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Comment polir correctement les connecteurs à fibre optique
Une compréhension approfondie des raisons et des méthodes de polissage d'un connecteur à fibre optique contribue à garantir des terminaisons uniformes et de haute qualité.
Le polissage des faces d'extrémité fibre/férule d'un connecteur à fibre optique influence considérablement les performances optiques et est très sensible aux erreurs. Pourtant, ce procédé de polissage est simple et accessible. D'autres étapes de la procédure de terminaison du connecteur, comme le sertissage, consistent à fixer mécaniquement la fibre dans le connecteur. En dernière étape, le polissage prépare optiquement la fibre afin de garantir que les défauts et les irrégularités des faces d'extrémité ou de la géométrie de la fibre/férule ne dégradent pas le passage de la lumière à travers la jonction du connecteur.
Un connecteur à fibre optique intègre la fibre dans une férule de précision, généralement en céramique, en acier inoxydable ou en polymère. Le polissage élimine les résidus d'époxy ou de fibre après clivage, façonne la férule et corrige les rayures du verre, permettant ainsi une finition optimale pour la transmission des signaux optiques avec des pertes minimales. Ce polissage influe sur deux types de pertes optiques : les pertes d'insertion et les pertes de retour.
La faible perte d'insertion est l'exigence de performance optique fondamentale pour un connecteur à fibre optique. Les connecteurs actuellement disponibles sur le marché présentent des pertes d'insertion de 0,2 à 0,3 dB. Parmi les facteurs influençant la perte d'insertion, on peut citer :
Les variations de la virole qui déplacent l'alésage (et la fibre) par rapport à une position parfaitement centrale dans la virole,
Les variations de la fibre, notamment son ellipticité ou son manque de concentricité (ces paramètres font référence aux écarts par rapport à une âme parfaitement ronde centrée dans une gaine parfaitement ronde ; l'âme peut être légèrement décentrée ou de forme légèrement elliptique).
Une virole/extrémité de fibre mal formée qui empêche les fibres de se toucher, une mauvaise finition de l'extrémité de la fibre.
Les deux premiers facteurs sont déterminés lors de la fabrication du connecteur et de la fibre et sont hors de notre contrôle lors du raccordement du connecteur. Les deux derniers facteurs sont directement influencés par le polissage. La finition des extrémités est importante car les rayures, les fissures et autres imperfections empêchent un transfert optimal de la puissance optique entre les deux fibres à raccorder.
Il y a quelques années, les pratiques de terminaison classiques préconisaient de laisser un léger espace d'air entre deux fibres pour un raccordement optimal. On craignait en effet que le contact direct entre les fibres ne les endommage, notamment si l'une d'elles dépassait de la férule. Des études récentes montrent que le contact physique entre les deux fibres est désormais préférable pour une performance optique optimale.
La perte par réflexion mesure la lumière réfléchie. Lorsqu'un faisceau lumineux rencontre un changement d'indice de réfraction du matériau traversé, une partie de cette lumière est réfléchie vers la source. Cette lumière réfléchie peut perturber le bon fonctionnement des sources lumineuses, notamment les lasers. Du fait de son faible diamètre, une fibre monomode nécessite une perte par réflexion élevée afin de limiter la quantité d'énergie réfléchie.
Les principales causes de réflexion sont l'entrefer entre les fibres (entraînant des variations d'indice de réfraction) et la présence d'une couche modifiée à l'extrémité des fibres. Les réflexions sont minimisées par une finition à contact physique, grâce à un rayon de courbure/extrémité de fibre assurant le contact entre les fibres connectées. Du fait de son large cœur, une connexion par fibre multimode tolère certaines réflexions ; ce type de perte reste mineur et facilement maîtrisable.
Par exemple, pour le câblage de locaux, la norme TIA/EIA-568A relative aux connecteurs à fibre optique recommande une perte de retour de -20 dB pour les connecteurs multimodes et de -26 dB pour les connecteurs monomodes. Les exigences plus strictes de Bell Communications Research (GR-326-core, qui couvre les exigences génériques pour les connecteurs monomodes) spécifient des pertes de retour pouvant atteindre -65 dB.
Du point de vue du polissage, obtenir une perte de retour élevée est plus difficile qu'une faible perte d'insertion. Un connecteur peut être poli pour minimiser la perte d'insertion tout en conservant une faible perte de retour. Pour les techniciens effectuant des terminaisons sur site ou en usine, l'inspection visuelle à l'aide d'un microscope portatif fournit généralement une indication précise de la qualité du polissage optique en ce qui concerne la perte d'insertion. Cependant, l'inspection visuelle n'offre que peu, voire aucune, indication sur les performances en matière de perte de retour. Par conséquent, des procédures de polissage rigoureuses permettant d'éliminer la couche altérée sont essentielles pour les connecteurs monomodes. De plus, suivre les procédures recommandées par les fabricants est un excellent moyen de développer des techniques de polissage de qualité. En effet, de nombreux fabricants et organismes indépendants proposent des formations pratiques sur la terminaison et le polissage des connecteurs. (Voir la section « Calendrier », page 112, pour les dates des sessions de formation. – Note de l'éditeur)
Pour déterminer le polissage acceptable et inacceptable d'une virole, considérez que, dans le connecteur idéal, une virole répond aux conditions suivantes (voir Fig. 1) :
● La face d'extrémité forme un rayon lisse, le centre du rayon coïncidant avec l'axe de la fibre/virole.
● Le point le plus haut du rayon coïncide avec l'axe de la fibre et de la virole.
● L'extrémité de la fibre est alignée avec l'extrémité de la virole.
● La fibre est finie de manière à être exempte de rayures et de défauts.
● Le rayon de courbure de l'extrémité de la virole est de 10 à 15 mm.
Une face d'extrémité de virole non acceptable diffère d'une face acceptable en raison d'une ou plusieurs des conditions suivantes :
Le rayon n'est pas centré sur l'axe de la virole.
La dimension du rayon, conformément au cahier des charges, est incorrecte.
Le point le plus haut du rayon est excentré. On parle alors de décalage de l'apex. Ce décalage doit être inférieur à 50 microns.
L'extrémité de la fibre n'est pas alignée avec celle de la férule ; elle est soit en saillie, soit en retrait par rapport à cette dernière. Ce défaut est appelé contre-dépouille et est qualifié de positif (saillie) ou négatif (retrait). Une légère contre-dépouille ou saillie (50 nm pour les connecteurs à férule céramique) n'altère pas les performances.
La finition de la face d'extrémité de la fibre présente des rayures importantes ou d'autres défauts.
Le polissage des fibres monomodes est un processus en plusieurs étapes qui débute par un polissage grossier rapide et se termine par un polissage final dans une suspension abrasive. Différents matériaux de polissage sont utilisés à chaque étape. Dans la plupart des cas, un connecteur de fibre monomode utilise de la résine époxy pour maintenir la fibre dans la férule. Un processus en six étapes garantit les techniques appropriées pour le polissage d'un connecteur de fibre optique monomode (voir Fig. 2).
La première étape consiste en un polissage manuel rapide (environ 5 secondes, avec une pression moyenne) à l'aide d'un abrasif grossier de 5 à 15 microns. Ce polissage permet d'éliminer le résidu de fibre et d'égaliser le matériau saillant (y compris l'époxy) près de la virole. Généralement, un technicien peut sentir l'époxy/la fibre avant le polissage, mais plus après.
La deuxième étape nécessite un film d'oxyde d'aluminium de 5 microns. L'application manuelle et délicate de ce film sur l'extrémité de la fibre permet d'éliminer l'époxy jusqu'au ras de la virole en céramique. Cependant, cette opération peut également enlever une partie de la céramique.
Dans une troisième étape, un film diamanté à grain moyen (3 à 6 microns) est utilisé pour commencer le façonnage manuel des extrémités de la fibre/virole. Contrairement à l'oxyde d'aluminium, le film diamanté traite de la même manière les matériaux céramiques et en verre. Ce façonnage manuel minimise le retrait, de sorte que la fibre ne s'enfonce que légèrement dans la virole. Comme cette étape a pour principal objectif le façonnage, elle laisse généralement des rayures visibles sur l'extrémité de la fibre.
Pour éliminer les rayures et obtenir une surface lisse, on utilise ensuite, à l'étape quatre, un film diamanté à grain fin (1 micron). À ce stade, la finition de la face d'extrémité devrait être acceptable en termes de perte d'insertion.
Cependant, pour obtenir une atténuation de retour élevée d'au moins -45 dB, une cinquième étape, dite de finition, est nécessaire en raison de la présence d'une couche à indice modifié à l'extrémité de la fibre. Lors du polissage abrasif, une fine couche à l'extrémité de la fibre subit une modification de son indice de réfraction. Cette modification accroît les réflexions (autrement dit, réduit l'atténuation de retour), et la cinquième étape de polissage par suspension abrasive est indispensable pour éliminer cette couche modifiée.
La cinquième étape utilise un film spécial (appelé HX) recouvert d'une couche de pâte à polir. Appliquée manuellement, cette pâte a un effet lubrifiant et chimique sur la fibre, permettant de rétablir son indice de réfraction à sa valeur initiale.
La dernière étape consiste en une inspection. L'utilisation d'un microscope portatif permet de déterminer si le polissage est acceptable ou non.
Les connecteurs multimodes et sans résine époxy nécessitent un polissage moins poussé que les connecteurs monomodes à résine époxy. Les connecteurs multimodes n'étant pas soumis aux mêmes exigences strictes en matière de perte de retour que les connecteurs monomodes, la mise en forme de l'extrémité fibre/férule est moins critique. Le polissage des connecteurs multimodes est plus rapide que celui des connecteurs monomodes, et encore plus rapide pour les connecteurs multimodes sans résine époxy.
Pour obtenir des finitions fibre/férule homogènes et de haute qualité, il est impératif de suivre scrupuleusement les procédures du fabricant de connecteurs. Ces procédures varient généralement selon le type de connecteurs utilisés. Par exemple, les procédures de polissage des connecteurs FC et SC peuvent différer. De même, le polissage des connecteurs ST en céramique et en polymère peut varier. Bien que les principes de base du polissage restent les mêmes, d'importantes différences, même mineures, existent généralement.
La propreté est essentielle
Il est impératif de maintenir un espace de travail propre. Si cela est aisé en laboratoire, la propreté est tout aussi importante sur le terrain et dans les installations intérieures et extérieures. Veillez à ce que tous les films et tampons de polissage soient propres ; des films propres offrent de meilleures performances. Cependant, les films diamantés peuvent être utilisés pour plusieurs polissages, tandis que les films en oxyde d'aluminium doivent être changés après chaque polissage.
De même, nettoyez les extrémités des connecteurs avec de l'alcool et un chiffon entre chaque étape de polissage. Certains techniciens préfèrent nettoyer un connecteur avant et après chaque étape. Ce nettoyage permet d'éliminer toute trace de poussière des surfaces d'extrémité de la fibre/férule.
Nettoyez régulièrement tous les tampons de polissage. Les résidus de poussière sur un tampon altèrent ses propriétés de polissage.
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