2.3.3 Технологии соединения волс

Длина коммуникационных магистралей ВОЛС может достигать сотен километров, тогда как стандартная длина оптических волокон составляет несколько километров (в том числе потому, что работа со слишком большими длинами в некоторых случаях весьма неудобна). Волокна оптического кабеля необходимо соединять при строительстве волоконно-оптических линей связи, при монтаже разветвительных и распределительных муфт, оптических кроссов и коробок, при проведении ремонтно-восстановительных работ ВОЛС, а также оконцовке оптического кабеля с использованием готовых волоконно-оптических перемычек.

Соединения оптических волокон бывают разъемные и неразъемные.

Реализация разъемных соединений происходит при помощи коннекторов. Самым распространенным и широко используемым способом соединения являются соединения типа «коннектор-коннектор». Такие соединения используются повсеместно из-за простоты и удобства использования. Удобство обусловлено тем, что такое соединение многоразовое, а также позволяет быстро перекоммутировать потоки без использования дополнительного оборудования. Для того, чтобы такое соединения было качественным и обеспечивало минимальные потери, нужно свести два волокна вплотную. Сведение должно быть выполнено с очень высокой точностью и с минимальными отклонениями, которые не должны превышать микрона.

Номенклатура стандартных соединителей достаточно велика. Наиболее широкое распространение получили соединители FC, ST и SC, которые различаются по уровню затухания света в них, конструкции и материалам изготовления.

Неразъемные соединения осуществляются клеевой технологией либо сваркой оптоволокна. Соединение оптических волокон с помощью сварки является сегодня наиболее распространенным методом получения неразъемных соединений. Благодаря в достаточной мере совершенной технологии этот метод позволяет получать качественные соединения с низкими показателями вносимых потерь (порядка 0,1-0,15 дБ), что обуславливает его применение на линиях связи.

Сваривание оптических волокон предусматривает оплавление концов волоконных световодов путем помещения их в поле мощного источника тепловой энергии, как, например, поле электрического разряда, пламя газовой горелки, зона мощного лазерного излучения. Каждый из перечисленных методов имеет свои достоинства и недостатки. Достоинством метода сварки с помощью лазера можно считать возможность получения чистых соединений из-за отсутствия в них сторонних примесей, и, как следствие, достаточно малых вносимых потерь (0,1 дБ и менее). К достоинствам метода сварки с помощью газовой горелки следует также отнести возможность получения соединений оптических волокон, отличающихся высокой прочностью мест сростков. В качестве источника пламени используют смесь пропана с кислородом или соединение кислорода, хлора и водорода. Этот метод распространен по большей части для сварки многомодовых оптических волокон. Основным достоинством сварки в поле электрического разряда является быстрота и технологичность. Этот метод в настоящее время приобрел наибольшую популярность для сварки одномодовых световодов.

При сварке оптических волокон в поле электрического разряда можно выделить такие технологические этапы (рисунок 2.5):

• подготовка торцевых поверхностей соединяемых оптических волокон;

• надевание защитной термоусаживаемой гильзы на одно из соединяемых волокон;

• установка подготовленных концов оптических волокон в направляющие системы сварочного аппарата;

• юстировка свариваемых оптических волокон;

• предварительное оплавление торцов оптических волокон с целью ликвидации микронеровностей, возникающих в процессе скалывания;

• непосредственное сваривание оптических волокон;

• предварительная оценка качества сварки;

• защита места сварки с помощью термоусаживаемой гильзы;

• окончательная оценка качества сварки с помощью рефлектометра.

Качество сварного соединения можно характеризовать двумя параметрами: затуханием в месте сварки; прочностью сварного соединения. Снижение коэффициента затухания оптического волокна обуславливает ужесточение требований к качеству соединений. Это объясняется тем, что число таких соединений, как правило, достаточно велико.

Рисунок 2.5 – Схема этапов сварки оптических волокон с минимизацией потерь и компенсацией смещения: а) исходная позиция; б) юстировка сердцевин; в) компенсация смещения; г) совмещение оптических волокон; д) результат сварки

Аппараты для сварки оптических волокон можно классифицировать следующим образом: по способу юстировки свариваемых концов оптических волокон (в зависимости от геометрических размеров сердцевин или от потерь мощности светового сигнала, распространяющегося через место сварки); по способу проведения операций (ручные или автоматические); по типу устройства контроля (микроскоп, монитор на жидких кристаллах); по количеству оптических волокон, которые могут быть сварены одновременно (одно- и многоволоконные).

Современные сварочные аппараты для сварки оптических волокон автоматически осуществляют оптимальную взаимную юстировку волокон, выбирают оптимальный режим сварки и осуществляют контроль потерь в месте сварки. Процесс сварки можно контролировать визуально в двух координатах на жидкокристаллическом дисплее.

Практически одновременно с методом сварки был разработан метод склеивания оптических волокон. Клей, используемый для оптических волокон, должен иметь коэффициент преломления, близкий к коэффициенту преломления волокон. Он должен обеспечивать фиксированное положение соединенных оптических волокон, защищать место сращивания от воздействий окружающей среды, гарантировать прочность сростка при воздействии нагрузок в осевом направлении. К достоинствам этого метода следует отнести оперативность и отсутствие деформации сердцевин соединяемых оптических волокон. Это способствует тому, что в области стыка - малые потери, обеспечиваются хорошие механические свойства и т.п. Однако ограниченный срок службы и нестабильность во времени, а также весьма высокая чувствительность к повышению температуры и воздействию влажности являются факторами, сдерживающими распространение этого метода получения неразъемных соединений. В настоящее время он уступил свои позиции методу соединения оптических волокон с помощью механических соединителей.

Механические соединители оптических волокон разрабатывались как более дешевый и быстрый способ сращивания оптических волокон. Применение аппарата для сварки оптических волокон сопряжено с необходимостью соблюдения ряда условий: для работы используется помещение, параметры которого (температурный диапазон, влажность, давление, вибрации и проч.) соответствуют требованиям производителей сварочного оборудования; также необходима организация питания от сети переменного тока с достаточно жестко регламентированными параметрами. Всех этих сложностей можно избежать, применяя механические соединители оптических волокон. Конструкция оптических соединителей относительно проста. Основными узлами являются направляющие для двух оптических волокон и устройство фиксации волокон. Внутреннее пространство заполняется гелем для защиты открытых участков оптических волокон от воздействия влаги. Одновременно гель обладает иммерсионными свойствами - его показатель преломления близок к показателю преломления сердцевины волокна.

Процедура монтажа оптических соединителей является частью процедуры монтажа промежуточного или оконечного устройства - кабельной муфты, бокса или стойки. Размеры и форма оптических соединителей позволяют устанавливать их в кассету муфты или бокса аналогично сросткам оптических волокон, полученных путем сварки.