В волоконно-оптических системах связи эксцентриситет-несовпадение между сердцевиной волокна, оболочкой или наконечником соединителя-является одной из наиболее распространенных причин избыточных вносимых потерь, отраженного сигнала и нестабильной передачи. Даже небольшое смещение всего в 1 мкм может ухудшить производительность настолько, что соединение выйдет за пределы технических характеристик.
Что такое эксцентриситет оптического волокна?
Эксцентриситет (также называемый ошибкой концентричности) описывает смещение между идеальной центральной осью и фактическим положением:
Сердечник относительно оболочки
Сердечник волокна относительно центра наконечника
Блок жил кабеля относительно внешней оболочки
В таких стандартах, как TIA и IEC, погрешность концентричности оболочки-оболочки обычно ограничена величиной менее или равной 0,5 мкм для одномодовых волокон (ITU-T G.652) и менее или равной 1,0 мкм для многомодовых (IEC 60793-2-10). Для разъемов эксцентриситет сердечника и наконечника напрямую определяет потери в соединении. В стандарте IEC 61755-3 наконечники классифицируются по классам в зависимости от эксцентриситета отверстия:
| Разъем класса | Эксцентриситет отверстия втулки |
|---|---|
| Оценка А | Меньше или равно 0,5 мкм |
| Оценка Б | Меньше или равно 1,0 мкм |
| Оценка C/D | Меньше или равно 1,5–2,0 мкм |
Эксцентриситет сильнее влияет на одномодовое-волокно. Диаметр ядра составляет всего 8–9 мкм, поэтому смещение в 1 мкм съедает более 10% ширины ядра. То же смещение в многомодовом сердечнике толщиной 50 мкм составляет около 2%-все еще не идеально, но на практике гораздо проще.
Почему регулировка эксцентриситета имеет решающее значение
Вносимые потери:Боковое смещение между сопрягаемыми жилами является основной причиной потерь в разъемах. Корректировка эксцентриситета позволяет держать это под контролем.
Стабильность сигнала:Нескорректированный эксцентриситет волокна приводит к колебаниям принимаемой мощности, что приводит к увеличению частоты бит-ошибок.
Механическая надежность:Смещенные-сердечники создают неравномерную нагрузку на точки соединения и интерфейсы разъемов, что со временем ускоряет их утомление.
Согласие:Центры обработки данных, телекоммуникационные магистрали и промышленные каналы связи имеют характеристики, предполагающие правильное-центрирование оптоволокна.
Регулировка эксцентриситета имеет еще большее значение в сетях 400G/800G, в которых используются многоволоконные разъемы MPO/MTP, где каждое волокно в массиве само по себе должно соответствовать требованиям по центрированию. Один плохой канал может утянуть из строя всю параллельную линию.
Распространенные причины эксцентриситета
Производственные допуски при вытяжке волокна, прокладке кабелей или сверлении наконечников
Неправильное зачистка, очистка или скол перед сваркой.
Неравномерное давление во время полировки разъема
Механическое напряжение, изгиб или сжатие кабеля
Ошибка выравнивания сварочного аппарата или отклонение калибровки
Тем не менее, высокие потери не всегда указывают на эксцентричность. Прежде чем идти по этому пути, проверьте торцевую поверхность на наличие загрязнений и убедитесь, что угол скола находится в пределах 1 градуса. Эти две проблемы более распространены и их легче устранить. Если потери по-прежнему высоки после очистки и повторного-скола, измерьте эксцентриситет волокна непосредственно с помощью оптоволокна или интерферометра, чтобы подтвердить, является ли смещение действительной проблемой.
Пошаговые-методы-ступенчатой регулировки эксцентриситета
На практике регулировка эксцентриситета означает уменьшение бокового смещения между сердцевиной волокна и центром отверстия наконечника до уровня менее 0,25 мкм. Это достигается за счет сочетания механических и оптических методов: системы активного выравнивания сердцевины (ACA) используют изображения ПЗС-камеры для определения положения сердцевины в реальном времени, а затем направляют коррекцию посредством вращения наконечника, прецизионного обжатия для физического смещения волокна внутри наконечника или применения геля, согласующего индекс - на интерфейсе, чтобы компенсировать остаточное смещение и сократить потери на отражение Френеля.
Центрирование производственной линии-(для производства кабелей)
На современных линиях используются лазерные датчики диаметра и системы рентгеновского/оптического сканирования для отслеживания положения сердечника в режиме реального времени. Процесс в значительной степени автоматизирован: датчики отслеживают концентричность сердечника-оболочки, передают данные обратно в систему, а положение матрицы регулируется по осям X/Y с помощью замкнутого-контурного управления, чтобы поддерживать эксцентриситет в пределах допуска. Ручное вмешательство требуется редко, если только не происходит сбой в процессе.
Выравнивание сердцевины сварки плавлением
Выравнивание жил дает наилучшие результаты при сварке на месте. Используйте устройство для -выравнивания жил (система PAS/CDS).- машина отображает обе сердцевины волокна и автоматически выравнивает их. Проверьте расчетные потери в режиме реального времени и повторите-выравнивание, если они превысят 0,05 дБ. Для критически важных каналов выравнивание активной мощности может еще больше снизить потери.
На что следует обратить внимание: не полагайтесь на режим выравнивания оболочки-для одномодового-волокна. Если само волокно имеет эксцентриситет оболочки-оболочки сердечника, выравнивание оболочек не означает, что сердечники выровнены, и вы получите необъяснимые потери, которые трудно отследить.
Настройка и центрирование наконечника соединителя
Для разъемов SC, LC, FC:
Измерьте эксцентриситет с помощью оптоволокна или интерферометра.
Используйте настройку разъема (вращение наконечника) для компенсации смещения.
Для высокоточных-звеньев: используйте активное центрирование во время сборки.
Полируйте равномерно. Неравномерная или чрезмерная полировка приводит к наклону торцевой-грани, что добавляет геометрические потери помимо уже существующего эксцентриситета. Если после полировки ваши показатели потерь ухудшаются, вероятной причиной является тильт.
Лучшие практики настройки поля
Очистите волокна 99 % изопропиловым спиртом и безворсовыми-салфетками.
Используйте высококачественный- скалыватель для перпендикулярных торцов.
Избегайте сильного изгиба или скручивания во время установки.
Калибруйте сварочные аппараты и тестеры по графику.-Дрейф калибровки приводит к систематической ошибке, которая имитирует эксцентриситет, но требует другого исправления.
Документируйте потери до и после каждой регулировки эксцентриситета, чтобы построить надежную основу.
Инструменты для контроля эксцентриситета
Сварочный аппарат с выравниванием сердцевины-
Микроскоп для проверки волокна
Лазерный микрометр/тестер концентричности
Прецизионный скалыватель
Комплект для полировки разъемов
Рефлектометр и измеритель оптической мощности
Эксцентриситету не уделяется такого же внимания, как загрязнению или потерям на изгибе, но он незаметно ухудшает качество связи, и это трудно диагностировать постфактум. Решение простое: хорошо центрируйте во время производства, проверяйте во время сварки, настраивайте во время заделки и измеряйте на каждом этапе.
Поскольку скорость передачи данных выходит на территорию 400G/800G, а плотность разъемов продолжает расти, остается меньше возможностей компенсировать потери, вызванные плохим центрированием. Правильная регулировка эксцентриситета волокна заранее позволяет избежать необходимости устранения многих неполадок в дальнейшем.