1. Введение
Оптоволоконные разъемы являются важными компонентами в системах оптической связи, обеспечивая соединение оптических волокон для передачи световых сигналов. Качество этих разъемов жизненно важно для поддержания целостности и эффективности передаваемых сигналов. Одним из ключевых факторов, определяющих качество волоконных разъемов, является метод полировки, используемый в процессе их производства. Различные методы полировки могут приводить к различным уровням потерь на вставку и возвратных потерь, которые являются критическими параметрами для оценки производительности волоконных разъемов.
2. Обзор методов полировки волоконных разъемов
2.1 Метод четырехступенчатой полировки
Метод четырехступенчатой полировки является широко используемым подходом в производстве волоконных разъемов. Он состоит из следующих этапов:
Удаление заусенцев: Этот начальный этап удаляет защитное покрытие или "клеевой пакет" с волоконного разъема. Для разъемов с керамическими втулками, таких как типы FC, SC, ST и LC, обычно используются шлифовальные листы из карбида кремния (например, SC30/15) для удаления заусенцев.
Грубая шлифовка: Цель грубой шлифовки — быстро удалить значительное количество материала с поверхности разъема. В зависимости от конкретных требований используются алмазные шлифовальные листы разной зернистости. Например, для этого этапа могут использоваться алмазные шлифовальные листы D9, D6 или D3.
Полу-тонкая шлифовка: Этот этап дополнительно улучшает поверхность разъема, уменьшая шероховатость и подготавливая ее к окончательной полировке. Для полу-тонкой шлифовки обычно используются алмазные шлифовальные листы D1.
Тонкая шлифовка и полировка: Тонкая шлифовка с использованием алмазных шлифовальных листов с более мелкой зернистостью (например, D0.5) сопровождается полировкой с использованием специальных полировальных подушек и полировальных жидкостей. Для разъемов с керамическими втулками APC сначала используется крупнозернистый алмазный шлифовальный лист для создания угла 8 градусов на поверхности, а затем применяется последовательность полировки D9-D1-ADS. Для разъемов с пластиковыми втулками, таких как типы MT-RJ, используется другой набор шлифовальных листов (например, SC30/15-SC9-SC6-SC3-SC1) и полировальных материалов (черная кожа + полировальная жидкость с оксидом церия с стеклянной полировальной подушкой).
2.2 Важность полировальной среды и параметров
Вода часто используется в качестве полировальной среды в процессе полировки волоконных разъемов. Выбор абразивов имеет решающее значение, так как он напрямую влияет на эффект полировки. Общий принцип заключается в том, что шлифовальный лист должен быть тверже, чем обрабатываемая деталь, в то время как полировальная подушка должна быть мягче. Например, при полировке разъемов APC часто используется полировальная пленка ADS/оксид церия + полировальная жидкость SiO2, и применяется резиновая полировальная подушка.
3. Сравнение разъемов APC и UPC
3.1 Структура поверхности
Разъемы APC: Разъемы APC имеют поверхность с углом наклона 8 градусов. Этот угловой дизайн достигается с помощью точных процессов шлифовки и полировки. Угол 8 градусов позволяет направлять отраженный свет в оболочку оптического волокна, а не обратно к источнику света, что значительно снижает возвратные потери.
Разъемы UPC: Разъемы UPC имеют слегка изогнутую поверхность, формируя более округлую форму по сравнению с разъемами PC (Physical Contact). Этот дизайн направлен на достижение более точного выравнивания оптических волокон, что приводит к улучшению оптической производительности.
3.2 Оптическая производительность
Возвратные потери: Разъемы APC обычно обеспечивают возвратные потери ≥60 дБ, что выше, чем у разъемов UPC (≥50 дБ). Более высокие возвратные потери указывают на меньшее отражение света, что полезно для поддержания стабильности и целостности передаваемых сигналов, особенно в высокопроизводительных оптических системах связи.
Потери на вставку: Как разъемы APC, так и UPC могут достигать низких потерь на вставку, обычно менее 0.3 дБ (а в некоторых случаях даже ниже, около 0.2 дБ). Однако из-за меньшего воздушного зазора в разъемах UPC/PC они могут быть более склонны к достижению более низких потерь на вставку в определенных ситуациях. Но важно отметить, что на потери на вставку также могут влиять такие факторы, как пылевые частицы на поверхностях разъемов.
3.3 Сценарии применения
Разъемы APC: Разъемы APC обычно используются в оптических RF приложениях с высоким диапазоном длин волн, таких как системы CATV (кабельное телевидение). Дизайн с углом наклона 8 градусов помогает улучшить качество телевизионных сигналов, которые часто основаны на аналоговой оптической модуляции. В этих приложениях уменьшенное отражение от разъемов APC предотвращает помехи с передающими сигналами и повреждение лазерных источников.
Соединители UPC: Соединители UPC широко используются в базовых сетях, передаче телевизионных сигналов и телефонных системах. Их лучшая отделка поверхности и более низкие потери на возврат по сравнению с соединителями PC делают их подходящими для различных общих применений в области оптической связи.
4. Выбор абразивов в полировке
4.1 Факторы, влияющие на выбор абразивов
Материал соединителя: Материал втулки волоконного соединителя (например, керамика или пластик) играет значительную роль в определении подходящих абразивов. Для соединителей с керамической втулкой обычно используются алмазные шлифовальные листы из-за их твердости и способности достигать точной шлифовки. Для соединителей с пластиковой втулкой требуются различные типы абразивов и полировальных материалов, чтобы избежать повреждения пластика.
Желаемая степень отделки поверхности: Уровень отделки поверхности, необходимый для торцевой поверхности соединителя, также влияет на выбор абразивов. Для достижения более гладкой отделки поверхности, что необходимо для снижения потерь на вставку и улучшения потерь на возврат, используются абразивы с более мелким зерном.
Параметры процесса полировки: Параметры полировки, такие как давление, скорость и время полировки, необходимо учитывать при выборе абразивов. Различные абразивы могут требовать различных условий полировки для достижения наилучших результатов.
4.2 Общие абразивы и их характеристики
Алмазные шлифовальные листы: Алмазные шлифовальные листы широко используются на стадиях грубой и тонкой шлифовки полировки волоконных соединителей. Они доступны в различных размерах зерна, от грубого (например, D9) до мелкого (например, D0.5). Алмаз является чрезвычайно твердым материалом, что делает его подходящим для быстрого и эффективного удаления материала с торцевой поверхности соединителя.
Полировальная пленка из оксида церия: Полировальная пленка из оксида церия часто используется на заключительном этапе полировки для достижения высококачественной отделки поверхности. Она обладает хорошими полировальными свойствами и может эффективно удалять оставшиеся дефекты поверхности и (модифицированный слой) на торцевой поверхности соединителя. Модифицированный слой — это тонкий слой материала, который образуется в процессе шлифовки и может влиять на оптическую производительность соединителя. Используя полировальную пленку из оксида церия, можно уменьшить толщину и показатель преломления модифицированного слоя, тем самым улучшая потери на возврат.
5. Влияние качества полировки на производительность соединителя
5.1 Параметры оценки
Качество полировки волоконных соединителей оценивается на основе нескольких ключевых параметров, включая радиус кривизны, смещение апекса и углубление сердцевины волокна. Эти параметры должны находиться в определенных диапазонах, чтобы обеспечить хороший физический контакт между двумя торцевыми поверхностями волокон. Кроме того, наличие царапин или других загрязнений на торцевой поверхности соединителя должно быть минимизировано, и соединитель должен соответствовать требованиям к низким потерям на вставку и высоким потерям на возврат.
5.2 Экспериментальные исследования
Экспериментальные исследования показали, что выбор метода полировки и абразивов может значительно повлиять на оптическую производительность волоконных соединителей. Например, использование шлифовальных листов с мелким зерном алмаза и полировальной пленки из оксида церия в процессе полировки может привести к соединителям с более низкими потерями на вставку и более высокими потерями на возврат. Толщина и показатель преломления модифицированного слоя также могут быть уменьшены за счет правильной полировки, что дополнительно улучшает производительность соединителя.
6. Заключение
В заключение, наука, стоящая за низкопотерянными волоконными соединителями, тесно связана с методами полировки, используемыми при их производстве. Четырехступенчатый метод полировки, наряду с тщательным выбором абразивов, играет ключевую роль в достижении желаемой оптической производительности волоконных соединителей. Соединители APC и UPC, с их различными структурами торцевых поверхностей и оптическими характеристиками, подходят для различных применений в области оптоволоконной связи. Понимание принципов полировки волоконных соединителей и факторов, влияющих на выбор абразивов, позволяет производителям выпускать высококачественные волоконные соединители, которые соответствуют растущим требованиям к эффективной и надежной передаче оптических сигналов. Будущие исследования в этой области могут быть сосредоточены на дальнейшем улучшении методов полировки и разработке новых абразивов для достижения еще лучшей оптической производительности и снижения производственных затрат.
