Способы сращивания оптического волокна

Для сращивания волокон используются две основные методики: сращивание сваркой и механическое сращивание. При механическом сращивании волокна удерживаются вместе в выравнивающей структуре с использованием склеивания или механического давления. При методике сращивания сваркой волокна свариваются вместе, что требует дорогостоящего оборудования, но позволяет создавать соединения со стабильно меньшими потерями и меньшей себестоимостью. Механическое сращивание требует оборудования с меньшими капитальными затратами, но себестоимость одного соединения выше.

Сегодня сращивание сваркой является главной методикой сращивания волокон. Это гораздо лучшее сращивание со значительно меньшими потерями. В долговременной перспективе оно также значительно более надежно.

5.3.1 . Сращивание сваркой

При сращивании сваркой концевые поверхности подготовленных волокон свариваются и волокна сплавляются вместе. Полевые рабочие машины для сращивания сваркой используют для нагрева волокон электрическую дугу. Заводские машины для сращивания часто используют небольшое* водородное пламя. В процессе сращивания необходимо точно выровнять волокна, затем нагреть их концы до нужной температуры и сдвинуть размягченные концы друг к другу на достаточное для образования сварного соединения расстояние, сохраняя в то же время точное выравнивание.

При сварке из-за поверхностного натяжения создается тенденция естественного выравнивания осей волокон, что минимизирует потери, вызываемые продольным смещением, которое обсуждалось в разделе 5.1.1. Надлежащим образом выполненные соединения так же прочны, как исходные волокна. Промышленные волокна, разрывающиеся при пробных тестах, просто ремонтируются сварным соединением самим производителем. У таких заводских соединений потери составляют обычно менее 0,1 дБ, а их прочность на разрыв сопоставима с прочностью исходных волокон. Коммерческое оборудование для сращивания в опытных руках может постоянно обеспечивать соединения с потерями менее 0,1 дБ.

Оборудование для сращивания сваркой обычно включает в себя следующие компоненты.

Обычно это электрическая дуга, и расстояние между ее электродами и зажигание дуги должны регулироваться под требования сплавляемых волокон.

• Обоймы и направляющие волокон

Устройства для жесткого крепления волокон, их точного трехмерного позиционирования таким образом, что сердечники волокон точно выравниваются один относительно другого и сварочного электрода. Концы волокон должны совместиться выровненными для завершения сращивания после их плавки дугой.

Это устройства, обеспечивающие правильное центрирование волокон. В ручных системах используются микроскопы или видеокамеры для увеличения концов волокон по крайней мере в 50 раз, чтобы дать возможность оператору видеть волокна при их ручном выравнивании. Автоматизированные системы для выравнивания волокон используют направляющие, управляемые компьютером для оптимизации передачи света.

• Проверка пропускной способности света

Это метод для проверки качества соединения посредством проверки передаваемой через него световой энергии. В автоматических сварочных машинах это обычно осуществляется включением света в одно волокно и получением его из другого. Это используется также для обеспечения автоматического выравнивания, как описано выше, а также проверки потерь в созданном соединении. Простейшие сварочные соединители не предусматривают этой возможности. Эти основные компоненты сварочного соединителя показаны на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Компоненты сварочного соединителя

По теме сварки оптоволокна на сайте есть страницы:
Сварка оптоволокна ВОЛС. Типы сварочных аппаратов
Сварные соединения волокон [Листвины. Рефлектометрия оптических волокон]

5.5.2. Процесс сращивания сваркой

Главные шаги в процессе сращивания сваркой следующие. Подготовка концов волокон

Защитный пластиковый кожух на соответствующем расстоянии должен быть снят и очищен с обоих волокон; концы обоих волокон затем надрезаются так, чтобы конечные поверхности оказались приблизительно перпендикулярны оси волокна (±3 градуса).

Конец каждого волокна зажимается в микронаправляющей сварочного соединителя. Затем концы волокон выравниваются: автоматические соединители для оптимизации передачи света используют компьютерный контроль, как описано выше. В ручных соединителях волокна выравнивает оператор с использованием микронаправляющих, микроскопов и зеркал для проверки выравнивания осей.

Концы волокон отдаляются на соответствующее расстояние, затем в течение примерно одной секунды подвергаются действию умеренной дуги для очистки концов волокон и округления их кромок.

В некоторых соединителях расплавленные концы двух волокон соединяют для предварительного сплавления волокон. После этого снова проверяется пропускная способность волокон для подтверждения их выравненности. сваривание

Затем концы волокон расплавляются основной дугой, и расплавленные волокна сжимаются теснее для завершения соединения. Поверхностное натяжение расплавленного стекла стремится выровнять волокна, минимизируя тем самым поперечное смещение. Мощность, расстояние и время использования дуги критичны для получения нужной для конкретного вида волокна — температуры.

После охлаждения сваренная область может быть покрыта пластиковым кожухом типа RTV или эпоксидной смолы для защиты от атмосферных влияний. Затем монтируется какой-нибудь механический защитный механизм типа втулки горячей насадки или механического хомута.

Источник

Методы неразъемного соединения оптоволокна: преимущества и недостатки

На рынке систем безопасности все большую популярность получают системы передачи сигналов по каналам оптоволоконных линий связи, которые имеют ряд несомненных преимуществ: широкая пропускная способность, большая дальность передачи сигнала, коррозионная стойкость. Но существенным недостатком таких систем является сложность их монтажа, особенно в части соединения волокон кабеля

С.Д. Карачунский
Руководитель отдела маркетинга компании «В 1 электроникс»

В настоящее время разработано несколько способов соединения оптических волокон, которые можно разделить на два класса: разъемные и неразъемные. Неразъемные соединения осуществляются методами сварки и склеивания, а также с помощью механических соединителей. Такие способы имеют свои сильные и слабые стороны, каждый из них предоставляет определенные возможности, без знания которых довольно трудно эффективно решать поставленные задачи.

Соединения оптических волокон с помощью сварки

Наиболее распространенным способом монтажа оптоволокна является соединение при помощи сварки. В процессе сваривания оптических волокон происходит помещение концов соединяемых нитей в поле мощного источника тепловой энергии с последующим их оплавлением. Широко применяется сваривание в пламени газовой горелки, в поле электрического разряда, в зоне мощного лазерного излучения.

Международная электротехническая комиссия предлагает считать для сварного соединения оптических волокон, полученного в полевых условиях, максимальную величину вносимых потерь не более 0,2 дБ (IEC 1073-1). При современном развитии технологии сварки оптических волокон этот показатель может быть достигнут даже теми специалистами, которые не обладают значительным опытом сварки оптических волокон – современное высокотехническое оборудование и отработанная технология монтажа позволяет получать соединения с потерями в них, равными 0,02–0,15 дБ.

Основные этапы проведения работ:

зачистка кабеля, удаление защитных оболочек;
подготовка торцевых поверхностей соединяемых оптических волокон;
установка защитной термоусаживаемой трубки на одно из волокон (если длина волокна незначительная, то защитную трубку можно установить позднее);
размещение оптических волокон в сварочном аппарате либо в направляющей колодке;
юстировка свариваемых оптических волокон.

Существуют 2 метода юстировки:

– пассивный способ – юстировка предусматривает выравнивание сердцевин свариваемых оптических волокон по их геометрическим размерам; – активный способ – он основан на достижении минимальных потерь при пропуске через место соединения тестового оптического сигнала;

предварительное оплавление торцов оптических волокон (для ликвидации микротрещин и неровностей, возникающих в процессе скалывания);
непосредственное сваривание оптических волокон;
оценка качества сварки (при помощи микроскопа, рефлектометра);
защита места сварки одного волокна с помощью термоусаживаемой гильзы;
нанесение защитных оболочек кабеля, либо укладка в сплайс-пластину, кассету.

Рассмотрим 3 основных способа соединения при помощи сварки.

Сварка оптоволокна при помощи газовой горелки

Данный способ позволяет получить соединения, отличающиеся высокой механической прочностью. Но вместе с тем технологически сложно создавать зону нагрева малого объема, что в итоге приводит к термической деформации волокон и не позволяет добиться точной юстировки. При сваривании одномодового волокна даже незначительное смещение центров волокон относительно друг друга приводит к большой величине вносимых потерь, поэтому способ сварки при помощи газовой горелки широко применяется при монтаже многомодовых оптических кабелей.

Сварка при помощи газовой горелки экономична, может быть использована без специального дорогостоящего оборудования, но требует от специалиста соответствующих навыков. Из-за тенденции все более широкого применения од-номодовых каналов передачи данных этот способ монтажа применяется все реже и реже.

Сварка оптоволокна в поле электрического разряда

В настоящее время большинство сварочных аппаратов используют электрический разряд (электрическую дугу) для нагрева и сваривания опто-волокон. Использование сварочного аппарата позволяет получить качественное, долговечное соединение при невысоких затратах. Важным критерием также является быстрота работы и легкость освоения технологии сварки – компании могут отказаться от услуг сторонних организаций.

Недостатком описываемого способа является необходимость покупки недешевого оборудования – современный сварочный аппарат стоит от 10 000 долл. и выше, что влечет за собой «замораживание» оборотных средств и высокие амортизационные отчисления, большую стоимость ремонтных работ (при случаях, выходящих за рамки гарантийного обслуживания). При использовании аппарата для сварки оптических волокон необходимо соблюдение условий по температуре окружающей среды, влажности, отсутствию вибрации. Для обеспечения высокого качества сварочных работ необходимо обеспечить напряжение питания от сети переменного тока с незначительными отклонениями от номинала.

Сварка оптоволокна при помощи лазера

Наилучший результат дает сварка аппаратами, в которых нагрев осуществляется при помощи мощного лазерного излучения. В отличие от электрической дуги на лазерный луч не влияют магнитные поля – это обеспечивает более стабильное формирование сварочного шва, что позволяет получать сварной шов с малыми размерами вносимых потерь (0,05 дБ и менее).

Из-за высокой стоимости оборудования и относительно больших размеров сварочных аппаратов данный метод применяется только при создании высокоскоростных ВОЛС и при построении систем передачи данных на большие расстояния, когда требуется соединение с исключительно низкими потерями.

Соединение оптических волокон методом склеивания

Для монтажа оптических волокон при помощи клеевых соединений используют совмещение оптических волокон в фиксирующих устройствах с последующим склеиванием. В качестве устройств фиксации чаще всего используют тонкие трубки, внутренний диаметр которых чуть больше размера оптических волокон (капилляры). В качестве фиксирующего устройства также применяется пластина с V-образной канавкой или несколько стержней (обычно три) в качестве направляющих.

Технология получения соединения методом склеивания с использованием капиллярной трубки предусматривает выполнение следующих этапов:

зачистка кабеля, удаление защитных оболочек;
подготовка торцевых поверхностей соединяемых оптических волокон;
ввод окончаний оптических волокон в капилляр;
наполнение капилляра или места соединения иммерсионной жидкостью, гелем или клеем;
регулирование соединения, юстировка оптических волокон;
введение в капилляр клеевого состава;
цементирование клеевого состава при помощи ультрафиолетового излучения;
нанесение защитных оболочек кабеля, либо укладка в сплайс-пластину, кассету.

Клеевой состав, используемый для сращивания оптических волокон, обеспечивает фиксированное положение соединенных оптических волокон, защищает место сращивания от воздействия окружающей среды, гарантирует прочность сростка при воздействии нагрузок в осевом направлении. Основное достоинство клеевого метода соединения – оперативность, компактность и низкая стоимость набора для монтажа, возможность проведения ремонтных работ в труднодоступных местах. Соединение обладает высокой механической стойкостью к внешним нагрузкам. При склеивании не происходит деформация оптических волокон, что позволяет добиться малых потерь в местах стыка. Но высокая чувствительность к изменениям температуры и воздействию влажности ограничивает срок службы соединения, что в итоге не позволило широко распространиться данному методу. В настоящее время он уступил свои позиции методу соединения оптических волокон с помощью механических соединителей.

Механические соединители оптических волокон

Механические соединители разрабатывались как более дешевый и быстрый способ сращивания оптических волокон. На сегодняшний день сварка при помощи сварочного аппарата позволяет выполнять соединение оптических волокон с минимальными потерями. Но зачастую бывают ситуации, когда на объекте нет сварочного аппарата или применение даже малогабаритных устройств затруднено (при ремонте отрезка ВОЛС внутри ограниченного объема пространства).

Механические соединители представляют собой конструкцию для сращивания оптических волокон, которая имеет вытянутую форму и канал для световодов. Канал заполняют тиксотропным гелем для защиты от попадания пыли и влаги, при этом гель обладает иммерсионными свойствами – его показатель преломления близок к показателям сердцевины оптических волокон, что снижает потери на стыке. Волокна запускают в соединитель с двух сторон, юстируют и после их соприкосновения дополнительно фиксируют с помощью защелок различных форм и конструкций. Процедура монтажа включает в себя следующие операции:

разделка кабелей;
снятие буферных покрытий соединяемых оптических волокон на участках длиной, рекомендуемой производителями оптических соединителей конкретного типа;
скалывание оптических волокон;
проверка качества скола волокон;
введение соединяемых волокон в отверстия с направляющими;
позиционирование волокон в соединителе для достижения оптимальных параметров соединения;
фиксация оптических волокон в соединителе;
тестовые измерения соединения.

Величина затухания сигнала при таком методе соединения больше, чем при сварке оптоволокна, – даже у опытного монтажника они могут составлять выше 0,1 дБ (допустимыми считаются потери до 0,3 дБ).

К преимуществам механических соединителей оптических волокон относят более широкий диапазон условий, при которых возможно проведение качественного монтажа, компактность и низкая стоимость набора для монтажа. Механические соединители некоторых производителей допускают многоразовое использование. Вносимые потери при этом методе соединения волокон меньше, чем при использовании пары волоконно-оптических вилок и адаптера. Со временем из-за смещения волокон внутри соединителя или высыхания иммерсионного геля потери в месте соединения волокон могут увеличиться, поэтому данный тип соединения рекомендуется использовать для временного восстановления повреждений на оптических линиях. Впрочем, известны случаи, когда сросток, сделанный при помощи механических соединений, работал 3 года и более и параметры передачи сигнала полностью устраивали собственника объекта.

Источник