Lekcja 3. Narzędzia do obrabiania i pomiarów światłowodu

1. Stripper do kabli światłowodowych

Do ściągania powłok światłowodu używamy strippera. Jest to precyzyjne, skalibrowane fabrycznie narzędzie. Trzy otwory służą do ściągania powłok kolejno do 900µm, 250µm i 125µm. Światłowód o średnicy 125µm musi mieć odpowiednią długość. Zależy ona od stosowanej obcinarki i metody łączenia wybranej w dalszym etapie (długość po przygotowaniu powinna wynosić ok 15mm)

2. Narzędzia do czyszczenia włókien światłowodowych

Po przygotowaniu włókna, konieczne jest oczyszczenie go z zabrudzeń, żelu oraz z resztek po usuniętych powłokach. Zaleca się stosowanie do tego alkoholu izopropylowego. Tradycyjny spirytus po odparowaniu pozostawia smugi na włóknie, nie może być więc stosowany. Przy czyszczeniu, niezbędnym elementem są również chusteczki bezpyłowe (nie należy stosować zwykłych chusteczek).

3. Pióro świetlne

Pióro świetlne ( wizualnym lokalizatorem uszkodzeń – z ang. Visual Fault Locator, VFL) to jedno z najprostszych, a zarazem najskuteczniejszych narzędzi dla technika światłowodowego. Jego działanie opiera się na zjawisku rozproszenia światła w miejscu, gdzie struktura włókna została naruszona. Dzięki dużej mocy lasera, uciekające światło rozświetla zewnętrzną powłokę kabla (bufor lub płaszcz). Technik widzi to jako wyraźny, czerwony punkt lub świecącą plamę na długości kabla. Pozwala to na precyzyjne wskazanie miejsca awarii bez konieczności używania zaawansowanych reflektometrów (OTDR) na krótkich dystansach.

Zastosowania pióra świetlnego

• Identyfikacja włókien: Pozwala sprawdzić, który koniec kabla w szafie rack odpowiada konkretnemu gniazdku (tzw. „przedzwanianie” włókien).
• Weryfikacja spawów: Jeśli spaw jest wykonany wadliwie, pióro świetlne ukaże w tym miejscu rozbłysk.
• Kontrola jakości patchcordów: Pozwala szybko wykluczyć uszkodzenia mechaniczne kabli krosowych.

4. Nożyczki do kewlaru i nóż do cięcia światłowodu

Kevlar (czyli Kevlar) to bardzo wytrzymałe włókno aramidowe stosowane m.in. jako wzmocnienie kabli światłowodowych. Zwykłe nożyczki szybko się tępią przy jego cięciu. Nożyczki do Kevlaru są wykonane z bardzo twardej stali (często hartowanej lub z dodatkiem tytanu), mają specjalną geometrię (często mikroząbki), które „chwytają” śliskie włókna kevlarowe. Działają na zasadzie klasycznego ścinania, ale wymagają większej siły i precyzji.

Nóż do światłowodów - jest to narzędziu do precyzyjnego przygotowania włókna optycznego, często nazywanym cleaverem (nóż do łamania włókna). Nie tnie w klasycznym sensie — wykonuje mikrorysę na włóknie (ze szkła), a następnie je kontrolowanie łamie. Dzięki temu uzyskuje się idealnie płaską powierzchnię czołową, niezbędną do nisko‑tłumiennego spawania. Wykorzystuje bardzo precyzyjne ostrze (często diamentowe lub z węglika wolframu).

5. Miernik mocy optycznej

Miernik mocy optycznej (Optical Power Meter – OPM) to podstawowe narzędzie diagnostyczne, który służy do precyzyjnego pomiaru natężenia sygnału świetlnego. Miernik mocy optycznej działa analogicznie do multimetru elektrycznego, mierząc moc w sieci światłowodowej. Głównym elementem pomiarowym jest detektor półprzewodnikowy (fotodioda) wykonany z materiałów takich jak InGaAs (Indowo‑Galowo‑Arsenowy) lub Krzem (Si) czy German (Ge). Kiedy światło pada na sensor, dochodzi do zjawiska fotoelektrycznego wewnętrznego – fotony światła wybijają elektrony, co generuje słaby prąd elektryczny. Natężenie tego prądu jest wprost proporcjonalne do ilości światła (mocy) padającego na detektor.

Miernik mocy prezentuje wynik w dwóch jednostkach:

• milliwaty (mW) / mikrowaty (uW) : jednostki liniowe, pokazujące bezwzględną moc promieniowania.
• dBm (decybelo‑miliwaty): Jednostka logarytmiczna, gdzie 0 dBm odpowiada mocy 1 mW. Jest znacznie wygodniejsza w telekomunikacji, ponieważ straty na złączach i kablach sumuje się matematycznie (np. jeśli nadajnik ma 0 dBm, a tłumienie linii to 3 dB, to na odbiorniku otrzymamy -3 dBm).
  Pomiar tłumienia lini wykonuje się przy pomocy miernika mocy (współpraca ze źródłem światła).

Sam miernik mocy mierzy tylko to, co „widzi”. Aby sprawdzić jakość linii (tłumienie), stosuje się go w parze ze stabilizowanym źródłem światła (OLS):

• Źródło światła wysyła sygnał o znanej mocy na jednym końcu kabla
• Miernik mocy na drugim końcu sprawdza, ile tego światła dotarło
• Różnica między mocą wysłaną a odebraną to tłumienie toru optycznego, wyrażone w decybelach (dB).

6. Spawarka światłowodowa

Spawarka światłowodowa to najbardziej zaawansowane urządzenie w technice światłowodowej. Jej zadaniem jest trwałe i niemal bezstratne połączenie dwóch włókien szklanych poprzez ich stopienie w łuku elektrycznym. Proces ten musi być wykonany z precyzją rzędu mikrometrów.

Działanie spawarki:

• Centrowanie (Pozycjonowanie włókien) Po umieszczeniu przygotowanych włókien w spawarce, urządzenie musi je idealnie ustawić naprzeciw siebie. W nowoczesnych spawarkach odbywa się to dwiema metodami: -- Centrowanie do rdzenia (Core Alignment): Najbardziej precyzyjna metoda. System kamer i oprogramowanie rozpoznają rdzeń włókna (tę część, którą płynie światło) i ustawiają je w linii prostej, niezależnie od tego, czy płaszcz zewnętrzny jest idealnie równy. -- Centrowanie do płaszcza (Cladding Alignment): Tańsza metoda, stosowana w prostszych spawarkach, gdzie włókna są układane w precyzyjnych rowkach w kształcie litery V (V‑grooves).
  Proces spawania (Łuk elektryczny) Gdy włókna są już ustawione, następuje właściwy proces łączenia: -- Wstępne wyładowanie (Cleaning arc): Krótki łuk elektryczny wypala drobne zanieczyszczenia, które mogły zostać na końcach włókien. -- Dosunięcie włókien: Silniki krokowe przysuwają końcówki włókien do siebie. -- Spawanie właściwe: Elektrody generują łuk elektryczny o wysokiej temperaturze (ponad 1600°C), który nadtapia końce szkła kwarcowego, łącząc je w jedną strukturę.
• Ocena spawu i pomiar tłumienia Po wygaszeniu łuku, spawarka wykonuje test mechaniczny (szarpnięcie włókna, by sprawdzić trwałość) oraz wizualną analizę miejsca połączenia. Na podstawie obrazu z kamer urządzenie szacuje tłumienie spawu (wyrażone w dB). Dobry spaw powinien mieć tłumienie mniejsze niż 0,02 dB.
• Zgrzewanie osłonki (Piecyk) Miejsce spawu jest pozbawione powłoki ochronnej i jest bardzo kruche. Aby je zabezpieczyć: -- Na jedno z włókien (jeszcze przed spawaniem) nasuwa się specjalną osłonkę termokurczliwą. -- Po zespawaniu przesuwa się osłonkę na miejsce łączenia. -- Całość umieszcza się w zintegrowanym ze spawarką piecyku, który podgrzewa osłonkę, usztywniając połączenie.