Glasfaser- Stecker und Verbinder

Präsentation zum Thema: "Glasfaser- Stecker und Verbinder"—  Präsentation transkript:

1 Glasfaser- Stecker und Verbinder

2 Steckerverbinder Anforderungen: einfache Handhabung
geringe Einfügedämpfung hohe Rückflussdämpung hohe mechanische Stabilität / hohe Lebensdauer d. h. reproduzierbare Dämpfungswerte hohe Klimastabilität zuverlässiger Faserschutz hohe Packungsdichte Feldmontierbarkeit leichte Reinigungmöglichkeit

3 Steckerverbinder Vorteile:
leichte Trennung bzw. Wiederherstellung von Verbindungen Zugänglichkeit von optischen Leitungen für Messungen Möglichkeiten zur Schaltung von Ersaztzleitungen Nachteile: erhöhte Einfügedämpfung niedrige Rückflussdämpfung

4 Optische Steckverbinder Stirnflächenkopplung
Konstruktionsprinzipien Optische Steckverbinder Prinzip: Direkte Kopplung Indirekte Kopplung Stecker: Stirnflächenkopplung Optische Abbildung Präzisionshülse Justierbare Fassung Linsenstecker + Kupplung: Präzisionshalterung

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) - Keramik - mit Einsatz aus z. B. Glas, Neusilber o.ä. Zentrische Bohrung; Abstufung des Bohrdurchmessers in Schritten von 1 µm

6 Konstruktionsprinzipien
Ausrichtung der konfektionierten Stecker in der Kupplung : starre Präzisionshülse : gute Dämpfungswerte enge Toleranzen hoher Fertigungsaufwand elastische Hülse : Dämpfunsänderung bei mechanischer Belastung konische Hülse : vorwiegend in den USA zu finden, (wird bei Neuverkabelungen heute nicht mehr eingesetzt)

7 Intrinsische Koppelverluste
unterschiedliche Kerndurchmesser unterschiedliche numerische Apertur unterschiedliche Brechzahlprofile

8 Extrinsische Koppelverluste
Stinflächen-Rauhigkeit Schnittwinkel Reflexionsverluste Abstand Radialer Versatz Kipp-Winkelfehler

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 Exzentrizität Faserkern-Fasermantel Abstand der Faserflächen :

10 Bestimmung Einfügedämpfung
Passungsspiel Steckerstift-Kupplungshülse: Konstant bei gleichen Werkstoffen, d. h. bei gleichen Temperatur- koeffizienten ( und gleicher Temperatur) Passungspiel, mindestens 0.5 µm : Sichere Funktion, d. h. stets Betriebssicherheit, garantiert für : Bmin - Dmax > 0.5 µm aus: DIN für LSA-Steckverbinder (LWL-Steckverbinder Version A) mit: Bmin = min. Innendurchmesser Hülse Dmax = max. Aussendurchmesser Stift Toleranzen : Stufe Toleranz Toleranz Kuppplung Stift Unterscheidung von 6 mech. Qulitätsstufen Generell: 2 Kriterien zur Qualitätszuordnung mechanische Einstufung: d.h. der Stecker alleine optische Einstufung: der konfektionierte Stecker

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 „push-pull“-Verschluss (z.B. SC-Stecker) : Einrasten durch einfaches Einschieben des Steckers in die Buchse Ausrasten durch Ziehen des Steckers aus der Buchse

12 Vorteile Verdrehschutz
keine Verletzung der Faserendflächen Bei reflexionsfreien Steckverbindern besteht direkter Glas-Glas Übergang aufgrund des physikalischen Kontaktes dürfen die Endflächen nicht gedreht werden Exakte Reproduzierbarkeit der Dämpfung Aufgrund konstanter Konzentrizitätsfehler : Kern-Mantel (z.B. : 3 µm bei MMF) Bohrung im Steckerstift Fixierung der Faser im Stift

13 Bearbeitung Faserendflächen
Planschliff Konvexschliff (PC) Schrägschliff (APC)

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

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

16 Erhöhung Rückflussdämpfung
Immersion der Stecker-Stirnflächen : => Der Luftspalt zwischen den Faserendflächen wird mit Flüssigkeit / Gel mit angepasster Brechzahl n gefüllt Problem : Alterungsbeständigkeit verschiedene Temperatur-- gradienten Wellenlängenabhängigkeit nFl () Ergebnis : Return > 30dB realisierbar

17 Erhöhung Rückflussdämpfung
Schrägschliff der Faserenden : => Luftspalt zwischen den Faserenden bleibt bestehen => Fresnel-Reflexionen vorhanden Vorteil : reflektierte Welle liegt außerhalb des Akzeptanzwinkels der gegenüber- liegenden Faser Ergebnis : hohe Rückflussdämpfung realisierbar Return > 60dB ( bei Schrägschliff 7 oder 8°)

18 Erhöhung Rückflussdämpfung
Kombination: Schrägschliff & physikalischer Kontakt => Asymetrischer, sphärischer Anschliff Die Faserendfläche ist kugelförmig mit dem Kugelmittelpunkt ausserhalb der Faserachse Probleme : aufwendiger Schliff Ergebnis : sehr hohe Rückflussdämpfung Return > 60dB

19 Montage von Steckverbinder
feldmontierbar nicht feldmontierbar MMF-Stecker (SMF-Stecker) SMF-Stecker mit hoher Rückflussdämpfung mit Ferrule ferrulenlos

20 Auf Schmutz und Kratzer auf der Enfläche achten !
Montage von Steckerverbindern 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 : Kleben und / oder Prägetechnik (erste Prägung) Gleichzeitige Zentrierung: Achse der Faser - Achse der Ferrule ! Schleifen und polieren der Steckerendfläche / Faserendfläche in mehreren Schritten : mit Schleifpapier mit abgestufter Körnung mit Schleif- oder Polierpasten Auf Schmutz und Kratzer auf der Enfläche achten !

21 Montage von Steckerverbindern
Polieren der Faserendflächen Aenderung der Brechzahl Herstellung des Endflächenprofils Eliminierung von Kratzern Auf Schmutz und Kratzer auf der Enfläche achten !

22 Montage von Steckerverbindern
Änderung der Brechzahl beim Schleif- / Poliervorgang aufgrund von / abhängig von mechanischer Beanspruchung der Faserenden Materialverschiebung vom Steckerstift auf Faserendflächen Schleif- und Poliermittel Ergebnis: Dünne Zone veränderter Brechzahl NP am Faserende Begrenzte Rückflussdämpfung bei PC-Steckverbindern mit planen bzw. konvexen Endflächen

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

24 Steckerverbinder Typen
Typ : DIN-Steckverbinder Norm : DIN (LSA) DIN (LSB) Merkmale : MMF: mechanischer Stirnflächen- kontakt; SMF: physikal. Kontakt (konvex) mit Verdrehsicherung; mit starrem / gefedertem Stift Dämpfung : MMF : Einfüge = 0, dB SMF : Einfüge = 0, dB Vorteil : geringe Toleranzen: exakte Faserpositionierung und geringe Einfügedämpfung Nachteil : nur DIN normiert; keine weite Verbreitung

25 Vergleichbar mit DIN-Stecker
Steckerverbinder Typen Typ : FC / PC (Fiber Connector / Physical Contact) Norm : IEC 874-7 Merkmale : MMF: mechanischer Stirnflächen- kontakt; SMF: physikal. Kontakt mit Verdrehsicherung; mit starrem / gefedertem Stift Dämpfung : MMF : Einfüge = 0, dB SMF : Einfüge = 0, dB Vorteil : geringe Toleranzen: exakte Faserpositionierung und geringe Einfügedämpfung Vergleichbar mit DIN-Stecker

26 Steckerverbinder Typen
Typ : BFOC (Bajonet Fibre Optic Connector) 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 Dämpfung : MMF : Einfüge = 0, dB SMF : Einfüge = 0, dB Vorteil : • leichte Handhabung • hohe Reproduzierbarkeit • niedrige Einfügedämpfung

27 Steckerverbinder Typen
Typ : SC (Subbscriber Connector) Norm : IEC 874-? Merkmale : „push-pull“-Prinzip; gegen Verdrehung gesichert; auch als Duplex-Ausführung normiert mit Kodierung zur Unterscheidung von Sende- und Empfangspfad Dämpfung : MMF : Einfüge = 0, dB SMF : Einfüge = 0, dB Vorteil : • leichte Handhabung • hohe Packungsdichte möglich • niedrige Einfügedämpfung

28 Steckerverbinder Typen
Typ : E 2000 (Diamond)) Norm : ? Merkmale : „push-pull“-Prinzip; gegen Verdrehung gesichert; auch als Duplex-Ausführung normiert mit Kodierung zur Unterscheidung von Sende- und Empfangspfad Dämpfung : MMF : Einfüge = 0, dB SMF : Einfüge = 0, dB Vorteil : • leichte Handhabung • hohe Packungsdichte möglich • niedrige Einfügedämpfung

29 Steckerverbinder Typen
Typ : MIC (Medium Interface Connector) 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 Dämpfung : MMF : Einfüge = 0,3 dB (typ.) Vorteil : kein Verwechseln von Sende- und Empfangspfad möglich Nachteil : • Aufwendige Konstruktion • großer Platzbedarf

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 Umgang mit Steckerverbindern
Berühren der Steckerstirnfläche absolut vermeiden ! Im nicht gesteckten Zustand Steckerstift stets mit Schutzkappe versehen ! Beides führt zur Verschmutzung (Staub, Fett u.a.) und zur mechanischen Beschädigung der Faserendflächen. Dämpfungserhöhung Begutachtung der Steckerendfläche : Betrachtung unter einem Auflichtmikroskop

32 Abhilfe bei Dämpfungserhöhung
Verschmutzung der Stirnfläche : • 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 Mechanische Beschädigung der Stirnfläche : z. Bsp.: Kratzer, Ausbrüche auf der Endflächen • Nachpolieren (je nach Steckertyp; erfordert sehr vorsichtige Handhabung

33 Mechanischer Spleiss Beispiel eines mechanischen Spleisses :
• bedingt lösbar • Indexanpassung mit Matchinggel • Mehrfachausführungen (siehe Beispiel)

34 Eigenschaften nach EN 50173 Mech. / optische Eigenschaften Anforderungen Prüfnorm Nenndurchmesser der Faser 125 IEC 793-2: 1992 um Lebensdauer > 500 EN : Steckerzyklen Uebertragungseigenschaften Dämpfung, maximal Spleiss 0,3 IEC dB sonst 0.5 EN : 1993 Reflexionsdämpfung, MMF 20 EN : 1993 minimal dB SMF 26