jednocześnie chroniącą oczy operatora przed promieniowaniem laserowym. Inne zalety tego złącza to niski poziom strat rozproszeniowych oraz strat odbiciowych. Drugi z możliwych podziałów złączy uwzględnia sposób wykonania zakończenia złączy. W zależności od przeznaczenia złącza istnieje kilka możliwości zakańczania. Tzw. zakończenia płaskie (FLAT CONNECTORS - patrz rysunek 2) były stosowane w przeszłości.
α= 8 0 Rys 2 Zakończenie płaskie Rys 3 Zakończenie typu PC Rys 4 Zakończenie typu APC Obecnie stosuje się je wyłącznie przy instalowaniu systemów wielomodowych. Ich zaletą jest łatwość polerownia nawet w warunkach polowych. Charakteryzują się one niestety dużymi wartościami strat rozproszeniowych oraz strat odbiciowych. Złącza PC (PHYSICAL CONTACT patrz rys 3) charakteryzuje zakrzywienie powierzchni końcowej co zapewnia mniejsze niż w przypadku złączy płaskich straty odbiciowe. Złącza typu SPC (SUPER PC CONNECTORS) oraz UPC (ULTRA PC CONNECTORS) stanowią rozwinięcie koncepcji złączy PC. Celem była redukcja strat odbiciowych. Od typowych złączy PC różni je mniejszy promień krzywizny zakończenia oraz mniejsza twardość materiału z którego wykonana jest ferrula. Udoskonalenie techniki polerowania przyczyniło się do zmniejszenia naprężeń pojawiających się w zakończeniu. Tego typu złącza znajdują zastosowanie przy budowie systemów szybkiej transmisji takich jak SDH STM 16. Jednak najbardziej do systemów szybkiej transmisji predysponowane są tzw. złącza kątowe (APC- Angled Physical Contact). Powierzchnia włókna w takich złączach (patrz rysunek 4) ustawiona jest pod pewnym kątem do osi włókna tak, że sygnał od niej odbity omija obszar rdzenia i nie jest transmitowany w światłowodzie. Złącza tego typu są szeroko stosowane również przez operatorów telewizji kablowych gdzie walka z odbiciami traktowana jest bardzo poważnie.
Rysunek 5 Złącze stożkowe Inny możliwy podział złączy bierze pod uwagę kształt ferruli. Większość znanych na naszym rynku złączy wykorzystuje ferrule cylindryczne. Należy wspomnieć jednak również o złączach w których stosowane są ferrule stożkowe (patrz rysunek 5). Ich stożkowo ukształtowane końcówki oraz znajdująca się w łączniku dwustożkowa tuleja centrująca służą do precyzyjnego pozycjonowania światłowodów. Tabela 1 Parametry najczęściej spotykanych złączy Typ złącza/światłowodu Straty rozproszeniowe Straty odbiciowe FC/PC 50/125 0,3 db FC/PC 10/125 0,5 db FC/SPC 10/125 0,5 db 40 db FC/APC 10/125 0,5 db 60 db SC/PC 10/125 0,5 db 40 db SC/APC 10/125 0,5 db 60 db LC/PC 50/125 0,3 db LC/PC/SPC 0,5 db 40 db E2000/APC 10/125 0,3 db 60 db MPO 50/125 1 db MPO 10/125 1,3 db PM-FC/SPC 0,5 db 40 db PM-FC/APC 0,5 db 60 db Wyjaśnienie:MPO to złącze wielokrotne, PM-FC złącze przeznaczone do łączenia włókien HB Złącza specjalne Przykładem złączy do celów specjalnych są złącza rozłączalne służące do łączenia światłowodów typu HB. Światłowody HB (High Birefrigence) charakteryzują się anizotropią kształtu i często również anizotropią naprężeń. Przykładem takiego światłowodu jest włókno typu PANDA. Przekrój takiego włókna przedstawiony jest na rys. 6. elementy naprężające rdzeń światłowodu płaszcz światłowodu
Rysunek 6 Przekrój poprzeczny światłowodu HB (PANDA) Światłowody tego typu przy odpowiednim pobudzeniu światłem spolaryzowanym utrzymują polaryzację światła. Znajdują zastosowanie w trakcie prac laboratoryjnych, w modulatorach wykorzystujących polaryzację, we wzmacniaczach optycznych oraz interferometrach światłowodowych. Łączenie takich włókien stanowi wyzwanie dla konstruktorów złączy. Przy wykonywaniu złącza należy bowiem bardzo precyzyjnie pozycjonować włókno względem korpusu wtyku. Ferrula w takim złączu może być obracana i blokowana w pozycji zapewniającej minimalne straty wtrąceniowe oraz optymalny współczynnik ekstynkcji. Oferowane obecnie konstrukcje pozwalają zapewniają pozycjonowanie włókna z dokładnością ±3. łącznik taśma światłowodowa sprężyna dociskowa Rysunek 7 Złącze do łączenia taśm światłowodowych Inny rzadko na naszym rynku spotykany typ złączy stanowią złącza służące do łączenia taśm światłowodowych (patrz rysunek 7). Jeden wtyk zawiera 4, 8 lub 12 światłowodów. Gęstość upakowania światłowodów w takich złączach jest kilkakrotnie większa niż w złączach pojedynczych. W złączach wielokrotnych stosowane są zarówno ferrule cylindryczne jak i stożkowe. Pewna przewaga złącz z ferrulami stożkowymi związana jest z mniejszymi oporami mechanicznymi przy łączeniu. Łączenie złączy wielokrotnych z ferrulami cylindrycznymi wymaga zastosowania znacznej siły. Stosując złącza wielokrotne musimy liczyć się z większymi niż w przypadku złączy pojedynczych wartościami strat rozproszeniowych i strat odbiciowych ( patrz tabela 1). Parametry i wymagania
Podstawowe parametry charakteryzujące złącza określają ich właściwości transmisyjne. Są to tzw. straty rozproszeniowe oraz straty odbiciowe. Istotne są również wymiary złącza oraz właściwości mechaniczne i środowiskowe. Straty rozproszeniowe definiujemy jako spadek mocy optycznej związany z wprowadzeniem złącza w tor optyczny. Straty rozproszeniowe wynikają nie tylko z niedokładnego wykonania złącza. Związane są również z wzajemnym niedopasowaniem i defektami geometrycznymi światłowodów. Strat związanych z niedoskonałościami światłowodów nie można przypisać do złącza. W praktyce trudno jest jednak oddzielić czynniki związane ze złączami od czynników związanych ze światłowodami. Dlatego bardzo ważnym działaniem przed przystąpieniem do oceny złączy powinna być weryfikacja parametrów światłowodów użytych do budowy złącz. Znanych jest wiele metod pomiaru strat rozproszeniowych. Zasada jest jednak taka sama we wszystkich przypadkach. Najpierw wykonywany jest pomiar poziomu mocy P 0 transmitowanej przez światłowód bez złącza. Następnie w tor optyczny wprowadzane jest złącze i ponownie wykonywany jest pomiar poziomu mocy P 1. Straty rozproszeniowe wyraża się jako wyrażony w decybelach współczynnik tych dwu wartości. P 1 a c ( db) = 10log [db] P0 Starty odbiciowe są miarą sygnału odbitego od złącza. Odbicie związane jest z różnicą współczynników załamania światłowodu i powietrza znajdującego się między włóknami. Współczynnik odbicia na granicy dielektryków o współczynnikach załamania n 1 i n 2 wynosi. ( n R = ( n 1 1 Straty odbiciowe (ORL optical return loss) określają jaka część sygnału wraca w kierunku źródła: n 2 + n 2 ) ) 2 2 2 ( n ) ( ) 1 n2 n1 + n2 ORL ( db) = 10 log( R) = 10log [db] 2 Tłumienie wywołane odbiciami określa jaka część sygnału pozostaje po odbiciu w linii. 2 ( n ) ( ) 1 n2 n1 + n2 A = 10log1 [db] 2
Straty odbiciowe zależą również od wielu czynników takich: zmiana współczynnika załamania, szerokości spektralnej, drogi koherencji źródła, struktura powierzchni, odległość między powierzchniami etc. Pomiary wykonywane są przez porównanie poziomu mocy światła przechodzącego przez złącze z poziomem mocy odbitej. Pomiar poziomu mocy odbitej wykonywany jest z użyciem OTDR lub rozgałęziacza toru pomiarowego. Wymagania stawiane złączom rozłączalnym charakteryzowane są w normie zakładowej ZN 96 TP S.A.-007. Obejmują one dopuszczalny poziom strat rozproszeniowych, strat odbiciowych, odporność złączy na działanie czynników środowiskowych oraz odporność mechaniczną złączy. Tabela nr 1 przedstawia w zwięzłej formie wymagania TP S.A. stawiane złączom rozłączalnym. Tabela 2 Wymagania na złącza rozłączalne wg. ZN-96 TPSA-007 lp. Nazwa wymagania Narażenia i dopuszczalna zmiana parametrów Punkt normy 1. Niecentryczność dopuszczalna niecentryczność światłowodu 2.3.3.1 względem złączki wynosi 0,5µm 2. Ustawienie światłowodu kąt pomiędzy osiami symetrii światłowodu i 2.3.3.2. złączki 3. Siła łączaca powierzchnie łączące światłowodów powinny być 2.3.3.3 dociskane z siła 7-12 N podczas łączenia wtyków w ferruli 4. Tłumienie złączy średnie tłumienie złączy powinno wynosić 0, 3 db 2.3.4.1 przy odchyleniu standardowym 0,15 db 5. Tłumienie odbiciowe tłumienność odbiciowa powinna być większa niż 2.3.4.2. 50 db 6. Trwałość parametrów 1000 połączeń, zmiany tłumienia 0,2 db 2.3.4.3. 7. Symetria złączy symetria z punktu widzenia parametrów 2.3.4.4. transmisyjnych i mechanicznych 8. Odporność klimatyczna zakres temperatur -40/+70 C, zmiany tłumienia 2.3.6. 0,2 db 9. Odporność na wibracje częstotliwość 10-55 Hz, amplituda drgań 1,5 mm, 2.3.7. czas 10. Odporność na wyrywanie siła naprężająca F=50N, czas działania 1 min, 2.3.8. kabla zmiany tłumienia 0,2 db 11. Odporność na skręcanie kabla 10 cykli ±180, F=15N, zmiany tłumienia 0,2 db 2.3.9.
12. Odporność na uderzenie o 10 upadków z wysokości 1m, zmiany tłumienia 2.3.10. twarde podłoże 0,2 db 13. Odporność na zginanie 300 cykli ±90, F=4N, zmiany tłumienia 0,2 db 2.3.11. 14. Odporność na wielokrotne 1000 cykli, wzrost tłumienia 0,2 db, 2.3.12. łączenie powtarzalność 0,2 db Testowanie złączy Mnogość badań jakim poddawane są złącza przyprawia o ból głowy. Przykładowo norma PN/EN 186000 charakteryzuje ponad 30 metod badań, które należy wykonywać dla złączy. Podaje również liczność próbek. Wiąże się to rzecz jasna ze sporymi kosztami badań. Pełne cykle badań wykonywane są głównie przez producentów złączy. Dużo częściej wykonywane są badania wyrywkowe obejmujące mniejszy zakres. Planując takie testy trzeba sobie zdawać sprawę, które z właściwości złączy są najistotniejsze. Użytkownicy złączy wykonują najczęściej trzy podstawowe testy: Pomiar strat rozproszeniowych Pomiar strat odbiciowych Ocena jakości powierzchni czołowej światłowodu. Pomiary wykonywane są dla dwu wtyków oraz łącznika. W przypadku strat rozproszeniowych najbardziej przydatna jest metoda transmisyjna wykorzystująca źródło światła oraz miernik mocy optycznej. Najlepszą dokładność pomiaru uzyskuje się stosując źródło światła typu LED. Rys 8 w sposób schematyczny przedstawia zasadę pomiaru strat rozproszeniowych. Źródło Miernik mocy Pomiar poziomu mocy odniesienia P 1 Źródło Badane złącze Miernik mocy Pomiar poziomu mocy z badanym złączem w torze P 2 Rysunek 8 Pomiar strat rozproszeniowych Jeśli pomiar wykonywany jest w stabilnych warunkach środowiskowych, przestrzega się wymagań związanych z wygrzewaniem przyrządów przed pomiarami, no i same przyrządy są przyzwoitej jakości można uzyskać niepewność pomiaru ±0,02dB.
Pomiar start odbiciowych wykonywany jest za pomocą reflektometru albo z użyciem tzw. miernika reflektancji zbudowanego ze źródła światła, miernika mocy oraz dzielnika światłowodowego. W przypadku krótkich sznurów optycznych bardziej adekwatna jest metoda wykorzystująca miernik reflektancji. Rysunek 7 przedstawia schemat układu pomiarowego. Pętla likwidująca odbicia Badane złącze Źródło Sprzęgacz kierunkowy Pomiar odniesienia Źródło Miernik mocy Sprzęgacz kierunkowy Pętla likwidująca odbicia Pomiar reflektancji Miernik mocy Rysunek 9 Pomiar strat odbiciowych z użyciem miernika reflektancji Jednym z najlepszych sposobów kontroli złącz i rozwiązywania problemów jest ich wizualna ocena z użyciem mikroskopu. Dobrze wykonane złącze powinno mieć gładko oszlifowaną powierzchnię pozbawioną defektów a włókno nie powinno ani wystawać z farruli ani być w niej schowane. UWAGA: Nie wolno oglądać zakończenia włókna przez mikroskop nie mając pewności, że światło nie jest transmitowane przez złącze ponieważ niektóre systemy transmisyjne wykorzystują sygnał o dużej mocy i mogą powodować uszkodzenie wzroku. Jeżeli nie ma pewności czy sygnał jest transmitowany czy nie, należy wykonać pomiar poziomu mocy przy pomocy miernika. Przy ocenie złączy stosuje się typowo powiększenia rzędu 30-200. Mniejsze powiększenia nie pozwalają na uzyskanie właściwej dla oceny złącza rozdzielczości. Przy większych powiększeniach niewielkie defekty nie wpływające na jakość złącza wyglądają na duże obiekty dyskwalifikujące złącze.
Najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie średniego powiększenia i kontrola złącza trzema metodami: bezpośrednia obserwacja oszlifowanej powierzchni włókna przy bocznym oświetleniu włókna, bezpośrednia obserwacja przy bocznym oświetleniu włókna i wprowadzeniu światła przechodzącego do rdzenia światłowodu, oglądanie powierzchni włókna pod pewnym kątem przy oświetleniu kątowym z kierunku przeciwnego. Bezpośredni ogląd powierzchni włókna z oświetleniem bocznym pozwala na stwierdzenie czy wymiary ferruli są właściwe, czy włókno umieszczone jest w ferruli centrycznie oraz czy zastosowano właściwą ilość kleju. Metoda ta pozwala na zaobserwowanie wyłącznie największych rys. Dodanie światła przechodzącego przez rdzeń pozwala na dokładną obserwację rys na powierzchni włókna. Obserwacja złącza pod pewnym kątem przy kątowym oświetleniu z przeciwnego kierunku pozwala na ocenę jakości szlifu ponieważ efekt cienia zwiększa kontrast szczelin. Przy ocenie złączy należy zachować umiar i zdrowy rozsądek. Istnieje tendencja do stawiania wysokich wymagań, szczególnie przy dużych powiększeniach. Tymczasem wyłącznie defekty w obszarze rdzenia światłowodu stanowią rzeczywisty problem. Odłupania materiału w obszarze płaszcza nie są rzadkością i nie mają bezpośredniego wpływu na pracę złącza. Mogą jednak w niektórych przypadkach utrudniać kontakt fizyczny i tym samym wpływać na odbicie wsteczne. Zasady postępowania ze złączami Wykonując jakiekolwiek operacje z użyciem złączy światłowodowych należy zawsze pamiętać o tym, że zarówno światłowód jak i ferrula muszą być czyste przed włożeniem wtyku do łącznika. Jest to szczególnie istotne przy bezpośrednim łączeniu kabla ze źródłem światła oraz z detektorem. Kurz, włókna, tłuszcz oraz inne cząstki osadzające się na światłowodzie przyczyniają się do pogorszenia poziomu sygnału a mogą być powodem uszkodzenia złącza. Średnica rdzenia światłowodu jednomodowego wynosi ok. 10 µm. Porównanie jej z rozmiarami cząstek kurzu, które zawierają się w granicach 1-20µm uzmysławia nam jak ważna jest czystość przy stosowaniu złączy światłowodowych. Już najmniejsze cząstki kurzu mogą, osadzając się na rdzeniu światłowodu, spowodować straty rozproszeniowe rzędu kilku db. Większe cząstki mogą nawet całkowicie przesłonić rdzeń światłowodu i uniemożliwić transmisję. Stąd wynika potrzeba ciągłego czyszczenia złącza. Użytkownicy powinni wyrobić sobie nawyk czyszczenia złączy przy każdym wyjęciu wtyku z łącznika. Równie ważne jak czyszczenie jest zabezpieczanie nieużywanych wtyków za pomocą gumowych kapturków. Chroni to złącza zarówno przed kurzem jak również przed
przypadkowym uszkodzeniem spowodowanym np. uderzeniem o podłoże. Zasady czyszczenia złączy opisano poniżej w kilku punktach. Przed czyszczeniem złączy musimy zaopatrzyć się w następujące akcesoria : Specjalne bezpyłowe chusteczki przeznaczone do czyszczenia optyki Alkohol. Musimy pamiętać, że zwykły spirytus jest najczęściej zanieczyszczony olejem oraz zawiera wodę. Dlatego zaleca się używanie alkoholu izopropylowego o czystości 99%. Czyste i suche sprężone powietrze Mikroskop do złączy (wystarcza 30-krotne powiększenie ) Czyszcząc złącze wykonujemy następujące czynności: 1. Składamy podwójnie chusteczkę 2. Nasączamy ją alkoholem 3. Czyścimy za pomocą chusteczki boczne ścianki ferruli obracając ją kilkakrotnie. 4. Czyścimy koniec ferruli i włókna przesuwając po niej czystą część chusteczki. 5. Sprawdzamy stan powierzchni włókna i farruli za pomocą mikroskopu. Jeśli powierzchnia nie jest czysta powtarzamy czyszczenie z użyciem nowej chusteczki. 6. Wkładamy wtyk do łącznika bezpośrednio po oczyszczeniu. 7. Do czyszczenia łącznika oraz gniazd detektorów i źródeł światła używamy wyłącznie powietrza. W trakcie eksploatacji złączy przestrzegamy następujących zasad: 1. Nigdy nie dotykamy końca ferruli. 2. Nieużywane wtyki muszą być zabezpieczane za pomocą gumowych kapturków. 3. Używanie żelu immersyjnego jest zabronione. Wprawdzie poprawia on parametry złącza zmniejszając straty rozproszeniowe i straty odbiciowe lecz stanowi równocześnie idealny klej dla cząstek kurzu i innych zanieczyszczeń i może być powodem uszkodzenia powierzchni światłowodu. Poza tym żel immersyjny może po jakimś czasie wypłynąć ze złącza powodując dramatyczny wzrost poziomu sygnału odbitego. Rozwiązywanie problemów Związane ze złączami problemy dotyczą najczęściej wykorzystywanych w obiektach stacyjnych kabli łączeniowych zwanych patchcordami. Jeżeli pomiary pokazują, że taki kabel zakończony wtykami ma duże tłumienie, istnieje kilka metod znalezienia przyczyny. Jeśli mamy do dyspozycji mikroskop, należy sprawdzić złącza poszukując widocznych defektów takich jak: zadrapania, pęknięcia czy zabrudzenia powierzchni. Jeśli wszystko wygląda OK.
należy oczyścić złącze przed kontynuacją działań. Następnie należy powtórzyć pomiary podejrzanego kabla stosując drugi, pomocniczy, kabel. Pomiary należy wykonać dwukierunkowo. Kabel powinien mieć wyższe straty jeśli badany jest wraz ze złym wtykiem. Jeśli zły wtyk przyłączony jest bezpośrednio do detektora straty są mniejsze ponieważ miernik z detektorem o dużej powierzchni nie wpływa tak bardzo na typowy współczynnik tłumienia złączy. Metoda ta pozwala ocenić czy i który z wtyków jest uszkodzony. Kierunki rozwoju Nowe typy złączy pojawiają się jako odpowiedź na zapotrzebowanie związane ze zwiększeniem gęstości upakowania oraz obniżeniem ceny złączy. Istotna jest również szybkość wytwarzania złączy. Tego typu złącza określane są jako złącza SFF (smal form factor). Konstrukcja niektórych z nowych złączy nie przewiduje stosowania ceramicznej ferruli co znakomicie obniża cenę takich złączy. Przykładem jest złącze VR-45 firmy 3M będące częścią systemu okablowania strukturalnego Volition. Fotografia nr 2 przedstawia kilka typów złączy nowej generacji. Fotografia 2 Złącza typu SFF (Smal Form Factor) Duże nadzieje wiąże się obecnie z nowym typem materiału polimerami ciekłokrystalicznymi (LCP liquid crystal polimers), których właściwości są na tyle obiecujące, że przewiduje się ich zastosowanie do wytwarzania tanich ferruli. Bibliografia 1. Pr PN-EN 186000-1: Wymagania ogólne: Złącza dla włókien i kabli optycznych 2. ZN-96 TP S.A. 002, Linie optotelekomunikacyjne. Ogólne wymagania techniczne
3. ZN-96 TPSA-007: Linie optotelekomunikacyjne Złączki światłowodowe i kable stacyjne Wymagania i badania 4. Koper, Z: Łączenie włókien światłowodowych metodą spawania, Zeszyty Pomiarowe, zostanie opublikowany 5. AN 107B, Care and Feeding of Fiber Optic Connectors, 1996, Materiały Firmowe, Force Inc. 6. Hayes, J: A Practical Guide to Testing Fiber Optic Components& Networks, Outside Plant Magazine, Luty 2001