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Wie man Glasfaserstecker richtig poliert
Ein gründliches Verständnis der Gründe und Methoden zum Polieren von Glasfasersteckern trägt dazu bei, gleichmäßige und qualitativ hochwertige Anschlüsse zu gewährleisten.
Das Polieren der Faser-/Ferrule-Endflächen eines Glasfasersteckers beeinflusst die optische Leistung entscheidend und ist sehr fehleranfällig. Der Polierprozess selbst ist jedoch weder schwierig noch kompliziert. Andere Schritte beim Konfektionieren des Steckers, wie beispielsweise das Crimpen, dienen der mechanischen Fixierung der Faser im Stecker. Als letzter Schritt bereitet das Polieren die Faser optisch so vor, dass Defekte und Unregelmäßigkeiten an den Faser-/Ferrule-Endflächen oder der Geometrie den Lichtdurchgang durch die Steckerverbindung nicht beeinträchtigen.
Ein Glasfaserstecker besteht aus einer Präzisionsferrule aus Keramik, Edelstahl oder Polymer, in der die Faser platziert ist. Durch Polieren werden überschüssiges Epoxidharz oder Faserreste nach dem Spalten entfernt, die Ferrule geformt und Kratzer im Glas beseitigt. Dies ermöglicht eine Endbearbeitung, die optische Signale mit minimalen Verlusten überträgt. Der Vorgang beeinflusst zwei Arten von optischen Verlusten: die Einfügedämpfung und die Rückflussdämpfung.
Geringe Einfügedämpfung ist die grundlegende optische Leistungsanforderung an einen Glasfaserstecker. Aktuell auf dem Markt erhältliche Stecker bieten Einfügedämpfungen von 0,2 bis 0,3 dB. Zu den Faktoren, die die Einfügedämpfung beeinflussen, gehören:
Variationen in der Hülse, die die Bohrung (und die Faser) aus ihrer mittigen Position in der Hülse verschieben,
Abweichungen in der Faser, insbesondere Elliptizität oder mangelnde Konzentrizität (Diese Parameter beziehen sich auf Abweichungen von einem perfekt runden Kern, der exakt in einem perfekt runden Mantel zentriert ist. Der Kern kann leicht außermittig oder leicht elliptisch geformt sein.)
Eine fehlerhaft geformte Hülsen-/Faserendfläche, die den Kontakt der Fasern verhindert, mangelhafte Faserendverarbeitung.
Die ersten beiden Faktoren werden bei der Herstellung von Stecker und Faser festgelegt und sind während der Steckerkonfektionierung nicht mehr beeinflussbar. Die letzten beiden Faktoren werden direkt durch das Polieren beeinflusst. Die Oberflächenbeschaffenheit ist wichtig, da Kratzer, Brüche und andere Unregelmäßigkeiten die maximale Übertragung optischer Leistung zwischen den beiden verbundenen Fasern verhindern.
Vor einigen Jahren ging man bei der Faserkonfektionierung üblicherweise davon aus, dass für eine optimale Verbindung zweier Fasern ein kleiner Luftspalt zwischen ihnen erforderlich sei. Die Begründung dafür war, dass verbundene Fasern beschädigt werden könnten, wenn sie sich berührten, insbesondere wenn eine Faser über das Ende der Aderendhülse hinausragte. Neuere Studien zeigen jedoch, dass der physische Kontakt zweier Fasern für eine optimale optische Leistung heutzutage vorzuziehen ist.
Die Rückflussdämpfung ist ein Maß für reflektiertes Licht. Trifft Licht auf eine Änderung des Brechungsindex des Materials, durch das es sich ausbreitet, wird ein Teil des Lichts zur Lichtquelle zurückreflektiert. Dieses reflektierte Licht kann die Funktion von Lichtquellen, insbesondere von Lasern, beeinträchtigen. Aufgrund des geringen Kerndurchmessers benötigt eine Singlemode-Faserverbindung eine hohe Rückflussdämpfung, um die Menge der reflektierten Energie zu begrenzen.
Die Hauptursachen für Reflexionen sind ein Luftspalt zwischen den Fasern (der Brechungsindexänderungen verursacht) und das Vorhandensein einer veränderten Schicht an den Faserendflächen. Rückreflexionen werden durch eine physikalische Kontaktierung minimiert, bei der die Ferrule/Faserendfläche einen Radius aufweist, der die verbundenen Fasern in Kontakt bringt. Aufgrund ihres großen Kerndurchmessers kann eine Multimode-Faserverbindung gewisse Rückreflexionen tolerieren; diese Art von Verlust erweist sich als geringfügiges und leicht zu beherrschendes Problem.
Beispielsweise empfiehlt der TIA/EIA-568A-Standard für Glasfasersteckverbinder in der Gebäudeverkabelung eine Rückflussdämpfung von -20 dB für Multimode- und -26 dB für Singlemode-Steckverbinder. Die strengeren Anforderungen von Bell Communications Research (GR-326-Core, der allgemeine Anforderungen für Singlemode-Steckverbinder umfasst) spezifizieren Rückflussdämpfungen von bis zu -65 dB.
Aus Sicht der Poliertechnik ist es schwieriger, eine hohe Rückflussdämpfung zu erzielen als eine niedrige Einfügedämpfung. Ein Steckverbinder kann so poliert werden, dass er eine niedrige Einfügedämpfung aufweist und gleichzeitig eine niedrige Rückflussdämpfung bietet. Für Techniker, die Feld- oder Werkskonfektionen durchführen, liefert die Sichtprüfung mit einem Handmikroskop in der Regel einen genauen Hinweis auf den optischen Polierzustand hinsichtlich der Einfügedämpfung. Die Sichtprüfung gibt jedoch kaum oder gar keine Auskunft über die Rückflussdämpfung. Daher sind gute Polierverfahren, die die veränderte Schicht entfernen, für Singlemode-Steckverbinder entscheidend. Darüber hinaus ist die Einhaltung der vom Hersteller empfohlenen Verfahren eine gute Möglichkeit, qualitativ hochwertige Poliertechniken zu entwickeln. Tatsächlich bieten viele Hersteller und unabhängige Organisationen praktische Schulungen zur Steckverbinderkonfektionierung und zum Polieren an. (Siehe Kalender, Seite 112, für Schulungstermine – Anm. d. Red.)
Zur Bestimmung akzeptabler und nicht akzeptabler Poliergrade von Aderendhülsen ist zu berücksichtigen, dass eine Aderendhülse im idealen Verbinder die folgenden Bedingungen erfüllt (siehe Abb. 1):
● Die Endfläche bildet einen glatten Radius, dessen Mittelpunkt mit der Mittellinie der Faser/Ferrule übereinstimmt.
● Der höchste Punkt des Radius fällt mit der Achse der Faser und der Hülse zusammen.
● Das Ende der Faser schließt bündig mit dem Ende der Hülse ab.
● Die Faser ist kratz- und fehlerfrei verarbeitet.
● Der Krümmungsradius des Hülsenendes beträgt 10 bis 15 mm.
Eine nicht zulässige Ferrule-Endfläche unterscheidet sich von einer zulässigen Endfläche aufgrund einer oder mehrerer der folgenden Bedingungen:
Der Radius ist nicht mittig auf der Mittellinie der Hülse.
Die in der Spezifikation angegebene Radiusgröße ist falsch.
Der höchste Punkt des Radius liegt nicht in der Mitte. Dies wird als Scheitelpunktversatz bezeichnet. Jeder Versatz sollte weniger als 50 Mikrometer betragen.
Die Faserendfläche schließt nicht bündig mit der Aderendfläche ab; sie steht entweder hervor oder ist zurückversetzt. Dieser Zustand wird als Hinterschnitt bezeichnet und entweder als positiv (vorstehend) oder negativ (zurückversetzt) klassifiziert. Ein geringfügiger Hinterschnitt oder Vorsprung (50 nm bei Keramik-Aderendflächen) beeinträchtigt die Leistung nicht.
Die Faserendfläche weist erhebliche Kratzer oder andere Mängel auf.
Das Polieren von Singlemode-Fasern ist ein mehrstufiger Prozess, der mit einem schnellen, groben Polieren beginnt und mit einem abschließenden Polieren in einer Poliersuspension endet. In jedem Schritt werden unterschiedliche Poliermaterialien verwendet. In den meisten Fällen wird bei Singlemode-Fasersteckern Epoxidharz eingesetzt, um die Faser in der Ferrule zu fixieren. Ein sechsstufiger Prozess gewährleistet die korrekte Anwendung der Poliertechniken für einen Singlemode-Glasfaserstecker (siehe Abb. 2).
Der erste Schritt besteht aus einem kurzen, etwa fünfsekündigen Polieren mit mäßigem Druck unter Verwendung eines groben 5- bis 15-Mikron-Schleifpapiers. Dadurch wird der Faserstumpf entfernt und das überstehende Material (einschließlich Epoxidharz) nahe der Aderendhülse geglättet. Normalerweise kann der Techniker das Epoxidharz/die Faser vor dem Polieren ertasten, nach diesem Schritt jedoch nicht mehr.
Im zweiten Schritt wird ein 5 Mikrometer dicker Aluminiumoxidfilm benötigt. Durch vorsichtiges Auftragen des Films von Hand auf die Faserendfläche wird das Epoxidharz bündig mit einer Keramikferrule entfernt. Dabei kann jedoch auch etwas Keramikmaterial abgetragen werden.
Im dritten Schritt wird ein Diamantfilm mittlerer Körnung (3–6 µm) verwendet, um die Faser-/Ferrule-Endflächen von Hand zu formen. Im Gegensatz zu Aluminiumoxid behandelt Diamantfilm Keramik und Glas gleichermaßen. Durch diese manuelle Formgebung wird die Hinterschneidung minimiert, sodass die Faser nur geringfügig in die Ferrule zurückweicht. Da der Hauptzweck dieses Schrittes die Formgebung ist, bleiben üblicherweise sichtbare Kratzer auf der Faserendfläche zurück.
Um Kratzer zu entfernen und eine glatte Oberfläche zu erzielen, wird im vierten Schritt ein feinkörniger (1 Mikrometer) Diamantfilm verwendet. Hinsichtlich der Einfügedämpfung sollte die Oberflächengüte der Stirnfläche zu diesem Zeitpunkt akzeptabel sein.
Um jedoch eine hohe Rückflussdämpfung von mindestens -45 dB zu erreichen, ist aufgrund der veränderten Brechungsindexschicht an der Faserendfläche ein fünfter oder abschließender Bearbeitungsschritt erforderlich. Beim abrasiven Polieren verändert sich eine dünne Schicht am Faserende, wodurch sich ihr Brechungsindex ändert. Diese Änderung erhöht die Reflexionen (und führt somit zu einer geringeren Rückflussdämpfung), weshalb der fünfte Schritt des Polierens mit Polierpaste notwendig ist, um die veränderte Schicht zu entfernen.
Im fünften Schritt wird ein Spezialfilm (HX) verwendet, der eine Deckschicht aus Poliersuspension enthält. Die Suspension wirkt beim manuellen Auftragen sowohl schmierend als auch chemisch auf die Faser und stellt so den Brechungsindex wieder auf seinen ursprünglichen Wert her.
Der letzte Schritt besteht in der Qualitätskontrolle. Mithilfe eines Handmikroskops wird über die Akzeptanz oder Ablehnung der Polierarbeiten entschieden.
Multimode- und epoxidfreie Steckverbinder erfordern weniger aufwendiges Polieren als Singlemode-Epoxid-Steckverbinder. Da Multimode-Steckverbinder nicht die strengen Anforderungen an die Rückflussdämpfung von Singlemode-Steckverbindern erfüllen müssen, ist die Formgebung der Faser-/Ferrule-Endfläche weniger kritisch. Das Polieren von Multimode-Steckverbindern ist ein kürzerer Prozess als das von Singlemode-Steckverbindern, und das Polieren epoxidfreier Multimode-Steckverbinder ist noch kürzer.
Um gleichmäßige, hochwertige Oberflächen an Faser und Aderendhülse zu erzielen, müssen die Vorgaben des Steckverbinderherstellers genau eingehalten werden. Die Verfahren unterscheiden sich jedoch in der Regel je nach Steckverbindertyp. So können beispielsweise die Polierverfahren für FC- und SC-Steckverbinder unterschiedlich sein. Auch das Polieren von Keramik-ST-Steckverbindern und Polymer-ST-Steckverbindern kann variieren. Obwohl die grundlegenden Polierprinzipien gelten, bestehen in der Regel wichtige, wenn auch kleinere Unterschiede.
Sauberkeit ist von entscheidender Bedeutung.
Die Einhaltung eines sauberen Arbeitsbereichs ist unerlässlich. Im Labor ist dies zwar einfach, doch Sauberkeit ist im Außeneinsatz sowie bei Installationen im Innen- und Außenbereich ebenso wichtig. Halten Sie alle Folien und Polierpads sauber; saubere Folien erzielen bessere Ergebnisse als verschmutzte. Diamantfolien können für mehrere Poliergänge verwendet werden, Aluminiumoxidfolien hingegen müssen nach jedem Poliergang gewechselt werden.
Reinigen Sie die Steckerspitzen zwischen den einzelnen Polierschritten mit Alkohol und einem Tuch. Manche Techniker reinigen die Stecker lieber vor und nach jedem Schritt. Dadurch werden Schmutzpartikel von den Faser-/Aderendflächen entfernt.
Reinigen Sie alle Polierpads regelmäßig. Schleifmittelreste auf einem Pad beeinträchtigen dessen Poliereigenschaften.
Prüfen Sie die Steckverbinderhalter, um sicherzustellen, dass deren Bohrungen frei von Schmutzpartikeln sind. Schmutzablagerungen verhindern, dass die Hülse im richtigen Abstand durch den Halter ragt. Ein falscher Abstand führt zu einem fehlerhaften Polierergebnis.
Die Sichtprüfung unter dem Mikroskop ist die aussagekräftigste Methode zur Beurteilung der Faser-/Ferrule-Endfläche. Achten Sie darauf, dass alle verbleibenden Kratzer klein sind und keine Brüche oder größere Defekte erkennbar sind. Falls nach diesem Schritt
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