§ 13. Потери в разъемных соединениях волокон

Торцевые поверхности одномодовых волокон в разъемах имеют сферическую форму с радиусом закругления 10…25 мм для PC разъемов (PC - Physical Contact) и 5…12 mm для APC разъемов (АРС - Angled Physical Contact). В соединенном состоянии стыкуемых наконечников прижимаются друг к другу усилием (обычно 8... 12 Н). Возникающая при этом эластичная деформация наконечников приводит к появлению оптического контакта (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Схема образования оптического контакта вместе соединения наконечников разъемов PC и АРС

Две поверхности считаются находящимися в оптическом контакте, если расстояние между ними много меньше длины волны света. При этом, чем меньше расстояние между этими поверхностями, тем меньше будет и величина отраженного от них света. Качество оптического контакта определяется качеством шлифовки и последующей полировки торцевой поверхности волокон. Для PC разъемов ETSI рекомендует величину коэффициента френелевского отражения от места оптического контакта менее -35 дБ. Стандартная шлифовка, как правило, обеспечивает -40 дБ.

Многие поставщики оптических коммутационных шнуров предлагают разъемы со специальной шлифовкой, обеспечивающие коэффициент отражения менее -55 дБ. Это так называемые разъемы Супер- и Ультра-PC. На практике такая шлифовка оказывается бесполезной, так как буквально после нескольких подключений коэффициент отражения увеличивается до величины, свойственной обычному PC разъему. Происходит это из-за неизбежного появления пыли и микроцарапин на торцевых поверхностях разъемов.

Поэтому, когда требуется коэффициент отражения не хуже -55 дБ, разумнее использовать АРС разъемы. В АРС разъемах нормаль к контактной поверхности наклонена к оси наконечника под углом 8° (рис. 1.15). В такой конструкции коэффициент отражения не превышает -60 дБ как в соединенном, так и в разъединенном состоянии. В соединенном состоянии типичным является значение от -70 до -80 дБ.

Таким образом, в PC и АРС разъемах только ничтожно малая часть излучения отражается от места соединения торцов волокон. Поэтому потери, вызванные отражением света, пренебрежимо малы. Если пренебречь также потерями, возникающими из-за дефектов на торцах волокон, то основной причиной, вызывающей потери в месте соединения разъемов, является смещение сердцевин соединяемых волокон относительно друг друга вследствие эксцентриситета (неконцентричности) как самих волокон, так и деталей крепления разъема (рис. 1.16).

Рис. 1.16. Сложение разных видов неконцентричности в наконечнике

Оценим допустимую величину смещения сердцевин волокон исходя из того, что потери в разъемах, в соответствии рекомендациями ETSI, не должны превышать 0.5 дБ. Зависимость этих потерь от величины смещения сердцевин d описывается формулой (1.6): α_d (дБ) = 4.34 (d/w)². Учитывая, что диаметр модового поля w ≈ 10 мкм, получаем, что величина смещения сердцевин друг относительно друга должна быть меньше 3.4 мкм.

Потери принято относить к одному определенному разъему (несмотря на то, что измеряемой величиной являются потери в месте соединения двух разъемов). Так можно делать, когда потери в месте соединения разъемов обусловлены только смещением сердцевин волокон, и один разъем при этом образцовый (его также называют материнским или мастер-разъемом). Образцовый разъем А выделен среди других разъемов тем, что в нем ось сердцевины волокна совпадает с номинальным центром разъема (рис. 1.17).

Все измерения при изготовлении оптических шнуров выполняются только относительно образцового разъема. Данные именно этих измерений и указываются в каталогах всех производителей, а также на упаковке готовых изделий. Но при использовании оптических шнуров типовой разъем стыкуется не с образцовым разъемом, а с таким же типовым разъемом (любой с любым). В таких соединениях смещения сердцевин получаются больше почти в 1.5 раза, а потери (в дБ) увеличиваются при этом примерно в 2 раза (рис. 1.18).

Рис. 1.17. Местоположение сердцевины волокна в наконечниках: (а) - в типовом (некалиброванном) разъеме и (б) - в образцовом разъеме А

Рис. 1.18. Гистограмма распределения потерь, вносимых при соединении типовых (некалиброванных) разъемов (любого с любым)

Для компенсации негативного влияния эксцентриситета применяются различные способы регулировки (настройки) разъемов. Наибольшее распространение получила технология, в которой используется образцовый разъем Б (со смещенной сердцевиной волокна). В образцовом разъеме Б сердцевина волокна смещена относительно номинального центра (параметры оговорены в спецификации IEC) примерно на половину радиуса зоны возможных отклонений сердцевины (рис. 1.19).

Потери в месте соединения наконечников стандартного разъема и образцового разъема Б, как легко видеть из рис. 1.19, будут изменяться при вращении одного из наконечников вокруг продольной оси. Своих экстремальных значений эти потери достигают в положениях, где совпадают азимуты их сердцевин. Таким образом,

Рис. 1.19. Местоположение сердцевины волокна в наконечниках: (а) - в некалиброванном разъеме и (б) - в образцовом разъеме Б где совпадают азимуты их сердцевин.

имеется возможность при изготовлении разъема настраивать его на минимум потерь.

Настройка разъема осуществляется следующим образом. Вращая изготовленный наконечник вокруг продольной оси, определяют его положение относительно образцового, при котором достигается наименьший уровень вносимых потерь, после чего наконечник фиксируется в корпусе разъема. Наконечник может быть вставлен в корпус разъема в одном из четырех положений (со смещением вокруг оси на 90°). В результате сердцевина волокна попадает в строго определенный (относительно корпуса разъема) квадрант торцевой поверхности (рис. 1.19). При соединении откалиброванных таким способом разъемов (любого с любым) потери получаются в среднем примерно в два раза меньше (рис. 1.20).

Рис. 1.20. Гистограмма распределения потерь, вносимых при соединении калиброванных разъемов (любого с любым)

Достоинство этого способа настройки разъемов, кроме эффективного уменьшения потерь (таблица № 1.3), заключается также и в том, что используются стандартные наконечники и что стоимость таких калиброванных разъемов увеличивается незначительно. Этот способ настройки специфицирован IEC и поддержан большинством крупных производителей, что обеспечивает совместимость и взаимозаменяемость изготавливаемых ими разъемов.

Таблица № 1.3. Потери, вносимые при соединении разъемов

Параметр	Некалиброванные разъемы			Калиброванные разъемы
Потери при соединении с образцовым разъемом, дБ.	Среднее	0.20	Среднее		0.14
	94%	<0.30	95%		<0.30
	97%	<0.40	99%		<0.40
Потери при соединении «любой с любым», дБ.	Среднее	0.30	Среднее		0.15
	60%	<0.30	94%		<0.30
	85%	<0.50	98%		<0.40
	Макс	1.2	Макс		0.71

В настоящее время на телекоммуникационных сетях в Европе наиболее часто применяются некалиброванные разъемы со специфицированным значением вносимых потерь (относительно образцового разъема) не более 0.5 дБ. Однако поскольку с ростом числа телекоммуникационных сетей возрастает и количество точек соединений, то для снижения величины полных потерь все чаще применяются калиброванные разъемы.