Сварка оптоволокна.

Нет сомнения, технологии соединения оптических волокон непрерывно совершенствуются. Повышается надежность, снижается стоимость, упрощается инструмент... Но не смотря ни на все инновации сварное соединение по прежнему остается самым качественным и самым недорогим способом.

Но есть одна оговорка - высокая стоимость оборудования для сварки волокон. На этом факте придется остановиться подробнее.

Физический принцип сварки прост. Нужно очистить волокно от буфера, обеспечить его ровный скол (с точностью до 1 градуса). Зафиксировать в сварочном аппарате. Затем сблизить торцы волокон, оплавить их, после чего расплавить с одновременным сведением. Но когда дело доходит до мелочей, становятся видны сложности.

Во-первых, нужен очень ровный скол волокна. Если для клеевого соединения в качестве скалывателя можно использовать даже бритвочку (а приличный инструмент стоит от $50-100), то для сварки этого совершенно не достаточно. Скалыватели напоминают маленькие станки, и стоят от нескольких сотен до 2-3 тысяч долларов.

Во-вторых, торцы волокон перед сваркой нужно очень точно совместить. В принципе, это можно сделать и механически, при помощи микроскопа и микровинтов. Но юстировка в двух плоскостях дело не простое, трудоемкое, и не слишком точное. Поэтому механические аппараты уже давно не применяются, они вытеснены дорогими автоматическими или полуавтоматическими устройствами.

Большинство из современных моделей использует систему выравнивания волокон по изображению в параллельном пучке света (PAS-система). При таком методе юстировки волокна освещаются сбоку параллельным пучком света так, что оболочка и сердцевина фокусируют свет, действуя как цилиндрические линзы. Таким образом формируется изображение, на котором видны границы сердечника (это особенно важно) и оболочки волокна, что позволяет определить эксцентриситет в каждом из волокон.

Такая система особенно распространена в аппаратах японских производителей. Она используется и для грубой юстировки, и для тонкой подстройки волокон.

У европейских производителей PAS-система используется для грубой настройки. Тонкая юстировка у аппаратов фирмы Siemens осуществляется по максимуму мощности излучения, передаваемого через сварное соединение (LID-система). У аппаратов фирмы Ericsson тонкая настройка осуществляется по тепловому изображению сердцевины и оболочки в дуге электрического разряда.

И в-третьих, кроме проблемы выравнивания есть сложности при сварке разных типов волокон. Это в общем менее важно, чем юстировка, но длительность и интенсивность электрической дуги то же имеет значение.

Более того, на самых современных моделях применяются сложные алгоритмы повышения качества соединения. Например, оси волокон предварительно разводятся на такое расстояние, на которое (согласно компьютерному расчету) надо развести оси сердцевины волокон для совмещения их силами поверхностного натяжения при сварке.

Такие меры позволяют достигать минимальных потерь на соединение на сварном стыке (порядка 0,02 дБ), что в десятки раз меньше, чем при использовании других технологий.

Как ни странно на первый взгляд, сварка более качественна, чем наклейка разъемов, при которой само промежуточное соединение отсутствует. Проблема тут в сложности ручной полировки торцов разъемов. Для обеспечения точности работ нужен мощный 400-кратный микроскоп, измеритель обратных потерь, специальные пасты, и желательна химическая полировка на последней стадии. Кроме этого, при "полевой" работе затруднительно соблюдение геометрии керамического наконечника.

Однако, все вышесказанное имеет большое значение только для серьезных магистральных каналов. Но в случае небольшой разводки масштаба микрорайона преимуществом "в потерях" сварка не обладает.

Поэтому основными достоинствами сварки будет долговечность, надежность, и невысокая стоимость соединения (если не учитывать стоимость оборудования). Учитывая появление на рынке б/у сварочных аппаратов стоимостью менее пяти тысяч долларов, сварка становится вполне привлекательным способом при активном использовании оптоволокна.

Особенно удобна сварка при соединении кабелей в муфтах (т.е. там где стандартные разъемы просто не нужны). Именно такой случай рассмотрен в следующем примере.

Следующий чердак можно назвать кошмаром сетестроителя, но именно на нем нужно установить муфту на оптоволоконный кабель.

Рис. 3.18. Кошмар сетестроителя.

Разделка кабеля делается вполне традиционным способом. Снятие буфера то же. Но вот для скалывания применялся следующий аппарат (стоимость около $1500):

Рис. 3.19. Прецезионный скалыватель.

Работа с таким инструментом проста и по сути не требует навыков. Скалывать "взводится", в него вкладывается конец волокна. Затем пружина освобождается, нож падает, и... Скол готов.

Рабочее место в данном (экстремальном) варианте было сделано из подручного материала.

Рис. 3.20. Рабочее место сварщика.

Вместо стула - ведро. Стол - кусок ДСП, установленный на 4 стопках кирпичей. Смотреть страшно. Кругом голубиный помет. И на всем этом стоит аппарат за 18 тысяч долларов.

Все кабеля перед сваркой заведены в муфту-треххвостку, их оболочки намертво закреплены на специальной площадке. Модули сняты. После этого работа идет только с волокнами.

Сварка на автомате Fujikura выглядит не романтично. Волокно вкладывается в аппарат, фиксируется простыми зажимами, и... все. Совмещение, сварка, проверка - все на автомате, да еще с показом процесса на жидкокристаллическом мониторе. Главное, не забыть вовремя надеть трубочку защитной гильзы.

После сварки автомат проверит прочность соединения на разрыв и приблизительно измерит качество шва.

Конечно, перед работой есть этап настройки на волокно, но он не занимает много времени.

После сварки место стыка волокон герметизируют гильзой (термоусадочной трубочкой, с вставленным внутрь для жесткости металлическим штырьком). Для нагрева гильз на сварочном аппарате предусмотрено специальное приспособление-печка.

Рис. 3.21. Муфта изнутри.

Затем получившуюся гильзу аккуратно укладывают в гнездо муфты, если такое есть в наличии. Самодельщики - просто приклеивают на скотч. Результат не так красив, но муфту можно сделать из первой попавшейся герметичной коробки. Но вообще говоря, серийные муфты стоят не дорого (от $30), и заменить их чем-то сторонним без катастрофической потери качества сложно.

Желательно только промаркировать волокна (даже если муфта неразборная, она служит десятки лет, за это время может случиться всякое). Не помешает положить внутрь мешочек с силикогелем для поглощения влаги.

Герметизируется вся конструкция при помощи толстой пластиковой трубы, и термоусадочных чехлов с отводами под кабеля, закрывающих края. Изнутри чехлы покрыты специальным клеем. При нагревании тепловым пистолетом все схватывается намертво. Главное не перегреть, не расплавить сам кабель.

Рис. 3.22. Готовая муфта.

Так выглядит готовая конструкция. При достаточно неприглядном внешнем виде у соединения меньше шансов пострадать от рук вандалов, поэтому крепеж выполнен нарочито небрежно и неаккуратно.