Сварочный аппарат для волокон с сохранением поляризации S-12PM от компании Shanghai Shinho Fiber Communication
1. Общее описание сварочного аппарата
Сварочный аппарат (или просто сварочник) используется для сварки волокон, поддерживающих поляризацию, таких как «панда», «галстук-бабочка» и «эллипс». Данная модель также отлично подходит для сварки оптических волокон общего назначения: телекоммуникационные. Этот сварочник отличается тем, что благодаря функции автофокусировки качественно и без лишних усилий можно определить сердцевину различных волокон. На рисунке 1 представлен общий вид сварочного аппарата S-12PM.
Рисунок 1 – Общий вид сварочного аппарата S-12PM
Данная модель сварочных аппаратов имеет механизмы автоматического выравнивания микроподвижек и калибровки, благодаря чему можно быстро произвести калибровку режимов сварки и положений держателей. Производитель установил достаточно удобный графический интерфейс и простое управление, интуитивно понятное пользователю.
2. Комплектность оборудования
В стандартный комплект к сварочному аппарату входит (рис. 2):
- Сварочный аппарат для сварки волокон сохраняющие состояние поляризации (включая стандартные одномодовые и многомодовые);
- Пара держателей для волокон 80-125 мкм;
- Пара держателей для волокон 125-400 мкм;
- Скалыватель для волокон 125 мкм;
- Питание 12 В с сетевым кабелем;
- Стриппер для волокон 125 мкм;
- Пара электродов для замены;
- Флеш-карта с руководством пользователя;
- Бутылочка с помпой для спирта.
Рисунок 2 – Комплектация сварочного аппарата S-12PM
Сварочный аппарат направлен на работу с волокном 125 мкм, однако с волокном 80 мкм также можно производить сварку. При необходимости заказчик может дополнительно заказать стриппер и скалыватель на 80 мкм.
3. Описание сварочного аппарата
Сварочный аппарат состоит из стандартных блоков (рис. 3):
- Монитор для просмотра;
- Клавиатура для управления;
- Защитная крышка, под которой расположены все механизмы микроподвижек и объективов, для реализации сварки волокон;
- Нагревательный элемент, с помощью которого производится усадка деталей для защиты сварного соединения;
- Ручки-держатели для транспортировки сварочника и воздушное охлаждение.
Рисунок 3 – Описание сварочного аппарата S-12PM
Сварочник работает при подключении к розетке, однако для мобильных случаев предусмотрена мощная литиевая батарея, с помощью которой можно работать на сварочнике в любом удобном месте без подключения в розетку.
Сварочный аппарат позволяет сохранять режимы сварки на флеш-карту, что позволяет удобно использовать параметры сварки в дальнейшем. Для этого необходимо подключить флеш-карту и с помощью параметров на сварочнике сохранить данные на носитель. Также легко обновить программное обеспечение на сварочнике, необходимо подключить флеш-карту с обновленной версией программы и установить, следуя инструкции. Следует обозначить, что обновление выпускается не часто, установленная версия программного обеспечения стабильная и в постоянном обновлении не нуждается. В случае если необходимо обновление, производитель отправляет новую версию по почте официальному представителю, который в свою очередь может обновить сварочный аппарат.
В общем случае сварочный аппарат предназначен для сварки волокон с сохранением состояния поляризации разной геометрии, однако стандартные одномодовые и многомодовые волокна с диаметром по кварцу менее 125 мкм также можно сваривать. После сварки, как правило, сварочник производит тест на разрыв, прикладывая 2 Н на растяжение волокна. Типичные потери на сварке для одномодового волокна составляют 0,03 дБ; для многомодового волокна – 0,02 дБ; волокно с ненулевым смещением дисперсии – 0,05 дБ; волокно с сохранением состояния поляризации – 0,06 дБ.
4. Принцип работы сварочного аппарата
В настоящее время сварка оптических волокон упрощена за счет автоматических прецизионных методик калибровки и центровки оптических волокон. Волокна должны совпадать во всех трех плоскостях и совпадать должны не только оболочечная часть, но и сердцевины. Самый распространений метод выравнивания волокна – это выравнивание по сердцевине и по профилю показателя преломления (PAS – Profile Alignment System и IPA – Index Profile Alignment).
В сварочном аппарате S-12PM реализованы два метода выравнивания: PAS и End face, которые в свою очередь представляют аналогию методу IPA. При таком методе юстировки волокна освещаются пучком коллимированного некогерентного света так, что кварцевая оболочка и жила волокна фокусируют свет, действуя как цилиндрические линзы. Часть лучей претерпевают преломление на границах сердцевина/оболочка, вследствие чего в небольшой области за сердцевиной возникают провалы в распределении плотности световой энергии, которые в плоскости изображения наблюдаются в виде темных линий на светлом фоне. Юстировка волокна заключается в совмещении темных линий, соответствующих границам сердцевин первого и второго образцов. При этом формируется изображение, на котором видны границы оболочки и световедущей жилы волокна, что позволяет определить эксцентриситет в каждом из соединяемых волокон.
Другой очень важной системой детектирования и контроля волокон во время сварки является микроскоп или видеокамера с оптической системой (зеркала, призмы), которые применяются для точного позиционирования волокон друг относительно друга. В настоящее время чаще используют две видеокамеры, закреплённые в двух плоскостях (под углом 90°). При этом отпадает необходимость в прецизионных зеркалах и призмах, совмещающих изображение двух плоскостей на один экран.
Сварка волокон осуществляется под действием электрической дуги, которая вызывает плазменный разряд и сваривает волокна (рис. 4).
Рисунок 4 – Электрическая дуга во время сварки волокон
Температура электрической дуги в сварочном аппарате достигает 4800°С, когда температура размягчения кварцевого стекла 1400°C, а температура плавления примерно 1665°C.
В некоторых случаях необходимо делать сварку волокон под углом относительно друг друга. В данном случае есть специальная автоматическая программа, которая поможет это сделать вплоть до 45°. Такого рода сварки позволяют разделить свет на две поляризации: по быстрой оси и по медленной оси. Эти оси имеют разные групповые скорости, что приводит к фазовому набегу между компонентами по двум поляризациям.
5. Примеры сварки волокон
В качестве примеров для сварки выбраны следующие виды оптического волокна:
- Волокно с сохранением поляризации типа «панда». Геометрия по кварцу 125 мкм. Производитель YOFC, Китай;
- Волокно с сохранением поляризации типа «эллипс». Геометрия по кварцу 125 мкм. Производитель АО «НПО ГОИ им. С. И. Вавилова», Россия;
- Волокно с сохранением поляризации типа «панда». Геометрия по кварцу 80 мкм. Производитель ПАО «ПНППК», Россия;
- Одномодовое волокно с геометрией по кварцу 125 мкм. Производитель YOFC, Китай;
- Многомодовое волокно с геометрией 50/125 мкм. Производитель YOFC, Китай;
- Многомодовое волокно с геометрией 105/125 мкм. Производитель YOFC, Китай.
5.1. Волокно с сохранением поляризации типа «Панда». Геометрия по кварцу 125 мкм
Режим сварки автоматически записывается, и при экспорте данных его можно посмотреть в текстовом документе. Для стандартного волокна типа «панда» можно использовать два режима калибровки волокна: по торцам и по профилю. Если волокно не стандартное и в автоматическом режиме его сложно сфокусировать, то можно использовать ручной режим.
Режим сварки для образцов выбран по торцам (рис. 5) для наглядного представления.
Рисунок 5 – Торцы волокна перед сваркой
Таблица 1 – Режим сварки для РМ волокна типа «панда» 125 мкм
Наименование | Значение |
Loss | 0,02dB |
Pre-Fusion | 160ms |
Fusion Time | 2,5s |
Fusion Value | 045 |
Inner Temp | 22°С |
Outer Temp | 19°С |
Left Angle | 1,7 |
Right Angle | 0,6 |
Overlap | 008um |
Gap | 009um |
Рисунок 6 – Расчётное измерение экстинкции
5.2. Волокно с сохранением поляризации типа «эллипс». Геометрия по кварцу 125 мкм
Рисунок 7 – Торцы волокна перед сваркой
Таблица 2 – Режим сварки для РМ волокна типа «эллипс» 125 мкм
Наименование | Значение |
Loss | 0,02dB |
Pre-Fusion | 160ms |
Fusion Time | 2,5s |
Fusion Value | 060 |
Inner Temp | 28°С |
Outer Temp | 25°С |
Left Angle | 0,6 |
Right Angle | 1,0 |
Overlap | 008um |
Gap | 102um |
Рисунок 8 – Расчётное измерение экстинкции
5.3. Волокно с сохранением поляризации типа «панда». Геометрия по кварцу 80 мкм
Рисунок 9 – Торцы волокна перед сваркой
Таблица 3 – Режим сварки для РМ волокна типа «панда» 80 мкм
Наименование | Значение |
Loss | 0,02dB |
Pre-Fusion | 060ms |
Fusion Time | 2,5s |
Fusion Value | 056 |
Inner Temp | 22°С |
Outer Temp | 19°С |
Left Angle | 0,5 |
Right Angle | 0,5 |
Overlap | 004um |
Gap |
008um |
Рисунок 10 – Расчётное измерение экстинкции
5.4. Одномодовое волокно с геометрией по кварцу 125 мкм
Стандартное одномодовое волокно сваривалось в предустановленном автоматическом режиме для SM волокон.
Таблица 4 – Режим сварки SM волокна
Наименование | Значение |
Loss | 0,00dB |
Pre-Fusion | 160ms |
Fusion Time | 2,0s |
Fusion Value | 068 |
Inner Temp | 28°С |
Outer Temp | 25°С |
Left Angle | 1,0 |
Right Angle | 1,0 |
Overlap | 008um |
Gap | 102um |
Рисунок 11 – Расчётное измерение потерь
5.5 Многомодовое волокно с геометрией 50/125 мкм
Таблица 5 – Режим сварки МM волокна 50/125 мкм
Наименование | Значение |
Loss | 0,00dB |
Pre-Fusion | 250ms |
Fusion Time | 2,0s |
Fusion Value | 030 |
Inner Temp | 28°С |
Outer Temp | 25°С |
Left Angle | 0,6 |
Right Angle | 1,3 |
Overlap | 008um |
Gap | 102um |
Рисунок 12 – Расчётное измерение потерь
5.6 Многомодовое волокно с геометрией 105/125 мкм
Таблица 6 – Режим сварки МM волокна 105/125 мкм
Наименование | Значение |
Loss | 0,00dB |
Pre-Fusion | 250ms |
Fusion Time | 2,0s |
Fusion Value | 045 |
Inner Temp | 22°С |
Outer Temp | 19°С |
Left Angle | 0,6 |
Right Angle | 1,3 |
Overlap | 008um |
Gap | 102um |
Рисунок 13 – Расчётное измерение потерь
Примечательно, что для разной геометрии многомодового волокна режим автоматической сварки отлично подходит в обоих случаях. Установленные режимы сварки можно корректировать.
Компания «ЛЛС» выражает огромную благодарность Научному отделению №6 «Волокно» АО «НПО Государственного оптического института имени С.И. Вавилова» за предоставление образцов волокна с сохранением поляризации типа «эллипс», а также ПАО «ПНППК» за предоставление образцов волокна типа «панда» 80 мкм.
Сварочный аппарат находится в лаборатории «ЛЛС», при наличии вопросов и желании протестировать вы всегда можете обратиться к специалистам компании.
Данное оборудование протестировано инженерами АО «ЛЛС». При наличии дополнительных вопросов просим обратиться к специалистам компании.