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Leistung und Kompatibilität
Ein Vergleich zwischen unterschiedlichen Ferrulentechnologien
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Optische Schnittstelle
Die am weitverbreitesten Verfahren für die Verbindung Lichtwellenleiter mit Lichtwellenleiter:
lösbare Verbindungen (LWL-Stecker), quasi lösbare Verbindungen(z.B. mechanischer
Spleiss), nicht lösbare, feste Verbindungen (z.B. Schmelz-
Spleiss).
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Optische SchnittstelleIntrinsische Verluste
Unterschiede des LWL-Aufbaus (unvermeidbare Fehler).
Unterschiedliche Kernradien Numerische Apertur NA Brechungsindex-Profil (Profilparameter) (Kern Umformungen) (Kern Exzentrizität)
Different core diameter
Different numerical aperture
Different index profile
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Optische SchnittstelleExtrinsische Verluste
Ungenauigkeiten bei der Herstellung oder im DesignVerluste an Stirnflächen:
Reflexion Oberflächenqualität
(Rauhigkeit) Schnittwinkel (nicht
senkrechter Bruch)Verluste durch:
radialen Versatz (Koaxialität) Verkippung (Winkelfehler) axialen Abstand
Lateral offset
Angular misalignment
End distance
End angle
Reflection losses
Surface quality
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LWL-SteckerTypische Anforderungen
In einer lösbaren optischen Verbindung gibt es mehrere kritische Bedingungen, technische sowie kommerzielle, zu betrachten. Die wichtigsten sind:
niedrige Einfügedämpfung (IL) niedrige Rückflussdämpfung (RL) mechanische Zuverlässigkeit und lange
Lebensdauer hohe Packungsdichte hohe thermische Stabilität widerstandsfähiger und handlicher Aufbau marktgerechte Preise
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LWL-SteckerPrinzip Hochpräzise Ferrulen Hochpräzise Führungshülsen
Bronze oder andere Metalle sollten nicht eingesetzt werden, um Verunreinigungen der Stirnflächen zu vermeiden
Ferrulen und Hülsen innerhalb den entsprechenden Toleranzen erlauben eine genaue Ausrichtung der Faserkerne
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LWL-SteckerDie wichtigsten Parameter Der Hauptfaktor einer LWL-Verbindung ist die Exzentrizität. Die
Verluste werden niedrig gehalten, nur wenn die Faserkerne optimal ausgerichtet sind!
Schielwinkel (Tilt Angle) Insertion Loss
Lichtübertragung wird von der Stirnflächengeometrie stark beeinflusst.
Return Loss
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LWL-SteckerDie wichtigsten Parameter
Tilt angle distribution of centered plug according to DIAMOND factory specifications
Core eccentricity distribution according to DIAMOND factory specifications (measured values from production)
Tilt angle distribution
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9 1
(°)
Qua
ntity
(-)
Eccentricity distribution
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0
0.0
5
0.1
0.1
5
0.2
0.2
5
0.3
0.3
5
0.4
0.4
5
0.5
(m)Q
uant
ity (
-)
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LWL-SteckerFerrulen Technologien
DIAMOND Multi-Komponenten Ferrulen mit Neusilber Einsatz
Aktive Kernausrichtung Führung der
geometrischen Parameter
Monoblock Ferrulen aus Zirconia
„Tuning“ Prozess abhängige
geometrische Parameter
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LWL-SteckerNormen CECC 86275-802: 1998
Abmessungen Wert EinheitAB Max. 32 °
Theoretisch: 30°BB 0.0004 mm
Mit BB 0.4 mm wird die Lage der niedrigsten Dämpfung unerkennbar
CB 0.0015 mm
DB 0.0005 mm
AB AB
BBDB
CB
Active core aligned 0.4 m (0.5 m) no tuning !
Tuned connector 0.4 m 1.5m
tuning within 30° area !
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LWL-SteckerReferenzsteckerEin Referenzstecker muss perfekt sein!
Vollkommenheit heisst, dass alle Toleranzen, die in den Normen definiert sind, eingehalten werden.
Der besten Wert für die Exzentrizität ist 0 m, da dies genau dem geometrischer Zentrum der Ferrule entspricht.
Concentricity range using active aligned connectors against reference
Concentricity range using tuned connectors against reference
Ferrulendurchmesser (class 0) 2.499 -0/+0.0005 mm
Exzentrizität des Faserkernes im
Bezug auf die Ferrulenachse 0.0002 mm
Schielwinkel 0.2 °
Exzentrizität der sphärisch-polierten
Ferrulenstirnfläche 30 m
Visuelle Inspektion der Faser-
endfläche mit 200x Vergrösserung Keine Defekte auf
der Kernoberfläche
Max. Einfügedämpfung zwischen
zwei Referenzsteckern 0.15 dB
Visuelle Inspektion Jede 50 Steckzyklen
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LWL-SteckerStirnflächengeometrie
POLIERRADIUS
FASERSTELLUNG
Fiber
Ferrule
10-30 mmradius
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LWL-SteckerStirnflächengeometrie
APEX OFFSETPOLIERWINKEL
Fiber
Ferrule
5-15 mmradius
8°(+/- .5°)
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Epoxy glue
E-Modules:ZrO2: 22.000 N/mm2
Cu-Ni Alloy 17.000 N/mm2
Silica 6.000 N/mm2
Ferrule mit Neusilber-Einsatz
ZrO2Cu-Ni Alloy Silica
Epoxy glue
ZrO2
Silica
ZrO2 Ferrule
E-Modules:ZrO2: 22.000 N/mm2
Silica 6.000 N/mm2
Eingesetzte Materialien und Eigenschaften
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Ferrule mit Neusilber-Einsatz ZrO2 Ferrule
15
0
m
126m
125m
125 m ist der ideale Faserdurchmesser.Der Innendurchmesser des Loches wird im Bezug auf Faserdurchmesser ausgewählt,
um das richtige Flächenverhältnis einzuhalten.
128m
vor dem Trocknen des Klebstoffesan die Faser angepasst
Geometrie der Ferrulen
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128m
is calibrated without glue
15
0
m
Faserstellung der DIAMOND Ferrule Der Druck an der Faserstirnfläche wird durch elastische Verformung des Klebstoffs
absorbiert. Diese Verformung entsteht aus der Dicke des Klebstoffes. Je grösser die Schichtdicke, desto mehr kann der Klebstoff sich verformen.
Der Bohrungsdurchmesser der Zirkonia-Neusilber Ferrulen ist an das Faserende angepasst. Die Dicke des Klebstoffs ist ziemlich gross im Verhältnis zur Abmessungen der Faser, so dass die Faser sich leicht verschieben kann, im Bezug auf den Druck des Gegensteckers. Die optische Eigenschaften werden, dank dieser „Flexibilität“ konstant gehalten.
Das niedrige Elastizitätsmodul des Glases und die hohe Anpassungsfähigkeit der Faserstellung erlauben einen breiten Toleranz-bereich, bezüglichder Höhe der Faser und des APEX.
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Die effektive Kontaktfläche hat einen Durchmesser von etwa 300 m.
Die Kontaktfläche ist senkrecht zur Faserachse.
Wenn die Stirnflächen zusammengepresst werden, wird eine elastische Verformung der konvex-polierten Fläche erzeugt.
Infolge seiner weicheren Material-eigenschaft, zeigt der Neusilber-Einsatz eine grössere elastische Verformung als die ZrO2-Ferrule.
Neusilber-Zirkonia und monobloc Zirkonia-Ferrulen sind weltweit problemlos im Einsatz !
Geometrie zwei zusammengesetzter Ferrulen
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Test ResultateIL-Messungen
Reference Diamond / Test monobloc
Insertion loss @ 1550 nm Average 0.1 dB STD 0.06 dB Max 0.28 dB 80 measurements
Reference monobloc / Test Diamond
Insertion loss @ 1550 nm Average 0.08 dB STD 0.03 dB Max 0.18 dB 80 measurements
Max offset: = 0.6 m
Estimated mean offset: = 0.3-0.4 m
Area of reference plug
Area of measured plugsMax offset:
= 1.75 m
Estimated mean offset: = 0.7-0.8 m
Area of measured
plugs
Area of reference plug
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Test ResultateGeometrie und Leistung
Correlation between geometry & optical parameters
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Samples [-]
Ecc
en
tric
ity
[um
] In
sert
ion
Lo
ss [
dB
]
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Eccentricity[um]
Tilt Angle [°]
IL @ 1310nm againstcentered Reference [dB]
IL @ 1550nm againstcentered Reference [dB]
Die gemessene Dämpfungswerte variieren im Bezug auf die Steckergeomtrie. Die vorher genannten Parameter, Exzentrizität und Schielwinkel,
müssen unbedingt unter Kontrolle sein!
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Test ResultateIL Vergleich
Comparison IL against batch master & IL against reference
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
Sample [-]
IL [
dB
]
Measured IL @ 1550nm [dB]
IL @ 1550nm againstcentered Reference [dB]
Suplierspecs.
Die Messung gegen Referenz ist die einzige reproduzierbare Prozedur, die als allgemein gültige Anforderung akzeptiert werden kann.
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Test ResultateZusammenfassung
Attenuation as a function of w [°] & c [um]
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Concentricity c [um]
Til
t A
ng
le w
[°]
0.1 dB
0.2 dB
0.3 dB
0.4 dB
0.5 dB
0.6 dB
0.7 dB
0.8 dB 0.9 dB 1 dB
Area of Active Core Aligned 0.1 dB connectors
Area for Active Core Aligned 0.5 dB connectors
Area of Monobloc 0.1 dB connectors
Area of Monobloc 0.5 dB connectors
Measured monobloc sample plugs (various supplier)
Geometrie und optische Leistung eines LWL-Steckers sind direkt von einander abhängig.
Die Kompatibilität zwischen unterschiedlichen Steckertechnologien wird nur garantiert, wenn die Stecker alle normenentsprechende Toleranzen , bezüglich Geometrie und Oberflächenqualität, 100% aufweisen.
KLEINER SCHIELWINKEL
KLEINE EXZENTRIZITÄT
KLEINE DÄMPFUNG
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