© DIAMOND SA / 09-01 / 1

Leistung und Kompatibilität

Ein Vergleich zwischen unterschiedlichen Ferrulentechnologien

© DIAMOND SA / 09-01 / 2

Optische Schnittstelle

Die am weitverbreitesten Verfahren für die Verbindung Lichtwellenleiter mit Lichtwellenleiter:

lösbare Verbindungen (LWL-Stecker), quasi lösbare Verbindungen(z.B. mechanischer

Spleiss), nicht lösbare, feste Verbindungen (z.B. Schmelz-

Spleiss).

© DIAMOND SA / 09-01 / 3

Optische SchnittstelleIntrinsische Verluste

Unterschiede des LWL-Aufbaus (unvermeidbare Fehler).

Unterschiedliche Kernradien Numerische Apertur NA Brechungsindex-Profil (Profilparameter) (Kern Umformungen) (Kern Exzentrizität)

Different core diameter

Different numerical aperture

Different index profile

© DIAMOND SA / 09-01 / 4

Optische SchnittstelleExtrinsische Verluste

Ungenauigkeiten bei der Herstellung oder im DesignVerluste an Stirnflächen:

Reflexion Oberflächenqualität

(Rauhigkeit) Schnittwinkel (nicht

senkrechter Bruch)Verluste durch:

radialen Versatz (Koaxialität) Verkippung (Winkelfehler) axialen Abstand

Lateral offset

Angular misalignment

End distance

End angle

Reflection losses

Surface quality

© DIAMOND SA / 09-01 / 5

LWL-SteckerTypische Anforderungen

In einer lösbaren optischen Verbindung gibt es mehrere kritische Bedingungen, technische sowie kommerzielle, zu betrachten. Die wichtigsten sind:

niedrige Einfügedämpfung (IL) niedrige Rückflussdämpfung (RL) mechanische Zuverlässigkeit und lange

Lebensdauer hohe Packungsdichte hohe thermische Stabilität widerstandsfähiger und handlicher Aufbau marktgerechte Preise

© DIAMOND SA / 09-01 / 6

LWL-SteckerPrinzip Hochpräzise Ferrulen Hochpräzise Führungshülsen

Bronze oder andere Metalle sollten nicht eingesetzt werden, um Verunreinigungen der Stirnflächen zu vermeiden

Ferrulen und Hülsen innerhalb den entsprechenden Toleranzen erlauben eine genaue Ausrichtung der Faserkerne

© DIAMOND SA / 09-01 / 7

LWL-SteckerDie wichtigsten Parameter Der Hauptfaktor einer LWL-Verbindung ist die Exzentrizität. Die

Verluste werden niedrig gehalten, nur wenn die Faserkerne optimal ausgerichtet sind!

Schielwinkel (Tilt Angle) Insertion Loss

Lichtübertragung wird von der Stirnflächengeometrie stark beeinflusst.

Return Loss

© DIAMOND SA / 09-01 / 8

LWL-SteckerDie wichtigsten Parameter

Tilt angle distribution of centered plug according to DIAMOND factory specifications

Core eccentricity distribution according to DIAMOND factory specifications (measured values from production)

Tilt angle distribution

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9 1

(°)

Qua

ntity

(-)

Eccentricity distribution

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0

0.0

5

0.1

0.1

5

0.2

0.2

5

0.3

0.3

5

0.4

0.4

5

0.5

(m)Q

uant

ity (

-)

© DIAMOND SA / 09-01 / 9

LWL-SteckerFerrulen Technologien

DIAMOND Multi-Komponenten Ferrulen mit Neusilber Einsatz

Aktive Kernausrichtung Führung der

geometrischen Parameter

Monoblock Ferrulen aus Zirconia

„Tuning“ Prozess abhängige

geometrische Parameter

© DIAMOND SA / 09-01 / 10

LWL-SteckerNormen CECC 86275-802: 1998

Abmessungen Wert EinheitAB Max. 32 °

Theoretisch: 30°BB 0.0004 mm

Mit BB 0.4 mm wird die Lage der niedrigsten Dämpfung unerkennbar

CB 0.0015 mm

DB 0.0005 mm

AB AB

BBDB

CB

Active core aligned 0.4 m (0.5 m) no tuning !

Tuned connector 0.4 m 1.5m

tuning within 30° area !

© DIAMOND SA / 09-01 / 11

LWL-SteckerReferenzsteckerEin Referenzstecker muss perfekt sein!

Vollkommenheit heisst, dass alle Toleranzen, die in den Normen definiert sind, eingehalten werden.

Der besten Wert für die Exzentrizität ist 0 m, da dies genau dem geometrischer Zentrum der Ferrule entspricht.

Concentricity range using active aligned connectors against reference

Concentricity range using tuned connectors against reference

Ferrulendurchmesser (class 0) 2.499 -0/+0.0005 mm

Exzentrizität des Faserkernes im

Bezug auf die Ferrulenachse 0.0002 mm

Schielwinkel 0.2 °

Exzentrizität der sphärisch-polierten

Ferrulenstirnfläche 30 m

Visuelle Inspektion der Faser-

endfläche mit 200x Vergrösserung Keine Defekte auf

der Kernoberfläche

Max. Einfügedämpfung zwischen

zwei Referenzsteckern 0.15 dB

Visuelle Inspektion Jede 50 Steckzyklen

© DIAMOND SA / 09-01 / 12

LWL-SteckerStirnflächengeometrie

POLIERRADIUS 

FASERSTELLUNG

Fiber

Ferrule

10-30 mmradius

© DIAMOND SA / 09-01 / 13

LWL-SteckerStirnflächengeometrie

APEX OFFSETPOLIERWINKEL

Fiber

Ferrule

5-15 mmradius

8°(+/- .5°)

© DIAMOND SA / 09-01 / 14

Epoxy glue

E-Modules:ZrO2: 22.000 N/mm2

Cu-Ni Alloy 17.000 N/mm2

Silica 6.000 N/mm2

Ferrule mit Neusilber-Einsatz

ZrO2Cu-Ni Alloy Silica

Epoxy glue

ZrO2

Silica

ZrO2 Ferrule

E-Modules:ZrO2: 22.000 N/mm2

Silica 6.000 N/mm2

Eingesetzte Materialien und Eigenschaften

© DIAMOND SA / 09-01 / 15

Ferrule mit Neusilber-Einsatz ZrO2 Ferrule

15

0

m

126m

125m

125 m ist der ideale Faserdurchmesser.Der Innendurchmesser des Loches wird im Bezug auf Faserdurchmesser ausgewählt,

um das richtige Flächenverhältnis einzuhalten.

128m

vor dem Trocknen des Klebstoffesan die Faser angepasst

Geometrie der Ferrulen

© DIAMOND SA / 09-01 / 16

128m

is calibrated without glue

15

0

m

Faserstellung der DIAMOND Ferrule Der Druck an der Faserstirnfläche wird durch elastische Verformung des Klebstoffs

absorbiert. Diese Verformung entsteht aus der Dicke des Klebstoffes. Je grösser die Schichtdicke, desto mehr kann der Klebstoff sich verformen.

Der Bohrungsdurchmesser der Zirkonia-Neusilber Ferrulen ist an das Faserende angepasst. Die Dicke des Klebstoffs ist ziemlich gross im Verhältnis zur Abmessungen der Faser, so dass die Faser sich leicht verschieben kann, im Bezug auf den Druck des Gegensteckers. Die optische Eigenschaften werden, dank dieser „Flexibilität“ konstant gehalten.

Das niedrige Elastizitätsmodul des Glases und die hohe Anpassungsfähigkeit der Faserstellung erlauben einen breiten Toleranz-bereich, bezüglichder Höhe der Faser und des APEX.

© DIAMOND SA / 09-01 / 17

Die effektive Kontaktfläche hat einen Durchmesser von etwa 300 m.

Die Kontaktfläche ist senkrecht zur Faserachse.

Wenn die Stirnflächen zusammengepresst werden, wird eine elastische Verformung der konvex-polierten Fläche erzeugt.

Infolge seiner weicheren Material-eigenschaft, zeigt der Neusilber-Einsatz eine grössere elastische Verformung als die ZrO2-Ferrule.

Neusilber-Zirkonia und monobloc Zirkonia-Ferrulen sind weltweit problemlos im Einsatz !

Geometrie zwei zusammengesetzter Ferrulen

© DIAMOND SA / 09-01 / 18

Test ResultateIL-Messungen

Reference Diamond / Test monobloc

Insertion loss @ 1550 nm Average 0.1 dB STD 0.06 dB Max 0.28 dB 80 measurements

Reference monobloc / Test Diamond

Insertion loss @ 1550 nm Average 0.08 dB STD 0.03 dB Max 0.18 dB 80 measurements

Max offset: = 0.6 m

Estimated mean offset: = 0.3-0.4 m

Area of reference plug

Area of measured plugsMax offset:

= 1.75 m

Estimated mean offset: = 0.7-0.8 m

Area of measured

plugs

Area of reference plug

© DIAMOND SA / 09-01 / 19

Test ResultateGeometrie und Leistung

Correlation between geometry & optical parameters

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Samples [-]

Ecc

en

tric

ity

[um

] In

sert

ion

Lo

ss [

dB

]

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Eccentricity[um]

Tilt Angle [°]

IL @ 1310nm againstcentered Reference [dB]

IL @ 1550nm againstcentered Reference [dB]

Die gemessene Dämpfungswerte variieren im Bezug auf die Steckergeomtrie. Die vorher genannten Parameter, Exzentrizität und Schielwinkel,

müssen unbedingt unter Kontrolle sein!

© DIAMOND SA / 09-01 / 20

Test ResultateIL Vergleich

Comparison IL against batch master & IL against reference

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Sample [-]

IL [

dB

]

Measured IL @ 1550nm [dB]

IL @ 1550nm againstcentered Reference [dB]

Suplierspecs.

Die Messung gegen Referenz ist die einzige reproduzierbare Prozedur, die als allgemein gültige Anforderung akzeptiert werden kann.

© DIAMOND SA / 09-01 / 21

Test ResultateZusammenfassung

Attenuation as a function of w [°] & c [um]

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Concentricity c [um]

Til

t A

ng

le w

[°]

0.1 dB

0.2 dB

0.3 dB

0.4 dB

0.5 dB

0.6 dB

0.7 dB

0.8 dB 0.9 dB 1 dB

Area of Active Core Aligned 0.1 dB connectors

Area for Active Core Aligned 0.5 dB connectors

Area of Monobloc 0.1 dB connectors

Area of Monobloc 0.5 dB connectors

Measured monobloc sample plugs (various supplier)

Geometrie und optische Leistung eines LWL-Steckers sind direkt von einander abhängig.

Die Kompatibilität zwischen unterschiedlichen Steckertechnologien wird nur garantiert, wenn die Stecker alle normenentsprechende Toleranzen , bezüglich Geometrie und Oberflächenqualität, 100% aufweisen.

KLEINER SCHIELWINKEL

KLEINE EXZENTRIZITÄT

KLEINE DÄMPFUNG