Сварочный аппарат для оптоволокна Fujikura FSM-100P+

Оптический сварочный аппарат FSM-100P+

Сварочный аппарат Fujikura FSM-100P+ для оптических волокон является старшей моделью в линейке ARCMaster® серии FSM-100/. Аппарат является универсальным решением, вобравшим в себя все функции и возможности остальных моделей, но с улучшенными характеристиками и собственными возможностями.

Аппарат позволяет сваривать волокна с диаметром оболочки до 1200 мкм, PM волокна (волокна с сохранением поляризации), LDF волокна. Возможность просмотра и выравнивания волокон по геометрии волокна с помощью системы EndView. Благодаря технологии State of the ARC® эти устройства задают новые стандарты в области сварки волокон, предлагая уникальные функции для упрощения процесса.

В ситуациях, где нужно получить высокое качество сварного соединение, нужен нестандартный подход или решение специфических задач – Fujikura FSM-100P+ станет универсальным решением, которое не требует выбора. С данным аппаратом можно решить любую задачу.

Система фиксации волокна "split v-groove" позволяет работать с диаметрами волокон от 60 до 2000 мкм (оболочка/покрытие) без замены V-образных канавок или прижимов.

Аппарат Fujikura FSM-100P+ Fusion Splicer превосходно справляется со слабоконтрастными волокнами, волокнами с сохранением поляризации, многосердцевинными волокнами, волокнами большого диаметра и другими специальными типами оптических волокон. Это достигается за счет двойной системы позиционирования: традиционного выравнивания по сердцевине (PAS) и инновационного выравнивания по профилю волокна (IPA).

Ключевое преимущество этих сварочных аппаратов – технология управления дугой, характерная для серии FSM-100P+/M+. Специальная калибровка дуги позволяет точно контролировать температуру в зоне сварки, что критично для термочувствительных материалов. Улучшенный охват дуги сохраняет форму некруглых волокон, а система совместного позиционирования волокна и электродов адаптируется под любой диаметр. Это одни из немногих аппаратов для сварки оптических волокон (Specialty Fiber Fusion Splicer), способных работать с образцами, имеющими критически короткую длину скола до 3 мм.

Почему ARCMaster® серии FSM-100

Типовые модели обычных телеком сварочных аппаратов ВОЛС имеют всего 6 моторов, позволяющих выравнивать и определять типы волокон. Они могут делать соединение оптических волокон с очень хорошим качеством. В отличие от телекоммуникационных моделей, серия Fujikura FSM-100 не просто соединяет волокна – она предоставляет инженерам инструмент для тонкой настройки параметров сварки оптоволокна под специфические материалы. Это делает серию ARCMaster® незаменимым оборудованием для научно-исследовательских институтов, производителей спецволокон, производителей лазерных систем и медицинского оборудования с применение волноводов, разработчиков волоконных датчиков и когерентных систем, где применяются PM волокна.

Основные особенности:

• Диаметр оболочки до 1200 мкм.
• Диаметр покрытия до 2000 мкм.
• EndView – выравнивание по геометрии волокон.
• Смещение дуги вдоль ОВ - Sweep Arc ±18 мм.
• Охват дугой ОВ большого диаметра Electrode Swing.
• Поддержка PM (PANDA, IPA, EndView).
• Память 2000 результатов.
• Поддержка ПО SpliceLab.
• Интерфейсы USB 2.0 и IEEE‑488.

Технологии, которые применяются в оборудовании ARCMaster® Fujikura FSM-100P+

Серию специализированных сварочных аппаратов Fujikura FSM‑100 (модели FSM-100M, FSM-100M+, FSM-100P, FSM-100P+) объединяют уникальные механические, оптические и программные решения, разработанные компанией Fujikura, для работы с волокнами больших диаметров (LDF), волокнами с сохранением поляризации (PMF) и другими нестандартными и специальными типами волокон.

Optimal Plasma Zone Control и Split-V-Groove — это связка двух запатентованных конструктивных решений компании Fujikura, которая формирует «гибкую» зону дуги и одновременно гарантирует точное позиционирование волокна. В результате FSM-100 способна одинаково надёжно сваривать как тонкие телеком-волокна диаметром 125 мкм, так и LDF-образцы диаметров до 1200 мкм, сохраняя низкие потери и минимальный риск дефектов.

Что такое Split-V-Groove

Split V-Groove — это подвижные V-образные канавки, состоящие из двух подпружиненных половин. При закрытии держателей половинки смыкаются и фиксируют волокно по оболочке в трех точках, при открытии расходятся, позволяя легко очистить канавку от загрязнений.

• Прочная карбидная вставка выдерживает многократные циклы нагрева и механических нагрузок
• Геометрия канавки охватывает диапазон диаметров от 60 до 1200 мкм, поэтому даже при использовании LDF волокно не «висит» над дном канавки

Преимущества

• Центровка ОВ без смены прижимов — экономит время при переходе со 125 мкм на 400 мкм и обратно.
• Чистка за секунды — половинки расходятся, внутренняя грань доступна для спиртовой салфетки.
• Снижение потерь за счёт равномерного давления и отсутствия горизонтального смещения.

На самом аппарате Fujikura FSM-100P+ это выглядит так

Что такое Optimal Plasma Zone Control

Эта функция управляет положением электрической дуги и расстоянием между электродами, добиваясь оптимальной ширины и температуры плазмы

• Micrometer Electrode Drive двигает электроды вперёд-назад с шагом 0.1 мм, меняя «фокус» дуги.
• На моделях FSM-100M+ и FSM-100P+ система Electrode Swing добавляет поперечные колебания, расширяя плазму ещё на 20–30 %.
• ПО автоматически выбирает одну из трёх методик калибровки дуги (Melt-back, Axis-offset, Realtime) под конкретный диаметр или тип стекла.

Технология Enhanced sweep arc

При использовании волокон с разными диаметрами может использоваться Sweep Arc (перемещение дуги) — каретки перемещаются, создавая протяжённую зону расплава, но дуга остаётся стабильной, так как её размеры и параметры заранее установлены.

Как технологии работают вместе

1. Универсальная система фиксация — Split-V-Groove выравнивает волокна по оболочке; метод PAS/WSI определяют сердцевину волокна.
2. Контроль положения и формы дуги — Optimal Plasma Zone Control подбирает зазор между электродами и мощность дуги, формируя оптимальное «пятно» ровно между волокнами.
3. Sweep Arc – осуществляет перемещение одновременно двух волокон, создавая протяжённую зону расплавления волокон, при этом мощность дуги остаётся стабильной, так как её размеры заранее установлены.
4. Сварка и оценка — после остывания Dual Splice-Loss Estimation рассчитывает затухание; благодаря равномерному нагреву оно обычно ≤ 0,03 дБ на SMF и ≤ 0,05 дБ на LDF.

Технологии юстировки волокон в сварках серии Fujikura FSM-100

Эти режимы применяются в сварках серии Fujikura FSM-100 (и их «старших» моделях серии LZM-100, где вместо электрической дуги для расплавления волокон используется CO2 лазер). Эти режимы нужны, чтобы точно совместить оптические оси и элементы напряжения волокон перед сваркой, особенно когда речь идёт о волокнах с сохранением поляризации (PMF), фотонно-кристаллических (PCF) и волокнах большого диаметра (LDF). Ключевая идея: каждая методика использует собственную схему освещения и обзора, а также алгоритм обработки изображения, а оператор, выбирая режим, балансирует между скоростью, универсальностью и достижимым PER (Polarization Extinction Ratio).

Набор алгоритмов выравнивания сердцевины/элементов напряжения:

1. Side View / PANDA‑PAS — совмещение в волокнах PANDA элементов напряжения.
2. IPA / IPA2 — поиск взаимного профиля яркости для нестандартных PMF.
3. End View (модели FSM-100M+ и FSM-100P+) - просмотр геометрии волокна с торца через поднимающееся зеркало с помощью LED‑подсветки.

Side-View / PANDA-PAS

Принцип работы

• Две боковые камеры (оси X и Y) фиксируют яркостный профиль PANDA-волокна; характерные «белые полосы» элементов напряжения служат визуальными маркерами угла поворота волокон относительно друг друга.
• Алгоритм PAS (Profile Alignment System) измеряет разницу фазовых срезов и поворачивает волокна до совпадения узора.

Преимущества метода PAS

• Скорость: типичное выравнивание менее 5 с.
• Высокая повторяемость: PER до 35–40 dB без ручной донастройки.

Ограничения

• Корректно работает только с волокнами, у которых элементы напряжения дают однозначный яркостный контрастный контур (PANDA / bow-tie).

Для специфических профилей (elliptical core, flat-clad PMF) точность падает; тогда применяют метод IPA.

IPA / IPA2 (Interrelation Profile Alignment)

Принцип работы

• Сварка делает «круговое сканирование» яркости: поворачивает волокно и снимает определенное количество кадров профиля на каждом градусе.
• Математически ищет максимум взаимной корреляции между левым и правым волокном и выбирает угол с лучшим совпадением профилей.

Рисунок. Профилирование по данным яркости для каждого градуса и сопоставление взаимосвязи левого и правого волокон

Отличие метода IPA от IPA2

Метод IPA2 обеспечивает данные профиля яркости с пониженным уровнем шума по сравнению с методом IPA. Это позволяет различать даже незначительные отличия в структуре волокон и производить выравнивание более точно.

Преимущества метода IPA

• Универсальность: работает с любым PMF, PCF и даже с многожильными (MCF) волокнами.
• Автонастройка: аппарат FSM-100 хранит «эталонные» IPA-профили; оператор один раз обучает аппарат под конкретный тип волокна.

Ограничения

• Время: сканирование и сравнение занимают 10 - 25 с.
• Для PANDA волокон быстрее использовать метод PAS.

End-View Observation & Alignment

Принцип работы

• В моделях FSM-100P+ и FSM-100M+ при использовании держателей серии FH-100-EV с помощью подсветки вводится свет вдоль оболочки; он выходит из торца и через зеркало попадает в камеру.
• Оператор видит реальную геометрию сердцевины (в т. ч. асимметрию PCF) и может вручную совместить волокна или сварить волокна в автоматическом режиме.
• Подсветка может вводиться через оболочку волокна через зажимы с подсветкой на самом аппарате или, если доступен второй торец волокна, то с использованием источников света EV-LS01.

Рисунок. Источник подсветки EV-LS01 для системы EndView аппаратов для сварки волокон Fujikura FSM-100P+ и FSM-100M+. Видна красная подсветка в торец волокна в момент работы системы выравнивания.

Рисунок. Принципиальная схема работы системы EndView аппарата для сварки Fujikura FSM-100P+ или FSM-100M+

Рисунок. Возможности системы EndView аппарата для сварки Fujikura FSM-100P+ или FSM-100M+

Преимущества

• Прямая визуализация сложных форм (honey-comb PCF, отображение кластеров MCF).
• XLDF-PM: даёт PER ≈ 30 дБ на волокнах диаметром более 800 мкм, где PAS/IPA теряют контраст.

Ограничения

• Скорость сопоставима с IPA; качество зависит от чистоты торца и равномерности подсветки.

Какой метод применять для каких волокон

Как видно из таблицы, метод IPA2 подходит для наибольшего количества специальных волокон.

• PANDA-PAS — максимально быстрое и точное выравнивание, если у волокна отчётливый «рисунок» элементов напряжения.
• IPA/IPA2 — универсальный метод «под всё», особенно если заранее обучить сварку под конкретный профиль.
• End-View — единственная опция, которая показывает сердцевину «в лоб», поэтому незаменима при XLDF-PM, PCF и сложных геометриях сердцевин.

Что такое Enhanced Sweep Plasma

В классической сварке дуга статична, а нагрев локален, что ограничивает длину конуса и приводит к «жестким» границам фазового перехода стекла. Fujikura поставила оба держателя на моторизированные каретки и запрограммировала синхронное движение под дугой к каждому краю и обратно.
Результат: стекло плавится постепенно, образуя вытянутую зону расплава; при обратном ходе конус остывает без резких границ, что уменьшает микротрещины и оптические помехи.

Чем полезна технология

1. Длинные конусы и MFD-адаптеры

При создании сварного соединения с лазерным излучателем или согласовании модовых полей нужен градиент 10–18 мм; без Sweep Plasma получалось бы максимум 3–4 мм.

2. XLDF-волокна и двойное стекло

Для оболочек ≥ 600 мкм равномерный прогрев критичен; в комбинации с Electrode Swing (колебанием электродов) достигается однородный объем расплава волокна даже для диаметров 1200 мкм

3. Применение для PCF

Плавное распределение температуры позволяет «подтягивать» стенки фотонно-кристаллических волокон без их вспучивания

4. Многожильные и асферические линзы

Сварка Fujikura FSM-100P может по сценарию «Special Functions» сделать пару sweep-проходов, а затем короткий нагрев с удержанием - получается шарик или параболический наконечник для коллимации луча

Технология Electrode Swing

Данная технология работает только на моделях FSM-100P+ и FSM-100M+

Electrode Swing превращает узкую дугу в широкое равномерное пятно плазмы. В сочетании с Optimal Plasma Zone Control и Enhanced Sweep Plasma даёт Fujikura FSM-100M+/P+ уникальную способность надёжно работать с волокнами диаметром до 1200 мкм, создавать длинные конусы и герметизировать PCF-структуры с минимальными потерями.

Механика

• В моделях FSM-100M+ и FSM-100P+ вольфрамовые электроды, которые формируют электрическую дугу, совершают синусоидальные колебания с амплитудой примерно 0,3–0,5 мм от их обычного положения
• Колебания синхронизированы с дугой: частота порядка 100-150 Гц, чтобы плазма оставалась непрерывной и без скачков температуры
• Управление параметрами (ON/OFF, ход, частота) доступно в меню Arc Settings → Electrode Swing; при включении система автоматически увеличивает зазор между электродами до 3 мм для сохранения правильной плотности дуги.

Расширенная калибровка дуги

Компания Fujikura внедрила Enhanced Power (Arc) Calibrations в серию FSM-100, чтобы оператор мог быстро подобрать оптимальную мощность и время дуги для любого диаметра волокна от 125 мкм телеком-волокон до 1200 мкм LDF. Система включает три взаимодополняющих метода (Melt-Back, Axis Offset-Back, Real-Time Auto), которые автоматически обучают сварку на образце волокна, сохраняют поправку в памяти и используют её в следующие циклы сварки. Это снижает угловые дефекты, предупреждает перегрев тонких волокон и гарантирует воспроизводимые потери ≤ 0,03 дБ на SMF и ≤ 0,05 дБ на LDF.

Почему это важно

Разные методы калибровки дуги (Enhanced Power Calibrations) устраняют главные «невидимые» причины брака при соединении волокон: неправильную мощность дуги и локальный перегрев. Благодаря трем автоматическим режимам FSM-100 дает наилучший и повторяемый результат даже через сотни циклов сварки без ручной подстройки, а оператору не нужно помнить параметры для каждого типа и диаметра волокна.

Сводная таблица различий моделей сварок серии FSM-100