Złącza światłowodowe

Wyróżnia się dwa typy złączy światłowodowych: PC (Physical Contact) i EB (Expanded Beam). W pierwszych włókna światłowodów stykają się i umieszcza się je w tulejkach (ferrulach) – na przykład z ceramiki, mocując je żywicą epoksydową. Końcówki ferruli poleruje się, żeby transmisji światła w miejscu styku towarzyszyły jak najmniejsze straty optyczne. Ferrule są wycentrowane za pomocą tulei wyrównującej oraz dociśnięte do siebie sprężyną. Jest to najpopularniejszy sposób łączenia światłowodów.

Główne parametry złączy optycznych to tłumienie (straty) wtrąceniowe (insertion loss) i tłumienie odbiciowe (reflection loss). Dla PC wynoszą one typowo odpowiednio 0,3 dB i –40 do –65 dB – i w tym zakresie złącza przewyższają te rodzaju EB.

Tłumienie wtrąceniowe jest większe, jeżeli między czołami ferruli tworzy się szczelina powietrzna, w której światło ulega rozproszeniu. Dzieje się to na skutek niedokładności montażu złącza. Znaczenie ma również precyzja wymiarów ferruli (wewnętrznej i zewnętrznej średnicy) oraz ich nakierowania na siebie. Wymagane jest wyrównanie tulejek i wycentrowanie ich wewnętrznych średnic. Ze względu na małe rozmiary włókien światłowodów (mają średnice rzędu mikrometra) ważne jest, aby miejsce ich styku było czyste. Zabrudzenia nie tylko powodują straty wtrąceniowe, ale również uszkadzają światłowód.

Złącza światłowodowe Porównanie złączy PC oraz EB: Straty wtrąceniowe i odbiciowe w złączach APC wynoszą 0,3 dB i –65 dB, a w złączach EB odpowiednio 1,5 dB i –30 dB. Skutki wpływu wstrząsów mechanicznych, wibracji i ekstremalnych temperatur są podobne. Złącza PC, jak też EB wymagają specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych, aby go redukować. Jeżeli w złączu EB zastosowano powłoki antyrefleksyjne, zakres możliwych długości fal jest ograniczony. W przypadku sygnałów o zmiennej długości fali albo o szerokim widmie preferowane są złącza PC. Brud i kurz w mniejszym stopniu wpływają na złącza EB niż PC, odwrotnie niż wilgoć, która jest usuwana podczas łączenia złączy PC, natomiast w EB rozprasza światło. Złącza PC mają mniejsze tulejki i odstępy między ich końcami, co zapewnia większą gęstość połączeń. Złącza PC są tańsze, ale EB są łatwiejsze do czyszczenia i charakteryzuje je większa liczba cykli łączenia.

Co wyróżnia złącza EB?

Niewycentrowanie ferruli i zanieczyszczenia na ich zakończeniach zwiększają też straty odbiciowe. Decydujący wpływ ma na nie jednak jakość wykończenia powierzchni styku tulejek, od którego zależy różnica współczynników odbicia. Optymalne rozwiązanie to zeszlifowanie końcówek ferruli pod kątem 8° lub 9°. W ten sposób wykonuje się złącza typu APC (Angle PC).

W złączach EB wykorzystuje się soczewki, dzięki którym włókna światłowodowe się nie stykają. Zmniejsza to straty sygnału spowodowane przez zanieczyszczenia w miejscu ich kontaktu i zużycie, co zwiększa liczbę cykli łączenia. Złącza tego rodzaju są droższe, przez co są rzadko używane w telekomunikacji. Sprawdzają się za to w sprzęcie wojskowym, przemyśle, sprzęcie medycznym i innych zastosowaniach, w których częste łączenie naraża złącza optyczne na zabrudzenia.

Na tłumienie wtrąceniowe w złączach EB wpływa głównie niewspółosiowość boczna i kątowa. Na przykład przesunięcie włókien w bok względem osi optycznej o zaledwie 2 mikrometry skutkuje stratą 1 dB, podobnie jak odchylenie kątowe o jedynie 0,08°. Ze względu na obecność szczeliny powietrznej złącza EB mają duże tłumienie odbiciowe. Zmniejsza się je, pokrywając soczewki powłokami antyrefleksyjnymi, co jednak wpływa na zakres obsługiwanych długości fali. Oprócz tego wilgoć na soczewkach rozprasza światło. W ramce porównujemy złącza EB i PC.

Typy złączy PC

Popularne typy złączy PC to: SC, LC, ST i FC. Pierwsze wyróżnia mechanizm blokujący push-pull ułatwiający montaż i użytkowanie. Są one dostępne w wersji jednomodowej i wielomodowej. Złącza SC mają małe tłumienie wtrąceniowe, typowo poniżej 0,5 dB, co jest ważne w transmisji na duże odległości. Złącza LC są kompaktowe, mają zatrzaskowy mechanizm blokujący, który zapewnia stabilne połączenie i dużą gęstość połączeń, dzięki czemu sprawdzą się w warunkach ograniczonej przestrzeni. Są również dostępne w wersji jednomodowej i wielomodowej. Ich straty wtrąceniowe też typowo nie przekraczają 0,5 dB.

Złącza ST były jednym z pierwszych typów złączy światłowodowych i nadal są szeroko stosowane. Mają blokadę bagnetową i są preferowane, jeżeli priorytetem są trwałość oraz niezawodność połączenia – na przykład w zastosowaniach przemysłowych. Dodatkowo złącza te są relatywnie tanie. Z kolei wersje FC z gwintem są zaprojektowane do obsługi transmisji o dużej szybkości, a także pod kątem dużej trwałości, aby wytrzymywały częste łączenie i rozłączanie.

Monika Jaworowska