Для специалистов-монтажников оконцевание оптоволокна - это ежедневная и многократная операция. При этом всегда можно использовать дешевые и легко доступные ОВ коннекторы и расходные материалы с ограниченным сроком годности, которые можно приобретать у многочисленных производителей ОВ оборудования и дилеров известных ОВ компаний.

В LAN сетях (СКС) большинство ОВ коннекторов монтируется в полевых условиях, т.е на местах проводимых инсталляций. Большинство монтажных операций, выполняемых в заводских условиях, таких, как склейка, полировка и т.д., должны быть, по возможности, упрощены. Особо отметим, что достичь такого же качества монтажа разъемных ОВ соединений, как в заводских условиях все равно не удастся. Даже если бы использовались заводские технологии скалывания и полировки, измерительное оборудование, требующее лабораторных условий эксплуатации, смонтировать в полевых условиях все равно не удалось бы. Более того, полевой монтаж часто осложняется воздействиями окружающей среды (пыль, температурные условия, освещение) и даже тривиальной нехваткой времени.

Поэтому, монтаж в полевых условиях инсталляций должен быть, по возможности, простым, технологичным и быстрым.

Некоторые технологические процедуры, например, приклеивание и полировка иногда совсем не применяются, ввиду их недостаточного качества, поскольку достижимые потери отражения ограничиваются величиной <-30 дБ, что практически полностью соответствует типу полировки РС (физический контакт), применяемой для многомодовых волокон. Безусловно, это иногда будет оправданным во времени, но, к сожалению, ведет к значительному удорожанию ОВ коннекторных сборок, что не всегда приветствуется небольшими компаниями-инсталляторами.

Тем не менее, многие известные производители ОВ оборудования, например 3М, Molex, оставляют традиционную полировку и приклеивание в своих технологических процедурах полевого монтажа разъемных соединений. Более того, новые клеевые составы вместо классических эпоксидных компаундов, не требующие ввода в тело коннектора и способные в считанные минуты полимеризовываться  при любой температуре окружающего воздуха, находят все большее применение именно в условиях полевых инсталляций.

 

Технология термоклеевого оконцевания ОВ (Hot Melt)

Примером может служить технология термоклеевого оконцевания (Hot Melt) компании 3М. На сегодня она является одной из наиболее широко применяемых в мире технологий полевого монтажа разъемных ОВ соединений после классической эпоксидной технологии. В основу положен принцип предварительной закачки клеевой массы в ОВ коннектор, выполняемый в заводском производственном цикле. Это дает неоспоримое преимущество в следующих моментах:

- не тратится время на приготовление и закачку клея в корпус ОВ коннектора,
- процесс монтажа становится более «чистым»,
- позволяет избежать лишних затрат на шприцы и иглы, традиционно применяемые в классической эпоксидной склейке,
- в случае некорректного оконцевания, ОВ коннектор не надо выбрасывать, а можно  использовать еще несколько раз, достаточно лишь нагреть его снова.

 

Рис.12 Инструмент для оптоволоконного оконцевания по технологии термоклеевой коннекторизации (Hot Melt) компании 3М

Компания 3М смотрит далеко вперед и поэтому предлагает использовать технологию  Hot Melt для любых манипуляций, производимых с оптоволоконным кабелем как в полевых, так и в лабораторных условиях. Примером может служить не только оконцевание и сращивание ОВ кабеля, а также изготовление оптоволоконных коммутационных шнуров. Набор стандартного инструмента для технологии термоклеевой коннекторизации легко помещается в обыкновенный кейс (рис.12). А ферул ОВ коннекторной сборки выполнен из  керамики основе оксида циркония, что дополнительно улучшает механические и эксплуатационные характеристики ОВ коннектора. Дополнительные разработки 3М в области технологии Hot Melt привели к созданию Ultra Hot Melt ОВ коннекторных сборок (рис.13),  характеристики которых протестированы до 100°C (212°F), удовлетворяющих  требованиям для окружающей среды Telcordia GR-326-CORE.

 

Рис.13 Коннектор SC Ultra Hot Melt

 

Кримповое оконцевание оптоволокна

Следующим направлением в технологии ОВ разъемных соединений будет механический обжим или кримповое оконцевание оптоволокна. Принцип механической заделки ОВ в коннектор базируется на использовании специального инструмента или приспособления для заделки при помощи которого монтажник может в считанные секунды подготовить ОВ коннектор. Причем качество заделки оптоволокна в коннектор будет ни сколько не хуже, чем при использовании технологий оконцевания, описанных выше. Единственным, на мой взгляд, условием, сдерживающим продвижение данной технологии, будет довольно высокая изначальная цена ОВ коннекторной сборки, рассчитанной для использования в кримповом методе.

Другим фактором, с которым, пожалуй, уже считаются многие компании, работающие с данным методом оконцевания, будет однократное применение ОВ коннекторной сборки. Механический способ заделки подразумевает применение клещевого инструмента, используемого в обжиме оптического волокна, которое закрепляется в штифте ОВ коннектора. Большинство компаний, производящих оборудование для данной технологии используют плунжер в качестве основного компонента ОВ коннектора. Дополнительные пластиковые сферы из специальной мягкой пластмассы фиксируют оптическое волокно внутри коннектора, а плунжер не дает ему выйти наружу. Такая сборка обжимается клещевым инструментом и затем ОВ полируется. Ряд производителей, например AMP (система LightCrimp Plus, QWI­KCONNECT™ (Mohawk CDT) и другие, уже используют кримповые технологии, не требующие последующей полировки ОВ, что значительно экономит время монтажа, но, к сожалению, несколько увеличивает стоимость такого оптоволоконного коннектора. Так, оптические разъемы компании Hubbel-Premise Wiring, предназначенные для магистральных и LAN-сетей, содержат смонтированный и отполированный в заводских условиях оптоволоконный отвод (от англ. stub). Чтобы смонтировать такой коннектор, необходимо очистить волокно, сколоть его, вставить в разъем и сжать кримповым инструментом клиновидную конструкцию.

Типичным примером технологии для ОВ коннекторной сборки, использующей механический способ заделки и оптимальной в отношении цена-качество, будет  ОВ система Crimplok от 3М (рис.14).

 

Рис.14 Оптоволоконный коннектор SC системы Crimplok

Использование специального инструмента-приспособления (Crimplok Activation Tool) (рис.15) позволило снизить стоимость ОВ коннекторной сборки, а сам коннектор сделать, по-возможности,  многоразовым. Система Crimplok от 3М позволяет вообще отказаться от клея, что позволяет значительно экономить время как для оконцевания ОВ кабеля, так и в процессе изготовления коммутационных шнуров. Фиксация оптического волокна осуществляется за счет системы прецизионного  обжима внутри ОВ коннекторной сборки. Последующий скол и полировка проходят так же, как в традиционных методах оконцевания, благодаря чему остаются знакомыми и понятными многим монтажникам. По утверждению 3М, технология  Crimplok не имеет себе равных для работы в полевых и экстремальных условиях, благодаря своей простоте и надежности. Весь инструмент может быть размещен в небольшой сумке на поясе монтажника.  В состав ферула ОВ коннектора Crimplok  входит оксид циркония, ускоряющий полировку и улучшающий механические и эксплуатационные характеристики ОВ коннектора. Используя данную технологию, можно  изготавливать ОВ коннекторы типов ST и SC многомодового и одномодового вариантов.

 

 

Рис.15 Инструмент Crimplok Activation Tool компании 3М

 

Эпоксидная клеевая технология оконцевания и используемый инструмент

Комплект инструментов и материалов для оконцевания оптоволокна коннектором по клеевой технологии (рис.16), как правило, предлагается фирмой-изготовителем ОВ коннектора или поставщиком СКС. В комплекте имеется стандартный набор инструментов, не нуждающихся в комментариях, и специальный, назначение кото­рого необходимо  пояснить.

Стриппер для буферных оболочек оптоволокна является прецизионным инструмен­том: диаметр отверстия в его губках при полном сжатии рукояток составляет 250 мкм. Это позволяет удалять буферные оболочки, не травмируя поверхность оптоволокна. Хранить его необходимо аккуратно, не подвергая уда­рам, которые могут привести к деформации точных губок.

Ножницы для резки арамида или кевлара по внешнему виду напоминают обычные, но кевлар не ре­жется обычными ножницами, выскальзывая из лезвий. Поэтому в специаль­ных ножницах лезвия изготавливаются из твердосплавной стали или керамики, зата­чиваются под определенным углом и очень часто снабжены мелкими зубцами.

Обжимные клещи для втулок коннекторов - это обычный инструмент, но сменные губки, как правило, предназначены для конкретной модели ОВ коннектора. Пол­ная унификация размеров губок отсутствует, это следует учитывать при выборе обжимного инструмента.

Ручные ОВ скалыватели (от англ. handheld pocket cleaver) имеют разнообразные конструкции, начиная от простой корундовой вставки, за­канчивая аметистовым или алмазным  остро заточенным лезвием.

Адаптеры для полировки торца оптоволоконного наконечника также весьма разнообразны. Они могут из­готавливаться из пластмассы, латуни, стали и т. д.

Микроскоп совершенно необходим для монтажника. Только с его помощью можно проконтролировать качество обработ­ки торца оптоволокна на последней стадии оконцевания. Ручные относи­тельно дешевые микроскопы имеют увеличение от 100 до 400 раз и незаменимы в полевых условиях. В заводских условиях используются мощные электронные микроскопы. Микроскопы для полевого монтажа встречаются с двумя вариантами угла зре­ния на торец оптоволокна: вдоль оптоволоконной оси и под углом к ней. В последнем случае визуальные дефекты поверхности обнаруживаются легче.

Электрическая печь для сушки клеевого состава (с подогревом). Как правило, печь используется для прогрева коннектора с введенным в него ОВ до требуемой температуры до выполнения скалывания ОВ. Печи встречаются разных конструкций и модификаций: с терморегуляторами и без, со встроенным термометром и без него. Количество установочных позиций для ОВ коннекторов тоже варьирует. Обычно это 4-6 позиций.

Расходные материалы, как правило, поставляются совместно с комплектом инструментов. Следует обратить внимание на специальные безворсовые салфетки, не оставляющие на поверхности стекла волокон. Протирку стеклянной поверхности лучше производить изопропиловым спиртом, но чаще используют этиловый спирт-рек­тификат, как более доступный и менее токсичный.

Ри.16 Комплект инструментов и материалов для оконцевания оптоволокна коннектором по эпоксидной клеевой технологии

Примерная последовательность операций при монтаже клеевого коннектора на внутриобъектовом кабеле приведена ниже. Она состоит из следующих основных этапов:

  1. подготовка ОВ кабеля: очистка буферной оболочки, установка хвостовика и обжимной гильзы (при необходимости);
  2. ввод эпоксидного клея внутрь ОВ коннектора с последующим введением  оптоволокна в коннектор;
  3. сушка коннектора с введенным в него оптоволокном в электрической печи;
  4. скалывание ОВ скалывателем с последующей полировкой ОВ в коннекторе:
  5. визуальная проверка качества полировки ОВ при помощи полевого микроскопа.

При приобретении конкретных коннекторов необходимо внимательно ознакомиться с прилагаемой к ним инструкцией. Дело в том, что конструкции коннекторов непрерывно совершен­ствуются, появляются незаметные изменения размеров некоторых деталей и по­следовательности выполняемых операций, невыполнение которых может привести к браку.­

Небольшой экскурс по ОВ технологиях сращивания и оконцевания в рамках данного методического пособия позволяет сделать вывод о том, что заложенные в оптоволоконное оборудование инновационные решения обеспечивают простоту монтажа, высокие эксплуатационные характеристики и надежность ОВ системы, что, в целом, значительно улучшает ее экономические показатели.

 

Типичные ошибки при оконцевании оптоволокна коннекторами

Типичные ошибки, возникающие при обработке торца ферула ОВ коннектора легко классифицировать по девяти известным видам брака, , которые представлены на рис.17:

 

Рис.17  Девять типичных ошибок при обработке оптоволокна

1. облом оптоволокна. Все попытки увидеть свет в сердцевине - безрезультатны;

2. трещина через все волокно. Трещина проходит через сердцевину и оболочку;

3. трещина в сердцевине. Трещина локализована только в пределах сердцевины;

4. сколы сердцевины. На поверхности сердцевины имеются ямки разного размера и количества;

5. трещина в оболочке. Трещина локализована в пределах оболочки;

6. грубая поверхность. Процесс полировки не закончен;

7. грубые царапины. Характерный вид прямых линий;

8. мелкие царапины. Тоже вид прямых линий, но их меньше и они еле заметны;

9. грязь и «стружки». Остатки клея и грязи на поверхности.

 

Указанные нами ошибки хорошо заметны при рассмотрении поверхности торца наконечника ОВ коннектора в микроскопе. В поле зрения микроскопа будет видна белая чистая поверхность керамического наконечника (феррула) и торец оптоволокна, причем видна бо­лее темная сердцевина и более светлая оболочка, поскольку показатель прелом­ления сердцевины больше, чем оболочки.

Показанные на рис.18 виды торцов можно наблюдать в микроскопах, в которых торец наконечника перпендикулярен оптической оси прибора. Если торец накло­нен к оси прибора, сердцевина и оболочка не различаются. При идеальной поли­ровке виден равномерно серый торец оптоволокна и малейшая неоднородность стеклянной поверхности проявляется как неоднородность в виде серого поля. Ми­кроскопы с угловой установкой коннектора позволяют надежнее оценить качество полировки поверх­ности оптоволокна.

Коннекторы с видами брака 1-4 (рис.17) необходимо выбросить, посколь­ку брак вида 2, 3 и 4 рано или поздно приводит к облому оптоволокна. Это может произойти в самый неподходящий момент, например, в действующей LAN-сети. Виды брака 5-9 - это безусловный брак для монтажника, но если такой коннектор ис­пользуется в коммутационном шнуре оборудования и оно функционирует, то шнур мож­но временно оставить. (Более того, коммутационные шнуры оборудования не входят в состав СКС). Эти виды брака не приводят к облому волокна и оптоволоконный коммутационный шнур можно заменить на исправный.

 

Основные признаки идеального оптоволоконного коннектора

Где бы ни изготавливался коннектор, на заводе или в полевых условиях, всегда в наконечнике закрепляется волокно и торец наконечника полируется. Полиров­ка торца влияет на два типа оптических потерь: вносимые потери (от англ. Insertion Loss) и возвратные потери (от англ. Return Loss).

Основным требованием к коннектору, независимо от того многомодовый он или одномодовый, являются малые вносимые потери. Для одномодовых коннекторов, чаще используемых совместно с лазерными источниками излучения, большую роль играют  возвратные потери: поток излучения, отраженный от ОВ соединения, проходящий в об­ратном направлении, может значительно повлиять на работу лазерного источника .

К факторам, влияющим на вносимые потери коннектора, относятся :

 

  1. эксцентриситет отверстия в наконечнике;
  2. эксцентриситет сердцевины в оптоволокне;
  3. эллиптичность оптоволокна;
  4. ошибки в изготовлении торца феррула, исключающие касание опто­волокон в соединении;
  5. плохая окончательная полировка торца феррула.

 

Первые три вышеперечисленных фактора - это «заводской брак», который не зависит от мон­тажника, оконцевающего оптоволокно, последние два - непосредственно зависят от того, кто обрабатывает феррул коннектора, т. е. скалывает волокно и полирует его торец. Ошибки в изготовлении торца заключаются в том, что поверхность стек­ла может быть либо утопленной в ферруле, либо выступать за пределы его поверхности. И то, и другое приводит к наличию воздушного зазора между соединяемыми оптово­локнами, а это, в свою очередь, увеличивает возвратные потери в соединении. Некачественная окончательная полировка также ухудшает характеристики сое­динения.

Так что же собой представляет  «идеальный ОВ коннектор»? Перечислим пять основных признаков «идеального» коннектора :

1 - центр сферической поверхности торца совпадает с оптической осью;
2 - наивысшая точка окружности сечения торца совпадает с оптической осью;
3 - волокно не утоплено и не выступает за пределы поверхности торца феррула;
4 - поверхность стекла обработана в соответствии с оптическим классом;
5 - радиус кривизны оптимален для данного наконечника (при диаметре наконечника 2,5 мм величина этого радиуса лежит в пределах 10-15 мм).

На рис. 18 представлено фото торца ферула ОВ коннектора, выполненное под микроскопом.  

Рис. 18  Торец ферула идеального ОВ коннектора

 

Все рассмотренные выше технологии обработки коннекторов направлены именно на обеспечение указанных факторов в готовом ОВ коннекторе. Адаптер для полировки  обеспечивает перпендикулярность наконечника к поверх­ности шлифовальной бумаги и, следовательно, обеспечивает признаки 1 и 2. Правильный скол обеспе­чивает признак 3. Своевременная замена шлифовальной и полировальной бумаги обеспечивают признак 4. И, наконец, мягкая подложка и полировка движениями по «восьмерке» с определен­ным усилием нажатия обеспечивают признак 5.

Отступления от правильных приемов полировки наконечника коннектора влияют на вы­шеуказанные признаки и, в конечном итоге, определяют величину вносимых и обратных потерь в разъемном ОВ соединении.

В заводских условиях обработка ОВ феррулов осуществляется с помощью ав­томатических полировальных машин, которые существенно уменьшают влия­ние человеческого фактора на качество изготовления коннектора, но они относительно дороги (несколько тысяч долларов США) и оправдывают себя только при массовом про­изводстве.