Разъемные и неразъемные соединители

От качества соединения оптических волокон зависит надежность и долговечность действия оптической линии связи. В общем случае данная задача может быть решена двумя принципиально различными способами: с помощью разъемных и с помощью неразъемных оптических соединителей.

Оптические соединители – это устройства, предназначенные для оптического соединения компонентов ВОСП. Они подразделяют на неразъемные и разъемные (рис. 18.5). Разъемные оптические соединители – это устройства, допускающие многократные оптические соединения. Они предназначены для обеспечения разъемного подключения соединительных и оконечных шнуров к коммутационному оборудованию в кроссовых и информационным розеткам рабочих мест. Неразъемные соединители допускают только однократное оптическое соединение и используются в местах постоянного монтажа кабельных систем большой протяженности.

Общие технические требования к оптическим соединителям:

· внесение минимального затухания;

· высокое затухание обратного рассеяния;

· обеспечение долговременной стабильности и воспроизводимости параметров;

· минимальные габариты и масса при высокой механической прочности;

· простота установки на кабель;

· простота процесса подключения и отключения;

· устойчивость к внешним механическим, климатическим и другим воздействиям;

· высокая надежность;

· дополнительное требование к разъемным соединителям - неизменность параметров при многократных соединениях.

Неразъемные соединители

Существует множество способов соединения световодов. Рассмотрим только несколько из них. Одним из самых распространенных способов механического неразъемного соединения световодов является использование прецизионных втулок или трубок, выполняемых обычно из стекла (рис. 18.6). Вносимое затухание соединителя составляет 0,29 дБ.

Хорошие результаты дает роликовое соединение (рис. 18.7). Здесь юстировка сращиваемых волокон 1 обеспечивается фиксацией с помощью прецизионных стержней 2. Три стержня укладывают вокруг соединяемых волокон, точно юстируют их оси. Снаружи сросток обжимается термоусаживаемой трубкой 3. Затем внутрь соединения с помощью микрошприца вводится склеивающий компаунд с соответствующим показателем преломления. Потери на сростке не превышают 0,5 дБ.

Неразъемное соединение, выполненное с применением пластин с канавками (рис. 21.8), обеспечивает вносимое затухание на уровне 0,5 дБ.

При создании линий связи большой протяженности широко применяются сварные соединения, которые иногда называются сростками.

Соединение ОВ методом сварки стало одним из основных методов монтажа оптических систем связи. Возможности получения хорошего сварного соединения постоянно возрастают с усовершенствованием применяемого оборудования и технологии сварки, в дополнение к непрерывному совершенствованию геометрии волокна. Потери в сварном соединении находятся в настоящее время в диапазоне от 0,05 дБ (сварка индивидуальных волокон) до 0,10 дБ (одновременная сварка нескольких волокон). Подробнее электродуговая сварка оптических волокон будет рассмотрена в следующем разделе.

Разъемные соединители

По конструкции разъемные соединители бывают симметричными и несимметричными. Упрощенные схемы представлены на рис. 18.9.

При несимметричной конструкции для организации соединения требуются два элемента: соединитель гнездовой и соединитель штекерный (рис. 18.9, а). Оптическое волокно в капиллярной трубке коннектора-штекера не доходит до торца капилляра, а остается в глубине. Напротив, волокно в гнездовом соединителе выступает наружу. При организации соединения физический контакт волокон происходит внутри наконечника-капилляра, который обеспечивает соосность волокон. Открытое волокно и капиллярная полость у этих соединителей являются основными недостатками, снижающими надежность несимметричной конструкции. Особенно недостатки сказываются при большом количестве переключений. Поэтому этот тип конструкции получил меньшее распространение.

При симметричной конструкции для организации соединения требуется три элемента: два соединителя и переходная розетка (рис. 18.9, б). Главным элементом соединителя является наконечник. Внешний диаметр его равен 2,5 мм. Наиболее жесткие требования предъявляются к параметрам отверстия (капилляра) наконечника. Оно должно быть достаточно большим, чтобы волокно могло зайти в него, и при этом достаточно малым, чтобы люфт волокна был незначительным. Наконечник должен обладать такой прочностью, жесткостью и температурными характеристиками, которые дают возможность защитить оптическое волокно от повреждения при стыковке разъема, одновременно обеспечивая возможность небольшой деформации в месте стыка оптических волокон, необходимой для снижения потерь на отражение. Он изготавливается либо из керамики на основе Z₂O₂ или Al₂O₃, либо из нержавеющей стали. Используемые керамики позволяют создать разъемы с большим рабочим температурным диапазоном, обычно от –40^о до +85^оС. Торец наконечника выполняется сферическим с радиусом порядка 15…25 мм, но существуют и конструкции с «косым» торцом, то есть с наклоном места стыка на 8…12^о относительно оси разъема.

Переходная соединительная розетка снабжена центрирующим элементом, выполненным в виде трубки с продольным разрезом для контакта между наконечником и центрирующим элементом розетки. Центрирующий элемент плотно охватывает наконечники и обеспечивает их строгую соосность.

Оптические параметры разъемных соединителей: вносимое затухание и величина обратного отражения. Для наиболее распространенных типов соединителей с физическим контактом типичное среднее значение вносимого затухания составляет до 0,2 дБ, а максимальное до 0,3 дБ.

Другим важнейшим оптическим параметром является величина обратного отражения, которое особенно велико в случае, если торцы волокон в разъемном соединении разделены воздушным зазором. Тогда оптический сигнал отражается от торца ОВ вследствие разности показателей преломления сердцевины ОВ и воздуха. Этот параметр особенно важен для ВОСП, в которых источником излучения является лазерный диод.

Величина обратного отражения (R_ор) определяется по формуле:

где P_отр - значение оптической мощности, отраженной разъемным оптическим соединителем; P_вх – значение оптической мощности на входе разъемного оптического соединителя.

Для снижения величины обратного отражения необходимо убрать воздушный зазор между соединяемыми ОВ. Это достигается использованием разъемных оптических соединителей, обеспечивающих физический контакт между сердцевинами соединяемых ОВ. Для создания физического контакта используется закругление торцов ОВ при полировке с радиусом кривизны 10…25 мм. ОВ соприкасаются только выступающими частями в точке расположения их сердцевин. Плоские прижатые концы ОВ не используются, потому что получить идеально плоские параллельные торцы очень трудно. В маркировке оптических разъёмов сокращение РС (physical contact) указывает на наличие того или иного вида физического контакта ОВ.

Контрольные вопросы

1. Классификация пассивных устройств.

2. Характеристики пассивных устройств, требования к ним.

3. Устройства ввода и вывода излучения: требования к ним, конструктивные особенности.

4. Коническое устройство ввода.

5. Сочленение лазера с ОВ с помощью микролинзы.

6. Устройство вывода оптического излучения.

7. Оптические соединители: назначение, классификация.

8. Общие требования к оптическим соединителям

9. Конструкции неразъемных оптических соединителей.

10. Конструкции разъемных оптических соединителей.

Лекция 19