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Cables + Systems
1© 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems -115 FO-Products V0_0.ppt
Glasfaser-Stecker und Verbinder
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Cables + Systems
© 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - 115 FO-Products V0_0.ppt
Steckerverbinder
Anforderungen:
einfache Handhabung
geringe Einfügedämpfung
leichte Reinigungmöglichkeit
hohe Rückflussdämpung
hohe mechanische Stabilität / hohe Lebensdauerd. h. reproduzierbare Dämpfungswertehohe Klimastabilität
zuverlässiger Faserschutz
hohe Packungsdichte
Feldmontierbarkeit
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Cables + Systems
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Steckerverbinder
Vorteile:
leichte Trennung bzw. Wiederherstellung von VerbindungenZugänglichkeit von optischen Leitungen für MessungenMöglichkeiten zur Schaltung von Ersaztzleitungen
erhöhte Einfügedämpfung
niedrige Rückflussdämpfung
Nachteile:
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Cables + Systems
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Konstruktionsprinzipien
Optische Steckverbinder
Direkte Kopplung
Indirekte Kopplung
Stirnflächenkopplung
Optische Abbildung
Präzisionshülse
Justierbare
Fassung
Linsenstecker
Präzisionshalterung
Prinzip:
Stecker:
+Kupplung:
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Cables + Systems
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Konstruktionsprinzipien
Fassung der Faserenden in Steckerstiften (Ferrulen)Einkleben des Faserendes in Präzisionshülsen (meist D außen = 2.5 mm)
justierbare Fassungen
Präzisionshülsen aus :- Metall (Hartmetall)
Zentrische Bohrung; Abstufung des Bohrdurchmessers in Schritten von 1 µm
- Keramik- mit Einsatz aus z. B. Glas, Neusilber o.ä.
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Cables + Systems
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Konstruktionsprinzipien
Ausrichtung der konfektionierten Stecker in der Kupplung :
• Dämpfunsänderung bei mechanischer Belastung
• vorwiegend in den USA zu finden, (wird bei Neuverkabelungen heute nicht mehr eingesetzt)
starre Präzisionshülse :• gute Dämpfungswerte• enge Toleranzen
• hoher Fertigungsaufwand
elastische Hülse :
konische Hülse :
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Cables + Systems
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Intrinsische Koppelverluste
unterschiedliche Kerndurchmesser
unterschiedliche Brechzahlprofile
unterschiedliche numerische Apertur
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Cables + Systems
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Extrinsische Koppelverluste
Stinflächen-Rauhigkeit
Abstand
Schnittwinkel
Reflexionsverluste
Radialer Versatz
Kipp-Winkelfehler
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Cables + Systems
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Konstruktionsprinzipien
Die wichtigsten extrinsischen Dämpfungsursachen einer Steckerverbind sind :
radialer Versatz :• mechanische Fertigunstoleranz Stecker-Hülse
• Exzentrizität der Bohrung im Steckerstift
• exzentrische Fixierung der Faser im Stift
Abstand der Faserflächen :
• Exzentrizität Faserkern-Fasermantel
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Cables + Systems
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Bestimmung Einfügedämpfung
• Sichere Funktion, d. h. stets Betriebssicherheit, garantiert für :
• Unterscheidung von 6 mech. Qulitätsstufen Generell: 2 Kriterien zur Qualitätszuordnung
Passungsspiel Steckerstift-Kupplungshülse:• Konstant bei gleichen Werkstoffen, d. h. bei gleichen Temperatur-
koeffizienten ( und gleicher Temperatur)
Passungspiel, mindestens 0.5 µm :
Toleranzen :
Bmin - Dmax > 0.5 µm aus: DIN 47256 für LSA-Steckverbinder(LWL-Steckverbinder Version A)
mit: Bmin = min. Innendurchmesser Hülse Dmax = max. Aussendurchmesser Stift
mechanische Einstufung: d.h. der Stecker alleine
optische Einstufung: der konfektionierte Stecker
Stufe Toleranz Toleranz
Kuppplung Stift
0 0.5 -1.01 1 -1.52 2 -2.03 4 -3.04 8 -6.05 12 -12.0
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Cables + Systems
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Verschlussprinzipien
Schraubgewinde ( z.B. DIN-Stecker)• Anzug mit definiertem Drehmoment
• kein einfaches Lösen von Hand
Bajonettverschluss (z.B. ST-Stecker) :• sichere und einfache Verriegelung mit einer viertel Umdrehung
•Ausrasten durch Ziehen des Steckers aus der Buchse
•Einrasten durch einfaches Einschieben des Steckers in die Buchse
„push-pull“-Verschluss (z.B. SC-Stecker) :
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Cables + Systems
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Vorteile Verdrehschutz
keine Verletzung der Faserendflächen
Exakte Reproduzierbarkeit der DämpfungAufgrund konstanter Konzentrizitätsfehler :• Kern-Mantel (z.B. : 3 µm bei
MMF)
Bei reflexionsfreien Steckverbindern besteht direkter Glas-Glas Übergang• aufgrund des physikalischen
Kontaktes dürfen die Endflächen nicht gedreht werden
• Bohrung im Steckerstift• Fixierung der Faser im Stift
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Cables + Systems
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Bearbeitung Faserendflächen
Planschliff
Konvexschliff (PC)
Schrägschliff(APC)
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Cables + Systems
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Rückflussdämpfung bei Steckern
Problem :• Vielfachinterferenzen (Fresnel-Reflexionen) im „optischen Resonator“,
gebildet aus den polierten Endflächen
Störung des Modulationsverhaltens
Rückkopplung auf den Sender
Reduzierung des Signal-Rausch-Verhältnisses
Return > 40 dB
(für hochbitratige Systeme) :
Forderung an die Rückflussdämpfung aller faseroptischen Komponenten
Instabilität der Einfügedämpfung
=>
Return > 12...15 dB
Aber : bei planen Endflächen mit Abstand d gilt :
Diskrepanz !
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Cables + Systems
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Erhöhung Rückflussdämpfung
Planer Endflächenschliff; Abstand d < /2
• Sehr hohe Anforderungen an den SchliffProblem :
• praktisch kaum realisierbar
• Weitgehende Unterdrückung der Fresnel-Reflexionen Physikalischer Kontakt (PC = physical contact) der Faserenden
Theoretisch keine Reflexion (Licht „durchtunnelt“ den Luftspalt)=>
Praktische Realisierung : Konvexschliff
Ergebnis : Return > 30...50 dB(abhängig von Polierverfahren)
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Cables + Systems
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Erhöhung Rückflussdämpfung
Immersion der Stecker-Stirnflächen :
• AlterungsbeständigkeitProblem :
• verschiedene Temperatur--
gradienten
Der Luftspalt zwischen den Faserendflächen wird mitFlüssigkeit / Gel mit angepasster Brechzahl n gefüllt
=>
Ergebnis :
Return > 30dB realisierbar
• Wellenlängenabhängigkeit nFl
()
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Cables + Systems
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Erhöhung Rückflussdämpfung
Schrägschliff der Faserenden :
•reflektierte Welle liegt außerhalb des Akzeptanzwinkels der gegenüber- liegenden Faser
Vorteil :
Luftspalt zwischen den Faserendenbleibt bestehen
=>
Ergebnis :hohe Rückflussdämpfung
realisierbarReturn > 60dB( bei Schrägschliff 7 oder 8°)
Fresnel-Reflexionen vorhanden=>
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Cables + Systems
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Erhöhung Rückflussdämpfung
Kombination: Schrägschliff & physikalischer Kontakt
• aufwendiger Schliff
Probleme :
Asymetrischer, sphärischer Anschliff=>
Ergebnis : sehr hohe Rückflussdämpfung
Return > 60dB
Die Faserendfläche ist kugelförmig mit dem Kugelmittelpunktausserhalb der Faserachse
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Cables + Systems
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Montage von Steckverbinder
Steckverbinder
feldmontierbar nicht feldmontierbar
MMF-Stecker(SMF-
Stecker)
SMF-Stecker mit hoher
Rückflussdämpfung
mit Ferruleferrulenlos
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Cables + Systems
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Montage von Steckerverbindern
• Kleben und / oder
Ausgangspunkt : Steckerstift• axiale Mittelbohrung zur Faseraufnahme• Einsatz aus Spezialmatrial (Glas, Neusilber, Keramik o. ä.) zur Faseraufnahme
Präparierte Faser wird auf Länge geschnitten und zentrisch im Steckerstift fixiert durch :
Schleifen und polieren der Steckerendfläche / Faserendfläche in mehreren Schritten :
• Prägetechnik (erste Prägung)Gleichzeitige Zentrierung: Achse der Faser - Achse der Ferrule !
• mit Schleifpapier mit abgestufter Körnung• mit Schleif- oder Polierpasten
Auf Schmutz und Kratzer auf der Enfläche achten !
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Cables + Systems
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Montage von Steckerverbindern
Polieren der Faserendflächen
Auf Schmutz und Kratzer auf der Enfläche achten !
Aenderung der Brechzahl
Herstellung des Endflächenprofils
Eliminierung von Kratzern
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Cables + Systems
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Montage von Steckerverbindern
Änderung der Brechzahl beim Schleif- / Poliervorgang aufgrund von / abhängig von
• mechanischer Beanspruchung der Faserenden• Materialverschiebung vom Steckerstift auf Faserendflächen
Ergebnis: Dünne Zone veränderter Brechzahl NP am Faserende
• Schleif- und Poliermittel
Begrenzte Rückflussdämpfung bei PC-Steckverbindern mit planen bzw. konvexen Endflächen
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Cables + Systems
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Steckerverbinder Typen
Typ : FSMA (ursprünglich abgeleitet aus HF-SMA-Stecker)
Dämpfung : MMF : Einfüge = 0,4.... 0.7 dB
SMF : Einfüge = 0,3.... 0.5 dB
• Mühsame Befestigung bei Patch-Feldern• aufgrund fehlender Verdrehsicherung muss auf physikalischen Kontakt verzichtet werden; nur „Steckerstirnflächenkontakt“
Vorteil : Befestigungsmutter
Norm : DIN IEC 86 BMerkmale : üblicherweise bei Neuinstallationen von Datennetzen heute nicht mehr eingesetzt
Nachteil :
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Cables + Systems
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Steckerverbinder Typen
Typ : DIN-Steckverbinder
Dämpfung : MMF : Einfüge = 0,2.... 0.5 dB
SMF : Einfüge = 0,2.... 0.4 dB
nur DIN normiert; keine weite Verbreitung
Vorteil : geringe Toleranzen: exakte Faserpositionierung und geringe Einfügedämpfung
Norm : DIN 47256(LSA)DIN 47257(LSB)
Merkmale : MMF: mechanischer Stirnflächen-
kontakt;SMF: physikal. Kontakt (konvex)mit Verdrehsicherung;mit starrem / gefedertem Stift
Nachteil :
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Cables + Systems
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Steckerverbinder Typen
Typ : FC / PC (Fiber Connector / Physical Contact)
Dämpfung : MMF : Einfüge = 0,2.... 0.5 dB
SMF : Einfüge = 0,2.... 0.4 dBVorteil : geringe Toleranzen: exakte Faserpositionierung und geringe Einfügedämpfung
Norm : IEC 874-7
Merkmale : MMF: mechanischer Stirnflächen- kontakt;
SMF: physikal. Kontakt mit Verdrehsicherung;
mit starrem / gefedertem Stift
Vergleichbar mit DIN-Stecker
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Cables + Systems
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Steckerverbinder Typen
Typ : BFOC (Bajonet Fibre Optic Connector)
Dämpfung : MMF : Einfüge = 0,2.... 0.5 dB
SMF : Einfüge = 0,2.... 0.3 dBVorteil :
Norm : entspr. IEC 874-10in EN 50173 für Datennetze (LAN) empfohlen
Merkmale : entspricht dem ST-Steckverbinder (Straight Trip)
Nachfolger für BAM-Steckerverbinder(Biconial Alignment Mechanism) in den USA;
Steckerstift meist aus Keramik;ausgestattet mit Verdrehsicherungfür MMF und SMF
• leichte Handhabung• hohe Reproduzierbarkeit • niedrige Einfügedämpfung
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Cables + Systems
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Steckerverbinder Typen
Typ : SC (Subbscriber Connector)
Dämpfung : MMF : Einfüge = 0,2.... 0.3 dB
SMF : Einfüge = 0,2.... 0.3 dB • leichte Handhabung
• hohe Packungsdichte möglich
• niedrige Einfügedämpfung
Norm : IEC 874-?
Merkmale : „push-pull“-Prinzip; gegen Verdrehung gesichert;
auch als Duplex-Ausführung normiert mit Kodierung zur Unterscheidung von Sende- und Empfangspfad
Vorteil :
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Cables + Systems
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Steckerverbinder Typen
Typ : E 2000 (Diamond))
Dämpfung : MMF : Einfüge = 0,2.... 0.3 dB
SMF : Einfüge = 0,2.... 0.3 dB • leichte Handhabung
• hohe Packungsdichte möglich
• niedrige Einfügedämpfung
Norm : ?
Merkmale : „push-pull“-Prinzip; gegen Verdrehung gesichert;
auch als Duplex-Ausführung normiert mit Kodierung zur Unterscheidung von Sende- und Empfangspfad
Vorteil :
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Cables + Systems
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Steckerverbinder Typen
Typ : MIC (Medium Interface Connector)
Dämpfung : MMF : Einfüge = 0,3 dB (typ.)
• Aufwendige Konstruktion• großer Platzbedarf
Vorteil : kein Verwechseln von Sende-
und Empfangspfad möglich
Norm : IS 9314-3, als Geräteanschlussstecker festgelegtFDDI-Standard
Merkmale : Einsatz: ComputernetzeDuplex-Stecker für Sende und Empfangspfad ( mit
schwimmend gelagerten Steckerstiften)Kodiersystem für Stecker undBuchse
Nachteil :
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Cables + Systems
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Weitere Steckerverbinder-Typen
Linsenstecker : Integration einer Linse (Stablinse, Kugellinse)Aufweitung und Fokussierung des überkoppelnden Lichts
• Vorteil - geringe Empfindlichkeiten gegenüber seitlichem Versatz
- unempfindliche gegen Toleranzen in Längsrichtung • Nachteil - zusätzliche Bauteile -> teuer
- zusätzliche Verluste durch Reflexionen • Einsatz - Sonderanwendungen
VCS-Steckerverbinder (V-groove Connector System) : V-Nut als Justierungsprinzip
Hybrid-Steckerverbinder :elektrische und optische Leitungen werden gemeinsam geführt;
Optaball-Steckerverbinder :eine Kugelllagerkugel in der Kupplung dient zur genauen Zentrierung der Steckerstifte;
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Cables + Systems
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Umgang mit Steckerverbindern
Berühren der Steckerstirnfläche absolut vermeiden !
Begutachtung der Steckerendfläche :Betrachtung unter einem Auflichtmikroskop
Im nicht gesteckten Zustand Steckerstift stets mit Schutzkappe versehen !
Beides führt zur Verschmutzung (Staub, Fett u.a.) und zur mechanischen Beschädigung der Faserendflächen.
DämpfungserhöhungDämpfungserhöhung
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Cables + Systems
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Abhilfe bei Dämpfungserhöhung
Verschmutzung der Stirnfläche :
Mechanische Beschädigung der Stirnfläche :z. Bsp.: Kratzer, Ausbrüche auf der Endflächen
• Reinigung mit trockenem, fusselfreiem Tuch
• Betupfung • Reinigung mit trockenem, fusselfreiem Tuch
• Betupfung der Steckerstirnfläche mit Büroklebeband
• Reinigung mit fusselfreiem, in Alkohol (oder entsprechend Herstellerangaben) getränktem Tuch
• Stecker mit Indexanpassung: vorsichtige Benetzung der Steckerstirnfläche
• Nachpolieren (je nach Steckertyp; erfordert sehr vorsichtige Handhabung
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Cables + Systems
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Mechanischer Spleiss
Beispiel eines mechanischen Spleisses :• bedingt lösbar
• Indexanpassung mit Matchinggel
• Mehrfachausführungen (siehe Beispiel)
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Cables + Systems
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Eigenschaften nach EN 50173
Mech. / optische Eigenschaften Anforderungen Prüfnorm
Nenndurchmesser der Faser 125 IEC 793-2: 1992um
Lebensdauer > 500EN 186000-1: 1993 Steckerzyklen
Uebertragungseigenschaften
Dämpfung, maximal Spleiss 0,3 IEC 1073-1dB sonst 0.5 EN 186000-1:
1993
Reflexionsdämpfung, MMF 20 EN 186000-1: 1993
minimal dBSMF 26
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