Wie viel Licht ist wirklich in einem Stecker zurückgeprallt, und wie misst man das?
Bei optischen Messungen und in der optischen Kommunikationsprüfung wird die rückwärts reflektierte Lichtenergie eines Glasfasersteckverbinders (dynamischer Verbinder) hauptsächlich durch Messung der Rückflussdämpfung (Return Loss, RL) oder der Reflexion (Reflectance, R) erfasst.
Eins: Definitionen und Beziehungen physikalischer Größen
Wenn Licht auf die Stirnfläche eines Steckverbinders trifft, werden aufgrund der Fresnel-Reflexion am Kern-Mantel-Übergang (plötzlicher Brechzahlunterschied) und mikroskopischer Defekte der Stirnflächengeometrie Teile des Lichts zurückgeworfen:
- Reflexion (Reflectance, R):
Das Verhältnis der reflektierten optischen Leistung P_r zur einfallenden optischen Leistung P_i (üblicherweise in negativen \text{dB} ausgedrückt):R = 10 \log_{10}\left(\frac{P_r}{P_i}\right) \quad (\text{dB}) - Rückflussdämpfung (Return Loss, RL):
Die logarithmische Form des Verhältnisses der einfallenden optischen Leistung zur reflektierten optischen Leistung (üblicherweise als positiver \text{dB}-Wert definiert):RL = 10 \log_{10}\left(\frac{P_i}{P_r}\right) = -10 \log_{10}\left(\frac{P_r}{P_i}\right) \quad (\text{dB})Hinweis: Ein höherer \text{dB}-Wert der Rückflussdämpfung bedeutet ein schwächeres reflektiertes Licht und eine bessere Leistung der Stirnfläche.
Zwei: Gängige Messmethoden und Instrumente
In der Praxis und im Labor gibt es hauptsächlich drei Standardmethoden zur Messung der Steckerreflexion:
1. Optische kontinuierliche Wellen-Reflektometrie (OCWR / Tisch-Rückflussdämpfungsmesser)
Dies ist die gängigste und hochpräzise Methode für die Werksprüfung von Patchkabeln und Steckverbindern:
- Messprinzip: Ein stabiler kontinuierlicher Laser (z. B. \lambda = 1310\text{nm} oder 1550\text{nm}) emittiert ein Lichtsignal, das über einen optischen Zirkulator oder einen 2 \times 2 Breitband-Glasfaser-Splitter in das zu prüfende Patchkabel eingespeist wird. Das von der Stirnfläche reflektierte Licht wird vom Zirkulator zu einem hochempfindlichen optischen Leistungsmesser geleitet.
- Kalibrierung und Messung:
- Messung der anfänglichen einfallenden Referenzleistung P_i;
- Anschluss des zu prüfenden Steckverbinders und Wicklungs-/Antireflexionsbehandlung (Non-reflective termination, z. B. Aufwickeln auf einen kleinen Kerndurchmesser) hinter dem zu prüfenden Steckverbinder, um Reflexionen von nachfolgenden Fasern oder vom Fernende zu eliminieren;
- Ablesen der vom Detektor empfangenen reflektierten optischen Leistung P_r, und das Instrument berechnet automatisch die RL.
2. Optische Zeitbereichsreflektometrie (OTDR)
Geeignet für Fernlichtkabelstrecken oder die Feldprüfung einzelner Steckverbinderreflexionen:
- Messprinzip: Ein OTDR emittiert kurze Hochleistungsimpulse und erfasst die entlang der Faser zurückkehrende Rayleigh-Streuung sowie lokale Fresnel-Reflexionen.
- Messweise: An der Steckverbindungsstelle entsteht ein scharfer Fresnel-Reflexionspeak. Die OTDR-Algorithmen berechnen durch Analyse der Höhe dieses Peaks, der Pulsbreite und des Rückwärtsstreukoeffizienten der Faser direkt die Reflexion (Reflectance) und Rückflussdämpfung (Return Loss) dieses Steckverbinderereignisses.
3. Optische Frequenzbereichsreflektometrie (OFDR)
Geeignet für Reflexionsortung und quantitative Analyse mit extrem hoher räumlicher Auflösung im Zentimeter- oder Millimeterbereich:
- Messprinzip: Durch die Verwendung einer linear abstimmbaren Laserquelle und optischer Heterodyn-Interferometrie können schwache Reflexionen an Grenzflächen innerhalb von Steckverbindern über extrem kurze Distanzen präzise lokalisiert werden.
Drei: Schlüsselfaktoren und Design zur Beeinflussung der reflektierten optischen Menge eines Steckverbinders
Der Stirnflächen-Polier typ eines Glasfasersteckverbinders spielt eine entscheidende Rolle für die Menge des reflektierten Lichts:
- PC / UPC (Physical Contact / Ultra Physical Contact, flache oder mikro-sphärische Oberfläche): Das reflektierte Licht wird direkt zurück in den Kern gekoppelt, typische Rückflussdämpfung liegt bei 45\ \text{dB} \sim 55\ \text{dB}.
- APC (Angled Physical Contact, üblicherweise 8^\circ abgeschrägt): Das reflektierte Licht wird schräg abgelenkt und tritt zur Zerstreuung in den Mantel über, wodurch nur sehr wenig Licht zurück in den Kern für eine rückwärts gerichtete Übertragung gelangt, typische Rückflussdämpfung \ge 60\ \text{dB}.
(Hinweis: Gängige Tisch-Rückflussdämpfungsmesser, OTDRs usw. sind allgemeine Messgeräte für die optische Kommunikation und gehören nicht zur Kernproduktreihe der OFSCN®-Serie von Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. Die OFSCN®-Serie bietet hauptsächlich Hochtemperatur-Glasfaser-Gratingsensoren, vollmetallische Panzerwirbel und spezielle Steckverbinder-Verkapselungsbaugruppen, die nach diesen hohen Standards (wie FC/APC, FC/PC, ST usw.) hergestellt werden.)