Die Wahl der richtigen Poliermethode für optische Steckverbinder ist für die Netzplanung von entscheidender Bedeutung und sollte nicht zufällig erfolgen.

Schauen wir uns zunächst den Aufbau der optischen Faser genauer an:

 

Innerer Aufbau einer optischen Faser

Die Faser besteht aus einer speziellen Art von Quarzglas. Ihr Hauptbestandteil ist der Kern, der mit einer Mantel- und Schutzschicht überzogen ist. Die Funktionsweise der optischen Faser beruht auf der Verwendung von zwei Materialien, die Licht mit unterschiedlichen Brechungsindizes leiten. Der Brechungsindex des Kerns ist etwas höher als der des Mantels.

Optische Fasern können auf zwei Arten verbunden werden: entweder mit einer mechanischen Verbindung oder mit einem Fusionsspleißer. Die Funktionsweise fast aller derzeit verwendeten Glasfaserstecker beruht auf demselben Prinzip, nämlich der Befestigung der Faser in einer präzise gebohrten zylindrischen Ferrule. Die Verbindung wird hergestellt, indem die Aderendhülsen beider Stecker in der Hülse der Glasfaserbuchse zentriert werden. Es gibt verschiedene Arten von Befestigungslösungen, darunter Gewinde-, Bajonett- und Snap-in-Typen. Um die Wiederholbarkeit der Parameter und die Zuverlässigkeit der Verbindungen zu gewährleisten, ist eine perfekte Zentrierung der Faserkerne in den Aderendhülsen erforderlich. Dies stellt enge Anforderungen an die Toleranzen der Abmessungen bei der Ferrulenherstellung.

Aufbau eines Lichtwellenleitersteckers

Warum ist Polieren wichtig?

Die gebräuchlichsten Typen von Glasfasersteckern, wie LC, SC, ST, FC, E2000, sind mit zwei Arten von Polierungen der Ferrule-Endflächen erhältlich: UPC (Ultra Physical Contact) und APC (Angled Physical Contact). Die Art der Politur wird durch den Farbcode des Steckers angegeben: blau für PC-UPC, schwarz für FC/PC-UPC, grün für APC.

Bei der Geometrie der Steckverbindungen geht es darum, einen ordnungsgemäßen physischen Kontakt zwischen zwei in einer Ferrule platzierten Fasern zu gewährleisten. Die sphärische Oberfläche der Fasern ist präzise poliert, so dass sich die Kontaktflächen in der axialen Hülse mittig treffen. Die Beseitigung des Luftspalts wird durch einen sanften Druck auf die zu verbindenden Fasern erreicht (die Fasern biegen sich, bis sie die Hülse berühren). Der physische Kontakt zwischen den Fasern muss dauerhaft sein und unabhängig von Temperatur-, Druck- oder Vibrationsschwankungen über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden. Der richtige Druck der Fasern wird durch die Feder des Steckverbinders gewährleistet, so dass der physische Kontakt unabhängig von Umgebungsänderungen sichergestellt ist.

In den internationalen Normen sind drei wichtige physikalische Parameter festgelegt, anhand derer die Qualität polierter Oberflächen bestimmt werden kann: der Krümmungsradius (Radius der auf der polierten Axialhülse gebildeten Kugel), die Faserhöhe (Abstand des Faservorsprungs oder -schnitts nach dem Polieren im Verhältnis zur Axialhülse) und die höchste Spitzenverschiebung (Verschiebung des Polierens und des Scheitels, Exzentrizität des Scheitels und des Polierens).

Die Glasfaserferrule wird in geeigneter Weise poliert, um die Leistung von Glasfaserverbindungen mit optischen Steckern zu verbessern.

Um die Verluste zu minimieren, berühren die Glasfaserstecker in der Regel richtig polierte Endflächen, die bei der optischen UPC-Verbindungstechnik oder in einem leichten Winkel bei der APC-Winkelverbindungstechnik verwendet werden, um Reflexionen zu vermeiden. Die UPC-Steckverbinder sind jedoch nicht vollkommen flach und weisen eine leichte Krümmung auf - zur besseren Ausrichtung des Kerns.

Foto von SC/APC- und SC/PC-Steckverbindern

Wie wirkt sich der Unterschied in der Politur auf die Leistung aus?

Bei UPC-Steckverbindern wird das Licht direkt zur Lichtquelle reflektiert, während das um 8 Grad abgewinkelte Steckerende bei APC das Licht zur Ummantelung reflektiert. Dies führt zu gewissen Unterschieden bei der Rückflussdämpfung, die ein Maß für das reflektierte Licht ist und als negativer dB-Wert ausgedrückt wird (je höher der Wert, desto besser). Die Normen empfehlen, dass die Rückflussdämpfung des UPC-Steckers mindestens -50 dB (entsprechend einem nominalen Reflexionskoeffizienten von 0,001%) und die Rückflussdämpfung des APC-Steckers mindestens -60 dB (entsprechend einem nominalen Reflexionskoeffizienten von 0,0001%) betragen sollte.


Unterschied zwischen UPC- und APC-Polishing

 

Unterschied zwischen den beschriebenen Steckverbindern:

  • Bei einem APC-Stecker wird das Licht nicht zur Quelle zurückreflektiert, sondern von der Faserbeschichtung absorbiert;
  • Bei einem UPC- (und PC-) Stecker wird das Licht zur Quelle zurückreflektiert.

Die Rückflussdämpfung unterscheidet sich von der Einfügedämpfung, die sich auf die Menge an optischer Energie bezieht, die durch den Stecker oder die Kabellänge verloren geht. Die Einfügedämpfung wird zur Bestimmung von Verlustbudgets verwendet. Niedrige Einfügungsdämpfungen sind bei UPC-Steckverbindern in der Regel leichter zu erreichen, da die Luftspalte kleiner sind als bei APC-Steckverbindern. Die Produktionstechniken haben sich stark verbessert, so dass präzisere Winkel bei APC-Steckverbindern erzielt werden können und die Einfügungsdämpfung mit der von UPC-Steckverbindern vergleichbar ist.

 

Anwendung

Ob wir uns für UPC- oder APC-Polieren entscheiden, hängt von den spezifischen Anforderungen ab.

APC: In Glasfaser-Telekommunikationssystemen mit Datenraten über 600 Mb/s wird die Verwendung von Steckern mit APC-Polierung empfohlen. Systeme, die empfindlicher auf Rückflussverluste reagieren, erfordern ebenfalls die Verwendung von APC-Steckern. Zum Beispiel Systeme, die in höheren optischen Wellenlängenbereichen über 1500 nm arbeiten, die für HF-Videosignale verwendet werden, bei denen reflektiertes Licht das Signal beeinträchtigen kann. Aus diesem Grund werden APC-Steckverbinder in FTTX-Anwendungen gewählt. APC-Steckverbinder werden auch häufig in passiven PON-Netzen verwendet, da viele dieser Netze HF-Signale zur Übertragung von Fernsehsignalen nutzen.

UPC: Bei Anwendungen, bei denen Kosten und Einfachheit wichtiger sind als die optische Leistung, werden UPC-Stecker verwendet.

 

Können APC- und UPC-Stecker miteinander verbunden werden?

Es ist zu beachten, dass APC- und UPC-Stecker nicht miteinander verbunden werden können und sollten!

Nicht nur wegen der geringeren Leistung aufgrund der falschen Ausrichtung der Faserkerne, sondern auch wegen der Gefahr, dass beide Stecker beschädigt werden (die Verluste können bis zu 10 dB betragen). Bei der Wahl des Steckertyps ist zu beachten, dass leistungsstärkere Stecker wertvolle dB einsparen, so dass für Anwendungen, die eine präzise Glasfasersignalisierung erfordern, APC die erste Wahl sein sollte, während weniger empfindliche Systeme genauso gut mit UPC funktionieren werden.