Виды соединений оптических волокон (оптические коннекторы)

27 февраля 2025

ВОЛС

На сегодняшний день существует два основных вида соединений оптического волокна – сварное и механическое, каждое из которых имеет ряд преимуществ и недостатков.

Сварное соединение

Сварное соединение волокна применяют для минимизации потерь на больших расстояниях по сравнению с другими видами соединений при монтаже магистральных оптоволоконных линий, которые невозможно было бы проложить без использования соединений. Средняя строительная длина участка линии как правило 2-5 км. Сварные соединения являются неразъемными и требуют применения дорогостоящего сварочного оборудования. Тем не менее, дороговизна использования соединения компенсируется главным преимуществом – малыми потерями. Подробнее о сварных соединениях вы можете узнать из нашей статьи.

Механические соединения можно разделить на два подвида – условно неразъемные и разъемные соединения, они же оптические коннекторы.

Механические неразъемные соединения

Одно из первых механических соединений, которое появилось после волоконной сварки – соединение с помощью сплайсов (специальных механических соединителей).

Необходимость этого соединения возникла ввиду того, что технология создания сварочных аппаратов была уникальной, а уникальность порождает высокую стоимость.

Технология механического неразъемного соединения в чем-то похожа на сварку, осуществляется она также с помощью специального оборудования. Как и при сварке, два конца волокна подготавливаются для монтажа, после чего закладываются внутрь специального аппарата, аппарат производит скол волокон и вводит их в сплайс (на фото ниже), внутри которого находится гель, для минимизации потерь и обратного отражения.

Это пластиковая конструкция, которая используется для центровки волокна и защиты соединения от повреждения.

Сплайсы для неразъемного механического соединения

Со временем технологию сварки волокон подхватили в других странах, сварочные аппараты стали компактнее, а их стоимость уменьшилась в несколько раз. При этом механическое неразъемное соединение всегда требует наличие дорогих расходных материалов - сплайсов, не позволяя в итоге сделать достаточно надежное соединение с минимально возможными потерями, как это может сделать сварка. Также к таким соединениям есть ряд условий и ограничений по использованию. В частности, по особенностям монтажа и внешним условиям. Это и стало причиной, по которой данный вид соединения сейчас практически не встречается.

Механические разъемные соединения (оптические коннекторы)

В локальных сетях и при тестировании линий связи требуется применение многократно разъемного соединения, для которого величина потерь мощности не имеет такого значения, как при проектировании магистральной линии.

Для таких задач и используют механическое разъемное соединение. Оно состоит из двух элементов – адаптера и коннектора, внутри которого наконечник с волокном с одним из возможных типов полировки, которые будут разобраны далее.

Применяемые типы полировок

Под полировкой волокна подразумевают оформление торцевых частей волокон, которыми они соприкасаются между собой при механическом соединении. К торцевым частям волокна применяются высокие требования ввиду того, что важно обеспечить плотное прилегание торцов коннекторов друг к другу для уменьшения обратного отражения. Если торцевая часть волокна недостаточно гладкая, то сердцевины двух волокон будут располагаться не параллельно, возникнет препятствие для прохождения света и появятся большие потери. Не рационально изготавливать торец волокна строго цилиндрическим ввиду того, что сложнее будет обеспечить соосность двух волокон.

По этой причине края торцов стали усекать, получив самый первый тип коннектора – PC (Physical Contact).

Данный тип коннектора сейчас считается устаревшим, ему на смену пришла полировка UPC (Ultra Physical Contact), отличающаяся более усеченными краями, и, как следствие, большей соосностью волокон и меньшим отражением. Для сравнения: обратные потери при полировке PC будут порядка -35 дБ, а при полировке UPC достигают величины до -50 дБ (чем больше значение отражения по модулю, тем лучше).

Отдельно от них стоит тип полировки APC (Angled Physical Contact), или же “косой тип полировки”. Его особенностью является заметная невооруженным глазом полировка под углом 8 градусов. Такая полировка не позволяет соединять между собой волокна APC и UPC, но это неудобство компенсируется малыми значениями обратного отражения (порядка -60 дБ). Как видно из рисунка ниже, проходящий свет через APC коннекторе при обратном отражении от торца рассеивается под углом и либо не поступает на фотодетектор и/или источник сигнала, либо сильно ослабевает, тем самым не искажая результаты измерений и передачи. Важно понимать, что полировка влияет лишь на обратное рассеяние, а не на вносимое затухание в линию.

Прямое и обратное прохождение света через UPC и APC волокно

Внешне отличить тип полировки можно невооруженным глазом, плоская и косая полировка представлена ниже.

APC и UPC полировка соответственно

Определить тип полировки волокна можно не только по торцу феррулы, но и по цвету адаптера. Зеленым цветом обозначают конец волокна с APC полировкой, а остальными – с полировкой UPC. Такое различие упрощает определение типа используемого волокна и исключает ошибки при их соединении. Примеры одинаковых коннекторов с разными типами полировок можно будет увидеть в следующем разделе.

Типы коннекторов оптического волокна

Оптический коннектор – это устройство, предназначенное для соединения оптических волокон, обеспечивающее передачу светового сигнала между ними. Он обеспечивает минимальные потери света и защиту соединений от внешних воздействий.

Коннекторы могут быть выполнены в следующих исполнениях:

- FC (Ferrule Connector): наиболее надежный коннектор из ниже представленных. Внешне отличается от других коннекторов металлической конструкцией с внутренней резьбой, обеспечивающей надежность соединения, а ключ на корпусе (виден на фотографии) позволяет дать однозначное положение коннектора в соединении с разъемом и обеспечивает отсутствие проворота корпуса при завинчивании и эксплуатации. Однако, если резьбовое соединение будет выполнено некачественно, то резьба может заклинить, что помешает в дальнейшем открутить коннектор. Также некачественная резьба приводит к большим потерям мощности из-за нарушения соосности. Применяется там, где нужна высокая надежность подключения, как, например, в лабораторном оборудовании;

FC/APC и FC/UPC коннекторы

- SC (Square Connector): обеспечивает менее надежное, но более практичное соединение, которое часто можно встретить у себя дома, если у вас проведен оптоволоконный интернет, а также в PON (Passive Optical Network)-сетях;

SC/APC и SC/UPC коннекторы

- LC (Little Connector): очень схожий с SC разъем, имеющий такое преимущество как компактность, благодаря которой LC-коннектор нашел широкое применение в сетях с большим количеством портов. Компактность выражается не только в размере соединения, но и в диаметре самой феррулы – он в 2 раза меньше чем у других упомянутых типов коннекторов. Из компактности вытекает и меньший ресурс соединения. Применяется в кроссах высокой плотности, где может поместиться 32 LC-коннектора;

LC/APC и LC/UPC коннекторы

На примере LC-коннектора удобнее всего разобрать его внутренние составляющие, которые будут схожими и у других соединений. Ключевым элементом соединения является феррула коннектора с пружиной, которая нужна для обеспечения прижатия торца одного волокна к другому и снижения тем самым потерь на соединении. Для защиты и фиксации феррулы в разъеме эта конструкция вставляется в корпус, закрывается колпачком (надевается на коннектор для защиты от пыли и повреждений при хранении или транспортировке) и дополнительно прижимается хвостовиком, который необходим для снижения перегиба волокна около соединения.

LC-коннектор в разобранном состоянии

- ST (Straight Tip): имеет достаточно необычный способ соединения – байонетный механизм. Особенность механизма состоит в том, что повышение натяжения кабеля способствует более прочному механическому соединению волокна. Это возможно обеспечить благодаря схожести соединения с FC-коннектором, но вместо резьбы используется поворотное соединение с последующим зацеплением. Однако, применение ограничено чувствительностью коннектора к вибрации. Применяются ST-коннекторы на многомодовых линиях.

ST-коннектор

- MPO (Multi-Fiber Push-On): многоволоконные коннекторы, используемые в дата-центрах, где не хватает компактности даже LC-коннекторов. Данный вид соединения может включать в себя от 12 до 72 оптических волокон и обеспечивать высокую пропускную способность, включая 100G и 400G Ethernet. Также преимуществом коннектора является «plug-and-play» технология, позволяющая производить соединение так же просто, как и в случае SC-коннектора. В отличие от других коннекторов, данный имеет «полярность», то есть коннектор с пинами может соединяться только с коннектором, который пинов не имеет.

MPO-Female коннектор (без пинов)

- E2000 – уникальный коннектор, у которого нет привычного защитного колпачка на фреулле, как у остальных коннекторов. В данном коннекторе защитную функцию выполняет крышка, которая автоматически отводится при соединении, снижается вероятность попадания грязи на торец волокна, а также защищает глаза от возможного излучения. В проходном адаптере для этих коннекторов также используется защитная шторка. Чаще всего этот тип коннекторов используется на магистральных линиях, где есть усилители и выходной сигнал может быть не безопасен для глаз, а попадание даже малейшей грязи может ухудшить качество сигнала или вывести коннектор из строя.

Коннектор Е2000 в закрытом и открытом состоянии

Какой бы ни был выбран разъем, вносимое затухание будет порядка 0,2-0,4 дБ.

В случаях, когда появляется необходимость из оптического волокна сделать волокно с коннектором в кратчайшие сроки, а иногда и в аварийных ситуациях, но в полевых условиях нет под рукой сварочного оборудования, то на помощь придут fast-коннекторы. Они представляют из себя корпус, внутрь которого вставляется оконцованное волокно, а на выходе расположен обыкновенный оптический коннектор (чаще всего SC). Преимуществом такой конструкции является скорость соединения, хоть и с большими по сравнению с патч-кордом оптическими потерями и отражениями, которые в небольших проектах или при необходимости быстрого монтажа не являются столь критичными. Для обеспечения качественного соединения необходимо произвести скол оптического волокна и обработать его, после чего вставить в корпус с иммерсионным гелем (ранее он использовался в неразъемных механических соединениях).

Fast-коннектор в собранном и разобранном состоянии

Типы оптических адаптеров

Оптические адаптеры являются специальным приспособлением для соединения двух коннекторов. Они используются на оптических кроссах для подключения линейного участка к активному оборудованию. На активном или тестовом оборудовании. Также, это может делаться в тех случаях, когда длины имеющегося патч-корда не хватает или в используемом устройстве используется другой тип коннектора (патч-корд имеет коннектор FC/UPC, а в измерительном приборе используется SC/UPC, в таком случае необходимо подключить дополнительный патч-корд, который хотя бы на одном конце будет иметь SC-разъем под прибор). Для описываемой цели применяются simplex-адаптеры. Используются адаптеры, у которых один тип коннектора, например SC-SC или переходной, например FC-SC.

Simplex-адаптеры

Для той же самой цели, но соединения двух пар волокон используются duplex-адаптеры. Как правило, это LC коннекторы, благодаря своим размерам называемые «коннекторами высокой плотности».

Duplex-адаптер LC/LC

Проходные фиксированные аттенюаторы

Очень похожими на адаптеры, но выполняющими иную функцию являются физические аттенюаторы. Физические аттенюаторы в волоконной оптике – это устройства, предназначенные для уменьшения мощности оптического сигнала, проходящего через волокно. Они используются в различных приложениях, включая тестирование и настройку оптических систем, а также для управления уровнем сигнала в сетях. Аттенюаторы могут быть как фиксированными, так и переменными, в зависимости от того, требуется ли постоянное или регулируемое ослабление сигнала.

SC-SC аттенюатор на 15 dB

Аттенюаторы обычно имеют два разъема, типа папа-мама, которые позволяют подключать в них патчкорд, а уже сам аттенюатор в адаптер. Т.е. они устанавливаются в разрыв между патчкордом и кроссом. Входной разъем принимает сигнал от источника, а выходной разъем передает ослабленный сигнал к следующему элементу системы. Ослабление может быть достигнуто различными способами, включая использование специальных материалов или конструкций, которые рассеивают или поглощают часть света. Важно правильно выбрать аттенюатор с нужным уровнем ослабления, чтобы избежать потери качества сигнала и обеспечить стабильную работу оптической сети.

Несовместимость APC и UPC полировок

При использовании любого из перечисленных типов адаптеров стоит помнить, что коннекторы с APC и UPC полировкой являются несовместимыми друг с другом. Несоответствие полировок приводит к отсутствию контакта между торцами и образованию воздушной прослойки между ними, что приводит к большим потерям на соединении.

Также при соединении UPC-APC может возникнуть значительное отражение сигнала. Это происходит из-за явления, которое было описано при рассмотрении различий типов полировки – свет из волокна с APC полировкой выходит не прямо, как в UPC, а под углом 8°, потому далеко не вся составляющая светового импульса может попасть во второй коннектор.

Загрязнение и повреждение оптического коннектора

Как уже было сказано, механическое разъемное соединение имеет множество применений, в которых оно сильно упрощает проведение монтажных и измерительных работ. Однако, преимущество механических соединений перед сварными является и их главной проблемой. Во время многократного разъединения на торцы волокна часто попадает грязь и влага, а даже маленькая пылинка может ухудшить качество передаваемого сигнала. Со временем грязь может въесться в торец волокна настолько сильно, что ее практически невозможно очистить. Поэтому важно заботиться о чистоте оптических коннекторов.

Услуги: Поверка оптического рефлектометра

Теги: ВОЛС

Детальное описание: