.webp)
光ファイバーコネクタを適切に研磨する方法
光ファイバコネクタの 研磨の理由と方法を十分に理解することで、一貫した高品質の終端を確保できます。
光ファイバーコネクタのファイバ/フェルール端面の研磨は、光学性能に重大な影響を与え、エラーが発生しやすい作業です。しかし、研磨工程自体は難しくも、複雑なものでもありません。コネクタ終端処理における他の工程、例えば圧着工程では、ファイバをコネクタに機械的に固定します。最終工程として、研磨工程ではファイバを光学的に整え、ファイバ/フェルール端面や形状の欠陥や不均一性がコネクタ接合部における光透過性を低下させないようにします。
光ファイバーコネクタは、セラミック、ステンレス鋼、またはポリマー製の精密フェルール内に光ファイバーを配置します。研磨は、切断後に残った余分なエポキシ樹脂や光ファイバーのスタブを除去し、フェルールの形状を整え、ガラスの傷を除去することで、光信号を最小限の損失で通過させる端面仕上げを実現します。研磨は、挿入損失と反射損失という2種類の光損失に影響を与えます。
低挿入損失は光ファイバコネクタの基本的な光学性能要件です。現在市販されているコネクタの挿入損失は0.2～0.3dBです。挿入損失に影響を与える要因には以下のものがあります。
フェルールの変化により、ボア（およびファイバー）がフェルールのデッドセンター位置から移動する。
ファイバーのばらつき、特に楕円度や同心度の欠如（これらのパラメータは、完全に円形のクラッド内の正確に中心に位置する完全に円形のコアからの逸脱を示します。コアは中心からわずかにずれていたり、わずかに楕円形になっている場合があります。）
フェルール/ファイバー端面が正しく形成されていないため、ファイバーが接触できず、ファイバー端の仕上がりが不良です。
最初の2つの要因はコネクタと光ファイバーの製造時に決定され、コネクタの終端処理では制御できません。最後の2つの要因は研磨によって直接影響を受けます。端面仕上げは重要です。傷、破損、その他の欠陥があると、接続された2本の光ファイバー間の光パワー伝送が最大限に妨げられるためです。
数年前、従来の終端処理では、2本の光ファイバーを最適に接合するには、光ファイバー間に小さな空隙を設ける必要があるとされていました。これは、接合された光ファイバーが接触すると、特に光ファイバーがフェルールの端を超えて伸びている場合、損傷する可能性があるためでした。最近の研究では、最良の光学性能を得るには、2本の光ファイバーを物理的に接触させることが好ましいことが示されています。
リターンロスは反射光の指標です。光が伝播する物質の屈折率が変化すると、光の一部が光源に向かって反射されます。この反射光の一部は、光源、特にレーザーの正常な動作を妨げる可能性があります。シングルモード光ファイバーはコアサイズが小さいため、反射エネルギーの量を制限するために高いリターンロスが必要です。
反射の主な原因は、光ファイバー間の空隙（屈折率の変化を引き起こす）と、光ファイバー端面の変質層の存在です。反射は、半径のフェルール/光ファイバー端面を持つ物理接触端面によって、接続された光ファイバー同士が接触することで最小限に抑えられます。マルチモード光ファイバー接続はコア径が大きいため、ある程度の反射を許容できます。この種の損失は、容易に制御できる軽微な問題です。
例えば、構内配線アプリケーションにおいて、光ファイバーコネクタに関するTIA/EIA-568a規格では、マルチモードコネクタでは-20dB、シングルモードコネクタでは-26dBの反射損失が推奨されています。より厳格なベルコミュニケーションズリサーチ（Bell Communications Research）の要件（シングルモードコネクタの一般的な要件を規定するGR-326-core）では、最大-65dBの反射損失が規定されています。
研磨の観点から見ると、高い反射損失を実現することは、低い挿入損失を実現することよりも困難です。コネクタは、低い反射損失を維持しながら、低い挿入損失を実現するように研磨することができます。現場または工場で終端処理を行う技術者は、手持ち顕微鏡を用いた目視検査によって、挿入損失に関する光学研磨の状態を正確に把握することができます。しかし、目視検査では、反射損失の性能に関する手がかりはほとんど得られません。したがって、シングルモードコネクタでは、変質層を除去する適切な研磨手順が不可欠です。さらに、メーカーが推奨する手順に従うことは、高品質な研磨技術を習得するための良い方法です。実際、多くのメーカーや独立機関が、コネクタの終端処理と研磨に関する実践的なトレーニングを提供しています。（トレーニングセッションについては、112ページのカレンダーセクションを参照してください。（編集者注））
許容できるフェルール研磨と許容できないフェルール研磨を判断するには、理想的なコネクタではフェルールが次の条件を満たしていることを考慮してください (図 1 を参照)。
● 端面は滑らかな半径を形成し、その半径の中心はファイバー/フェルールの中心線と一致します。
● 半径の最高点はファイバーとフェルールの軸と一致します。
● ファイバーの端がフェルールの端と面一になります。
● 繊維は傷や欠陥のない仕上がりになっています。
●フェルール先端の曲率半径は10～15mmです。
不合格のフェルール端面は、次の 1 つ以上の条件により合格のフェルール端面と異なります。
半径がフェルールの中心線の中心にありません。
仕様による半径の寸法が正しくありません。
半径の最高点が中心からずれている状態。この状態は頂点オフセットと呼ばれます。オフセットは50ミクロン未満である必要があります。
光ファイバ端面はフェルール端面と面一ではなく、フェルール端面に対して突出または後退しています。この状態はアンダーカットと呼ばれ、正（突出）または負（後退）のいずれかに分類されます。小さなアンダーカットまたは突出（セラミックフェルールコネクタの場合50nm）は性能を低下させません。
ファイバー端面仕上げに重大な傷またはその他の欠陥があります。
シングルモード光ファイバーの研磨は、まず素早い粗研磨から始まり、最後にスラリーを用いた最終研磨で終わる多段階のプロセスです。各段階で異なる研磨材が使用されます。多くの場合、シングルモード光ファイバーコネクタは、フェルール内に光ファイバーを固定するためにエポキシ樹脂を使用します。6段階のプロセスにより、シングルモード光ファイバーコネクタを適切な方法で研磨することができます（図2参照）。
最初のステップは、5～15ミクロンの粗いフィルムを用いて、中程度の圧力をかけながら、5秒程度手作業で研磨することです。このステップで光ファイバーのスタブを取り除き、フェルール付近の突出部分（エポキシ樹脂を含む）を平坦化します。通常、技術者は研磨前にエポキシ樹脂/光ファイバーの状態を触って確認できますが、このステップ後は確認できません。
2番目のステップでは、5ミクロンの酸化アルミニウム膜が必要です。この膜をファイバー端面に手で優しく塗布することで、エポキシ樹脂がセラミックフェルールと面一になるまで除去されます。ただし、この作業によってセラミック材料も除去される可能性があります。
3番目のステップでは、中粒度（3～6ミクロン）のダイヤモンドフィルムを用いて、ファイバー／フェルール端面を手作業で成形します。酸化アルミニウムとは異なり、ダイヤモンドフィルムはセラミックやガラス材料を同様に加工します。この手作業による成形により、アンダーカットが最小限に抑えられ、ファイバーがフェルール内にわずかに後退するだけです。このステップの主な目的は成形であるため、通常、ファイバー端面に目に見える傷が残ります。
傷を除去し、滑らかな表面を実現するために、次のステップ4では、微細粒子（1ミクロン）のダイヤモンド膜を使用します。挿入損失の観点からは、この時点で端面仕上げは許容範囲内となるはずです。
しかし、-45dB以上の高反射減衰量を得るには、光ファイバ端面の屈折率変化層のため、5段階目、つまり仕上げ段階が必要になります。研磨工程では、光ファイバ端面の小さな層が変質し、屈折率が変化します。この変化によって反射が増加し（つまり、反射減衰量が低下します）、この変質層を除去するために、5段階目のスラリー研磨工程が必要になります。
第5段階では、研磨スラリーを最上層に含む特殊なフィルム（HX）を使用します。このスラリーは、手作業でファイバーに塗布する際に潤滑作用と化学作用の両方を発揮し、屈折率を元の値に戻します。
最後のステップは検査です。手持ち顕微鏡を用いて研磨の合否を判定します。
マルチモードおよびエポキシレスコネクタは、シングルモードのエポキシコネクタよりも研磨の要件が緩やかです。マルチモードコネクタはシングルモードコネクタのような厳格なリターンロス要件を伴わないため、ファイバー/フェルール端面の形状調整はそれほど重要ではありません。マルチモードコネクタの研磨はシングルモードコネクタよりも短時間で完了し、エポキシレスマルチモードコネクタの研磨はさらに短時間で完了します。
一貫して高品質なファイバー/フェルール仕上げを実現するには、コネクタメーカーの手順を厳密に遵守する必要があります。ただし、手順は通常、使用するコネクタの種類によって異なります。例えば、FCコネクタとSCコネクタの研磨手順は異なる場合があります。また、セラミックSTコネクタとポリマーSTコネクタの研磨手順も異なる場合があります。基本的な研磨原理は適用されますが、一般的に重要な細かい違いが存在します。
清潔さは重要
作業場を清潔に保つことは必須です。実験室では簡単ですが、現場や屋内外の設置場所でも同様に重要です。すべてのフィルムと研磨パッドを清潔に保ちましょう。清潔なフィルムは汚れたフィルムよりも優れた性能を発揮します。ただし、ダイヤモンドフィルムは複数回の研磨に使用できますが、酸化アルミニウムフィルムは研磨ごとに交換する必要があります。
同様に、各研磨ステップの合間に、コネクタの先端をアルコールとワイプで清掃してください。技術者の中には、各ステップの前後にコネクタを清掃することを好む人もいます。この清掃により、光ファイバー/フェルール端面の砂埃が除去されます。
すべての研磨パッドは定期的に清掃してください。パッドに砂が付着すると、研磨特性が悪くなります。
コネクタホルダーを点検し、穴に砂などが付着していないことを確認してください。汚れが蓄積すると、フェルールがホルダーから適切な距離で突き出せなくなります。適切な距離が確保できないと、研磨も適切に行われません。
顕微鏡を用いた目視検査は、光ファイバー／フェルール端面を評価する最も有効な方法です。残っている傷がすべて小さく、破損や大きな欠陥がないことを確認してく
コメントはまだ投稿されていません。