Основні поняття та визначення
Найбільш відповідальною операцією в процесі будівництва ВОЛЗ, що визначає якість і дальність зв'язку, є монтаж оптичних волокон. Таке з'єднання волокон і монтаж кабелів виробляються як у процесі виробництва, так і при будівництві та експлуатації кабельних ліній.
Монтаж підрозділяється на постійний (зварювання волокна) і тимчасовий (роз'ємні з'єднувачі). З'єднувачі оптичних волокон, як правило, являють собою арматуру, призначену для юстування та фіксації волокон, що з'єднуються, а також для механічного захисту зростка.
Основними вимогами до з'єднувачів є:
- простота конструкції;
- малі перехідні втрати;
- стійкість до зовнішніх механічних та кліматичних впливів;
- надійність;
- Додатково до роз'ємних з'єднувачів надається вимога незмінності параметрів при повторній стиковці.
Втрати, що вносяться з'єднанням оптичних волокон у тракт передачі кабелю, поділяються на зовнішні та внутрішні .
Зовнішніми називаються втрати, пов'язані з особливостями методу з'єднання, у тому числі з підготовкою кінців волоконних світловодів, що включають поперечне зміщення серцевини, рознесення торців, нахил осей, кут нахилу торця волокна, френелівські відображення.
Внутрішніми називаються втрати, пов'язані з властивостями самого оптичного волокна та зумовлені, наприклад, варіаціями діаметра серцевини, числової апертури, профілю показника заломлення, нециркулярністю серцевини, неконцентричністю серцевини та оболонки.
Внутрішні втрати
Внутрішні втрати є наслідком з'єднання двох неоднакових оптичних волокон, що володіють в основному різними діаметрами та числовою апертурою.
При прямому поширенні світла (зліва направо) втрати на стику дорівнюють нулю, при зворотному напрямку поширення світла частина периферійних променів переходить в оболонку оптичного волокна з меншим діаметром і втрачається.
В одномодових волоконних світловодах внутрішні втрати не залежать від напрямку передачі і визначаються лише невідповідністю діаметрів поля моди оптичних волокон, що сполучаються.
Можливим джерелом втрат є також неконцентричне розміщення серцевини усередині світловідбиваючої оболонки. Тобто серцевина оптичного волокна зміщена щодо центральної точки оптичного волокна. Також додаткові втрати в оптичному волокні може вносити неідеальна форма поперечного перерізу оптичного волокна в кабелі (https://evileg.com/ru/post/26/) .
Також внутрішні втрати можуть бути обумовлені нерівністю діаметрів оболонок оптичного волокна. Що може позначитися при механічному з'єднанні оптичних волокон.
Внутрішні втрати, зумовлені:
а - неконцентричністю;
б - еліптичність форми серцевини.
Внутрішні втрати, зумовлені нерівністю діаметрів оболонок
Зовнішні втрати
Зовнішні втрати обумовлюються чотирма основними причинами:
- радіальним зміщенням оптичних волокон;
- кутовим зміщенням;
- осьовим зміщенням;
- Якістю торців.
Оптичне волокно в з'єднувачі має розміщуватися вздовж центральної осі. Якщо центральна вісь одного волокна не збігається з такою віссю іншого, то неминуче з'являються втрати за рахунок радіального зміщення . Також, якщо з'єднання двох оптичних волокон розділене невеликим зазором (осьове зміщення), то оптичне волокно стає схильним до додаткового виду втрат.
Френелівське відображення:
а - за відсутності повітряного зазору;
б - за наявності повітряного зазору.
Відображення на межі розділу двох середовищ характеризує я параметром R, який є відношенням потужності відбитої хвилі до потужності вхідної хвилі.
Також сколи оброблених оптичних волокон повинні бути перпендикулярні до осей волокон і паралельні один одному при з'єднанні. Втрати, пов'язані з кутовим неузгодженістю орієнтації оптичних волокон щодо один одного ( кутове зміщення ), наведено на малюнку. Рівень втрат у разі також визначається величиною числової апертури NA.
Втрати при кутовому зміщенні
Монтаж оптичних волокон
У процесі монтажу оптичної магістралі здійснюється стаціонарне (нероз'ємне) з'єднання окремих будівельних довжин кабелю. При введенні ВОК у будівлю або регенераторні для багаторазового з'єднання-роз'єднання з оптоелектронним обладнанням застосовуються з'єднувачі - конектори. З'єднання оптичних волокон здійснюється у певній послідовності. Спочатку здійснюється підготовка торців оптичних волокон, та був проводиться зрощування.
До початку з'єднання двох волоконних світловодів потрібна деяка підготовка торців волокон, яка полягає у видаленні первинного захисного покриття волокон з подальшою заготівлею гладкого торця шляхом сколювання або шліфування. Для видалення первинного покриття з оптичного волокна можна використовувати як хімічні засоби зачистки, так і механічні.
Сколюванням називають підготовку торця оптичного волокна з нанесенням подряпини та наступним розломом. В ідеалі скол оптичного волокна має бути перпендикулярним. Будь-яке відхилення має перевищувати 1—2 о .
В одномодовому з'єднанні з плоскими відшліфованими торцями і за наявності повітряного зазору між волокнами, що сполучаються, частина енергії відображається назад до джерела і створює поворотні втрати. Одним зі способів зменшення поворотних втрат є закруглення кінців оптичних волокон при шліфуванні.
Зрощування здійснюється методом зварювання або за допомогою механічного зростка. Як інструмент використовується електрична дуга , що виникає між електродами, полум'я газового пальника або лазер. За принципом дії зварювальні апарати поділяються на апарати з ручним управлінням, напівавтоматичні та автоматичні. Механічне зрощування поділяється на активне чи пасивне залежно від того, чи виробляється вирівнювання оптичного волокна для оптимізації втрат чи ні.
При механічному зрощуванні окремих волокон домінують три технології:
- чотиристрижневі напрямні компанії TRW;
- еластомірні зростки компанії GTE;
- Зросток, що обертається компанії AT&T.
З'єднання оптичних волокон за допомогою чотиристрижневих напрямних
З'єднання оптичних волокон за допомогою еластомірного зростка
З'єднання оптичних волокон за допомогою ростка, що обертається.
З'єднання оптичних волокон за допомогою Fibrlock замку
Основним способом з'єднання активного мережного обладнання з оптоволоконною лінією є застосування оптичних конекторів, що з'єднуються за допомогою оптичного адаптера, який встановлюється в оптичному кросі. Усередині оптичного кросу розварюються оптичні волокно, які закінчуються пігтейлами з оптичними конекторами.
Оптичний конектор — це механічний пристрій, призначений для багаторазових з'єднань. Він забезпечує швидкий спосіб переконфігурації обладнання, перевірки волокон, приєднання до джерел та приймачів світла. Конектор для з'єднання одиночних оптичних волокон складається з двох основних частин: штекера та з'єднувача.
Конектори: а - FC; б - ST; в - SC.
