СОЕДИНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

Основные понятия и определения

Соединение оптических волокон является наиболее ответственной операцией при монтаже кабеля, предопределяющей качество и дальность связи по ВОЛС. Соединение волокон и монтаж кабелей производятся как в процессе производства, так и при строительстве и эксплуатации кабельных линий.

Монтаж подразделяется на постоянный (стационарный) и временный (разъемный).

Постоянный монтаж выполняется на стационарных кабельных линиях, прокладываемых на длительное время, а временный – на мобильных линиях, где приходится неоднократно соединять и разъединять строительные длины кабелей.

Соединители оптических волокон, как правило, представляют собой арматуру, предназначенную для юстировки и фиксации соединяемых волокон, а также для механической защиты сростка.

Основными требованиями к ним являются:

– простота конструкции;

– малые переходные потери;

– устойчивость к внешним механическим и климатическим воздействиям;

– надежность.

Дополнительно к разъемным соединителям предъявляется требование неизменности параметров при повторной стыковке.

Потери, вносимые соединением оптических волокон в тракт передачи кабеля, делятся на две группы: внешние и внутренние.

Внешними называются потери, связанные с особенностями метода соединения, в том числе с подготовкой концов волокон, и включающие в себя поперечное смещение сердечника, разнесение торцов, наклон осей, угол наклона торца волокна, френелевские отражения.

Внутренними называются потери, связанные со свойствами самого волокна и обусловленные, например, вариациями диаметра сердечника, числовой апертуры, профиля показателя преломления, нециркулярностью сердечника, неконцентричностью сердечника и оболочки.

18.2. Внутренние потери

Внутренние потери являются следствием соединения двух неодинаковых волокон, обладающих различными диаметрами и числовой апертурой.

В многомодовых стекловолокнах внутренние потери зависят от направления распространения света (рис. 50).

Рис. 50. Внутренние потери на стыке многомодовых световодов

При распространении света слева направо потери на стыке равны нулю, при обратном направлении распространения света часть его переходит в оболочку 50 мкм волокна и теряется.

Данные потери зависят от характера распределения оптической мощности по торцу волокна. При этом различают однородное распределение мощности, когда она одинакова во всех точках торца волокна, и равновесное распределение, когда мощность сконцентрирована в центре сердечника световода. В табл. 5 приведены значения равновесных внутренних потерь на стыке различных многомодовых световодов.

Таблица 5

Внутренние потери на стыке многомодовых световодов

В одномодовых световодах внутренние потери не зависят от направления передачи и определяются только несоответствием диаметров поля моды сопрягаемых волокон (рис. 51).

Рис. 51. Внутренние потери на стыке одномодовых световодов

Волокно 1 с диаметром поля моды излучает свет в виде конуса с углом от торца волокна. Так как диаметр поля моды волокна обратно пропорционален углу приема излучения ( ) то волокно 1 излучает свет в больший конус, чем принимает волокно 2, и часть излучения теряется. И наоборот, при распространении света от волокна 2 к волокну 1 часть света распространяется вне сердечника волокна 1 и тоже теряется.

Таким образом, потери из-за различия диаметров поля моды и конусов приема одинаковы в обоих направлениях и рассчитываются по формуле , дБ.

Значения равновесных внутренних потерь на стыке наиболее распространенных одномодовых волокон с несмещенной дисперсией приведены в табл. 6.

Таблица 6

Внутренние потери на стыке многомодовых световодов

Волокно 1	Потери, дБ
Волокно 2
Выровненная оболочка	Вдавленная оболочка
2 = 10,0 мкм	2 = 9,5 мкм	2 = 8,8 мкм
Выровненная оболочка 2ω1 = 10,0 мкм 2ω1 = 9,5 мкм	0,01	0,01	0,07 0,02
Вдавленная оболочка 2ω1 = 8,8 мкм	0,07	0,02

Возможным источником потерь является также концентричность размещения сердечника световода внутри оптической оболочки (рис. 52, а). В идеале оси сердечника и оболочки должны совпадать. Рассогласование, связанное с концентричностью, определяется расстоянием между центрами сердечника и оболочки.

Рис. 52. Внутренние потери, обусловленные: а – неконцентричностью сердечников; б – эллиптичностью формы сердечников

Эллиптичность (отклонение от формы идеального круга) формы сердечника также является источником потерь (рис. 52, б).

Величина потерь зависит от взаимного расположения совмещаемых сердечников эллиптической формы. При одном соединении оси эллипсов могут быть перпендикулярными, тогда потери составляют максимальную величину, при другом – могут повернуться и совпасть, тогда потери будут отсутствовать. Допустимые значения эллиптичности сердечника равны отношению минимального значения диаметра к максимальному.

Потери возникают также при несовпадении размеров оптических оболочек, при этом оси волокон децентрируются (рис. 53).

Рис. 53. Внутренние потери, обусловленные неравенством диаметров оболочек

Данные вариации параметров существуют в каждом волокне, несмотря на технологический контроль, позволяющий избегать недопустимых отклонений этих параметров. За последние несколько лет технология изготовления была существенно улучшена, и диапазоны варьирования параметров волокна существенно сузились. Например, 125 мкм волокно ранее имело допустимое отклонение диаметра оболочки ±5 мкм, так что реальный диаметр волокна менялся от 120 до 130 мкм. Соединение двух таких волокон при максимальном рассогласовании приводит к потерям в 0,6 дБ. В настоящее время нормальным допуском является ±2 мкм, который приводит к отклонению размера от 123 до 127 мкм и к максимальным потерям в 0,28 дБ.

В табл. 7 представлены типовые допустимые вариации параметров для волокна 62,5/125.

Таблица 7

Допустимые вариации параметров для волокна 62,5/125

Внешние потери

Внешние потери обусловлены четырьмя основными причинами: радиальным, угловым, осевым смещениями волокон и качеством торцов. Кроме того, необходимо учитывать деформации сердечника и соответствие между показателями преломления волокон.

Волокно в соединителе должно размещаться вдоль его центральной оси. Если центральная ось одного волокна не совпадает с центральной осью другого, то неизбежно появляются потери за счет радиального смещения. На рис. 54. представлена зависимость этих потерь от отношения абсолютной величины смещения к диаметру сердечника волокна.

Рис. 54. Потери при соединении оптических волокон за счет радиального смещения

Если задаться относительным смещением в 10 %, то для волокна диаметром 50 мкм и числовой апертуре NA = 0,5 это означает, что реальное смещение составляет 5 мкм, а уровень потерь – 0,5 дБ. Для того же волокна, но числовой апертурой NA = 0,15, величина потерь составляет 0,2 дБ в каждом соединении. В реальных условиях стремятся ограничить смещение до уровня менее 5% от диаметра сердечника волокна.

На рис. 55 представлена зависимость потерь от отношения абсолютной величины зазора между соединяемыми волокнами к диаметру волокна.

Рис. 55. Потери при соединении оптических волокон за счет осевого смещения

Соединение двух волокон, разделенных небольшим зазором (осевое смещение), подвержено двум видам потерь. Первый вид обусловлен действием френелевского отражения, которое связано с разницей показателей преломления волокон и среды в зазоре (обычно воздуха).

Отражение на стыке оптических волокон приведено на рис. 56.

Рис. 56. Френелевское отражение: а – при отсутствии воздушного зазора;
б – при наличии воздушного зазора

Отражение на границе раздела двух сред (рис. 56, а) характеризуется параметром R, который представляет собой отношение мощности отраженной волны к мощности падающей волны и рассчитывается по формуле

,

где n₁ и n₂ – показатели преломления соответствующих сред.

В результате мощность на выходе волокна уменьшается по сравнению с падающей мощностью. Френелевские потери рассчитываются по формуле

Например, потери на границе волокно–воздух, при условии, что n₁= 1,46; n₂= 1, составляют 0,15 дБ.

При наличии осевого смещения различают две границы раздела (рис. 56, б). Тогда параметр R рассчитывается по формуле

,

где R₁ и R₂ – параметры отражения на соответствующей границе; z – ширина зазора.

Взаимодействие многократных отражений приводит к увеличению потерь на стыке, которые рассчитываются по формуле

, дБ.

Для получения малых потерь на стыке торцы волокон должны находиться в тесном физическом контакте друг с другом или зазор между ними должен быть заполнен веществом (иммерсионной жидкостью), в точности соответствующим показателям преломления сердечников.

В большинстве неразъемных соединителей сопрягаемые волокна действительно устанавливают вплотную. В разъемных соединителях иногда нужен небольшой зазор для предотвращения появления царапин на сколе при подключениях. Волокна, прижатые друг к другу с большим усилием, при подключении соединителя могут даже потрескаться. Поэтому некоторые соединители сконструированы таким образом, чтобы обеспечивать небольшой зазор между волокнами, в других используется фиксированное прижимающее давление для мягкого контакта волокон, исключающее появление повреждений.

Второй вид потерь проявляется в многомодовых световодах и связан с потерей мод высокого порядка при прохождении светом воздушного зазора, так как выходящий из первого волокна световой поток распространяется в некотором конусе. Данный вид потерь зависит от величины числовой апертуры. Волокна с большим значением NA имеют большие потери при соединении.

Сколы обработанных волокон должны быть перпендикулярны их осям и параллельны друг другу при соединении. Потери, связанные с угловым рассогласованием ориентации волокон относительно друг друга (угловое смещение), приведены на рис. 57.

Рис. 57. Потери при соединении оптических волокон за счет углового смещения

Уровень потерь в этом случае также определяется величиной числовой апертуры NA, но проявляется данная зависимость противоположно эффекту наличия зазора между волокнами. Здесь бóльшее значение NA вызывает меньшие потери при соединении.

При правильном использовании соединителя угловое смещение практически исключается, так что связанные с этим эффектом потери существенно меньше потерь, обусловленных радиальным смещением. Дело в том, что при скалывании волокна и полировке стекла контролируется перпендикулярность поверхности по отношению к оси волокна.

Поверхность торцов сопрягаемых волокон должна быть гладкой и не содержать дефекты типа трещин, выбоин и заусениц. Неровная поверхность разрушает геометрическую картину световых лучей и рассеивает их, что затрудняет ввод лучей во второе волокно.

В реальных соединениях необходимо учитывать воздействие суммарных, т. е. полных потерь, определение которых зависит от типа сопрягаемых волокон.

В многомодовых световодах полные потери на стыке волокон обычно меньше, чем сумма отдельных внутренних и внешних составляющих. Принято считать, что потери на стыке многомодовых волокон не зависят от длины волны. В действительности из-за несоответствия внутренних параметров волокон на стыке возникают пульсации (осцилляции) потерь, которые происходят вследствие того, что принимающее волокно не может принять все моды от передающего (рис. 58).

Рис. 58. Зависимость потерь на стыке многомодовых оптических волокон от длины волны

Осцилляции потерь на стыке возрастают с увеличением длины волны. Кроме того, потери при соединении оптических волокон зависят от относительного положения стыков. Стыки имеют тенденцию влиять на распределение мощности, и поэтому потери на конкретном стыке зависят от потерь на предыдущем (рис. 59).

Рис. 59. Распределение мощности оптического излучения на стыках соединяемых волокон

Если волокно А достаточно длинное, то мощность на его конце имеет равновесное распределение. Осевое смещение на первом стыке вызывает потери части мощности на конце распределения и перераспределяет мощность к внешним краям сердечника второго волокна. Если волокно Б короче, чем требуется для восстановления равновесного распределения мощности, то осевое смещение на втором стыке вызовет бóльшую, чем на первом стыке, потерю мощности.

В одномодовых волокнах полные потери на стыке практически соответствуют сумме внешних и внутренних потерь. Более того, такие волокна имеют только одну моду, и поэтому на их стыке отсутствуют пульсации, которые наблюдались в многомодовых волокнах. При отсутствии отражения потери на стыке монотонно уменьшаются с ростом длины волны, что обусловлено ростом диаметра поля моды.

Таким образом, потери на стыке одномодовых волокон проще в анализе, измерении и воспроизведении, чем на стыке многомодовых волокон.

Соединения волокон, кроме того, вызывают изменения во времени взаимодействия передаваемых мод друг с другом, что приводит к флуктуации оптической мощности и появлению так называемых межмодовых шумов. Межмодовые шумы проявляются как в многомодовых, так и в одномодовых волокнах.

Взаимодействие мод, зависящее от времени, происходит вследствие ряда причин: изменения во времени длины волны излучения и параметров лазеров, характеристик волоконного световода.

Модовый шум можно обнаружить, заглянув в торец относительно короткого многомодового волокна, возбуждаемого лазером. Различимые темные и светлые пятна (спеклы) являются следствием интерференции различных мод. Изменение спекл-картины на несовершенном стыке приводит к изменению потерь.

Интерференция мод зависит от временных соотношений между модами, поэтому лазерные источники излучения, способные сохранять временные свойства своего излучения, создают больший межмодовый шум, чем некогерентные источники излучения (светодиоды). С увеличением длины волоконного световода спекл-картина исчезает, что способствует уменьшению межмодовых шумов.

В идеальных одномодовых световодах межмодовый шум отсутствует. Однако реальные одномодовые волокна допускают распространение моды второго порядка, которая возникает на стыках сопрягаемых волокон. Благодаря разнице во времени распространения основной моды и моды второго порядка происходит интерференция мод и появление межмодового шума.

Соединение волокон

В процессе монтажа оптической магистрали осуществляется стационарное (неразъемное) соединение отдельных строительных длин кабеля. При вводе оптического кабеля в здание или регенераторные пункты для многократного соединения–разъединения с оптоэлектронным оборудованием применяются разъемные соединители – коннекторы.

Соединение оптических волокон осуществляется в нижеприведенной последовательности.

1. Подготовка торцов волокон.До начала соединения двух волокон требуется некоторая подготовка торцов стекловолокон, которая заключается в удалении первичного защитного покрытия с последующей заготовкой гладкого их торца путем скалывания или полировки.

Для удаления первичного покрытия с волокна можно использовать химические и механические способы зачистки.

Для химической зачистки применяются растворители красок, которые содержат в качестве активного вещества метилен хлорид. После замачивания концов стекловолокон в емкости с растворителем в течение минуты происходит размягчение первичного защитного покрытия, которое при незначительных усилиях снимается с волокна. Очищенное волокно вытирается мягкой тканью, смоченной спиртом или ацетоном. При заводском способе зачистки в качестве активного вещества с соответствующими предосторожностями применяют горячую серную кислоту.

Механическая зачистка нашла широкое применение при подготовке торцов волокон в полевых условиях. В качестве инструмента применяется аналогичное устройство, которое используется для снятия изоляции с медных проводов, но отличающееся большей точностью, чтобы исключить повреждение волокон режущими лезвиями. Такое устройство носит название стриппер. Очищенное волокно вытирается сухой мягкой тканью или смоченной спиртом или ацетоном.

Скалыванием называют подготовку торца волокна с нанесением царапины и последующим разломом. Для нанесения царапины используется, как правило, алмазное лезвие. После нанесения царапины волокно растягивается, что вызывает рост засечки и скалывается. Обе эти операции можно выполнить с помощью специального устройства – скалывателя. Зачищенное волокно вставляют в данное устройство, зажимают его, давлением на рычаг царапают волокно, захватывая и растягивая его зажимом, ломают.

В идеале скол волокна должен быть перпендикулярен. Любое откло­нение не должно превышать 1–2 градуса. Качество скола торца волокна зависит от скалывающего устройства и опыта оператора. Плохой скол создает дефекты типа выступа, матовости или волнистости, которые приводят к потерям на стыке.

Шлифовка и полировка торца волокна производится с помощью разнообразных держателей на сухой абразивной бумаге или бумаге, смоченной для отвода тепла водой или абразивными пастами.

После скола или полировки подготовленное волокно необходимо обследовать при помощи микроскопа или десятикратной лупы. При наличии неоднородностей требуется повторить скалывание или продолжить полировку.

В одномодовом соединении с плоскими полированными контактами и при наличии воздушного зазора между сопрягаемыми волокнами, как отмечалось выше, часть энергии отражается назад к источнику и создает возвратные потери (рис. 60, а). Уровень отраженной мощности может достигать 11 дБ, что вполне достаточно для проявления интерференции встречных излучений и ее воздействия на работу лазерного диода.

Одним из способов уменьшения возвратных потерь является закругление концов волокон при полировке (рис. 60, б).

Рис. 60. Распространение отраженной энергии при соединении оптических волокон: а – с плоскими торцами; б – с закругленными торцами

При этом уменьшение отражения происходит по двум причинам. Во-первых, соединяемые волокна в этом случае контактируют более плотно, что уменьшает отражение, обусловленное разностью показателей преломления воздуха и волокна. Остается только зеркальное отражение, связанное с вариациями оптических свойств волокон. Во-вторых, при скруглении концов волокон отсутствует обратное отражение к источнику. Отражение обычно происходит в сторону, и отраженное излучение покидает волокно.

2. Сращивание.Сращивание осуществляется методом сварки или с помощью механического сростка.

Сварка является наиболее распространенным способом соединения волокон и заключается в местном нагреве границы раздела двух состыкованных и предварительно отцентрированных торцов волокон, в результате которого они сплавляются друг с другом. В качестве источника энергии используется электрическая дуга, возникающая между электродами, пламя газовой горелки или лазер. Наибольшее распространение получила электрическая дуга, поскольку она позволяет довольно просто регулировать нагрев и работать в полевых условиях.

Установка для сварки предусматривает следующие операции.

Очищенные и сколотые торцы волокон зажимают на позиционных платформах с определенным зазором, который позволяет их центрировать вручную или автоматически. После выравнивания производится скругление торцов волокон (предварительное оплавление) маломощной дугой, с выжиганием при этом посторонних веществ. После этого увеличивают температуру дуги, и нагретые торцы волокон сводят вместе, вдавливая друг в друга на определенную длину (длину хода сжатия). Вдавливание (обычно несколько микрон) предотвращает образование горловины в месте сращивания. После вдавливания температуру дуги постепенно уменьшают до полного выключения установки. Образовавшийся сросток подвергают проверочным испытаниям, затем восстанавливают защитное покрытие и при необходимости усиливают.

Качество сварки зависит от расстояния между электродами, времени предварительного оплавления и собственно сварки, тока электрической дуги и длины хода сжатия.

По принципу действия сварочные аппараты подразделяются на аппараты с ручным управлением, полуавтоматические и автоматические.

В аппаратах первого типа S-146 (Furukawa), FSM-0,5 (Fujikura), X73 (SIEMENS) и других после закрепления волокон в микропозиционерах производится их автоматическое сведение. Все операции, связанные со сваркой, выполняются вручную. Как правило, значение потерь для данного класса сварочных аппаратов составляет 0,1 дБ для одномодовых и 0,05 дБ для многомодовых световодов.

В аппаратах второго типа S-148 (Furukawa), FSM-15S (Fujikura) и X-75 (SIEMENS) центрирование также осуществляется посредством V-образных канавок, однако сведение волокон и процесс сварки проводятся в автоматическом режиме по предварительно заданной программе, определяемой типом свариваемых волокон. Значение потерь при этом составляет 0,04–0,05 дБ для одномодовых волокон и 0,03 дБ – для многомодовых волокон.

Большинство современных сварочных устройств содержат микропроцессоры, которые выполняют все операции сварки полностью автоматически. К данному типу сварочных аппаратов относятся следующие устройства: S-174H/S-174K (Furukawa), FSM-30S (Fujikura), TYPE-35S/TYPE-36 (Sumitomo Electric), X60/X77 (RXS GmbH-SIEMENS) и FSU 975 (ERICSSON).

Рассмотрим возможности таких устройств на примере сварочного аппарата фирмы Sumitomo TYPE 35 SE.

Этот аппарат позволяет сваривать любые типы волокон в ручном и автоматическом режимах, тестирует волокно перед сваркой, устанавливает оптимальные параметры работы, оценивает качество поверхностей волокон перед сваркой, измеряет потери в месте их соединения и, если это необходимо, дает команду повторить сварку. Кроме этого аппарат защищает место сварки специальной гильзой и проверяет на прочность сварное соединение. Аппарат позволяет сваривать одномодовые и многомодовые стекловолокна с потерями соответственно 0,02 и 0,01 дБ, что является превосходным результатом. Однако аппараты довольно дороги. Тем не менее предпочтение отдается именно им, так как, используя их, достигают две цели:

– высокое качество сварки;

– высокую скорость работ, что немаловажно при выполнении ответственных заказов (срочная ликвидация аварии на магистральной линии связи).

Компанией Sumitomo Electric Industries разработан сварочный аппарат для одновременного сращивания нескольких волокон оптического кабеля ленточного типа, что позволяет резко сократить время и расходы на сварку.

Под словосочетанием механические сростки подразумевают все несварные соединения. Разработано большое разнообразие механических сростков. Но для всех них требуются подготовка оптических волокон к соединению (скалывание или полировка торца волокна) и вещество для выравнивания показателя преломления отдельных стекловолокон, элементы для их центрирования, а также зажимы или клей для фиксации положения.

Выравнивающим веществом может служить гель, смазка или клей.

Гель используется как жидкость, которая, затвердевая, образует устойчивое связывающее вещество. Смазки не затвердевают, поэтому они менее стабильны к окружающим условиям.

Механическое сращивание подразделяется на активное или пассивное в зависимости от того, производится ли выравнивание волокна для оптимизации потерь или нет.

При механическом сращивании отдельных волокон доминируют три технологии:

– четырехстержневые направляющие компании TRW;

– эластомерные сростки компании GTE;

– вращаемый сросток компании AT&T.

Начиная с 1980 г. компания TRW освоила выпуск механических сросток Optasplice. Основой этой конструкции являются направляющие, состоящие из четырех стеклянных стержней, которые образуют ромбо­идальное отверстие с четырьмя V-образными желобками (рис. 61).

Волокна вставляют в отверстие, а пустые пространства заполняют выравнивающим клеем, который затвердевает под действием ультрафиолетового излучения. Поверх направляющих надевают защитную трубку из нержавеющей стали.

В 1981 г. компания GTE освоила выпуск механических сростков, основу которых составляют две вставки из эластомерного полистирола (рис. 62).

Одна из вставок имеет по всей длине V-образный желобок с углом 60°, а вторая – плоскую поверхность. Сложенные вставки центрируют и прижимают предварительно заготовленные волокна. Надетая поверх стеклянная трубка фиксирует сросток. Свободные пространства заполняют затвердевающим клеем.

Точной подстройки можно добиться во вращаемом механическом сростке компании AT&T, внедренном в 1985 г. (рис. 63).

Рис. 63. Соединение волокон с помощью вращаемого сростка

В этом сростке для подготовки торцов волокон используют полировку. Сросток можно легко подстраивать путем вращения двух стеклянных втулок, в которые вставляются волокна. Втулки закрепляются в треугольных муфтах. После выравнивания волокон свободные пространства заполняют затвердевающим клеем.

И, наконец, в 1988 г. компания 3М освоила выпуск сростка оптических волокон Fibrlock (рис. 64).

В этом сростке волокна выравнивают и зажимают в V-образном элементе из алюминиевого сплава. Сжимание производится с помощью пластмассовой крышки. Все пустоты заполняются выравнивающим веществом.

Без активной подстройки все рассмотренные механические сростки обеспечивают величину затухания при сращивании одномодовых световодов не более 0,2 дБ. При подстройке потери на сростке не превышают 0,05 дБ.

Многоволоконные соединители целесообразно использовать при сращивании волокон ленточных кабелей.

Фирмой AT&T разработан быстрый ленточный сросток, который обеспечивает одновременное соединение 12 волокон в полевых условиях.

Все сростки в ленте полируют одновременно, зачищают и укладывают в пазы на гравированной полимерной подложке. Поверх накладывают крышку и зажимают пружинами. Через отверстие в крышке заполняют все пустоты выравнивающим веществом. Средние потери при сращивании многомодовых волокон составляют менее 0,3 дБ и для одномодовых волокон – 0,5 дБ.

Оптические коннекторы – это механическое устройство предназначенное для многократных соединений. Они обеспечивают быстрый способ переконфигурации оборудования, проверки волокон, подсоединения к источникам и приемникам света.

Перед установкой коннектора торец волокна зачищают, а затем скалывают или полируют. Коннекторы в основном создают большие потери, чем сростки, так как в них обычно не используется выравни­вающее показатели преломления вещество, и они не подстраиваются.

Коннектор для соединения одиночных волокон состоит из двух основных частей: штекера и соединителя.

Штекер состоит из цилиндрического или конического наконечника с волокном внутри капиллярного отверстия, проходящего по центральной оси наконечника. Наконечники изготавливают из керамики, пластмассы или нержавеющей стали.

Керамические наконечники обладают лучшими качествами и применяются для соединения одномодовых волокон. Керамика является достаточно прочным материалом, позволяющим высверливать отверстие под волокно с высокой точностью. Кроме того, она сохраняет высокие технические характеристики в широком диапазоне температур и других внешних воздействий. Для наконечников используется два вида керамики: окись алюминия и окись циркония. Первоначально применяли окись алюминия – твердый, неэластичный материал, позволяющий очень точно выдерживать допуски в процессе его изготовления. Коэффициент теплового расширения окиси алюминия (степень уменьшения или увеличения линейных размеров образца при изменении температуры) очень близок к аналогичному коэффициенту для стекла. Недостатком данного материала является его хрупкость и разрушение при незначительных давлениях. Кроме того, полировка окиси алюминия достаточно сложна, особенно в полевых условиях. Окись циркония – более мягкий вид керамики и более устойчивый по отношению к механическим ударам. К тому же он достаточно прочен и позволяет выдерживать допуски подобно окиси алюминия, но в отличие от нее легче полируется.

Пластмассовые наконечники обладают меньшей стоимостью, но обеспечивают менее качественное соединение.

Наконечники из нержавеющей стали имеют промежуточные характе­ристики. Их широкое применение объясняется высокой прочностью и меньшей хрупкостью по сравнению с керамикой.

Наиболее распространенный размер наконечника равен 2,5 мм в диаметре, что фактически стало стандартом.

Штекер имеет резьбовую крышку, которая удерживает его и соединитель вместе. Для приложения контролируемой нагрузки на границу волокон крышка может иметь пружину, для предотвращения поворота штекера внутри соединителя – ключ, для ограничения минимального радиуса изгиба волокна при вводе в штекер – защитную трубку, для предотвращения выдергивания волокна – рукав для снятия деформации.

Для закрепления волокна в соединителе применяется эпоксидный клей, после застывания которого волокно вместе с наконечником полируется для обеспечения гладкости среза соединителя.

В настоящее время разработана бесклеевая технология. Корпус такого соединителя имеет дополнительный наконечник, позволяющий закрепить волокно как на конце, так и у основания соединителя. Такие обжатые волокна имеют технические характеристики, не уступающие клеевому закреплению, однако по времени установки выгодно отличаются от последнего.

Рассмотрим наиболее распространенные типы коннекторов.

Коннектор FC разработан японской компанией NTT (Nippon Telephone and Telegraph) и обеспечивает высококачественное соединение как многомодовых, так и одномодовых световодов. Коннектор имеет наконечник диаметром 2,5 мм, который изготавливается из керамики, нержавеющей стали или композита. Зачищенное волокно вставляется в отверстие в центре наконечника, закрепляется и полируется. Коннектор имеет разъединительную муфту, мягко расположенную в корпусе соединителя, подпружиненную резьбовую крышку и ключ.

Аналогичный по устройству коннектору FC коннектор D4 разработан японской компанией NEC (Nippon Electric Corporation) для использования в многомодовых и одномодовых световодах. Отличительным признаком является применение 2,0 мм наконечника.

Коннектор ST, выпускаемый компанией AT&T, представляет собой высококачественный малогабаритный соединитель, который нашел применение для стыковки как многомодовых, так и одномодовых световодов. Штекер коннектора ST состоит из цилиндрического наконечника, изготовленного из керамики, полимера или нержавеющей стали диаметром 2,5 мм. Наконечник выравнивается муфтой, мягко расположенной в корпусе соединителя, с поперечным сечением, напоминающим сечение поршневого кольца в бензиновых двигателях. Этим достигается равномерное распределение в муфте радиальной силы, которая действует на вставляемый наконечник. Наличие ключа и пружины, контролирующей силу на конце наконечника, уменьшает вероятность повреждения волокон. В отличие от других типов коннекторов коннектор ST имеет не резьбовую крышку, а защелкивающийся байонетный механизм. Поворот крышки на 45° завершает соединение.

Данный тип соединителя производится примерно тридцатью компаниями и является наиболее распространенным. Он широко используется в локальных сетях, внутренних кабельных системах, тестовом оборудовании и т. д.

Коннектор SC (subscriber connector) выпускается компанией NTT и применяется как для одномодовых, так и для многомодовых световодов. Он пришел на смену коннекторам FS и D4 в современных глобальных телекоммуникационных системах и составил серьезную конкуренцию коннектору ST в локальных сетях и аналогичных областях применения. Коннектор SC отличается простотой конструкции. Он состоит из корпуса с наконечником, корпуса соединителя, обжимного кольца, резинового выпрямляющего хвостовика и пылезащитного колпачка. Наконечник диаметром 2,5 мм изготавливается из керамики: окиси алюминия или окиси циркония. Защелкивающий механизм надежно фиксирует соединение.

Коннекторы SMA (Sub-Miniature type A) применяются для соединения многомодовых световодов. SMA поставляется в двух моделях: 905 и 906. SMA штекер состоит из цилиндрического наконечника (диаметр для соответствующих моделей 3,2 мм и 3,0 мм), изготовленного из полимера или алюминия, стали, латуни или керамики. В 906-й модели для лучшего выравнивания применяется полимерная выравнивающая муфта, которая надевается на кончик наконечника. SMA штекеры подсоединяются к своим соединителям посредством гайки с резьбой. Давление на стыке зависит от того, насколько туго завернута гайка, что предопределяет величину потерь на стыке.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: