Лекции по Физико-технологическим основам волоконно-оптической техники   

9. Компоненты и устройства для ВОСПИ и ВОД

9.3 Оптические разъемы.

На рис. 9.16 приведена схема ретрансляционного участка ВОСПИ, которая показывает, что волокна с излучателем и фотоприемником соединяются с помощью оптических разъемов, а между самими волокнами имеет место сварное соединение. Оптические разъемы (их часто называют коннекторами (connectors)) обеспечивают многократные (~500…1000) соединения/разъединения волокон. Существует большое количество специализированных разъемов в двух типоразмерах: стандартном и миниатюрном. Наиболее распространены три типа стандартных разъемов: FC, ST, SC и шесть типов миниатюрных разъемов: MT-RJ, LC, VF-45, LX-5, Opti-Jack,SCDC-SCQC.

Рис. 9.16. Схема распределения потерь в ретрансляционном участке линии: 1- излучатель, 2 – разъемное соединение, 3 – оптический кабель (строительная длина), 4 – сварное соединение волокон, 5 - фотоприемник

         Наиболее высокие требования к качеству разъемов предъявляются при соединении одномодовых волокон, где в основном используют вышеуказанные стандартные разъемы. Разъемы типа FC ориентированы на применение в линиях дальней связи и в сетях кабельного телевидения. Это единственный тип разъемов, рекомендованный для применения на подвижных объектах, т.к. он лучше других выдерживает вибрацию и удары.

         Основным недостатком FС разъемов (fiber connetor) является то, что он обеспечивает меньшую плотность монтажа, чем разъемы ST и SC. Для закрепления разъема FC в розетке необходимо закрутить накидную металлическую гайку с резьбой. В то же время разъем типа ST крепится к розетке с помощью байонетной гайки, а разъем SС еще проще - с помощью пластмассовой защелки. Однако разъемы типа SF и SC обладают менее жесткой конструкцией, чем разъем  FC и рекомендованы только для стационарных объектов. Максимальную же плотность монтажа (почти в 2 раза большую) обеспечивают миниатюрные разъемы, среди которых на сегодняшний день наиболее популярны разъемы MT-RJ и LC. Они применяются преимущественно с многомодовыми волокнами в локальных вычислительных сетях, где особенно велика потребность в увеличении плотности монтажа.

         Рассмотрим более подробно конструкцию разъема FC, в которой содержатся все принципиально важные решения, используемые в разъемах другого типа. Конструктивно разъемный соединитель представляет собой два разъема и соединительную втулку. Оптические волокна вклеены в керамические наконечники разъемов диаметром 2,5 мм (в миниатюрных  разъемах диаметр наконечника 1,25 мм). Разъемы центрируются во втулке с помощью плавающего центратора в виде разрезной втулки из керамики для одномодового волокна или из бронзы для многомодового волокна. Наконечники прижимаются друг к другу в центраторе с помощью пружин и, таким образом, место соединения волокон механически развязано относительно корпуса втулки. Фиксация разъемов во втулке может быть резъбовой (FC), байонетной (ST) и замковой (SC).

Рис. 9.17. Схема образования оптического контакта в месте соединения наконечников в разъемах  PC (а) и APC (б): 1 – керамический наконечник, 2 - втулка

Торцевые поверхности волокон в оптических разъемах имеют сферическую форму с радиусом закругления 10…25 мм для РС разъемов (PС- Physical Contact) и 5…12 мм для APC разъемов (APC – Angled Physical Contact). В соединенном состоянии торцы стыкуемых наконечников прижимаются друг к другу с определенным усилием (обычно 8÷12 Н). Возникающая при этом эластичная деформация наконечников приводит к появлению оптического контакта (рис. 9.17).

Две поверхности считаются находящимися в оптическом контакте, если расстояние между ними намного меньше длины волны света. При этом чем меньше расстояние между этими поверхностями, тем меньше будет и величина отраженного от них света. Качество оптического контакта определяется качеством шлифовки и последующей полировки торцевой поверхности волокна. Для РС разъемов величина коэффициента френелевского отражения от места оптического контакта менее –35 дБ, а стандартная шлифовка обычно обеспечивает – 40 дБ. Если требуется коэффициент отражения менее – 55 дБ. то используют АРС разъемы, в которых нормаль к контактной поверхности наклонена к оси наконечника под углом 80 (рис. 9.17 б). В такой конструкции типичное значение коэффициента отражения -70…-80 дБ.

Причины возникновения потерь в разъемных соединениях таковы:

радиальная несогласованность стыкуемых волокон, когда их оси расположены параллельно друг другу на расстоянии L. Несовпадение осей одномодовых волокон в один микрон приводит к увеличению затухания примерно на 0,3 дБ, а при 2 микронах затухание увеличивается уже на 2 дБ и более;

угловая несогласованность осей волокна, характеризуемая величиной угла θ между осями световодов, при этом уменьшение числовой апертуры ОВ (переход от многомодовых волокон к одномодовым) значительно увеличивает потери;

наличие зазора между торцами стыкуемых волокон. В этом случае величина потерь уменьшается с уменьшением числовой апертуры волокон;

наличие микровыступов (шероховатости) на поверхности торцов волокон;

взаимная непараллельность поверхностей торцов волокон, при этом увеличение числовой апертуры ОВ приводит к значительному росту потерь;

неодинаковая числовая апертура стыкуемых волокон. Уменьшение отношения числовой апертуры стыкуемых волокон от 1 до 0,8 приводит к увеличению потерь до 1 дБ;

разница в диаметрах сердцевины стыкуемых волокон;

возникновение интерференции света в зазоре между торцами волокон.

Основной же причиной потерь в разъемах одномодовых ОВ является смещение сердцевины соединяемых волокон относительно друг друга вследствие эксцентриситета (неконцентричности) как самих волокон, так и деталей крепления разъема. Основные виды неконцентричности в наконечнике разъема приведены на рис. 9.18. Для уменьшения потерь в разъемах может осуществляться их настройка (калибровка) с использованием образцового (эталонного) разъема. Настройка разъема осуществляется следующим образом. Вращая изготовленный наконечник вокруг продольной оси, определяют его положение относительно образцового, при котором достигается наименьший уровень вносимых потерь, после чего наконечник фиксируется в корпусе разъема. В таблице 9.3 приведены потери, вносимые при соединении разъемов.

Таблица 9.3. Средние значения потерь, вносимых при соединении разъемов.

        Параметр

Неколиброванные

         разъемы   

 Калиброванные

       разъемы

Потери при соединении с об-

разцовым разъемом, дБ

         0,20

         0,14

Потери при соединении "лю-

бой с любым", дБ

           0,3

         0,15

Рис. 9.18. Основные виды неконцентричности в наконечнике разъема:

1 – номинальный центр, 2 – отверстие в наконечнике диаметром 125±2 мкм, 3 – керамический наконечник из двуокиси циркония диаметром 2,5 мм, 4 – сердцевина волокна диаметром 8…9 мкм, 5 - волокно диаметром 125±1 мкм



*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.