POFの端面品質は光学損失にどのように影響する? 切断,磨き,コネクタ損失を説明

プラスチック光ファイバーは、終端処理が容易であるとよく言われます。小コア光ファイバーと比較して、比較的大きな光コアと広い開口角により、切断、コネクタの組み立て、および現場での設置がはるかに許容しやすくなります。

しかし、その利点は誤解を招く可能性があります。ファイバーコアが大きい場合、端面はあまり注意を払う必要がないということです。

実際には、POF端面の品質は、依然として「光結合」、「コネクタ挿入損失」、およびリンクの残りの「光パワーバジェット」に直接影響します。粗い切断、汚染、過度のギャップ、不適切な位置合わせ、またはコネクタの配置の不均一性はすべて、次のファイバーまたは光デバイスに到達する有用な光パワーの量を減らす可能性があります。重要な違いは単純です。大コアPOFはより多くの許容範囲を提供しますが、接続の基本的な光要件を排除するわけではありません。POF端面品質が重要な理由POF端面品質とは、終端での光結合に影響を与える表面の形状、仕上げ、清浄度、および位置合わせの状態を指します。大コアプラスチック光ファイバーであっても、欠陥、汚染、分離、または位置ずれは、次のファイバーまたは光デバイスに伝達される光パワーを減らし、接続損失を増加させる可能性があります。ファイバー終端は、ケーブルの機械的な端だけではありません。それは光インターフェースでもあります。そのインターフェースでは、送信ファイバーまたは光コンポーネントから出射される光は、受信ファイバー、検出器、またはコネクタ光学系に効率的に伝達される必要があります。これらの光学要素間の表面状態または幾何学的関係を変更するものはすべて、結合効率に影響を与える可能性があります。これが、比較的単純な現場終端を許容するシステムでも、切断と研磨が依然として重要である理由です。

大コアはより多くの許容範囲を意味し、無制限の許容範囲ではありません

産業用POFの主な利点の1つは、比較的大きな光断面積です。代表的な産業用1mmクラスのPOFシステムは、小コアガラスファイバーインターフェースよりもはるかに大きな光コアを使用しており、終端処理中に大きな幾何学的許容範囲を提供します。

これにより、位置合わせが容易になり、小さな位置決めエラーに対する許容範囲が増加します。

ただし、より大きな許容範囲を不適切な終端処理からの免除と混同しないでください。

大コアは、端面が完璧でなくても光を伝送し続けることができますが、結合される光パワーの量は依然として変化する可能性があります。深刻な粗さ、斜めの切断、汚染、過度の分離、または大きな位置ずれはすべて、利用可能なパワーマージンの一部を消費する可能性があります。

大コアPOFは終端処理が容易ですが、終端処理の品質は依然として光インターフェースがどれだけ効率的かつ一貫して機能するかを決定します。

POF端面で光に何が起こるか

光がプラスチック光ファイバーの端に到達すると、ガイド構造から出て次の光インターフェースに入ります。

理想的には、端面は制御された光学表面を提供し、可能な限り多くの有用な光パワーが対応するファイバーまたは光学要素に到達するようにします。

劣悪な表面はこの条件を変更します。

効率的に伝達される代わりに、光の一部は散乱、反射、再方向付けされるか、受信側の使用可能な許容領域に入らない可能性があります。

粗く不均一な表面は散乱を増加させます

粗い切断は、完全に制御された光学表面を作成しません。

微細な凹凸は個々の光線の方向を変更し、光エネルギーの一部を意図した受信領域から散乱させる可能性があります。

この効果は、光が突然ファイバーを通過しなくなることを意味するものではありません。これが、粗い切断のPOFが多くの短いリンクで依然として機能できる理由の1つです。

問題は効率です。

光パワーの一部が有用な結合幾何学的形状の外に散乱されると、受信パワーが減少します。したがって、接続はリンクに追加の損失を発生させます。

表面の角度も重要になる場合があります。ファイバーが明らかに軸から外れて切断されている場合、端面はファイバー経路に対して垂直ではなくなります。その後、出射光は、より不利な幾何学的形状で対応するインターフェースに提示され、再現可能な結合を低下させる可能性があります。

研磨は、より制御された端面を作成することにより、これらの効果を減らすために使用されます。

                                               粗いPOF端面と制御されたPOF端面

したがって、それは化粧仕上げステップではなく、光学プロセスとして理解されるべきです。

空気ギャップは光結合を減少させます

接続の両側が常に連続した光学パスを形成するとは限りません。

ファイバー端間、またはファイバーと他の光学表面間に小さな分離がある場合があります。

光がファイバーから出射すると、システムの光学特性に従って広がり始めます。受信側表面がより遠くにある場合、その光のより大きな部分が使用可能な受信領域の外に落ちる可能性があります。

これは幾何学的結合ペナルティを作成します。

空気ギャップは、光が異なる屈折率を持つ材料間のインターフェースを横切るため、追加の反射を導入する可能性もあります。

正確な損失は、コネクタの設計、ファイバーの特性、間隔、および光学幾何学的形状に依存します。したがって、すべてのPOF接続に1つの普遍的な空気ギャップ損失値を割り当てることは有用ではありません。

光学インターフェース間の不要な分離は、結合効率を低下させ、接続損失を増加させる可能性があります。

汚染、傷、表面の欠陥

汚染は、光損失のもう1つの一般的な原因です。

ほこり、油、研磨残渣、またはその他の粒子は、光路を妨害する可能性があります。それらの位置と深刻さによっては、伝送される光の一部をブロック、散乱、または吸収する可能性があります。

汚染は機械的な問題を引き起こす可能性もあります。対応する表面間に挟まれた粒子は、適切な着座を妨げ、光学インターフェース間の分離を効果的に増加させる可能性があります。

傷も同様の注意が必要です。

有用な光学領域の外にある小さなマークは、実質的な影響がほとんどない場合がありますが、アクティブ領域全体にわたるより深いまたはより広範な欠陥は、光結合をより顕著に乱す可能性があります。

したがって、関連する質問は、単に傷が見えるかどうかではありません。

より有用な質問は、欠陥が有用な光学領域に影響を与えるか、またはコネクタが一貫した光学インターフェースを作成するのを妨げるかどうかです。

                                             空気ギャップ、汚染、表面の欠陥

POFコネクタ損失はどこから来るのか？

POFコネクタ損失は、単一のメカニズムによって引き起こされるわけではありません。それは、コネクタが2つの光学要素をどれだけ効果的に配置するか、および光学表面がそれらの間でどれだけうまく光を伝達するかの組み合わせの結果です。複数のメカニズムが同時に寄与する可能性があります。

横方向、角度、および軸方向の位置合わせ

コネクタ損失を理解するために特に役立つ3つの位置合わせの形態があります。

「横方向の位置ずれ」は、2つの光路の中心が互いにオフセットしている場合に発生します。大コアPOFであっても、十分に大きなオフセットは、送信領域と受信領域の重なりを減少させます。

「角度の位置ずれ」は、ファイバー軸が同じ方向を向いていない場合に発生します。その後、一部の光は、より不利な結合条件で受信側に到達する可能性があります。

「軸方向の分離」は、2つの光学表面間の距離を指します。過度の分離は、光フィールドが受信インターフェースに到達する前に広がることを可能にします。

                                               横方向、角度、および軸方向の位置ずれ

適切に設計されたコネクタは、これらの関係を機械的に制御します。したがって、その機能は、単に2つのケーブル端を一緒に保持するよりも洗練されています。コネクタは、結合損失を許容範囲内に保つ光学幾何学的形状を繰り返し確立する必要があります。

コネクタの幾何学的形状と再現性

端面自体が良い場合でも、コネクタの組み立ての一貫性のなさは、変動する損失を引き起こす可能性があります。ファイバーはコネクタ内に正しく配置される必要があります。その後、コネクタハウジング、ホルダー、フェルール、または位置合わせ構造は、接続が嵌合されたときにその位置を再現する必要があります。ファイバーの位置がコネクタ内または対応する光学要素に対して変動する場合、結果として生じる挿入損失も変動する可能性があります。これが製造の一貫性が重要である理由の1つです。

2つのPOFアセンブリは、終端処理プロセスが等しく制御されていない場合、同じ公称ファイバーとコネクタタイプを使用しながら、異なる光学結果を生成する可能性があります。

低損失で再現性の高い接続のための制御研磨条件

その改善は、次の場合にますます有用になります：実際の結果

粗い端面散乱の増加

結合される光パワーの低下

斜めまたは不均一な切断

結合幾何学的形状を変更

より高いまたはより変動する挿入損失

汚染

光をブロックまたは散乱させ、適切な嵌合を妨げる可能性がある

より高いまたは不安定な損失

空気ギャップ

幾何学的結合を減らし、別の光学インターフェースを導入する

接続損失の増加

短い高マージンリンクで許容される終端は、より長くまたは低マージンのシステムでは適さない場合があります。

工場終端が再現性について語られる理由、見た目だけではない

精密な工場終端は、単に視覚的にきれいなファイバー端を生成するものとして見られるべきではありません。その真の価値はプロセス制御です。制御された終端プロセスは、複数の変数を同時に標準化できます：

切断条件;

研磨シーケンス;

端面の清浄度;

コネクタ内のファイバー位置;

コネクタ組み立ての幾何学的形状;

検査基準;

光損失検証。

したがって、その利点は単に滑らかな表面ではありません。それは、ユニットからユニットへの光学的な振る舞いがより予測可能である複数のケーブルアセンブリを生成する能力です。この違いは産業システムで重要になります。そこでは問題は、単一のサンプルが光を伝送できるかどうかではなく、繰り返しのアセンブリがリンク設計内で同等のパフォーマンスを維持できるかどうかであることがよくあります。

コネクタ損失は光パワーバジェットにどのように影響するか？

端面品質は、システムレベルで見るとますます重要になります。コネクタは、光パワーバジェットから独立して存在するわけではありません。すべての接続損失は、リンクが確実に動作することを可能にする光学マージンの一部を消費します。

すべての接続が利用可能なマージンの一部を消費します

単純化された光学リンクは、次のように考えることができます：

                                 コネクタ損失が光パワーバジェットを消費する

残りの光学マージン = 利用可能な光パワーバジェット - ファイバー損失 - コネクタ損失 - その他の必要な許容範囲

利用可能なパワーバジェットは、光学送信機と受信機の特性によって確立されます。ファイバー自体は、伝播損失を通じてそのバジェットの一部を消費します。コネクタと終端は、結合損失を通じて別の部分を消費します。温度効果、経年劣化、コンポーネントのばらつき、設置条件、またはその他の設計上の不確実性に対して追加の許容範囲が必要になる場合もあります。これは、終端処理が不十分なコネクタが単なる局所的な欠陥ではないことを意味します。それはリンクの残りの部分に利用可能なマージンを減らします。

リンクが長くなるか複雑になるにつれて、小さな損失がより重要になる理由

非常に短いリンクで十分な予備の光パワーがある場合、単一のわずかに非効率的な接続は実質的な影響がほとんどない場合があります。損失要素が増えるにつれて状況は変化します。より長いケーブルは、より多くの伝播損失を発生させます。複数のコネクタは、複数の結合ペナルティを追加します。環境またはコンポーネントのばらつきは、追加のマージンを消費する可能性があります。したがって、システムは、不要な接続損失に対して徐々に許容範囲が狭くなります。

• 「このPOF端面は十分か？」という質問に普遍的な答えはありません。答えはリンクバジェットに依存します。短い単一コネクタリンクで確実に機能する終端方法は、複数の光学インターフェースを含むより長いシステムでは同じマージンを提供しない場合があります。したがって、端面品質の重要性は、伝送距離、コネクタ数、送信機出力、受信機感度、および必要な設計マージンと合わせて評価されるべきです。

• POFアセンブリの実用的な端面品質管理

• 良好なPOF終端品質は、すべてのアプリケーションを実験室グレードの光学システムのように扱う必要はありません。それは、結合に実際に影響を与える変数を制御する必要があります。

•                                          POF終端品質管理ワークフロー

• 制御されたプロセスは、ファイバーが深刻な変形なしに切断され、端面がアプリケーションに必要なレベルに準備され、最終組み立て前に残留物や汚染が除去されることを保証する必要があります。コネクタの位置決めも再現可能である必要があります。研磨されたファイバーは、光学幾何学的形状が過度に変動することを許容するコネクタを補うことはできません。目視検査は、明らかな損傷、汚染、または不規則な準備を特定するのに役立ちますが、光学性能は最終的に伝送パワーに依存します。生産アセンブリまたはよりタイトなマージンのアプリケーションの場合、光損失検証は、完全な終端プロセスがどのように一貫して実行されているかをより直接的に示します。端面検査は表面の物理的な状態を評価し、光学テストは完成した光学インターフェースのパフォーマンスを評価します。どちらも有用ですが、異なる質問に答えます。

結論

プラスチック光ファイバーは、多くの小コア光システムよりも終端処理が容易ですが、容易な終端処理は、終端処理の品質が無関係であることを意味するものではありません。粗い端面は散乱を増加させる可能性があります。斜めの切断は結合幾何学的形状を変更する可能性があります。空気ギャップは光の重なりを減少させる可能性があります。汚染と大きな傷は、有用な光学領域を乱す可能性があります。コネクタの位置合わせと組み立ての一貫性は、2つの光学側が再現可能な条件で会うかどうかを決定します。POFの大きなコアはこれらの効果に対する有用な許容範囲を提供し、それが単純な現場終端が短い高マージンリンクでうまく機能する理由の1つです。伝送距離、コネクタ数、一貫性の要件、または光パワーバジェットの使用が増加するにつれて、制御された切断、研磨、組み立て、清浄度、および光学検証はますます重要になります。したがって、POF終端を評価する最も有用な方法は、ファイバー端が単に許容できるように見えるかどうかではありません。本当の質問は、完成したインターフェースが、リンク全体が必要な動作マージンを維持するために、十分に一貫して、十分な光パワーを伝送するかどうかです。

よくある質問

プラスチック光ファイバーは研磨する必要がありますか？

必ずしもそうではありません。十分な光学マージンを持つ非常に短いPOFリンクは、特にコネクタシステムが現場終端用に設計されている場合、適切に準備された切断端面で確実に動作する可能性があります。より低い接続損失、より長い伝送距離、またはより大きなアセンブリ間の一貫性が必要な場合、研磨の価値が高まります。

• なぜ粗いPOF端面は光損失を増加させるのですか？

• 粗い表面には、ファイバーから出射される光の一部を散乱または再方向付けする可能性のある不規則性が含まれています。これにより、次のファイバーまたは光デバイスに効率的に結合される光パワーの量が減少します。効果の深刻さは、表面の状態と接続の光学幾何学的形状に依存します。

• POFは単純な切断端面で機能しますか？

• はい。大コアPOFの実用的な利点の1つは、十分な光学マージンを持つ短いリンクで単純な現場終端が機能することです。切断は依然として清潔で制御されている必要があります。リンクが長くなるか、利用可能なマージンが減少するにつれて、研磨とより厳密なプロセス制御がより重要になります。

• プラスチック光ファイバーのコネクタ損失の原因は何ですか？

• POFコネクタ損失は、粗いまたは斜めの端面、汚染、傷、空気ギャップ、横方向の位置ずれ、角度の位置ずれ、およびコネクタの配置の一貫性のなさなど、いくつかのメカニズムから生じる可能性があります。これらのメカニズムは、接続を横切って伝送される光パワーの量を減らします。

• POFの大きなコアはコネクタの位置合わせを重要でなくしますか？

いいえ。大きなコアは位置合わせの許容範囲を増やしますが、位置合わせの要件を排除するわけではありません。十分な横方向、角度、または軸方向のエラーは、依然として光の重なりを減らし、挿入損失を増加させる可能性があります。大コアPOFはより寛容であり、不適切なコネクタ幾何学的形状に対して免疫があるわけではありません。

POFコネクタ損失は光パワーバジェットにどのように影響しますか？

すべてのコネクタまたは終端は、利用可能な光パワーマージンの一部を消費します。コネクタ損失が増加すると、ファイバー減衰、追加の接続、温度変動、経年劣化、およびその他のシステムペナルティに残るマージンが少なくなります。したがって、終端品質は、リンクが長くなるか、より複雑になるか、または光パワー制限に近づくにつれて、より重要になります。