Соединение оптических волокон (стр. 2 из 3)
Например, потери на границе волокно-воздух, учитывая, что n1=1,46, a n2=1, составляют 0,15 дБ.
При наличии осевого смещения различают две границы раздела (рис. 6б). 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.соединение оптическое волокно
Соединения волокон, кроме того, вызывает изменение во времени взаимодействие 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: изменение во времени длины волны излучения и параметров лазеров, характеристик волоконного световода.
Модовый шум можно увидеть, 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 репиторные пункты для многократного соединения-разъединения с оптоэлектонным оборудованием применяются разъемные соединители - коннекторы.
Соединение оптических волокон осуществляется в следующей последовательности.
1. Подготовка торцов волокон.
До начала соединения двух волокон требуется некоторая подготовка торцов волокон, которая заключается в удалении первичного защитного покрытия волокон 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 течении 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. 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. Зачищенное волокно вставляют в данное устройство, зажимают его, давлением на рычаг царапают волокно, захватывая и растягивая его зажимом ломают.
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.
2. Сращивание.
Сращивание осуществляется методом сварки или с помощью механического сростка.
Сварка.Сварка является наиболее распространенным способом соединения волокон. Сварка заключается в местном нагреве границы раздела двух состыкованных и предварительно отцентрированных торцов волокон, в результате которого волокна 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 округление торцов волокон (предварительное оплавление) маломощной дугой, выжигая при этом посторонние вещества. 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.
Большинство современных сварочных устройств содержат микропроцессоры, которые выполняют все операции сварки автоматически. 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 соединения волокон, 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 одномодовые стекловолокна с потерями 0,01 дБ, что является превосходным результатом. Однако, аппараты довольно дороги. Тем не менее, предпочтение отдается именно им, так как, используя их достигаются две цель:
-высокое качество сварки;
-высокая скорость работ, что немаловажно пр 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.
Механические сростки.Под словом механические подразумевают все несварные сростки. Разработано большое разнообразие механических сростков. Но для всех них требуются подготовка сростка к соединению (скалывание или полировка торца волокна) и вещество для выравнивания показателя преломления отдельных стекловолокон, элементы для центрирования волкон, а также зажимы или клей для фиксации положения волокон.
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 является направляющие, состоящие из четырех стеклянных стержней, которые образуют ромбоидальное отверстие с четырьмя V-образными желобками (рис. 7).
Стеклянные стержни 
Оптическое волокно
Рис. 7
Волокна вставляют в отверстие, а пустые пространства заполняют выравнивающим клеем, который затвердевает под действием ультрафиолетового излучения. Поверх направляющих надевают защитную трубку из нержавеющей стали.