Lekcja 5. Łączenie włókien i pomiar tłumienia na światłowodzie

1. Łączenie włókien

Po odpowiednim przygotowaniu włókien na jedną ze stron zakładamy koszulę termokurczliwą wraz z usztywnieniem  i umieszczamy w spawarce zgodnie z poniższym zdjęciem.

Następnie podobnie przygotowujemy drugą stronę światłowodu i umieszczamy w uchwycie z drugiej strony

Po przygotowaniu i zamknięciu pokrywki spawarka na wyświetlaczu pokaże nam sposób ułożenia przygotowanych światłowodów a po naciśnięciu przycisku SET nastąpi wyosiowanie światłowodów, zbliżenie i zespawanie.

Po wykonaniu spawu spawarka w przybliżeniu pokaże nam jakość spawu określając stratę w dB

Kolejną krokiem jest zabezpieczenie miejsca spawu wcześniej wspomnianą koszulką termokurczliwą którą nasuwamy na miejsce łączenia tak aby po obu stronach sięgała nam powłoki płaszcza (zdj. poniżej)

Po przygotowaniu umieszczamy miejsce spawu wraz z koszulką w komorze grzewczej spawarki i zamykamy klapkę. Po zamknięciu automatycznie uruchamiany jest proces wygrzewania koszulki.

Odpowiednio przygotowane włókna mogą być łączone różnymi metodami. Można do tego wykorzystać jak powyżej spawarkę, spawy lub złącza mechaniczne lub technikę wklejania i polerowania złącz. W przypadku spawania metodą termiczną wykorzystywane są specjalne urządzenia wytwarzające łuk elektryczny, który nadtapiając światłowody łączy je ze sobą. Jest to najpewniejsza metoda łączenia włókien światłowodowych. 

Stosując spawy mechaniczne dobrą praktyką jest sprawdzanie złącz pod kątem tzw. wycieków światła. Wykorzystać do tego należy wizualny lokalizator uszkodzeń. Urządzenie to przystosowane jest do pracy z ferrulą 2,5 mm i emituje światło widzialne o długości fali 650 nm. Pozwala to instalatorowi na bezpośrednią ocenę tłumienia spawu lub ocenę, czy instalowany kabel nie posiada wewnętrznych uszkodzeń powstałych przy pracy z kablem lub w procesie spawania.

2. Łączenie złącz światłowodowych

Najpopularniejsze złącza światłowodowe to obecnie przede wszystkim LC i SC, a w mniejszym stopniu ST, FC . Są one używane w telekomunikacji, sieciach FTTH, centrach danych i instalacjach LAN. Wybór odpowiedniego złącza zależy od wymaganego standardu przesyłu danych oraz warunków fizycznych instalacji.

• Złącze LC (Lucent Connector)
  Jest to najpopularniejsze obecnie złącze światłowodowe, zwłaszcza w nowoczesnych instalacjach. Składa się z małej tulejki ceramiczna 1,25 mm, mechanizmu zatrzaskowego (push‑pull, podobny do RJ45). Złącze jest dostępne w wersji simplex i duplex. Główne zalety to wysoka gęstość łączy w panelu przyłączeniowym, niska strata wtrąceniowa. Zastosowanie: centra danych, sprzęt sieciowy, okablowanie wysokościowe.

• SC (Subscriber Connector / Square Connector)
  Złącze posiada kwadratowy kształt i tulejkę 2,5 mm. Mechanizm połączenia jest typu push‑pull, bardzo niezawodny i prosty.

• Złącze ST (Straight Tip) jest to starszy typ złącza, wizualnie przypominający złącza koncentryczne BNC. Wymaga wciśnięcia i przekręcenia pierścienia w celu zablokowania. Stosowany w starszych instalacjach sieciowych, systemach  przemysłowych, sieciach kampusowych. Obecnie rzadziej stosowane w nowych instalacjach komercyjnych na rzecz standardów LC i SC.
• Złącze FC (Ferrule Connector) jest to złącze z okrągłą, metalową obudową, która zapewnia bardzo dużą wytrzymałość mechaniczną. Montuje się jako mechanizm wkręcany (Threaded). Zastosowanie znajduje w środowiskach o dużych wibracjach, sprzęcie pomiarowym, telekomunikacji dalekosiężnej. Jest odporne na przypadkowe rozłączenie, zapewnia bardzo precyzyjne centrowanie włókna.

Metody montażu złączy światłowodowych:

• Splice‑on (spaw i złącze gotowe) — daje najlepszą jakość i jest to najpopularniejsza metoda montażu w profesjonalnych instalacjach. Procedure polega na to: zdjęciu płaszcza, czyszczeniu, precyzyjnym cięciu, spawaniu włókna z gotowym fabrycznym złączem za pomocą spawarki, założeniu ochraniacza termokurczliwego na spaw, wygrzaniu koszulki. Daje najniższe straty połączeniowe i najwyższą niezawodność.
• Quick‑connect (np. FASTConnect, OptiCam) - łączenie bez spawania. Kroki w procedurze montażu: czyszczenie, precyzyjne cięcie, mechaniczne dokowanie włókna  w złączu. Złącze jest szybkie w montażu ale daje nieco większe straty na złączu.
• Zarabianie polerowane — polega na klejeniu włókna klejem epoksydowym, szlifowaniu i polerowaniu. Wymaga warsztatu, urządzenia do polerowania. Najczęściej wykonywane fabrycznie.

3. Pomiar tłumienia toru transmisyjnego

Po wykonaniu połączenia światłowodów możemy przystąpić do wykonania pomiaru strat na światłowodzie za pomocą testera kabli światłowodowych. Przed przystąpieniem do wykonania pomiaru należy dokonać czyszczenia końcówek światłowodu oraz gniazda wtykowego za pomocą dostępnych taśm i długopisu do czyszczenia. Po wybraniu odpowiedniego nadajnika (SM lub MM) i połączeniu z nadajnikiem „wzorcowym” światłowodem należy ustawić prawidłową długośc fali dla światłowodu oraz ustawić wartość odniesienia zgodnie z opisem w instrukcji miernika str.4 pkt.REF. Po wykonaniu referencji możemy przystąpić do wykonania pomiaru naszego światłowodu. W tym celu należy wpiąć nasz światłowód w pętlę zgodnie z poniższym rysunkiem

Po prawidłowym podłączeniu przyrząd automatycznie zmierzy nam stratę sygnału Otrzymany wynik należy zapisać w poniższej tabeli po wykonaniu każdego ze spawów

4. Wpływ jakości połączeń na parametry transmisyjne światłowodu

• Pasmo przenoszenia

Jakość spawu ma bezpośredni wpływ na integralność sygnału oraz  na efektywne pasmo przenoszenia całego łącza. Zły spaw powoduje stratę mocy sygnału. Samo tłumienie nie zmienia „szerokości” pasma w sensie fizycznym, jednak drastycznie pogarsza stosunek sygnału do szumu (SNR). Przy słabym sygnale systemy transmisji cyfrowej muszą obniżyć prędkość (modulację), co użytkownik odczuwa jako spadek przepustowości. Niestaranne przygotowanie czoła włókna  lub zanieczyszczenia w spawie powodują, że część światła odbija się i wraca do nadajnika. Jeśli spaw jest wykonany niefachowo (np. włókna są przesunięte względem siebie) może dojść do wzbudzenia wyższych modów w światłowodzie wielomodowym.

• Tłumienie - jest to najważniejszy parametr określający, ile mocy sygnału „ucieka” na złączu, wyrażane jest w decybelach (dB). Dobrze wykonany spaw powinien charakteryzować się tłumieniem poniżej 0,1 dB. Przyczyny niekorzystnie wpływające na tłumienie to:
  • brak współosiowości rdzeni - dla rdzeni o średnicy 9um przesunięcie o 1um może znacznie zwiększyć tłumienie
  • przerwa powietrzna - powstaje, gdy włókna nie stykają się idealnie czołami.
  • różnica kątowa - nieprostopadłe ucięcie włókna, zbyt duży kąt ucięcia nożem/cleaverem
• Tłumienie odbiciowe - parametr ten opisuje, jaka część światła wraca do nadajnika po odbiciu się od miejsca połączenia. Wysokie odbicia (niska wartość tłumienia odbiciowego w dB) może powodować niestabilność pracy lasera nadawczego oraz zwiększać poziom szumów w systemie. Przyczyną są zanieczyszczenia zamknięte wewnątrz spawu (kurz, tłuszcz).
• Dyspersja
  • dyspersja polaryzacyjna - jeśli spawarka wprowadzi naprężenia mechaniczne lub asymetrię w miejscu łączenia, może dojść do rozmycia impulsu światła. W sieciach 100G i szybszych ma to kluczowe znaczenie dla zasięgu transmisji.
  • Dyspersja modalna w włóknach multimodowych - złe spawanie lub zanieczyszczenie może powodować przekazywanie mocy między modami, w praktyce pogarsza się szerokość impulsu.
• Wytrzymałość mechaniczna - słaby spaw (przegrzany lub niedogrzany) może pęknąć pod wpływem zmian temperatury lub układania włókien w kasecie, co skutkuje nagłą i całkowitą przerwą w transmisji.