วิทยาศาสตร์เบื้องหลังขั้วต่อไฟเบอร์ที่มีการสูญเสียต่ำ: การเปรียบเทียบวิธีการขัดเงา

1. บทนำ

ขั้วต่อไฟเบอร์ออปติกเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นในระบบการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อไฟเบอร์ออปติกเพื่อส่งสัญญาณแสง คุณภาพของขั้วต่อเหล่านี้มีความสำคัญต่อการรักษาความสมบูรณ์และประสิทธิภาพของสัญญาณที่ส่ง หนึ่งในปัจจัยสำคัญที่กำหนดคุณภาพของขั้วต่อไฟเบอร์คือวิธีการขัดที่ใช้ในระหว่างกระบวนการผลิต วิธีการขัดที่แตกต่างกันสามารถส่งผลให้เกิดระดับการสูญเสียการแทรกและการสูญเสียการสะท้อนกลับที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการประเมินประสิทธิภาพของขั้วต่อไฟเบอร์

2. ภาพรวมของวิธีการขัดขั้วต่อไฟเบอร์

2.1 วิธีการขัดสี่ขั้นตอน
วิธีการขัดสี่ขั้นตอนเป็นวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการผลิตขั้วต่อไฟเบอร์ ประกอบด้วยขั้นตอนดังต่อไปนี้:
การลบคม: ขั้นตอนเริ่มต้นนี้จะลบการเคลือบป้องกันหรือ "แพ็คเกจกาว" ออกจากขั้วต่อไฟเบอร์ สำหรับขั้วต่อที่มีปลอกเซรามิก เช่น ประเภท FC, SC, ST และ LC มักใช้แผ่นขัดซิลิคอนคาร์ไบด์ (เช่น SC30/15) สำหรับการลบคม
การขัดหยาบ: วัตถุประสงค์ของการขัดหยาบคือการลบวัสดุจำนวนมากออกจากหน้าปลายของขั้วต่ออย่างรวดเร็ว ขนาดกรวดของแผ่นขัดเพชรที่แตกต่างกันจะถูกใช้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะ ตัวอย่างเช่น สามารถใช้แผ่นขัดเพชร D9, D6 หรือ D3 สำหรับขั้นตอนนี้
การขัดกึ่งละเอียด: ขั้นตอนนี้จะปรับปรุงหน้าปลายของขั้วต่อให้ละเอียดขึ้น ลดความหยาบของพื้นผิวและเตรียมพร้อมสำหรับการขัดเงาขั้นสุดท้าย แผ่นขัดเพชร D1 มักใช้สำหรับการขัดกึ่งละเอียด
การขัดละเอียดและการขัดเงา: การขัดละเอียดด้วยแผ่นขัดเพชรที่มีกรวดละเอียดกว่า (เช่น D0.5) ตามด้วยการขัดเงาโดยใช้แผ่นขัดและของเหลวขัดเฉพาะ สำหรับขั้วต่อปลอกเซรามิก APC จะใช้แผ่นขัดเพชรที่มีกรวดใหญ่ก่อนเพื่อสร้างมุม 8 องศาบนหน้าปลาย จากนั้นจึงใช้ลำดับการขัด D9-D1-ADS สำหรับขั้วต่อปลอกพลาสติก เช่น ประเภท MT-RJ จะใช้ชุดแผ่นขัดที่แตกต่างกัน (เช่น SC30/15-SC9-SC6-SC3-SC1) และวัสดุขัด (หนังสีดำ + ของเหลวขัดเซอร์เรียมออกไซด์กับแผ่นขัดแก้ว)
2.2 ความสำคัญของสื่อกลางและพารามิเตอร์การขัด
น้ำมักถูกใช้เป็นสื่อกลางในการขัดในกระบวนการขัดขั้วต่อไฟเบอร์ การเลือกใช้สารขัดเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากมีผลโดยตรงต่อผลการขัด หลักการทั่วไปคือแผ่นขัดควรแข็งกว่าชิ้นงาน ในขณะที่แผ่นขัดควรนุ่มกว่า ตัวอย่างเช่น ในการขัดขั้วต่อ APC มักใช้ฟิล์มขัด ADS/เซอร์เรียมออกไซด์ + ของเหลวขัด SiO2 และใช้แผ่นขัดยาง

3. การเปรียบเทียบขั้วต่อ APC และ UPC

3.1 โครงสร้างหน้าปลาย
ขั้วต่อ APC: ขั้วต่อ APC มีหน้าปลายที่เอียง 8 องศา การออกแบบที่เอียงนี้เกิดจากกระบวนการขัดและขัดที่แม่นยำ มุม 8 องศาช่วยให้แสงที่สะท้อนถูกนำไปยังเปลือกของไฟเบอร์ออปติกแทนที่จะสะท้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งช่วยลดการสูญเสียการสะท้อนกลับได้อย่างมาก
ขั้วต่อ UPC: ขั้วต่อ UPC มีหน้าปลายที่มีความโค้งเล็กน้อย ทำให้เกิดรูปร่างที่กลมมากขึ้นเมื่อเทียบกับขั้วต่อ PC (การสัมผัสทางกายภาพ) การออกแบบนี้มีเป้าหมายเพื่อให้เกิดการจัดแนวที่แม่นยำยิ่งขึ้นของไฟเบอร์ออปติก ส่งผลให้มีประสิทธิภาพทางแสงที่ดีขึ้น
3.2 ประสิทธิภาพทางแสง
การสูญเสียการสะท้อนกลับ: ขั้วต่อ APC มักมีการสูญเสียการสะท้อนกลับ ≥60 dB ซึ่งสูงกว่าการสูญเสียการสะท้อนกลับของขั้วต่อ UPC (≥50 dB) การสูญเสียการสะท้อนกลับที่สูงขึ้นบ่งบอกถึงการสะท้อนแสงที่น้อยลง ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการรักษาเสถียรภาพและความสมบูรณ์ของสัญญาณที่ส่ง โดยเฉพาะในระบบการสื่อสารด้วยแสงที่มีประสิทธิภาพสูง
การสูญเสียการแทรก: ทั้งขั้วต่อ APC และ UPC สามารถบรรลุการสูญเสียการแทรกต่ำ โดยทั่วไปน้อยกว่า 0.3 dB (และมักต่ำกว่านี้ ประมาณ 0.2 dB ในบางกรณี) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากช่องว่างอากาศที่เล็กกว่าในขั้วต่อ UPC/PC พวกเขาอาจมีแนวโน้มที่จะบรรลุการสูญเสียการแทรกที่ต่ำกว่าในบางสถานการณ์ แต่สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าการสูญเสียการแทรกอาจได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น ฝุ่นละอองบนหน้าปลายขั้วต่อ
3.3 สถานการณ์การใช้งาน
ขั้วต่อ APC: ขั้วต่อ APC มักใช้ในแอปพลิเคชัน RF ช่วงความยาวคลื่นสูง เช่น ระบบ CATV (โทรทัศน์ผ่านสายเคเบิล) การออกแบบหน้าปลายที่เอียง 8 องศาช่วยปรับปรุงคุณภาพของสัญญาณโทรทัศน์ ซึ่งมักอิงตามการมอดูเลตแสงแบบแอนะล็อก ในแอปพลิเคชันเหล่านี้ การสะท้อนที่ลดลงจากขั้วต่อ APC ป้องกันการรบกวนกับสัญญาณการส่งและความเสียหายต่อแหล่งกำเนิดเลเซอร์
ตัวเชื่อมต่อ UPC: ตัวเชื่อมต่อ UPC ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในเครือข่ายพื้นฐาน การส่งสัญญาณโทรทัศน์ และระบบโทรศัพท์ พื้นผิวที่ดีกว่าและการสูญเสียการสะท้อนกลับที่ต่ำกว่าของพวกมันเมื่อเทียบกับตัวเชื่อมต่อ PC ทำให้พวกมันเหมาะสำหรับการใช้งานการสื่อสารด้วยแสงทั่วไปหลากหลายประเภท

การเลือกสารขัดในการขัดเงา

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการเลือกสารขัด
วัสดุของตัวเชื่อมต่อ: วัสดุของปลอกตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์ (เช่น เซรามิกหรือพลาสติก) มีบทบาทสำคัญในการกำหนดสารขัดที่เหมาะสม สำหรับตัวเชื่อมต่อปลอกเซรามิก แผ่นขัดเพชรมักถูกใช้เนื่องจากความแข็งและความสามารถในการขัดที่แม่นยำ สำหรับตัวเชื่อมต่อปลอกพลาสติก จำเป็นต้องใช้สารขัดและวัสดุขัดเงาประเภทต่าง ๆ เพื่อหลีกเลี่ยงการทำลายวัสดุพลาสติก
ระดับการขัดเงาที่ต้องการ: ระดับการขัดเงาที่ต้องการสำหรับปลายหน้าของตัวเชื่อมต่อยังมีอิทธิพลต่อการเลือกสารขัด สารขัดที่มีกริตละเอียดจะถูกใช้เพื่อให้ได้พื้นผิวที่เรียบเนียนขึ้น ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการลดการสูญเสียการแทรกและปรับปรุงการสูญเสียการสะท้อนกลับ
พารามิเตอร์กระบวนการขัดเงา: พารามิเตอร์การขัดเงา เช่น แรงกดในการขัด ความเร็ว และเวลา จำเป็นต้องพิจารณาเมื่อเลือกสารขัด สารขัดต่าง ๆ อาจต้องการเงื่อนไขการขัดเงาที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด
สารขัดทั่วไปและลักษณะของพวกมัน
แผ่นขัดเพชร: แผ่นขัดเพชรถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในขั้นตอนการขัดหยาบและละเอียดของการขัดเงาตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์ พวกมันมีขนาดกริตต่าง ๆ ตั้งแต่หยาบ (เช่น D9) ไปจนถึงละเอียด (เช่น D0.5) เพชรเป็นวัสดุที่แข็งมาก ทำให้มันเหมาะสำหรับการกำจัดวัสดุอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพจากปลายหน้าของตัวเชื่อมต่อ
ฟิล์มขัดเซอเรียมออกไซด์: ฟิล์มขัดเซอเรียมออกไซด์มักถูกใช้ในขั้นตอนการขัดเงาขั้นสุดท้ายเพื่อให้ได้พื้นผิวที่มีคุณภาพสูง มันมีคุณสมบัติการขัดที่ดีและสามารถกำจัดข้อบกพร่องบนพื้นผิวที่เหลืออยู่และ (ชั้นที่ถูกปรับเปลี่ยน) บนปลายหน้าของตัวเชื่อมต่อได้อย่างมีประสิทธิภาพ ชั้นที่ถูกปรับเปลี่ยนเป็นชั้นบาง ๆ ของวัสดุที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการขัดและสามารถส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพทางแสงของตัวเชื่อมต่อ โดยการใช้ฟิล์มขัดเซอเรียมออกไซด์ ความหนาและดัชนีหักเหของชั้นที่ถูกปรับเปลี่ยนสามารถลดลงได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการสูญเสียการสะท้อนกลับ

ผลกระทบของคุณภาพการขัดเงาต่อประสิทธิภาพของตัวเชื่อมต่อ

พารามิเตอร์การประเมิน
คุณภาพของการขัดเงาตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์ถูกประเมินตามพารามิเตอร์สำคัญหลายประการ รวมถึงรัศมีความโค้ง การเยื้องของยอด และการยุบตัวของแกนไฟเบอร์ พารามิเตอร์เหล่านี้จำเป็นต้องอยู่ในช่วงที่เฉพาะเจาะจงเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสัมผัสทางกายภาพที่ดีระหว่างปลายหน้าของไฟเบอร์ทั้งสอง นอกจากนี้ การมีรอยขีดข่วนหรือสิ่งปนเปื้อนอื่น ๆ บนปลายหน้าของตัวเชื่อมต่อควรถูกลดลงให้น้อยที่สุด และตัวเชื่อมต่อควรตอบสนองความต้องการสำหรับการสูญเสียการแทรกต่ำและการสูญเสียการสะท้อนกลับสูง

การศึกษาทดลอง
การศึกษาทดลองได้แสดงให้เห็นว่าการเลือกวิธีการขัดเงาและสารขัดสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพทางแสงของตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์ ตัวอย่างเช่น การใช้แผ่นขัดเพชรที่มีกริตละเอียดและฟิล์มขัดเซอเรียมออกไซด์ในกระบวนการขัดเงาสามารถทำให้ตัวเชื่อมต่อมีการสูญเสียการแทรกต่ำและการสูญเสียการสะท้อนกลับสูงขึ้น ความหนาและดัชนีหักเหของชั้นที่ถูกปรับเปลี่ยนยังสามารถลดลงได้ผ่านการขัดเงาที่เหมาะสม ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของตัวเชื่อมต่อ

บทสรุป

สรุปได้ว่า วิทยาศาสตร์เบื้องหลังตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์ที่มีการสูญเสียต่ำมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับวิธีการขัดเงาที่ใช้ในระหว่างการผลิต วิธีการขัดเงาแบบสี่ขั้นตอน พร้อมกับการเลือกสารขัดอย่างระมัดระวัง มีบทบาทสำคัญในการบรรลุประสิทธิภาพทางแสงที่ต้องการของตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์ ตัวเชื่อมต่อ APC และ UPC ที่มีโครงสร้างปลายหน้าต่างกันและลักษณะทางแสงที่แตกต่างกัน เหมาะสำหรับการใช้งานต่าง ๆ ในด้านการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก โดยการเข้าใจหลักการของการขัดเงาตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์และปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการเลือกสารขัด ผู้ผลิตสามารถผลิตตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์คุณภาพสูงที่ตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการส่งสัญญาณแสงที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ การวิจัยในอนาคตในด้านนี้อาจมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงเทคนิคการขัดเงาและพัฒนาสารขัดใหม่ ๆ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพทางแสงที่ดียิ่งขึ้นและลดต้นทุนการผลิต