Czym jest geometria złączy optycznych i jakość produkcji FCA?
Czym jest geometria złączy optycznych i jakość produkcji FCA?
Produkcja złączy światłowodowych wymaga dokładności wykonania i zgodności z normami.
O produkcji decyduje nie tylko jakość komponentów oraz materiałów do produkcji, ale i parametry geometryczne rzędu wielkości kilku nanometrów. Nawet minimalne odchylenie od norm takich parametrów jak kąt ścięcia ferruli, wysokość włókna, gładkość wypolerowanej powierzchni ferruli czy niecentryczność polerowania, mogą stać się przyczyną pogorszenia a nawet przerwania transmisji. Wyniki pomiarów miernikami mocy lub reflektometrem nie dają pełnej możliwości stwierdzenia przyczyn strat transmisyjnych. Dlatego też zaistniała konieczność zastosowania urządzenia pomiarowego zwanego interferometrem.
Interferometr to urządzenie wykorzystujące zjawisko nakładanie się fal świetlnych : wiązki wzorcowej i badanej, padającej na dany obiekt, czego efektem jest szereg jasnych i ciemnych prążków. Jasne prążki to maksima interferencyjne, obszar w przestrzeni, gdzie dwie fale świetlne wzmacniają się. Ciemne prążki to minima interferencyjne to znaczy różnica faz miedzy wiązkami wynosi fi = pi lub jest równa nieparzystej wielokrotności pi ,czego efektem jest wygaszanie fal. Aby odpowiednio zinterpretować obraz interferencyjny (interferogram) konieczna jest znajomość długości fali świetlnej wiązki użytej podczas pomiarów , kolejnego rzędu prążków jasnych lub ciemnych, grubości płytki półprzezroczystej (elementu składowego przyrządu).Każdy z prążków reprezentuje inną część powierzchni sfery leżącą nad płaszczyzną odniesienia. W konsekwencji uzyskany w ten sposób obraz jest podobny do mapy topograficznej i pokazuje kontur powierzchni.
Wynikiem pomiaru interferometrycznego jest obraz geometrii złącza. Poprawna geometria to wypolerowane złącze zgodnie z normami. Geometrię złączy wyznaczają parametry :
a) Wysokość sferyczna: przydatna gdy idealna powierzchnia złącza (ferruli i włókna) może być uznana za ciągłą sferę. Definiuje się ją jako różnicę pomiędzy wysokością centrum włókna i teoretyczną wysokość w centrum bazującą na krzywiźnie ferruli.
b) Wysokość płaszczyznową wykorzystuje się gdy idealna powierzchnia złącza może być uznana jako płaskie włókno pośrodku sferycznej ferruli. Wysokość płaszczyznowa jest zatem definiowana jako różnica wysokości pomiędzy centralnym punktem włókna a wysokością w teoretycznym centrum płaszczyzny uformowanej z połączenia najwyższych punktów na ferruli otaczających włókno.
c) Zasięg włókna jest przydatny w celu określenia jak wyglądać będzie pierwszy punkt kontaktu włókna i ferruli. Zasięg włókna definiowany jest jako odległość od centrum włókna do linii prostopadłej do osi ferruli przechodzącej przez najwyższy punkt ferruli. Aby utrzymać kontakt pomiędzy połączonymi złączami parametr Zasięg włókna powinien zawierać się w zakresie od 0 do + 0,1 um. Parametr ten doskonale nadaje się do zobrazowania jak włókno ulegnie ściśnięciu w momencie zetknięcia się ferrul.
Interferometr jest najdoskonalszym narzędziem, którego użycie zapewnia prawidłową analizę czoła złącza i umożliwia szybki pomiar w celu zapewnienia właściwej jakości polerowania. Bez tego urządzenia niemożliwym jest zagwarantowanie właściwego wykonania złączy i zapewnienia odpowiednich parametrów transmisyjnych.
Przykładowy prawidłowy obraz interferometryczny złącza SM APC / 2.5 mm
Idealnie wypolerowana powierzchnia
Zdjęcia powierzchni ferrul źle wypolerowanych
Każdy proces podlega normalizacji, dlatego i polerowanie złączy wykonywane jest według zatwierdzonych standardów.
Istnieje podział norm na złącza o polerowaniu typu PC oraz APC oraz na średnicę ferruli 1,25 mm oraz 2.5 mm.
Zakres parametrów i tolerancji zamieszczony jest w tabeli poniżej.
Dodatkowo wysokość włókna w wypolerowanym złączu ściśle zależy od wielkości radiusa i może być określona wzorem : 10 < R < 25 wysokość włókna = - ( - 0,02 * R³ + 1,3 * R² - 31 R + 325 ), gdzie R to radius.
Szczególne znaczenie dla parametrów złącza wymaganych przez użytkownika (operatora) ma dokładność metody polerskiej i jakość wykorzystywanych komponentów.
Proces polerski wpływa na parametry tłumiennościowe złączy:
Prawidłowa geometria = IL i RL prawidłowe
Niezgodne z normami podcięcie włókna = prawidłowa IL, zbyt mała RL
Niezgodne z normami wystawanie włókna = IL i RL prawidłowe, połączenie narażone na uszkodzenia w trakcie łączenia
Dodatkowo :
Produkcja złączy światłowodowych wymaga dokładności wykonania i zgodności z normami.
O produkcji decyduje nie tylko jakość komponentów oraz materiałów do produkcji, ale i parametry geometryczne rzędu wielkości kilku nanometrów. Nawet minimalne odchylenie od norm takich parametrów jak kąt ścięcia ferruli, wysokość włókna, gładkość wypolerowanej powierzchni ferruli czy niecentryczność polerowania, mogą stać się przyczyną pogorszenia a nawet przerwania transmisji. Wyniki pomiarów miernikami mocy lub reflektometrem nie dają pełnej możliwości stwierdzenia przyczyn strat transmisyjnych. Dlatego też zaistniała konieczność zastosowania urządzenia pomiarowego zwanego interferometrem.
Interferometr to urządzenie wykorzystujące zjawisko nakładanie się fal świetlnych : wiązki wzorcowej i badanej, padającej na dany obiekt, czego efektem jest szereg jasnych i ciemnych prążków. Jasne prążki to maksima interferencyjne, obszar w przestrzeni, gdzie dwie fale świetlne wzmacniają się. Ciemne prążki to minima interferencyjne to znaczy różnica faz miedzy wiązkami wynosi fi = pi lub jest równa nieparzystej wielokrotności pi ,czego efektem jest wygaszanie fal. Aby odpowiednio zinterpretować obraz interferencyjny (interferogram) konieczna jest znajomość długości fali świetlnej wiązki użytej podczas pomiarów , kolejnego rzędu prążków jasnych lub ciemnych, grubości płytki półprzezroczystej (elementu składowego przyrządu).Każdy z prążków reprezentuje inną część powierzchni sfery leżącą nad płaszczyzną odniesienia. W konsekwencji uzyskany w ten sposób obraz jest podobny do mapy topograficznej i pokazuje kontur powierzchni.
Wynikiem pomiaru interferometrycznego jest obraz geometrii złącza. Poprawna geometria to wypolerowane złącze zgodnie z normami. Geometrię złączy wyznaczają parametry :
- Radius - promień krzywizny zdefiniowany jako promień najbardziej dopasowanej sfery do Fitting Area.
Appex – niecentryczność polerowania, odległość pomiędzy najwyższym punktem złącza a osią włókna. Pomiar wykonuje się od centrum do centrum. Złącze idealne nie wykazuje niecentryczności, gdyż najwyższy punkt polerowanej powierzchni pokrywa się z osią włókna.
- Kąt polerowania 0° dla PC lub 8 ° APC
- Wysokość włókna – można określić jedną z trzech metod : wysokości sferycznej, wysokości płaszczyznowej i zasięgu włókna. We wszystkich przypadkach wartość ujemna dotyczy podcięcia a dodatnia wystawania włókna.
a) Wysokość sferyczna: przydatna gdy idealna powierzchnia złącza (ferruli i włókna) może być uznana za ciągłą sferę. Definiuje się ją jako różnicę pomiędzy wysokością centrum włókna i teoretyczną wysokość w centrum bazującą na krzywiźnie ferruli.
b) Wysokość płaszczyznową wykorzystuje się gdy idealna powierzchnia złącza może być uznana jako płaskie włókno pośrodku sferycznej ferruli. Wysokość płaszczyznowa jest zatem definiowana jako różnica wysokości pomiędzy centralnym punktem włókna a wysokością w teoretycznym centrum płaszczyzny uformowanej z połączenia najwyższych punktów na ferruli otaczających włókno.
c) Zasięg włókna jest przydatny w celu określenia jak wyglądać będzie pierwszy punkt kontaktu włókna i ferruli. Zasięg włókna definiowany jest jako odległość od centrum włókna do linii prostopadłej do osi ferruli przechodzącej przez najwyższy punkt ferruli. Aby utrzymać kontakt pomiędzy połączonymi złączami parametr Zasięg włókna powinien zawierać się w zakresie od 0 do + 0,1 um. Parametr ten doskonale nadaje się do zobrazowania jak włókno ulegnie ściśnięciu w momencie zetknięcia się ferrul.
Interferometr jest najdoskonalszym narzędziem, którego użycie zapewnia prawidłową analizę czoła złącza i umożliwia szybki pomiar w celu zapewnienia właściwej jakości polerowania. Bez tego urządzenia niemożliwym jest zagwarantowanie właściwego wykonania złączy i zapewnienia odpowiednich parametrów transmisyjnych.
Idealnie wypolerowana powierzchnia
Zdjęcia powierzchni ferrul źle wypolerowanych
Każdy proces podlega normalizacji, dlatego i polerowanie złączy wykonywane jest według zatwierdzonych standardów.
Istnieje podział norm na złącza o polerowaniu typu PC oraz APC oraz na średnicę ferruli 1,25 mm oraz 2.5 mm.
Zakres parametrów i tolerancji zamieszczony jest w tabeli poniżej.
Dodatkowo wysokość włókna w wypolerowanym złączu ściśle zależy od wielkości radiusa i może być określona wzorem : 10 < R < 25 wysokość włókna = - ( - 0,02 * R³ + 1,3 * R² - 31 R + 325 ), gdzie R to radius.
Szczególne znaczenie dla parametrów złącza wymaganych przez użytkownika (operatora) ma dokładność metody polerskiej i jakość wykorzystywanych komponentów.
Prawidłowa geometria = IL i RL prawidłowe
Niezgodne z normami podcięcie włókna = prawidłowa IL, zbyt mała RL
Niezgodne z normami wystawanie włókna = IL i RL prawidłowe, połączenie narażone na uszkodzenia w trakcie łączenia
Dodatkowo :
- zbyt mały radius powoduje szybkie starzenie się pracy złącza
- brak centryczności między dwoma włóknami to duża tłumienność łącza i prawidłowa RL
- wklejenie włókna nierównolegle do otworu ferruli tylko pod kątem zwiększa tłumienność, przy zachowaniu dobrej RL