Optische Fasern sind flexible Glasfaserkabel, hauptsächlich aus Quarzglas, durch die Lichtsignale übertragen werden. Sie bestehen aus einem Kern, einem Mantel und sind von einer Kunststoffummantelung geschützt (Abbildung 1). Das Licht breitet sich im Kern aus, und der Mantel verhindert, dass es austritt.
Es gibt zwei Haupttypen von optischen Fasern: Singlemode- und Multimodefasern. Singlemodefasern haben einen sehr kleinen Kerndurchmesser (8 bis 10 µm) und können nur einen Lichtmodus (Strahl) übertragen.
Multimodefasern haben Kerndurchmesser von über 50 µm und ermöglichen die Übertragung mehrerer Lichtmoden.
Singlemodefasern können mehr Informationen übertragen, da sie eine höhere Bandbreite als Multimodefasern aufweisen.
Arten von Spleißverbindungen
Es gibt zwei Arten von Spleißverbindungen: mechanische Spleißverbindungen und Fusionsspleißverbindungen. Bei einer mechanischen Spleißverbindung werden die Fasern auf einer Unterlage ausgerichtet, die eine mechanische Fixierung oder eine Verklebung ermöglicht.
Mechanische Spleiße werden hauptsächlich bei Multimodefasern eingesetzt, können aber auch bei Singlemodefasern verwendet werden, sofern diese eine geringe Exzentrizität aufweisen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Einfügedämpfung höher und die Rückflussdämpfung niedriger als bei Fusionsspleißen sein kann.
Fusionsspleiße werden durch Verschmelzen des Fasermaterials mittels eines Hochspannungslichtbogens oder eines anderen Heizverfahrens hergestellt. Diese Spleißarten eignen sich für alle Fasertypen – Singlemode wie Multimode – und bieten geringere Einfügedämpfung sowie höhere Rückflussdämpfung (reduzierte Reflexionen).
Fusionsspleißen:
Beim Fusionsspleißen werden zwei Fasern durch Verschmelzen der Materialenden mithilfe einer Wärmequelle verbunden. Diese besteht üblicherweise aus zwei Elektroden, zwischen denen ein Lichtbogen erzeugt wird, sobald eine Hochspannungsquelle von 4000 bis 5000 Volt mit geregeltem Strom angelegt wird. Die durch den Lichtbogen erzeugte Wärme hängt vom jeweils von der Hochspannungsquelle gelieferten Strom ab.
Das Fusionsspleißen erfolgt mit einem Gerät, das üblicherweise als Spleißgerät, Fusionsspleißer oder Spleißmaschine 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 Primärisolierung entfernt) und mit fusselfreiem Papier oder in Alkohol, vorzugsweise Ethanol (alternativ Isopropylalkohol), getränkter Gaze gereinigt werden. Anschließend werden sie mit einem Präzisions-Fasertrennwerkzeug so zugeschnitten, dass der Schnittwinkel zur Senkrechten weniger als 1° beträgt. 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 hat den größten Einfluss auf die optische Signaldämpfung bei Glasfaserverbindungen. Sie kann longitudinal (Abstand), lateral oder winklig sein.
Die optische Signaldämpfung hängt von den Fehlerwerten dieser Ausrichtungen und den Eigenschaften der zu spleißenden Fasern ab, einschließlich Kerndurchmesser und numerischer Apertur (NA). Siehe Abbildung 3.
Einer der wichtigsten Faktoren für geringe Verluste beim Spleißen von Glasfasern ist der Spaltwinkel relativ zur Senkrechten der Faserachse; dieser Winkel muss über die gesamte Spaltfläche weniger als 1° betragen. Präzisionsspleißgeräte werden zum Ausführen dieser Schnitte verwendet (Abbildung 4).
Zusammensetzung eines Fusionsspleißgeräts
Fusionsspleißgeräte bestehen aus verschiedenen Systemen mit jeweils unterschiedlichen Funktionen, die wir wie folgt unterscheiden könnten:
- Primäre Schirmklemmsysteme. Sie verhindern, dass sich die Fasern in die Maschine hinein- oder herausbewegen und dass sie sich während des Spleißens verdrehen.
- Spleißpunkt-Betrachtungssystem. Dieses ermöglicht die Visualisierung des Bereichs, in dem die Fusion stattfindet. Es kann aus einem Mikroskop (ältere oder kostengünstige Geräte), einer Videokamera und einem Spiegel oder aus zwei Videokameras bestehen. Letztere sind am schnellsten, da sie beide Ausrichtungsachsen gleichzeitig erfassen können.
- Ausrichtungssystem. Seine Hauptfunktion ist die Ausrichtung der Faserenden, sodass die Kerne beider Fasern möglichst genau übereinstimmen. Es gibt zwei Haupttypen: Kernausrichtung und Mantelausrichtung. Erstere lokalisiert und richtet die Faserkerne aus, letztere den Mantel.
Maschinen, die Kerne ausrichten können, verwenden Ausrichtungssysteme wie LID oder PAS.
Das LID-System (Light Injection & Detection) funktioniert, indem Licht durch die Abschirmung über eine Biegung in eine der Fasern eingekoppelt
und das in die andere Faser übertragene Licht durch Auskoppeln aus der Abschirmung mit demselben Einkopplungsverfahren detektiert wird. Dieses System hat Nachteile: Die eingekoppelte Lichtmenge hängt von der Opazität und Dicke der Abschirmung ab, weshalb es bei manchen Fasern nicht korrekt funktioniert. Zudem
ist die eingekoppelte und ausgekoppelte Lichtmenge oft sehr gering, was den Ausrichtungsprozess verlangsamen kann.
Das PAS-System (Profile Alignment System) richtet die Fasern anhand des Profils der Faserkerne in Bildern aus, die von einer oder zwei Kameras aufgenommen werden, während die Fasern mit einer kollimierten Lichtquelle (parallele Strahlen) beleuchtet werden. Es ist das am weitesten verbreitete System, da es das schnellste (Spleißen in 9 Sekunden) und vielseitigste ist.
- Fusionssystem. Dieses besteht aus den Elektroden und der Hochspannungsquelle und dient der ordnungsgemäßen Verschmelzung des Glasfasermaterials.
- Heizsystem. Es erwärmt 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 maßgeblich die Ergebnisse der Spleißarbeiten und die Geschwindigkeit der Arbeitsausführung, was sich in einer höheren Rentabilität niederschlägt. (Abbildung 5).
Arten von Fusionsspleißgeräten
Es gibt eine Vielzahl von Fusionsspleißgeräten, die sich in zwei Haupttypen unterteilen lassen: Feldspleißgeräte, die am häufigsten verwendet werden, da sie bei der Installation von Glasfaserkabeln zum Einsatz kommen, und Fabrikspleißgeräte, die zum Spleißen von Glasfasern bei der Herstellung elektrooptischer Komponenten (Verstärker, Kompensatoren usw.) oder in Forschungslaboren verwendet werden (Abbildung 6).
Feldspleißgeräte können Multimodefasern (G651, EIA-492 oder ISO/IEC 793) und Singlemodefasern (G652, G653, G654, G655, G656 und G657) verbinden.
Abbildung 7. Feldfusionsspleißgeräte für Band- und Einzelfasern.
Spleißgeräte für die Fertigung eignen sich auch zum Spleißen von Fasern, die in Feldspleißgeräten verwendet werden, sowie von Fasern mit Manteldurchmessern über 150 µm. Komplexere Spleißgeräte sind für polaritätserhaltende Fasern (Panda, Bow Tie usw.) erforderlich, da diese zur Aufrechterhaltung der Polarisation gedreht werden müssen.
Glasfaserkabel werden entweder mit in Bändern gebündelten Fasern oder mit einzelnen Fasern in Schläuchen oder Ummantelungen hergestellt. Daher lassen sich Feldspleißgeräte in Band- und Einzelfaser-Spleißgeräte unterteilen (Abbildung 7).
Zum Verbinden von Faserbändern wird ein Gerät benötigt, das alle Fasern des Bandes (12, 10, 8, 4 usw.) gleichzeitig spleißen kann.
Das Spleißen von Kabeln mit einzelnen Fasern erfolgt mit Einzelfaser-Spleißgeräten.
Es gibt zwei Haupttypen von Einzelfaser-Feldfusionsspleißgeräten, die sich in der Art der Faserausrichtung unterscheiden: Kernausrichtungs- und Mantelausrichtungsspleißgeräte.
Kernausrichtungsspleißgeräte bieten die beste Qualität, da sich das Licht durch die Faserkerne ausbreitet und deren Ausrichtung den optischen Signalverlust an der Spleißstelle minimiert. Daher werden sie hauptsächlich zum Spleißen von Singlemode-Fasern eingesetzt, können aber auch Multimode-Fasern spleißen. Mantelausrichtungsspleißgeräte eignen sich gut zum Verbinden von Multimode-Fasern, können aber auch für Singlemode-Fasern verwendet werden, sofern die Mittelpunkte der Kerne mit den Mittelpunkten der Mäntel übereinstimmen (geringe Exzentrizität).
Kernausrichtungsspleißgeräte bestehen aus zwei V-förmigen Schlitzen (in denen die Fasern platziert werden), die mit seitlichen und vertikalen Bewegungsmechanismen ausgestattet sind. Diese Geräte sind teurer als Mantelausrichtungsspleißgeräte, da sie über mehr Motoren sowie höherwertige Kameras und Objektive verfügen.
Ausrichtmaschinen für Faserummantelungen verfügen über eine V-förmige Nut, in die die zu verbindenden Fasern eingelegt werden, wodurch die Faserummantelung ausgerichtet wird. Singlemode-Fasern, die seit mehreren Jahren in Kabeln verwendet werden, weisen sehr geringe Exzentrizitätswerte auf. Daher können Ausrichtmaschinen für Faserummantelungen auch für Singlemode-Faserkabel eingesetzt werden, die weniger als 15 Jahre alt sind.
Welches Fusionsspleißgerät sollten Sie kaufen?
Um das Gerät auszuwählen, das Ihren Bedürfnissen am besten entspricht, sollten Sie die folgenden Aspekte analysieren:
- Ausrichtungstyp. Da Kernausrichtmaschinen bessere Eigenschaften als Mantelausrichtmaschinen bieten, sind folgende Punkte zu beachten: Für Singlemode-Fasern mit minimalen Verlusten (Telekommunikationssektor) ist eine Kernausrichtmaschine die empfehlenswerteste Option. Für das Spleißen von Singlemode-Fasern mit moderaten Verlusten (FTTx, CATV, LAN usw.) oder Multimode-Fasern (LAN, industrielle Steuerung usw.) kann hingegen jeder Fusionsspleißer verwendet werden.
- Kosten. Kernausrichtmaschinen sind teurer (² +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 sowie Vibrationen beim Transport, Stößen, Verschmutzungen usw. standhält. Für den Einsatz in Innenräumen sind die Anforderungen sehr gering, für den Einsatz im Freien sind jedoch höhere Sicherheitsreserven erforderlich.
- Kundendienst. Bei den Maschinen handelt es sich um hochpräzise Instrumente, die regelmäßige Nachjustierungen und schnelle Reparaturen erfordern. Daher ist ein guter technischer Kundendienst auf nationaler Ebene empfehlenswert.
Autor:
Pedro Notario, Technischer Direktor TELECOM-UNITRONICS
