ВОКС_2013 / Лекция 12

12. Пассивные оптические компоненты

12.1. оптические соединители

Соединение оптических волокон может быть постоянным, получаемое, в частности, методом сварки ОВ и подключаемым с возможностью разъединения и последующего многократного соединения-разъединения. Для многократного соединения оптических волокон предназначены оптические коннекторы, которые называют также соединителями или, разъемами. Термин «разъем», в отличие от двух предыдущих названий, является неофициальным, но более точно характеризует устройства для разъемного соединения. Основными требованиями к оптическим соединителям являются:

1. малые вносимые потери

2. малая величина обратного отражения излучения

3. устойчивость к внешним механическим, климатическим и другим воздействиям

4. высокая надежность

5. простота конструкции (соответственно – низкая цена)

Параметры разъемных соединений принято разделять на три группы:

1. оптические параметры

2. механические параметры

3. стойкость к воздействию окружающей среды

12.2. Оптические параметры

Под величиной затухания или величиной потерь понимают уменьшение оптического сигнала после прохождения коннектора. Иногда этот параметр называют «потери включения». В децибелах потери определяются как:

или (12.1)

где - оптическая мощность после включения соединителя, - мощность до включения соединителя («в разрыв»). Типичное значение потерь в производимых коннекторах – 0,2 дБ, максимально допустимое – 0,4 дБ.

Второй важнейший параметр соединителей – величина обратного отражения. В децибелах величину обратного отражения определяют в виде:

или (12.2)

где - оптическая мощность на входе соединителя, - мощность, отраженная соединителем.

Согласно выше указанным определениям, величины и являются положительными величинами.

В большинстве коннекторов используется принцип, так называемого, физического контакта (в англоязычной литературе используется аббревиатура “PC”), при котором стыкуемые поверхности сердцевин стыкуются друг к другу с минимально возможным расстоянием. Однако существуют соединители, в которых излучение, выходящее из световода, коллимируется микролинзой в параллельный световой пучок, а в принимающем соединителе наоборот, микролинза фокусирует параллельный пучок на сердцевину световода. Однако такие соединители применяются редко. Далее, будут рассматриваться коннекторы на основе физического контакта.

Для достижения физического контакта поверхностей сердцевин стыкуемых световодов используют:

1. нажимные пружины, прижимающие поверхности при «подключении» коннектора

2. наконечники с выпуклыми поверхностями с заданным радиусом полировки

3. высококачественную полировку поверхностей световода

В одиночном оптическом коннекторе (не подключенном к другому коннектору) величина обратного отражения обусловлена Френелевским отражением излучения от границы раздела сердцевины и свободного пространства и , величину которого можно вычислить по формуле:

, (12.3)

где - относительный показатель преломления сердцевины по отношению к показателю преломления свободного пространства. В зависимости от показателя преломления сердцевины ВС величина Френелевского отражения от выходного торца составляет 3% - 4%. Например, при =1,45 имеет место =0,0337, что приблизительно соответствует величине 14,72 дБ.

Если при стыковке коннекторов расстояние между соединяемыми сердцевинами ВС существенно больше длины волны, то величина обратного отражения от каждой поверхности будет равна . Однако величина обратного отражения не будет равна , так как при наличии зазора между сердцевинами существенное влияние оказывают возникающее затухание и переотражения между поверхностями. При величина обратного отражения определяется только отражением от выходной поверхности сердцевины ВС, поэтому равна . По мере уменьшения зазора , происходит немонотонное (осциллирующее) уменьшение величины обратного отражения. Если величина меньше , то . Теоретически, при =0 должно достигаться =0. Поэтому, чем лучше контакт между поверхностями сердцевин, тем меньше потери и меньше величина обратного отражения.

Реально создать плоские торцевые поверхности коннекторов, стыкующихся без зазора практически невозможно. Поэтому наконечник коннектора изготавливают с использованием полировки с радиусом 5 – 25 мм (иногда наконечник называют «втулка-наконечник» или «ферул»). Это позволяет минимизировать зазор между сердцевинами ОВ при стыковке. В зависимости от качества полировки, влияющего на величину обратного отражения, различают следующие категории.

№	наименование		обратное отр. (до)
1	Нормальная полировка	PC	-30 дБ
2	Суперполировка	Super PC (SPC)	-40 дБ
3	Ультраполировка	Ultra PC (UPC)	-50 дБ
4	Полировка под углом к оптической оси	Angled PC (APC)	-70 дБ

Условно, полировку под углом к оптической оси можно изобразить в виде (рис. 12.1):

Рис. 12.1.

однако реально, также как и для случаев PC-UPC, полировка производится с радиусом 10-25 мм. Заданный угол полировки (существующий стандарт – 8⁰) обеспечивается смещением центра сферической поверхности относительно оси световода (рис. 12.2).

Рис. 12.2.

На величину обратного отражения влияет качество полировки, которая должна обеспечить минимально возможную величину шероховатости поверхности торца и минимальную величину подповерхностного рассеяния на микро неоднородностях вблизи поверхности.

Механическое соединение стыкуемых поверхностей коннектора осуществляется:

1. резьбовым соединением (например “FC”)

2. соединением, достигаемым поворотом фигурного замка (например “ST”)

3. за счет применения фиксирующего корпуса с защелкой (например “SC”)

Рис. 12.3

К механическим характеристикам соединителей относятся: стойкость к вибрациям, прочность механизма соединения, механическая износоустойчивость, диапазон рабочих температур, климатическая стойкость и др.

4