Optische Fasern sind flexible Glasfasern, hauptsächlich aus Quarzglas, durch die Lichtsignale übertragen werden. Sie bestehen aus einem Kern, einem Mantel und sind von einer Kunststoffummantelung geschützt. Das Licht breitet sich im Kern aus, und der Mantel verhindert, dass es austritt.
der Kern.
Es gibt zwei Haupttypen von Glasfasern: Singlemode- und Multimodefasern. Singlemodefasern haben einen sehr kleinen Kerndurchmesser (8 bis 10 µm) und können nur einen Lichtmodus (Strahl) übertragen.
Multimodefasern haben Kerndurchmesser von 50 µm oder mehr und ermöglichen die Übertragung mehrerer Lichtmoden.
Singlemode-Fasern ermöglichen aufgrund ihrer höheren Bandbreite im Vergleich zu Multimode-Fasern die Übertragung größerer Informationsmengen.
Beim Fusionsspleißen
werden zwei Fasern durch Verschmelzen der Faserenden mithilfe einer Wärmequelle verbunden. Diese Wärmequelle besteht typischerweise aus zwei Elektroden, zwischen denen ein Lichtbogen erzeugt wird, sobald eine kontrollierte Hochspannung von 4000 bis 5000 Volt angelegt wird. Die durch den Lichtbogen erzeugte Wärme hängt von der Stromstärke der Hochspannungsquelle ab.
Das Fusionsspleißen erfolgt mit einem Gerät, das üblicherweise als Spleißgerät, Fusionsspleißgerät oder Fusionswerkzeug bezeichnet wird. Zu den Hauptfunktionen des Geräts gehören die Faserapproximation, die Ausrichtung, das Verschmelzen der Fasern und die Berechnung der geschätzten Dämpfung (Abbildung 2). Die Geräte verfügen außerdem über eine integrierte Heizung, die das Anbringen des Spleißschutzes ermöglicht.
So führen Sie eine Fusionsverbindung durch
: Für eine Fusionsverbindung müssen die Fasern abisoliert (die Primärbeschichtung entfernt) und mit fusselfreiem Papier oder mit Alkohol, vorzugsweise Ethanol (alternativ Isopropylalkohol), getränkter Gaze gereinigt werden. Anschließend werden sie mit einem Präzisions-Fasertrennmesser so zugeschnitten, dass der Schnittwinkel zur Senkrechten weniger als 1° beträgt (Abbildung 3).
Die Fasern werden vorsichtig in das Gerät eingelegt, um Verunreinigungen zu vermeiden. Die Fusionsverbindung wird automatisch per Knopfdruck hergestellt. Nach Abschluss der Fusionsverbindung misst das Gerät die Spleißdämpfung, und der Spleißschutz kann angebracht werden.
Die Faserausrichtung ist der Faktor, der den optischen Signalverlust bei Glasfaserverbindungen am stärksten beeinflusst. Man unterscheidet drei Arten von Ausrichtungsfehlern: longitudinale (Trennung), laterale und Winkelabweichungen.
Der optische Signalverlust hängt von der Größe dieser Ausrichtungsfehler und den Eigenschaften der zu spleißenden Fasern ab, einschließlich Kerndurchmesser und numerischer Apertur (NA).
Fusionsspleißgeräte
bestehen aus verschiedenen Systemen mit jeweils spezifischen Funktionen. Diese Systeme lassen sich wie folgt kategorisieren:
– Primäre Abschirmungsklemmsysteme. Sie verhindern, dass sich die Fasern in das Gerät hinein- oder herausbewegen und dass sie sich während des Spleißvorgangs drehen.
– Spleißpunkt-Betrachtungssystem. Dieses ermöglicht die Visualisierung des Bereichs, in dem die Fusion stattfindet. Solche Systeme können aus einem Mikroskop (in älteren oder kostengünstigen Geräten), einer Videokamera und einem Spiegel oder aus zwei Videokameras bestehen. Letztere sind am schnellsten, da sie die gleichzeitige Betrachtung beider Ausrichtungsachsen ermöglichen.
– Ausrichtungssystem. Seine Hauptfunktion ist die Ausrichtung der Faserenden, sodass die Kerne beider Fasern möglichst genau übereinstimmen. Es gibt zwei Haupttypen: Kernausrichtung und Mantelausrichtung. Das erste Verfahren lokalisiert und richtet die Faserkerne aus, das zweite den Fasermantel.
Maschinen zur Kernausrichtung nutzen Ausrichtungssysteme wie LID oder PAS.
Das LID-System (Light Injection & Detection) injiziert Licht durch den Fasermantel mittels einer Biegung in eine der Fasern und detektiert das in die andere Faser übertragene Licht, indem es mit demselben Injektionsverfahren aus dem Fasermantel extrahiert wird. Dieses System hat den Nachteil, dass die eingespeiste Lichtmenge von der Opazität und Dicke der Abschirmung abhängt und daher bei manchen Fasern nicht korrekt funktioniert. Zudem ist die eingespeiste und extrahierte Lichtmenge oft sehr gering, was die Ausrichtung verlangsamen kann.
Das PAS-System (Profile Alignment System) richtet Fasern aus, indem es das Profil ihrer Kerne in Bildern analysiert, die von einer oder zwei Kameras aufgenommen werden, während eine kollimierte Lichtquelle (parallele Strahlen) die Fasern durchdringt. Es ist das am weitesten verbreitete System, da es das schnellste (Spleißen in 9 Sekunden) und vielseitigste ist.
– Fusionssystem: Dieses System besteht aus den Elektroden und der Hochspannungsquelle. Es dient der korrekten Verschmelzung des Fasermaterials.
Dieses System erhitzt die Schrumpfschläuche der Spleißstellen.
– Steuerungssystem: Dieses System steuert die verschiedenen Komponenten, um den Maschinenbetrieb zu automatisieren und das Spleißen in kürzester Zeit und mit höchster Qualität durchzuführen.
Die Präzision und Qualität dieser Systeme beeinflussen die Spleißergebnisse und die Arbeitsgeschwindigkeit maßgeblich und führen somit zu höherer Rentabilität.
Arten von Fusionsspleißgeräten
: Es gibt eine Vielzahl von Fusionsspleißgeräten; Man kann sie in zwei Haupttypen unterteilen: Feld-Spleißgeräte, die am weitesten verbreitet sind, da sie bei der Installation von Glasfaserkabeln eingesetzt werden, und Fabrik-Spleißgeräte, die zum Spleißen von Glasfasern bei der Herstellung von elektrooptischen Elementen (Verstärker, Kompensatoren usw.) oder in Forschungslaboren verwendet werden.
Feldfusionsspleißgeräte ermöglichen das Verbinden von Multimodefasern (G651, EIA-492 oder ISO/IEC 793) und Singlemodefasern (G652, G653, G654, G655, G656 und G657).
Es gibt zwei Haupttypen von Feldfusionsspleißgeräten für Einzelfasern, die sich in der Art der Faserausrichtung unterscheiden: Kernausrichtungs- und Mantelausrichtungs-Spleißgeräte.
Kernausrichtmaschinen ermöglichen Spleißverbindungen höchster Qualität, da sich das Licht in den Fasern, insbesondere im Kern, ausbreitet. Durch die Ausrichtung der Kerne wird der optische Signalverlust an der Spleißstelle minimiert. Daher werden sie hauptsächlich zum Spleißen von Singlemode-Fasern eingesetzt, können aber auch Multimode-Fasern spleißen. Mantelausrichtmaschinen eignen sich gut zum Spleißen von Multimode-Fasern, können aber auch für Singlemode-Fasern verwendet werden, sofern die Kernmittelpunkte mit den Mantelmittelpunkten übereinstimmen (geringe Exzentrizität).
Kernausrichtungs-Spleißgeräte bestehen aus zwei Teilen mit einer V-förmigen Nut (in der die Fasern platziert werden) und sind mit seitlichen und vertikalen Verstellmechanismen ausgestattet.
Diese Geräte sind teurer als Mantelausrichtungs-Spleißgeräte, da sie über eine größere Anzahl von Motoren sowie höherwertige Kameras und Objektive verfügen.
Ausrichtmaschinen für den Fasermantel besitzen eine V-förmige Nut, in die die zu spleißenden Fasern eingelegt werden, um den Fasermantel auszurichten. Seit einigen Jahren weisen die in Kabeln verwendeten Singlemode-Fasern sehr geringe Exzentrizitätswerte auf. Daher können Ausrichtmaschinen für den Fasermantel auch für Singlemode-Glasfaserkabel verwendet werden, die jünger als 15 Jahre sind.
Welches Fusionsspleißgerät sollten Sie kaufen?
Um das für Ihre Bedürfnisse optimale Gerät auszuwählen, sollten Sie Folgendes beachten:
- Ausrichtungstyp: Da Kernausrichtmaschinen bessere Eigenschaften als Mantelausrichtmaschinen bieten, ist Folgendes zu beachten: Für Singlemode-Fasern mit minimalen Dämpfungen (Telekommunikationssektor) wird eine Kernausrichtmaschine empfohlen; für das Spleißen von Singlemode-Fasern mit moderaten Dämpfungen (FTTx, CATV, LAN usw.) oder Multimode-Fasern (LAN, industrielle Steuerung usw.) kann jeder Fusionsspleißgerätetyp verwendet werden.
- Kosten: Kernausrichtmaschinen sind teurer (ca. 35 %) als Mantelausrichtmaschinen.
- Umgebungsbedingungen. Es empfiehlt sich, aus den verschiedenen am Markt erhältlichen Optionen die Maschine auszuwählen, die den Temperatur-, Feuchtigkeits- und Höhenbedingungen am Einsatzort standhält und zudem resistent gegen Vibrationen beim Transport, Stöße, Verschmutzungen usw. ist. Für den Einsatz in Innenräumen sind die Anforderungen sehr gering, für den Einsatz im Freien hingegen sind höhere Sicherheitsreserven erforderlich.
– Kundendienst: Die Maschinen sind hochpräzise Instrumente, die regelmäßige Justierungen und schnelle Reparaturen erfordern. Daher ist ein guter nationaler Kundendienst empfehlenswert.
Mechanisches Spleißen
: Beim mechanischen Spleißen werden die beiden Faserenden in einer mechanischen Halterung verbunden. Dies ermöglicht die Ausrichtung der Mäntel und verhindert durch Klebstoffe oder Drucksysteme eine Fasertrennung. Die Halterung ist innen mit einem Brechungsindex-Ausgleichsgel imprägniert, um Einfügungs- und Rückflussdämpfungen durch Lichtreflexionen aufgrund der unterschiedlichen Brechungsindizes von Faserkern und Luft zu reduzieren.
Die mechanische Halterung verfügt über eine Nut zur Ausrichtung des Fasermantels und ist üblicherweise V-förmig, was eine hohe Ausrichtungsgenauigkeit gewährleistet.
Für eine mechanische Spleißverbindung müssen die zu verbindenden Fasern eine sehr geringe Exzentrizität aufweisen, d. h. der Kernmittelpunkt muss mit dem Mantelmittelpunkt übereinstimmen. Andernfalls wären die Einfügedämpfungen sehr hoch, insbesondere bei Singlemode-Fasern.
Aufgrund des aufwendigen, komplexen und heiklen Herstellungsprozesses sowie der Bedeutung der mechanischen Stabilität der Komponenten werden mechanische Spleißverbindungen hauptsächlich in Testlaboren, bei Inneninstallationen und mit Multimode-Fasern eingesetzt.
Technologische Fortschritte der letzten Jahre haben zur Entwicklung einfach zu installierender, robuster, zuverlässiger, kompakter und kostengünstiger mechanischer Spleißverbinder geführt. Die
mechanischen Spleißverbinder Fujikura FMSEZ-025/09 sind ein Beispiel für hochwertige, kompakte Spleißverbinder (40 x 4 x 4 mm), die in Spleißboxen eingesetzt werden können und das Spleißen von Singlemode- und Multimodefasern mit 250 µm und 900 µm Primärschirmung ermöglichen (Abbildung 6).
Sie lassen sich mit minimalem Werkzeugaufwand in weniger als 3 Minuten montieren und werden in einem kleinen Kunststoffkoffer transportiert (Abbildung 7).
Nach der Montage fixieren sie die Faserbeschichtung und die Primärschirmung unabhängig voneinander und verhindern so ein Verdrehen der Fasern im Inneren.
Merkmale und Installation:
Die technischen Merkmale der mechanischen Spleißverbinder Fujikura FMSEZ-25/09 sind wie folgt: Beschichtungsdurchmesser: 250 µm / 900 µm. Typische Einfügedämpfung (Mittelwert):
Die folgenden Schritte werden zum Spleißen befolgt:
1. Das Spleißstück in das Montagewerkzeug einlegen. 2. Das Spleißstück öffnen. 3. Die Faser mit ca. 4 cm überstehendem Ende in die entsprechende Halterung einsetzen. 4. Die Faser abisolieren. 5. Reinigen. 6. Abschneiden. 7. In das Werkzeug einlegen. 8. Die Schritte 3 bis 7 für die andere Faser wiederholen. 9. Das Spleißstück schließen. 10. Die Fasern lösen und das Spleißstück entfernen. Diese Schritte sind in Abbildung 8 dargestellt.
Welcher Spleißtyp ist der beste?
Fusionsspleiße werden hauptsächlich bei Singlemode-Fasern verwendet. Aus technischer Sicht sind Fusionsspleiße die beste Wahl, da sie eine geringere Einfügedämpfung und eine höhere Rückflussdämpfung (weniger Reflexionen) bieten. Bei der Entscheidung für einen Spleißtyp sind jedoch weitere Faktoren wie Wirtschaftlichkeit, Technologie und Logistik zu berücksichtigen.
Aus wirtschaftlicher Sicht ist anzumerken, dass mechanische Spleißverbindungen eine geringere Anfangsinvestition erfordern (1200 bis 1500 Euro, abhängig von der Qualität der Werkzeuge) als Fusionsspleißverbindungen (6500 bis 10000 Euro, abhängig von der Qualität und Präzision der Maschinen und Werkzeuge). Allerdings sind die Kosten für das Verbrauchsmaterial zur Herstellung jeder mechanischen Spleißverbindung (ca. 5 Euro) höher als bei Fusionsspleißverbindungen, da nach der Herstellung lediglich ein wärmeschrumpfender Schutz mit Metallverstärkung benötigt wird, dessen Kosten gering sind (ca. 0,25 Euro/Stück).
Die technologischen Gründe hängen von der jeweiligen Branche ab, in der die Spleißvorgänge durchgeführt werden. Im Telekommunikations- und Kabelfernsehbereich werden Singlemode-Fasern verwendet. Bei langen Kabelstrecken sind Spleißverbindungen mit geringer Einfügedämpfung erforderlich, weshalb sich das Fusionsspleißen am besten eignet. Für Kurzstreckenverbindungen (FTTx) können jedoch beide Verfahren eingesetzt werden. Im Sicherheitsbereich werden typischerweise Multimode-Fasern und kurze Distanzen verwendet, sodass auch hier beide Spleißarten zum Einsatz kommen. LAN-Netzwerke nutzen im Allgemeinen Singlemode- und Multimode-Fasern über kurze Distanzen; daher ist jede Lösung geeignet. Im Bereich der industriellen Steuerungstechnik (Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Gebäudetechnik, Sensoren in explosionsgefährdeten Bereichen usw.) werden Multimode-Fasern verwendet, und die Distanzen sind sehr kurz; daher ist auch das mechanische Spleißen geeignet.
Hinsichtlich logistischer Einschränkungen ist zu beachten, dass der Platzbedarf für das mechanische Spleißen geringer ist als für das Fusionsspleißen. Während letzteres Energie benötigt (in den letzten Jahren jedoch meist über Batterien), benötigt das mechanische Spleißen keine Stromversorgung.
Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich mechanische Verbindungen sehr gut für schnelle Reparaturen, auch wenn diese in manchen Fällen nur vorübergehend sein können.
Autor: Pedro Notario, Technischer Direktor TELECOM-UNITRONICS
