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Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems -115 FO-Products V0_0.ppt 1 Glasfaser- Stecker und Verbinder.

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1 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems -115 FO-Products V0_0.ppt 1 Glasfaser- Stecker und Verbinder

2 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 2 Steckerverbinder Anforderungen: einfache Handhabung geringe Einfügedämpfung leichte Reinigungmöglichkeit hohe Rückflussdämpung hohe mechanische Stabilität / hohe Lebensdauer d. h. reproduzierbare Dämpfungswerte hohe Klimastabilität zuverlässiger Faserschutz hohe Packungsdichte Feldmontierbarkeit

3 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 3 Steckerverbinder Vorteile: leichte Trennung bzw. Wiederherstellung von Verbindungen Zugänglichkeit von optischen Leitungen für Messungen Möglichkeiten zur Schaltung von Ersaztzleitungen erhöhte Einfügedämpfung niedrige Rückflussdämpfung Nachteile:

4 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 4 Konstruktionsprinzipien Optische Steckverbinder Direkte Kopplung Indirekte Kopplung StirnflächenkopplungOptische Abbildung PräzisionshülseJustierbare Fassung Linsenstecker Präzisionshalterung Prinzip: Stecker: + Kupplung:

5 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 5 Konstruktionsprinzipien Fassung der Faserenden in Steckerstiften (Ferrulen) Einkleben des Faserendes in Präzisionshülsen (meist D außen = 2.5 mm) justierbare Fassungen Präzisionshülsen aus : - Metall (Hartmetall) Zentrische Bohrung; Abstufung des Bohrdurchmessers in Schritten von 1 µm - Keramik - mit Einsatz aus z. B. Glas, Neusilber o.ä.

6 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 6 Konstruktionsprinzipien Ausrichtung der konfektionierten Stecker in der Kupplung : Dämpfunsänderung bei mechanischer Belastung vorwiegend in den USA zu finden, ( wird bei Neuverkabelungen heute nicht mehr eingesetzt) starre Präzisionshülse : gute Dämpfungswerte enge Toleranzen hoher Fertigungsaufwand elastische Hülse : konische Hülse :

7 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 7 Intrinsische Koppelverluste unterschiedliche Kerndurchmesser unterschiedliche Brechzahlprofile unterschiedliche numerische Apertur

8 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 8 Extrinsische Koppelverluste Stinflächen-Rauhigkeit Abstand Schnittwinkel Reflexionsverluste Radialer Versatz Kipp-Winkelfehler

9 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 9 Konstruktionsprinzipien Die wichtigsten extrinsischen Dämpfungsursachen einer Steckerverbind sind : radialer Versatz : mechanische Fertigunstoleranz Stecker-Hülse Exzentrizität der Bohrung im Steckerstift exzentrische Fixierung der Faser im Stift Abstand der Faserflächen : Exzentrizität Faserkern-Fasermantel

10 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 10 Bestimmung Einfügedämpfung Sichere Funktion, d. h. stets Betriebssicherheit, garantiert für : Unterscheidung von 6 mech. Qulitätsstufen Generell: 2 Kriterien zur Qualitätszuordnung Passungsspiel Steckerstift-Kupplungshülse: Konstant bei gleichen Werkstoffen, d. h. bei gleichen Temperatur- koeffizienten ( und gleicher Temperatur) Passungspiel, mindestens 0.5 µm : Toleranzen : B min - D max > 0.5 µm aus: DIN für LSA-Steckverbinder (LWL-Steckverbinder Version A) mit:B min = min. Innendurchmesser Hülse D max = max. Aussendurchmesser Stift mechanische Einstufung: d.h. der Stecker alleine optische Einstufung: der konfektionierte Stecker Stufe Toleranz Toleranz KuppplungStift

11 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 11 Verschlussprinzipien Schraubgewinde ( z.B. DIN-Stecker) Anzug mit definiertem Drehmoment kein einfaches Lösen von Hand Bajonettverschluss (z.B. ST-Stecker) : sichere und einfache Verriegelung mit einer viertel Umdrehung Ausrasten durch Ziehen des Steckers aus der Buchse Einrasten durch einfaches Einschieben des Steckers in die Buchse „push-pull“-Verschluss (z.B. SC-Stecker) :

12 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 12 Vorteile Verdrehschutz keine Verletzung der Faserendflächen Exakte Reproduzierbarkeit der Dämpfung Aufgrund konstanter Konzentrizitätsfehler : Kern-Mantel (z.B. : 3 µm bei MMF) Bei reflexionsfreien Steckverbindern besteht direkter Glas-Glas Übergang aufgrund des physikalischen Kontaktes dürfen die Endflächen nicht gedreht werden Bohrung im Steckerstift Fixierung der Faser im Stift

13 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 13 Bearbeitung Faserendflächen Planschliff Konvexschliff (PC) Schrägschliff (APC)

14 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 14 Rückflussdämpfung bei Steckern Problem : Vielfachinterferenzen (Fresnel-Reflexionen) im „optischen Resonator“, gebildet aus den polierten Endflächen Störung des Modulationsverhaltens Rückkopplung auf den Sender Reduzierung des Signal-Rausch-Verhältnisses  Return > 40 dB (für hochbitratige Systeme) : Forderung an die Rückflussdämpfung aller faseroptischen Komponenten Instabilität der Einfügedämpfung =>  Return > dB Aber : bei planen Endflächen mit Abstand d gilt : Diskrepanz !

15 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 15 Erhöhung Rückflussdämpfung Planer Endflächenschliff; Abstand d < / 2 Sehr hohe Anforderungen an den Schliff Problem : praktisch kaum realisierbar Weitgehende Unterdrückung der Fresnel-Reflexionen Physikalischer Kontakt (PC = physical contact) der Faserenden Theoretisch keine Reflexion (Licht „durchtunnelt“ den Luftspalt) => Praktische Realisierung :Konvexschliff Ergebnis :  Return > dB (abhängig von Polierverfahren)

16 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 16 Erhöhung Rückflussdämpfung Immersion der Stecker-Stirnflächen : Alterungsbeständigkeit Problem : verschiedene Temperatur-- gradienten Der Luftspalt zwischen den Faserendflächen wird mit Flüssigkeit / Gel mit angepasster Brechzahl n gefüllt => Ergebnis :  Return > 30dB realisierbar Wellenlängenabhängigkeit n Fl ( )

17 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 17 Erhöhung Rückflussdämpfung Schrägschliff der Faserenden : reflektierte Welle liegt außerhalb des Akzeptanzwinkels der gegenüber- liegenden Faser Vorteil : Luftspalt zwischen den Faserenden bleibt bestehen => Ergebnis : hohe Rückflussdämpfung realisierbar  Return > 60dB ( bei Schrägschliff 7 oder 8°) Fresnel-Reflexionen vorhanden =>

18 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 18 Erhöhung Rückflussdämpfung Kombination: Schrägschliff & physikalischer Kontakt aufwendiger Schliff Probleme : Asymetrischer, sphärischer Anschliff => Ergebnis : sehr hohe Rückflussdämpfung  Return > 60dB Die Faserendfläche ist kugelförmig mit dem Kugelmittelpunkt ausserhalb der Faserachse

19 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 19 Montage von Steckverbinder Steckverbinder feldmontierbarnicht feldmontierbar MMF-Stecker (SMF-Stecker) SMF-Stecker mit hoher Rückflussdämpfung mit Ferrule ferrulenlos

20 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 20 Montage von Steckerverbindern Kleben und / oder Ausgangspunkt : Steckerstift axiale Mittelbohrung zur Faseraufnahme Einsatz aus Spezialmatrial (Glas, Neusilber, Keramik o. ä.) zur Faseraufnahme Präparierte Faser wird auf Länge geschnitten und zentrisch im Steckerstift fixiert durch : Schleifen und polieren der Steckerendfläche / Faserendfläche in mehreren Schritten : Prägetechnik (erste Prägung) Gleichzeitige Zentrierung: Achse der Faser - Achse der Ferrule ! mit Schleifpapier mit abgestufter Körnung mit Schleif- oder Polierpasten Auf Schmutz und Kratzer auf der Enfläche achten !

21 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 21 Montage von Steckerverbindern Polieren der Faserendflächen Auf Schmutz und Kratzer auf der Enfläche achten ! Aenderung der Brechzahl Herstellung des Endflächenprofils Eliminierung von Kratzern

22 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 22 Montage von Steckerverbindern Änderung der Brechzahl beim Schleif- / Poliervorgang aufgrund von / abhängig von mechanischer Beanspruchung der Faserenden Materialverschiebung vom Steckerstift auf Faserendflächen Ergebnis: Dünne Zone veränderter Brechzahl N P am Faserende Schleif- und Poliermittel Begrenzte Rückflussdämpfung bei PC-Steckverbindern mit planen bzw. konvexen Endflächen

23 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 23 Steckerverbinder Typen Typ :FSMA (ursprünglich abgeleitet aus HF-SMA-Stecker) Dämpfung : MMF :  Einfüge = 0, dB SMF :  Einfüge = 0, dB Mühsame Befestigung bei Patch-Feldern aufgrund fehlender Verdrehsicherung muss auf physikalischen Kontakt verzichtet werden; nur „Steckerstirnflächenkontakt“ Vorteil : Befestigungsmutter Norm :DIN IEC 86 B Merkmale : üblicherweise bei Neuinstallationen von Datennetzen heute nicht mehr eingesetzt Nachteil :

24 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 24 Steckerverbinder Typen Typ :DIN-Steckverbinder Dämpfung : MMF :  Einfüge = 0, dB SMF :  Einfüge = 0, dB nur DIN normiert; keine weite Verbreitung Vorteil : geringe Toleranzen: exakte Faserpositionierung und geringe Einfügedämpfung Norm :DIN 47256(LSA) DIN 47257(LSB) Merkmale : MMF: mechanischer Stirnflächen- kontakt; SMF: physikal. Kontakt (konvex) mit Verdrehsicherung; mit starrem / gefedertem Stift Nachteil :

25 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 25 Steckerverbinder Typen Typ :FC / PC (Fiber Connector / Physical Contact) Dämpfung : MMF :  Einfüge = 0, dB SMF :  Einfüge = 0, dB Vorteil : geringe Toleranzen: exakte Faserpositionierung und geringe Einfügedämpfung Norm :IEC Merkmale : MMF: mechanischer Stirnflächen- kontakt; SMF: physikal. Kontakt mit Verdrehsicherung; mit starrem / gefedertem Stift Vergleichbar mit DIN-Stecker

26 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 26 Steckerverbinder Typen Typ :BFOC (Bajonet Fibre Optic Connector) Dämpfung : MMF :  Einfüge = 0, dB SMF :  Einfüge = 0, dB Vorteil : Norm :entspr. IEC in EN für Datennetze (LAN) empfohlen Merkmale : entspricht dem ST-Steckverbinder (Straight Trip) Nachfolger für BAM-Steckerverbinder(Biconial Alignment Mechanism) in den USA; Steckerstift meist aus Keramik; ausgestattet mit Verdrehsicherung für MMF und SMF leichte Handhabung hohe Reproduzierbarkeit niedrige Einfügedämpfung

27 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 27 Steckerverbinder Typen Typ :SC (Subbscriber Connector) Dämpfung : MMF :  Einfüge = 0, dB SMF :  Einfüge = 0, dB leichte Handhabung hohe Packungsdichte möglich niedrige Einfügedämpfung Norm :IEC 874-? Merkmale : „push-pull“-Prinzip; gegen Verdrehung gesichert; auch als Duplex-Ausführung normiert mit Kodierung zur Unterscheidung von Sende- und Empfangspfad Vorteil :

28 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 28 Steckerverbinder Typen Typ :E 2000 (Diamond)) Dämpfung : MMF :  Einfüge = 0, dB SMF :  Einfüge = 0, dB leichte Handhabung hohe Packungsdichte möglich niedrige Einfügedämpfung Norm :? Merkmale : „push-pull“-Prinzip; gegen Verdrehung gesichert; auch als Duplex-Ausführung normiert mit Kodierung zur Unterscheidung von Sende- und Empfangspfad Vorteil :

29 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 29 Steckerverbinder Typen Typ :MIC (Medium Interface Connector) Dämpfung : MMF :  Einfüge = 0,3 dB (typ.) Aufwendige Konstruktion großer Platzbedarf Vorteil : kein Verwechseln von Sende- und Empfangspfad möglich Norm :IS , als Geräteanschlussstecker festgelegt FDDI-Standard Merkmale : Einsatz: Computernetze Duplex-Stecker für Sende und Empfangspfad ( mit schwimmend gelagerten Steckerstiften) Kodiersystem für Stecker und Buchse Nachteil :

30 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 30 Weitere Steckerverbinder-Typen Linsenstecker : Integration einer Linse (Stablinse, Kugellinse) Aufweitung und Fokussierung des überkoppelnden Lichts Vorteil- geringe Empfindlichkeiten gegenüber seitlichem Versatz - unempfindliche gegen Toleranzen in Längsrichtung Nachteil- zusätzliche Bauteile -> teuer - zusätzliche Verluste durch Reflexionen Einsatz - Sonderanwendungen VCS-Steckerverbinder (V-groove Connector System) : V-Nut als Justierungsprinzip Hybrid-Steckerverbinder : elektrische und optische Leitungen werden gemeinsam geführt; Optaball-Steckerverbinder : eine Kugelllagerkugel in der Kupplung dient zur genauen Zentrierung der Steckerstifte;

31 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 31 Umgang mit Steckerverbindern Berühren der Steckerstirnfläche absolut vermeiden ! Begutachtung der Steckerendfläche : Betrachtung unter einem Auflichtmikroskop Im nicht gesteckten Zustand Steckerstift stets mit Schutzkappe versehen ! Beides führt zur Verschmutzung (Staub, Fett u.a.) und zur mechanischen Beschädigung der Faserendflächen. Dämpfungserhöhung

32 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 32 Abhilfe bei Dämpfungserhöhung Verschmutzung der Stirnfläche : Mechanische Beschädigung der Stirnfläche : z. Bsp.: Kratzer, Ausbrüche auf der Endflächen Reinigung mit trockenem, fusselfreiem Tuch Betupfung Reinigung mit trockenem, fusselfreiem Tuch Betupfung der Steckerstirnfläche mit Büroklebeband Reinigung mit fusselfreiem, in Alkohol (oder entsprechend Herstellerangaben) getränktem Tuch Stecker mit Indexanpassung: vorsichtige Benetzung der Steckerstirnfläche Nachpolieren (je nach Steckertyp; erfordert sehr vorsichtige Handhabung

33 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 33 Mechanischer Spleiss Beispiel eines mechanischen Spleisses : bedingt lösbar Indexanpassung mit Matchinggel Mehrfachausführungen (siehe Beispiel)

34 Cables + Systems © 10/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems FO-Products V0_0.ppt 34 Eigenschaften nach EN Mech. / optische EigenschaftenAnforderungenPrüfnorm Nenndurchmesser der Faser125IEC 793-2: 1992 um Lebensdauer> 500EN : 1993 Steckerzyklen Uebertragungseigenschaften Dämpfung, maximalSpleiss0,3IEC dB sonst0.5EN : 1993 Reflexionsdämpfung,MMF20EN : 1993 minimal dB SMF26


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