مشخصه های مفصل و اتصال دهنده ها
در قسمت قبل مفصلها و اتصال دهندهها و الزامات آنها مطرح شد و افت توان نوری و نقش و سهم مشخصات فیبر در تلفات نور مورد بررسی قرار گرفت. در این قسمت به مشخصه‌های مفصل و اتصال‌دهنده‌ها و افت توان ناشی از آنها می‌پردازیم.
افت مفصل ها و اتصال گرها
قسمتی از تضعیف سیگنال نوردر اتصال دو فیبر نوری، به علت مشخصات مفصل و اتصال انجام شده ماست. در صورت استفاده از روش اتصال فیوژنی، در صورتی که فیبر نوری بوده، برش با زاویه قائم انجام شده باشد و سطح فیبر صاف باشد افت نور در کمترین حد خود خواهد بود. در دستگاه‌های فیوژنی جدید، می‌توان قبل از انجام عمل اتصال، از قائمه بودن زاویه برش و تمیز بودن سطوح فیبر اطمینان حاصل نكرد. در صورتی که همه ی پارامترها کاملا درست انتخاب شود اتصال فیوژنی باعث ایجاد افت قابل ملاحظه‌ای نخواهد شد. عوامل زیر باعث ایجاد خطا در مفصلها و اتصال دهندهها و عمدتا در انواع نیمه دائم و مکانیکی و در حد کمتر در مفصلهای فیوژنی می‌شود:
- عدم تطبیق شعاعی
- فاصله طولی
- انحراف زاویهای
- عدم تطبیق رأس (عمدتا در اتصال دهندههای PC)
- صیقلی بودن سطح (عمدتا در مفصلهای نیمه دائم)
برای کمک به خواننده در چگونگی ایجاد این خطاها قسمت‌های اصلی یک اتصال دهنده برای کابل نوری نشان داده شده است (شکل 8).
عدم تطبیق شعاعی
یک اتصال دهنده (یا کانکتور) بایستی با دقت بالایی ساخته شود. سوراخی که فیبر از درون آن می‌گذرد باید دقیقا در مرکز فرول قرار داده شود. قطر این سوراخ باید به اندازه قطر فیبر بوده و فرول هم دارای قطری برابر قطرگیره کوپلینگی باشد که داخل آن پیچ شده است. دقت اندازه‌ها باید در حدود 1 یا 2 میکرون باشد. برای حذف اختلاف بین فیبر و سوراخ فیبر باید هر اتصال دهنده را با فیبری که قرار است استفاده شود، آزمايش كرد. این عمل وقت گیر اما ضروری است خطای شعاعی (RE ) در مقایسه با قطر هسته‌ی (CD ) بیان می‌شود.
همان طور که از شکل 9 می‌توان دید عدم تطبیق 10 %باعث افت تقریبا dB ۰/۵ می‌شود. 10 %عدم تطبیق برای یک فیبر سینگل مد، کم تر از 1 میکرون می‌شود و معنی آن این است که دقت لازم برای هر اتصالگر باید کمتر از ۰/۵ میکرون باشد. برای فیبرهای مولتی مد µm 125-۶۲/۵ ،یک اتصال گر نیمه دائم باید دارای دقت 3 ± میکرون باشد تا افزایش افت از dB 5/0 تجاوز نکند.
فاصله طولی
در بعضی از اتصال دهندهها فرولها بدون فنر هستند. برای اطمینان از طول درست، به هنگام صاف کردن سطح فرول قطعات مخصوصی استفاده می‌شود. به طور معمول فاصله بین دو انتها، بسته به این که فرولها خیلی صاف نشده باشند درحد چند میکرون است. افزایش افت نه تنها با نسبت فاصله طولی، هسته فیبر رابطه مستقیم دارد بلکه با روزنه عددی فیبر نیز ارتباط دارد.
در مقایسه با روزنه عددی کوچک برای فاصله طولی یکسان روزنه عددی بزرگ باعث افت بیشتر می‌شود. در بیشتر اتصال دهندههای جدید فرول دارای فنر است که باعث می‌شود بتوان دو فرول را بدون این که خطر صدمه رسیدن به فیبر باشد بتوان به هم نزدیک كرد.(همان طور که در اتصال دهنده های LME و SMA اولیه مطرح بود.) فاصله طولی همچنین باعث افزایش انعکاس برگشتی فرنل در سطح انتهایی می‌شود. در صورتی که فاصله هوایی بین انتهای فیبرها وجود داشته باشد این انعکاس تا ( ۴%با تلفاتی در حدود dB 14 ) خواهد بود. با استفاده از مواد روغنی با ضریب شکست مناسب در انتهای فیبرها می‌توان انعکاس فرنل را به صورت کلی و یا تا حدودی زیادی حذف كرد.
انحراف زاویه ای
همان طور که قبال ذکر شد زاویه بین دو فیبر عامل مهمی در اتصال آنهاست. وقتی فیبری برش داده می‌شود و سطح آن صاف می‌شود، هدف اصلی رسیدن به زاویه 90 درجه نسبت به محور طولی فیبر است. سطوح دو فیبر باید موازی باشند تا با کمترین افت اتصال مواجه شویم، با افزایش انحراف افت نیز افزایش می‌یابد. روزنه عددی (NA) کوچک اثر انحراف زاویهای را زیاد می‌کند، در حالی که روزنه عددی بزرگ می‌تواند تا حدی این اثر را جبران كند.
تحدب و عدم تطبیق رأس آن
در انواع جدید اتصال دهندههای (FC) سطوح انتهایی فرولها نه تنها به وسیله فنرها به آرامی به هم فشرده می‌شوند، بلکه برای ایجاد بهترین حالت ممکن برای انتقال نور، سطوح انتهایی یک فرول به صورتی سنگ‌کاری و سائیده می‌شود تا به شکل محدب با شعاع خمش ri (درآید. (شکل 12) این نوع از اتصال دهندهها را اتصال دهنده می‌نامند.
اخیراً دو شعاع 60 میلی متر و 20 میلیمتر برای سطوح فرول استاندارد شده است. اتصال دهنده های PC/FC با فرول 60 میلی متر به عنوان شعاع خمش مدت ها قبلتر به بازار راه یافته ولی تجربه نشان داده است که شعاع خمش 20 میلیمتر از نظر انتقال نتایج بهتری داشته است، بنابراین شعاع‌های کوچکتر ترجیح داده می‌شود. یک فایده دیگر شعاع‌های کوچک، اثر کمتر تغییرات درجه حرارت بر روی تغییرات ضریب شکست است.
اين فاصله هوايی در فيبرهای سينگل مد و در صورت استفاده از ليزر، باعث افت در انتقال نور خواهد شد. از طرف دیگر فرول با شعاع 20 میلیمتر از نظر عدم تطبیق رأس حساس‌تر است. عدم تطبیق رأس نوعی از جابجایی فیبر است. بالاترین نقطه فرول دقیقا مرکز فیبر نیست. وقتی قسمت‌های دو اتصال دهنده جفت می‌شوند فاصلة هوایی بین دو انتهای فرول درقسمت هسته فیبرها ایجاد می‌شود که باعث افت نور می‌شود. اگر پهنای این فاصله هوایی در حدود طول هم‌گرایی لیزر باشد افت انعکاس ممکن است تا حد بالایی 8dB برسد.
آماده سازی سطوح
برای سائیدن یک اتصال دهنده نوری یک فرایند با گام‌های تدریجی برای افزایش دقت مورد استفاده قرار می‌گیرد. اولین گام حذف آثار چسبی است که برای شکل دهی فرول و تنظیم موقعیت محور آن در مقایسه با مرکز فیبر استفاده می‌شود. گام‌های بعدی پولیش کردن سطح است تا هر گونه خراش و شکاف‌های کوچک را از روی آن حذف کند. خراش‌ها و شکاف‌ها در سطح انتهایی فیبر باعث انعکاس و پراکندگی نور می‌شود، بنابراین نور نمی‌تواند وارد انتهای فرول دیگر شود و باعث افزایش افت اتصال دهنده می‌شود.
دلایل دیگر افت مفصل ها
گرچه توصیه می‌شود که در یک پروژه نصب از یک نوع فیبر و یک سازنده استفاده شود، ولی ممکن است لازم باشد تا نوع فیبر و یا سازنده آن تغییر کرده و یا حتی فیبر با ابعاد متفاوت مورد استفاده قرار گیرد. معمولا این تغییرات تأثیر منفی و زیان آوری در نتایج نهایی خواهد داشت. علت آن نیز تفاوت های دو فیبر مفصل شده از نظر روزنه عددی، قطر میدان مد (قطر هسته فیبر) و قطر غلاف است.
برش فیبر
آماده کردن فیبر با دقت زیاد، قبل از انجام مفصل مکانیکی یا مفصل فیوژنی در کیفیت اتصال‌ها بسیار موثر است. تمامی پوشش اولیه فیبر با ابزار مخصوص جدا شده سپس فیبر را با الکل خالص و یا ایزوپروپانل شسته و سرانجام آن را برش می‌زنند. سطح برش خورده باید نسبت به محور طولی فیبر زاویه ی 90 درجه داشته باشد. دستگاهای فیوژنی جدید دارای برنامه‌های نرم افزاری هستند که زاویه قطع را اندازه می‌گیرند. انحراف بیش از 1 درجه مجاز نخواهد بود.
این مقاله توسط مهندس محمدعلی مساواتی نوشته شده و در مجله سیم و کابل منتشر شده است.
