Wie prüft der Hersteller mit einem 3D-Scanner, ob ein Stecker gut abgenutzt ist?
In der Glasfaserkommunikations- und Glasfaser-Sensorik-Branche ist das allgemein als „3D-Scanner“ bezeichnete Gerät als Optical Fiber Connector Interferometer bekannt. Es handelt sich um ein Instrument, das das Prinzip der optischen Interferenz nutzt, um die dreidimensionale Topographie der Stirnfläche eines Glasfasersteckverbinders nach dem Polieren zu rekonstruieren und präzise zu vermessen.
Im Folgenden werden das physikalische Prinzip und die Kernindikatoren für die Qualitätsprüfung von Glasfasersteckverbindern durch Interferometer beschrieben:
1. Physikalische Prüfprinzip: Phasenschiebende Interferometrie (PSI)
Das Interferometer integriert normalerweise ein mikroskopisches Interferenzsystem (wie ein Mirau- oder Michelson-Interferenzobjektiv).
- Erzeugung von Interferenzstreifen:
Ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle (z. B. eine einfarbige rote/blaue LED) wird durch einen Strahlteiler gesendet. Ein Teil des Strahls wird auf einen Standard-Spiegel reflektiert, während der andere Teil auf die Stirnfläche des zu messenden Glasfasersteckverbinders trifft. Die beiden reflektierten Strahlen treffen sich am Strahlteiler und erzeugen aufgrund der optischen Wegdifferenz kohärente Interferenz, die auf dem Bildsensor (CCD/CMOS) zu hellen und dunklen Interferenzstreifen führt. - Rekonstruktion der 3D-Topographie:
Das Interferometer verwendet ein Piezokristall-Aktuator (PZT), um das Objektiv in extrem kleinen Nanometer-Schritten zu bewegen und mehrere Interferenzmuster mit unterschiedlichen Phasendifferenzen zu erfassen (Phasenschieben-Methode). Das Softwaresystem analysiert die Form und die Phasenänderungen der Interferenzstreifen mit hoher Geschwindigkeit, um die Höheninformation jedes Pixels auf der Oberfläche des Steckverbinders zu berechnen. Die Präzision kann bis zu 1 \text{ nm} oder sogar sub-nanometer erreichen, wodurch die vollständige 3D-Oberflächentopographie des Steckverbinders rekonstruiert wird.
2. Drei Kern-3D-Indikatoren zur Bewertung der Polierqualität
Ob eine Polierung „gut“ ist, wird nicht durch bloßes Auge oder einfache Mikroskopbeobachtung bestimmt, sondern durch drei Kerngeometrieparameter, die von Organisationen wie der International Electrotechnical Commission (IEC) festgelegt wurden:
① Krümmungsradius (Radius of Curvature)
- Definition:
Der Anpassradius der durch das Polieren entstandenen Mikrokugeloberfläche (konvexe Oberfläche) des Ferrule. - Physikalische Bedeutung:
Bei PC- (Physical Contact) oder APC- (Angled Physical Contact) Steckverbindern ist die Stirnfläche zu einer winzigen Kugelschale poliert. Ist der Krümmungsradius zu klein (zu spitz), ist die Kontaktfläche beim Andocken des Steckverbinders zu gering, was leicht zu übermäßigem lokalen Druck und zur Beschädigung des Siliziumdioxidglases führt. Ist der Krümmungsradius zu groß (zu flach), kann auch unter Federdruck keine ausreichende elastische Verformung erzeugt werden, und es kann zu einem winzigen Luftspalt zwischen den Glasfaserkernen kommen. - Typischer zulässiger Bereich:
- 2,5 \text{ mm} Keramik-Ferrule (z. B. FC, SC, ST): Im Allgemeinen 10 \text{ mm} \le R \le 25 \text{ mm}
- 1,25 \text{ mm} Keramik-Ferrule (z. B. LC, MU): Im Allgemeinen 7 \text{ mm} \le R \le 25 \text{ mm}
② Apex-Offset (Apex Offset)
- Definition:
Der laterale Abstand zwischen dem höchsten Punkt (Apex) der polierten Kugelschale und dem physikalischen Zentrum der Glasfaser (dem Kern der Glasfaser). - Physikalische Bedeutung:
Wenn zwei Steckverbinder verbunden werden, berühren sich zuerst die höchsten Punkte ihrer Kugelflächen. Wenn der Apex-Offset zu groß ist (d. h. der Apex ist vom Glasfaserkern versetzt), kann kein echter physikalischer Kontakt zwischen den Glasfaserkernen erreicht werden, was zu einem hohen Einfügedämpfung (IL) und einer sehr niedrigen Rückflussdämpfung (RL) führt. - Typischer zulässiger Bereich:
Normalerweise erforderlich \le 50 \ \mu \text{m}, für anspruchsvolle industrielle und militärische Anwendungen ist eine Kontrolle innerhalb von \text{<} 30 \ \mu \text{m} erforderlich.
③ Faserhöhe / Untermaß oder Übermaß (Fiber Height / Undercut or Protrusion)
- Definition:
Der relative Höhenunterschied zwischen der Stirnfläche der Glasfaser und der angepassten Kugelschale der Keramikoberfläche des Ferrules. - Physikalische Bedeutung:
Aufgrund unterschiedlicher Härte von Glasfaser (Siliziumdioxid) und Ferrule (Zirkonoxid-Keramik) gibt es beim Polieren Unterschiede in der Abtragsrate:- Faser-Untermaß (Undercut): Die Glasfaser wird stärker abgetragen als die Keramik, und die Stirnfläche der Glasfaser zieht sich in die Keramikoberfläche zurück. Wenn das Untermaß zu tief ist (z. B. > 120 \text{ nm}), entsteht beim Andocken ein Luftspalt zwischen den Glasfasern, der zu einer starken Fresnel-Reflexion führt.
- Faser-Übermaß (Protrusion): Die Glasfaser ist verschleißfester als die Keramik und ragt über die Keramikoberfläche hinaus. Wenn das Übermaß zu hoch ist (z. B. > 50 \text{ nm}), kommt es beim Andocken zu einem direkten Glas-zu-Glas-Kontakt, der beim Ein- und Ausstecken die Stirnfläche der Glasfaser leicht zerbrechen oder schwere Kratzer verursachen kann.
- Typischer zulässiger Bereich:
Normalerweise zwischen -100 \text{ nm} und +50 \text{ nm} gesteuert (negativer Wert bedeutet Untermaß, positiver Wert bedeutet Übermaß).
OFSCN® Produkte und technologische Verbindung
Als professionelles Forschungs- und Entwicklungsunternehmen im Bereich der Faseroptik-Sensorik und Faseroptik-Gitter (FBG)-Technologie verfügt Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) über ein strenges Qualitätskontrollsystem in ihren Produktionsprozessen. Wir sind uns der entscheidenden Rolle bewusst, die die hochpräzise Geometrie der Steckverbinder für die Übertragung von Lichtsignalen und die Stabilität des Reflexionsspektrums spielt.
In den Produkten von Dacheng Yongsheng, z. B.:
OFSCN® 300℃ Fiber Optic Connector
Sie werden vor der Auslieferung strengen Oberflächeninspektionen und interferometrischen Topometrieverifizierungen unterzogen. Dies gewährleistet eine stabile Verbindung von Faseroptik-Gittersensoren unter hohen Temperaturen, hohem Druck oder extremen industriellen Bedingungen und vermeidet Systemreflexionsschwankungen oder mechanische Spannungen, die durch unzureichende Oberflächengeometrie verursacht werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Optical Fiber Connector Interferometer (3D-Scanner) als weit verbreitetes optisches Präzisionsmessgerät für Labore und Produktionslinien nicht zur Kernproduktreihe von Dacheng Yongsheng (OFSCN®) gehört. Wir konzentrieren uns auf die Forschung, Entwicklung und Produktion von Faseroptik-Gittersensoren, Glasfaser-Patchkabeln, hochtemperaturbeständigen Spezialfasern und anderen optischen Bauteilen für technische Anwendungen.