Czystość złączy optycznych

Czystość złączy optycznych
Tomasz Rogowski
Grzegorz Kubiak
Piotr Detmer
Czystość złączy optycznych
1. Kryteria oceny czystości czoła ferruli złącza światłowodowego
1.1. Normy dotyczące jakości czoła ferrul złączy światłowodowych i ich czyszczenia:
IEC 61300-3-35 Fibre Optic Interconnecting Devices and Passive Components – Basic Test and Measurement
Procedures
IPC 8497-1 Cleaning Methods and Contamination Assessment for Optical Assembly
IEC 62627 (DTR) Fibre Optic Interconnecting Devices and Passive Components – Fibre Optic Connector Cleaning
Methods
1.2. Kontrola wizualna:





niedopuszczalne są rysy w obszarze rdzenia i warunkowo dopuszcza się rysy w obszarze płaszcza włókna
światłowodowego
należy usunąć wszystkie luźne cząsteczki z powierzchni czoła ferruli
jeśli na czole ferruli istnieją defekty, których nie daje się usunąć, to nie mogą się one znajdować w obszarze
strefy kontaktu (rdzeń i włókno światłowodowe), aby złącze dopuścić do eksploatacji
nie określa się wymagań dotyczących strefy kontaktu, ponieważ defekty w tej strefie nie mają wpływu na
parametry transmisyjne złącza
zaleca się jako dobrą praktykę usunięcie zanieczyszczeń również poza strefą kontaktu
Rys. 1. Obszary złącza światłowodowego.
Rys. 2. Rysa przechodząca przez obszar rdzenia
– niedopuszczalna.
Strona 1
Czystość złączy optycznych
Rys. 3. Rysa przechodząca przez obszar płaszcza
– warunkowo dopuszczalna.
Rys. 4. Rysa na granicy lub poza strefą kontaktu
– dopuszczalna.
2. Zanieczyszczenia a transmisja światłowodowa
Przy transmisjach o dużej przepływności istotne, jest sprawdzenie czystości
i w miarę konieczności ich wyczyszczenie w celu zapewnienia bezawaryjnej transmisji.
wszystkich
złączy
W przypadku transmisji jednomodowym włóknem światłowodowym sygnału optycznego o poziomie mocy
przekraczającym 250 mW (24 dBm) może dojść do wypalenia rdzeni włókien światłowodowych w miejscu ich
połączenia. Zjawisko to nazywane jest kraterowaniem rdzeni włókien światłowodowych. Jego przyczyną są spalające
się drobiny zanieczyszczeń znajdujące się w świetle rdzenia włókna. Temperatura ich spalania przekracza
temperaturę topnienia szkła kwarcowego, z którego wykonane jest włókno światłowodowe i dochodzi do zniszczenia
złączy.
Przy niższych poziomach mocy, zanieczyszczenia w świetle rdzenia włókna zwiększają tłumienie
i odbicia w miejscu łączenia włókien, ale nie są przyczyną kraterowania złączy. Usunięcie zanieczyszczeń przywraca
złączom ich funkcjonalność, o ile nie nastąpiło mechaniczne uszkodzenie czoła ferruli (przez wbicie się
zanieczyszczenia lub zarysowanie powierzchni). W przypadku transmisji dużych mocy, nawet najmniejsze drobiny
niezauważalne pod mikroskopem, ulegając spaleniu uszkadzają włókna. Przyczyną jest występowanie bardzo dużej
gęstości mocy na powierzchni łączonych rdzeni. Gęstość mocy w przekroju rdzenia o średnicy 9 µm przy transmisji
sygnału optycznego o mocy 1000 mW (30 dBm) osiąga wartość 1,5 W/µm 2. Sposobem uniknięcia uszkadzania złączy
w takich sytuacjach byłoby ich utrzymywanie w idealnej czystości. Warunek ten jest nie do spełnienia
w rzeczywistych warunkach eksploatacji złączy. Jedyną skuteczną metodą całkowitej eliminacji efektu niszczenia
złączy przy transmisjach dużych mocy jest zastosowanie złączy jednodomowych z poszerzoną średnicą rdzeni włókien
w miejscu ich połączenia. Technologię produkcji takich złączy opracowano w firmie Diamond. Złącza mocy
E-2000/APC PS dzięki wbudowanym w ferrulę odcinkom włókna gradientowego zwiększają powierzchnię styku
rdzeni do 1260 µm2. Uzyskany efekt transmisji poszerzoną wiązką pozwala na znaczne obniżenie gęstości mocy
w miejscu łączenia włókien i zmniejszenie wrażliwości złącza na zabrudzenia. Przy transmisji sygnału o mocy
1000 mW, gęstość mocy na styku rdzeni maleje do wartości 0,8 mW/µm2.
Strona 2
Czystość złączy optycznych
Rys. 5. Przekrój przez połączenie dwóch ferrul
z włóknem gradientowym
(źródło: http://www.diamond-fo.com).
Rys. 6. Wykraterowany rdzeń w wyniku
transmisji znaczących mocy przez brudne złącze.
Skuteczność tej metody dobrze zobrazuje następujące porównanie. Gęstość mocy na styku włókien
z rdzeniem o średnicy 9 µm przy transmisji mocy 250 mW wynosi 4 W/µm 2, a przy transmisji mocy
3 W, przez złącza mocy z włóknem gradientowym o średnicy 40 µm wynosi 2,4 W/µm 2. Tak więc transmisja sygnału
o mocy 3 W przez złącza mocy jest bezpieczniejsza od transmisji sygnału o mocy 250 mW przez złącza tradycyjne.
Również nowe złącza przed ich włożeniem do adaptera muszą być również sprawdzone i jeśli to konieczne
wyczyszczone. Po rozłączeniu złącza światłowodowego zaleca się, przed jego ponownym połączeniem,
przeczyszczenie obydwu złączy i tulejki centrującej adaptera. Jest to element niezbędny do zapewnienia niezawodnej
pracy sieci.
3. Przyczyny i źródła zanieczyszczeń złączy optycznych
Zanieczyszczenia znajdujące się w świetle rdzenia włókna światłowodowego powodują znaczne odbicia światła,
wzrost tłumienia i mogą spowodować uszkodzenie włókien.
3.1. Najczęstsze źródła zanieczyszczeń:



niewłaściwe obchodzenie się ze złączami – najczęstsze źródło zanieczyszczeń
o przypadkowe dotknięcie czoła ferruli – ślady potu i tłuszczu z naskórka palca,
o ślady kremu do rąk
o drobne włókienka z tkanin
źródła środowiskowe
o zanieczyszczenia lotne, pyły, pary rozpuszczalników
o suche powietrze sprzyjające utrzymywaniu się kurzu w powietrzu
o wilgotne powietrze sprzyja kondensacji zawartych w powietrzu
o zanieczyszczeń na powierzchni czoła ferruli
przenoszenie zanieczyszczeń z brudnych tulejek centrujących adapterów i brudnych złączy
Strona 3
Czystość złączy optycznych
3.2. Najczęściej występujące zanieczyszczenia:









kurz
tłuszcz z naskórka
osady z alkoholu
osady z wody destylowanej
olej roślinny
krem do rąk
drobne włókienka z tkanin
osady z solanki
grafit
Rys. 7. Zanieczyszczenie płynem.
Rys. 8. Ślad po palcu.
Rys. 9. Zanieczyszczenie pyłem.
Rys. 10. Osad z alkoholu.
Strona 4
Czystość złączy optycznych
3.3. Najczęściej występujące przyczyny zanieczyszczenia złącza:


przypadkowy kontakt z palcem instalatora
o tłuszcz z naskórka
o krem do rąk
o olej roślinny ze smażonej na tłuszczu żywności
o kropelki oleju używanego w sprężarkach powietrza
o osady z rozpuszczalników do czyszczenia złączy
niedostateczne wytarcie czoła ferruli
o użycie higroskopijnych płynów czyszczących
o płukanie w wodzie destylowanej
o mgła solna
o zanieczyszczenia przenoszone przez kapturki ochronne ferrul
Kapturki ochronne ferrul mogą być źródłem zanieczyszczeń.
Złącza wyposażone w kapturki ochronne nie gwarantują czystości ferruli!
3.4. Przenoszenie zanieczyszczeń z brudnego złącza na czyste
Zanieczyszczenia migrują w kierunku rdzenia włókna w wyniku wielokrotnego łączenia. Drobiny kurzu rozdzielają się
na drobniejsze cząstki.
Rys. 11. Złącza przed i po połączeniu.
Wielokrotne łączenie złącza z zanieczyszczeniami poza rdzeniem włókna, wywołuje ich przemieszczanie w kierunku
rdzenia na skutek tworzącego się na powierzchni czoła ferruli ładunku elektrostatycznego.
Strona 5
Czystość złączy optycznych
4. Metody czyszczenia złączy optycznych
Istnieje wiele metod czyszczenia złączy optycznych. W zależności od rodzaju zabrudzenia, panujących warunków
i dostępnych środków należy wybrać rozwiązanie najbardziej optymalne pod względem wydajności, szybkości
i opłacalności.
UWAGA: Czyszczenie bez weryfikacji jego skuteczności nie gwarantuje prawidłowego działania systemu.
4.1. Myjka ultradźwiękowa:
W warunkach produkcyjnych, pomiędzy kolejnymi etapami produkcji, złącza czyszczone są za pomocą myjek
ultradźwiękowych. Do wody demineralizowanej metodą odwróconej osmozy dodawane są niejonowe środki
powierzchniowo czynne. Taka kąpiel ma za zadanie usunąć zanieczyszczenia i pozostałości po procesach
produkcyjnych. Suszenie złączy odbywa się za pomocą filtrowanego i osuszonego sprężonego powietrza.
Rys. 12. Czyszczenie za pomocą myjki ultradźwiękowej.
4.2. Alkohol izopropylowy i chusteczki bezpyłowe:
W czystych pomieszczeniach, gdzie nie występuje znaczące zapylenie i kurz, możemy stosować chusteczki bezpyłowe
i alkohol izopropylowy. Izopropanol pozwala rozpuścić tłuszcz i usunąć ewentualne uporczywe zabrudzenia. Jego
niewątpliwą zaletą jest niepozostawianie osadu, w przeciwieństwie do niektórych alkoholi technicznych. Nadmiar
alkoholu, rozpuszczony tłuszcz, i wszelkie zabrudzenia usuwane są przez potarcie czołem ferruli o chusteczkę
bezpyłową. Chusteczka powinna być czysta i ułożona na równym miękkim podłożu. Nie należy pocierać ferrulą
dwukrotnie w tym samym miejscu. Jeżeli stwierdzimy, iż skuteczność czyszczenia się pogorszyła, należy zmienić
chusteczkę. Wszelkie zanieczyszczenia znajdujące się na chusteczce mogą przyczynić się do zniszczenia czoła ferruli.
Zanieczyszczenia na chusteczkę mogą opaść z powietrza, dlatego bardzo ważne jest aby w zależności od stopnia
czystości pomieszczenia odpowiednio często zmieniać chusteczkę.
Strona 6
Czystość złączy optycznych
Rys. 13. Czyszczenie za pomocą chusteczek bezpyłowych
i alkoholu izopropylowego.
4.3. Czyściki automatyczne i kasety czyszczące:
W warunkach polowych najlepiej sprawdzają się przyrządy proste w użyciu i same dbające o czystość materiałów
mających kontakt z ferrulą.
Kasety czyszczące pozwalają na wyczyszczenie złączy na sznurach optycznych. Po naciśnięciu spustu, następuje
przewinięcie taśmy czyszczącej i otworzenie klapki zabezpieczającej ją przed zabrudzeniem. Należy pamiętać aby nie
korzystać wielokrotnie z tego samego fragmentu taśmy czyszczącej. Po wyczyszczeniu złącza puszczamy spust, co
powoduje zamknięcie klapki zabezpieczającej materiał czyszczący. Taśma powinna być miękka i nie powinna się
strzępić, aby nie uszkodzić złącza i nie pozostawić po sobie zanieczyszczeń. W niektórych rozwiązaniach tego typu
kaset wkład z taśmą można wymieniać po zużyciu, niektóre są jednak jednorazowe.
Strona 7
Czystość złączy optycznych
Rys. 14. Kaseta czyszcząca OPTIPOP R.
Rys. 15. Kaseta czyszcząca Cleamate.
Czyściki automatyczne, oprócz czyszczenia złączy na końcach sznurów optycznych, pozwalają dodatkowo na
czyszczenie złączy przez łącznik. Umożliwia to czyszczenie złączy wpiętych w adaptery we wnętrzu przełącznic, bez
konieczności ich demontażu. Czyszczenie w takich czyścikach następuje automatycznie po przesunięciu magazynku,
aż do charakterystycznego kliknięcia. W magazynku znajduje się specjalna nić lub taśma czyszcząca. W trakcie
przesuwania magazynku taśma jest automatycznie przewijana, a obszar mający styczność ze złączem obraca się.
Należy pamiętać, że obszar czyszczony zależy od szerokości nici lub taśmy. Najtańsze przyrządy czyszczą tylko obszar
w okolicy włókna, a nie całe czoło ferruli. Pozostawione zanieczyszczenia mogą migrować
w kierunku środka ferruli w wyniku gromadzonego ładunku elektrostatycznego. Większość dostępnych na rynku
rozwiązań jest jednorazowa (magazynek zawiera zapas na określoną ilość czyszczeń i nie ma możliwości jego
wymiany), niektóre jednak mają możliwość dokupienia i wymiany magazynku po zużyciu.
Rys. 16. Czyściki automatyczne NTT-AT z
wymiennymi wkładami.
(źródło:
http://www.optomer.pl/karta_produktu/208_czys
zczarka-one-click-cleaner#)
Rys. 17. Czyściki automatyczne Fujikura (mini,
standard i ultra z szeroką taśmą).
(źródło:
http://www.optomer.pl/karta_produktu/208_czys
zczarka-one-click-cleaner#)
Przed pojawieniem się czyścików automatycznych powstały takie, w których przewijanie nitki następowało wskutek
obracania odpowiedniego pokrętła przez operatora. Były one jednak niewygodne w użyciu i nie zdobyły dużej
popularności w środowisku instalatorów.
Strona 8
Czystość złączy optycznych
Rys. 18. Czyścik HUXCleaner z ręcznym przewijaniem nici.
4.4. Przyrządy czyszczące:
Istnieje niewielka rodzina urządzeń dedykowanych do czyszczenia złączy. Za pomocą strumienia wody, środków
chemicznych i strumienia powietrza, mogą czyścić złącza w sposób bezkontaktowy. Inne, to napędzane elektrycznie
odpowiedniki kaset czyszczących. Niektóre z nich posiadają zintegrowane mikroskopy umożliwiające weryfikację
procesu czyszczenia. Urządzanie te są stosunkowo drogie w eksploatacji i wymagają wymiany
i uzupełniania środków czyszczących, ale ich niewątpliwą zaletą jest fakt, że efekty czyszczenia nie zależą od
umiejętności i doświadczenia operatora.
Rys. 19. JDSU CleanBlast
(źródło: http://www.directindustry.com).
Rys. 20. DIMENSION OFFSOON
(źródło: http://www.weidujs.com/).
Strona 9
Czystość złączy optycznych
4.5. Podsumowanie:
W kwestii czyszczenia złączy warto pamiętać też o kilku sprawach:





nie zaleca się używania do czyszczenia sprężonego powietrza w puszce ani żadnych aerozoli. W trakcie
rozprężania gazów następuje gwałtowne ochłodzenie otaczającego powietrza i skraplanie się wody, która
może zanieczyścić złącze
wszelkie płyny użyte przy czyszczeniu złącza należy usunąć z czoła ferruli przed ponownym podłączeniem
złącza. Płyny mogą jedynie rozpuścić tłuszcz lub odkleić uporczywe zabrudzenie. Żaden płyn odparowując nie
zabiera ze sobą cząstek stałych. Jeżeli pozostawimy złącze do wyschnięcia bez usunięcia płynu
i rozpuszczonych w nim cząstek, to czyszczenie będzie nieskuteczne
czyszczenie powinno towarzyszyć każdej komutacji złącza
należy pamiętać, aby zawsze czyścić oba złącza w danym połączeniu
niezależnie od używanej metody czyszczenia przed dokonaniem komutacji należy zweryfikować czystość obu
złączy
Strona 10