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Como polir corretamente conectores de fibra óptica
Uma compreensão completa dos motivos e dos métodos de polimento de um conector de fibra óptica ajuda a garantir terminações consistentes e de alta qualidade.
O polimento das faces terminais da fibra/ferrule de um conector de fibra óptica influencia criticamente o desempenho óptico e é altamente suscetível a erros. No entanto, o processo de polimento não é difícil nem misterioso. Outras etapas no procedimento de terminação do conector, como a crimpagem, envolvem a fixação mecânica da fibra no conector. Como etapa final, o polimento prepara a fibra opticamente para garantir que defeitos e não uniformidades nas faces terminais da fibra/ferrule ou na geometria não prejudiquem a passagem da luz através da junção do conector.
Um conector de fibra óptica possui a fibra inserida em uma ponteira de precisão, feita de cerâmica, aço inoxidável ou polímero. O polimento remove qualquer excesso de epóxi ou resíduo de fibra deixado após a clivagem, molda a ponteira e remove arranhões no vidro, resultando em um acabamento que transmite sinais ópticos com perda mínima. Esse processo afeta dois tipos de perda óptica: perda de inserção e perda de retorno.
A baixa perda de inserção é o requisito básico de desempenho óptico de um conector de fibra óptica. Os conectores atualmente disponíveis no mercado oferecem perdas de inserção de 0,2 a 0,3 dB. Os fatores que afetam a perda de inserção incluem:
Variações na ponteira que deslocam o furo (e a fibra) de uma posição central na ponteira,
Variações na fibra, particularmente elipticidade ou falta de concentricidade (esses parâmetros referem-se a desvios de um núcleo perfeitamente redondo, exatamente centrado em um revestimento perfeitamente redondo. O núcleo pode estar ligeiramente descentrado ou ter uma forma ligeiramente elíptica).
Uma ponteira/extremidade da fibra com formato incorreto que impede o contato entre as fibras, resultando em um acabamento ruim da extremidade da fibra.
Os dois primeiros fatores são determinados durante a fabricação do conector e da fibra e estão fora de controle durante a terminação do conector. Os dois últimos fatores são diretamente influenciados pelo polimento. O acabamento da extremidade é importante porque arranhões, fraturas e outras imperfeições impedem a transferência máxima de potência óptica entre as duas fibras unidas.
Há alguns anos, a prática convencional de terminação sugeria que o melhor acoplamento entre duas fibras exigia um pequeno espaço de ar entre elas. O raciocínio era que as fibras acopladas poderiam ser danificadas se entrassem em contato, especialmente se uma fibra se estendesse além da extremidade da ponteira. Estudos recentes mostram que o contato físico entre duas fibras é agora preferível para o melhor desempenho óptico.
A perda de retorno é uma medida da luz refletida. Sempre que a luz encontra uma mudança no índice de refração do material através do qual está se propagando, uma parte da luz é refletida de volta para a fonte. Parte dessa luz refletida pode interferir no funcionamento adequado de fontes de luz, especialmente lasers. Devido ao seu pequeno diâmetro interno, uma conexão de fibra monomodo requer uma alta perda de retorno para limitar a quantidade de energia refletida.
As principais causas de reflexões são o espaço de ar entre as fibras (que causa alterações nos índices de refração) e a presença de uma camada alterada nas faces terminais das fibras. As reflexões de retorno são minimizadas em uma terminação de contato físico, que possui uma ponteira/face terminal da fibra com raio que coloca as fibras acopladas em contato umas com as outras. Devido ao seu grande diâmetro interno, uma conexão de fibra multimodo pode tolerar algumas reflexões de retorno; esse tipo de perda se mostra um problema menor e facilmente controlável.
Por exemplo, em uma aplicação de cabeamento predial, a norma TIA/EIA-568A para conectores de fibra óptica recomenda uma perda de retorno de -20 dB para conectores multimodo e -26 dB para conectores monomodo. Os requisitos mais rigorosos da Bell Communications Research (GR-326-core, que abrange requisitos genéricos para conectores monomodo) especificam perdas de retorno de até -65 dB.
Do ponto de vista do polimento, alcançar alta perda de retorno é mais difícil do que alcançar baixa perda de inserção. Um conector pode ser polido para atingir baixa perda de inserção, mantendo ainda baixa perda de retorno. Para técnicos que realizam terminações em campo ou na fábrica, a inspeção visual com um microscópio portátil geralmente fornece uma indicação precisa do polimento óptico em relação à perda de inserção. No entanto, a inspeção visual oferece poucas, ou nenhuma, pista sobre o desempenho da perda de retorno. Portanto, bons procedimentos de polimento que removam a camada alterada são cruciais para conectores monomodo. Além disso, seguir os procedimentos recomendados pelos fabricantes é uma boa maneira de desenvolver técnicas de polimento de qualidade. De fato, muitos fabricantes e organizações independentes oferecem treinamento prático em terminação e polimento de conectores. (Consulte a seção Calendário, página 112, para sessões de treinamento.)
Para determinar o polimento aceitável e inaceitável da ponteira, considere que, em um conector ideal, uma ponteira atende às seguintes condições (ver Fig. 1):
● A extremidade forma um raio suave, com o centro do raio coincidindo com a linha central da fibra/ferrule.
● O ponto mais alto do raio coincide com o eixo da fibra e da ponteira.
● A extremidade da fibra está alinhada com a extremidade da ponteira.
● A fibra recebe um acabamento impecável, sem riscos e sem defeitos.
● O raio de curvatura da extremidade da ponteira é de 10 a 15 mm.
Uma extremidade de ponteira inaceitável difere de uma aceitável devido a uma ou mais das seguintes condições:
O raio não está centrado na linha central da ponteira.
A dimensão do raio, de acordo com a especificação, está incorreta.
O ponto mais alto do raio está descentralizado. Essa condição é chamada de desvio do ápice. Qualquer desvio deve ser inferior a 50 mícrons.
A extremidade da fibra não está alinhada com a extremidade da ponteira; ela se projeta ou recua em relação à extremidade da ponteira. Essa condição é denominada rebaixo e classificada como positiva (protuberância) ou negativa (recuo). Um pequeno rebaixo ou protuberância (50 nm para conectores com ponteira cerâmica) não prejudica o desempenho.
O acabamento da face final da fibra apresenta arranhões significativos ou outros defeitos.
O polimento de fibra monomodo é um processo de múltiplas etapas que começa com um polimento rápido e grosseiro e termina com um polimento final em pasta abrasiva. Diferentes materiais de polimento são utilizados em cada etapa. Na maioria dos casos, um conector de fibra monomodo utiliza epóxi para fixar a fibra dentro da ponteira. Um processo de seis etapas garante as técnicas adequadas para o polimento de um conector de fibra óptica monomodo (ver Fig. 2).
O primeiro passo consiste em um polimento manual rápido — que dura cerca de 5 segundos, com pressão moderada — usando uma lixa grossa de 5 a 15 mícrons. Esta etapa remove o excesso de fibra e nivela o material saliente (incluindo epóxi) próximo à ponteira. Normalmente, o técnico consegue sentir o epóxi/fibra antes do polimento, mas não depois desta etapa.
A segunda etapa requer uma película de óxido de alumínio de 5 mícrons. A aplicação manual da película, com cuidado, sobre a extremidade da fibra remove a resina epóxi até ficar nivelada com a ponteira de cerâmica. No entanto, essa ação também pode remover parte do material cerâmico.
Na terceira etapa, utiliza-se uma película de diamante de granulação média (3 a 6 mícrons) para iniciar o acabamento manual das faces da fibra/ferrule. Ao contrário do óxido de alumínio, a película de diamante trata materiais cerâmicos e de vidro de forma semelhante. Esse acabamento manual minimiza o rebaixo, de modo que a fibra recue apenas ligeiramente na ferrule. Como o principal objetivo desta etapa é o acabamento, geralmente são deixados riscos visíveis na face da fibra.
Para remover riscos e obter uma superfície lisa, utiliza-se, na quarta etapa, uma película de diamante de grão fino (1 mícron). Em termos de perda de inserção, o acabamento da face final deve estar aceitável neste ponto.
No entanto, para obter uma alta perda de retorno de pelo menos -45 dB, uma quinta etapa, ou etapa de acabamento, é necessária devido à camada de índice alterado na extremidade da fibra. Durante o polimento abrasivo, uma pequena camada na extremidade da fibra sofre uma alteração, modificando seu índice de refração. Essa alteração aumenta as reflexões (ou seja, produz uma menor perda de retorno), e a quinta etapa de polimento com pasta abrasiva é necessária para remover a camada alterada.
A quinta etapa utiliza um filme especial (denominado HX), que contém uma camada superior de pasta de polimento. Essa pasta tem um efeito lubrificante e químico sobre a fibra durante a aplicação manual, alterando o índice de refração de volta ao seu valor original.
A última etapa envolve a inspeção. O uso de um microscópio de mão determina se o polimento é aceitável ou não.
Conectores multimodo e sem epóxi exigem um polimento menos intenso do que conectores monomodo com epóxi. Conectores multimodo não possuem os mesmos requisitos rigorosos de perda de retorno que conectores monomodo, tornando o formato da interface fibra/ferrule menos crítico. O polimento de conectores multimodo é um processo mais rápido do que o de conectores monomodo, e o polimento de conectores multimodo sem epóxi é ainda mais rápido.
Para obter acabamentos de fibra/ferrule consistentes e de alta qualidade, os procedimentos do fabricante do conector devem ser seguidos rigorosamente. Os procedimentos geralmente variam, no entanto, de acordo com o tipo de conector utilizado. Por exemplo, os procedimentos de polimento para conectores FC e SC podem ser diferentes. Da mesma forma, o procedimento para polir conectores ST de cerâmica e conectores ST de polímero pode ser diferente. Embora os princípios básicos de polimento sejam os mesmos, geralmente existem pequenas diferenças importantes.
A limpeza é fundamental.
Manter a área de trabalho limpa é fundamental. Embora isso seja fácil em laboratório, a limpeza é igualmente importante em campo e em instalações internas e externas. Mantenha todos os filmes e discos de polimento limpos; filmes limpos têm melhor desempenho do que filmes sujos. No entanto, filmes diamantados podem ser usados para realizar vários polimentos, enquanto filmes de óxido de alumínio devem ser trocados a cada polimento.
Da mesma forma, limpe as pontas dos conectores com álcool e um pano entre cada etapa de polimento. Alguns técnicos preferem limpar o conector antes e depois de cada etapa. Essa limpeza remove qualquer resíduo das faces terminais da fibra/ferrule.
Limpe todas as boinas de polimento regularmente. A presença de partículas abrasivas na boina altera negativamente suas propriedades de polimento.
Inspecione os suportes dos conectores para garantir que seus orifícios estejam livres de resíduos. O acúmulo de sujeira impede que a ponteira se projete pelo suporte na distância correta. Uma distância incorreta resulta em polimento inadequado.
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