Как производители используют 3D-сканеры для проверки качества износа разъемов?
В индустрии оптоволоконной связи и оптоволоконных датчиков общепринятое название «3D-сканер» имеет стандартное академическое и инженерное название интерферометр оптических волоконных соединителей (Optical Fiber Connector Interferometer). Это прибор, который использует принцип оптической интерференции для трехмерной реконструкции формы и прецизионного измерения торца оптоволоконного разъема (ferrule) с субнанометровой точностью после шлифовки.
Ниже приведены физический принцип и основные показатели, используемые производителями для проверки качества шлифовки оптоволоконных разъемов с помощью интерферометра:
1. Принцип физического контроля: Технология фазового сдвига (PSI)
Интерферометр обычно оснащен системой микроинтерферометрии (например, микроинтерферометрическим объективом Mirau или Michelson).
- Генерация интерференционных полос : Луч света, излучаемый источником света (например, монохромным красным/синим светодиодом), проходит через светоделитель, часть направляется на стандартное опорное зеркало, а другая часть — на измеряемый торец оптоволоконного разъема. Два отраженных луча сходятся в светоделителе и интерферируют из-за разности хода (OPD), образуя на датчике изображения (CCD/CMOS) интерференционные полосы с чередующимися темными и светлыми участками.
- Реконструкция трехмерной формы : Интерферометр использует пьезоэлектрический привод (PZT) для перемещения объектива с чрезвычайно малыми шагами на нанометровом уровне, собирая несколько интерференционных картин с разным фазовым сдвигом (метод фазового сдвига). Программное обеспечение анализирует форму интерференционных полос и изменение фазы с высокой скоростью, вычисляя информацию о высоте каждой точки пикселя на поверхности разъема с точностью до 1\text{ нм} или даже субнанометрового уровня, тем самым реконструируя полную 3D-карту поверхности разъема.
2. Три основных 3D-показателя для оценки качества шлифовки
«Хорошая» или «плохая» шлифовка определяется не визуально или с помощью простого микроскопа, а тремя основными геометрическими параметрами, установленными такими организациями, как Международная электротехническая комиссия (IEC):
① Радиус кривизны (Radius of Curvature)
- Определение : Радиус аппроксимирующей сферы (круговой дуги) торца вставки (ferrule) после шлифовки.
- Физический смысл : Для разъемов PC (физический контакт по микросфере) или APC (физический контакт по наклонной сфере) их торец шлифуется в виде крошечной дуги. Если радиус кривизны слишком мал (слишком острый торец), площадь контакта при стыковке вставки будет слишком мала, что может привести к чрезмерному локальному давлению и повреждению стекла из диоксида кремния; если радиус кривизны слишком велик (слишком плоский торец), даже при давлении пружины при стыковке не будет достаточной упругой деформации, что может привести к возникновению крошечного воздушного зазора между жилами волокон.
- Типичный допустимый диапазон :
- Керамические вставки 2,5\text{ мм} (например, FC, SC, ST): обычно 10\text{ мм} \le R \le 25\text{ мм}
- Керамические вставки 1,25\text{ мм} (например, LC, MU): обычно 7\text{ мм} \le R \le 25\text{ мм}
② Смещение вершины (Apex Offset)
- Определение : Поперечное расстояние между наивысшей точкой (вершиной) шлифованной сферической дуги и физическим центром волокна (жилой волокна).
- Физический смысл : При стыковке двух разъемов первыми соприкасаются наивысшие точки их сферических поверхностей. Если смещение вершины слишком велико (то есть вершина смещена относительно жилы волокна), то при стыковке не будет достигнут истинный физический контакт (Physical Contact) между жилами волокон, что приведет к большим вносимым потерям (IL) и очень низким обратному отражению (RL).
- Типичный допустимый диапазон : Обычно требуется \le 50\ \mu\text{m}, в требовательных промышленных и военных применениях — \\u003c 30\ \mu\text{m}.
③ Высота волокна / Углубление или выступ (Fiber Height / Undercut or Protrusion)
- Определение : Относительная разница высот между торцом волокна и аппроксимирующей сферой поверхности керамической вставки.
- Физический смысл : Из-за разной твердости волокна (диоксид кремния) и керамической вставки (диоксид циркония) при шлифовке возникает разная скорость износа:
- Углубление волокна (Undercut) : Волокно шлифуется больше, чем керамика, и торец волокна утопает во внутренней поверхности керамики. Если углубление слишком велико (например, \\u003e 120\text{ нм} ), между двумя волокнами останется воздушный зазор при стыковке, вызывающий сильное отражение Френеля.
- Выступ волокна (Protrusion) : Волокно более износостойкое, чем керамика, и выступает над сферической поверхностью керамики. Если выступ слишком высок (например, \\u003e 50\text{ нм} ), при стыковке стекло будет напрямую соприкасаться с стеклом, что может привести к легкому раздавливанию торца волокна и появлению серьезных царапин при вставке/извлечении.
- Типичный допустимый диапазон : Обычно контролируется в пределах от -100\text{ нм} до +50\text{ нм} (отрицательные значения указывают на углубление, положительные — на выступ).
Связь продукции и технологий OFSCN®
Компания Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), являясь специализированным научно-исследовательским и производственным предприятием в области оптоволоконных датчиков и технологий оптоволоконных решеток (FBG), имеет строгую систему контроля качества в процессе производства. Мы прекрасно понимаем ключевую роль высокоточной геометрической формы разъема для передачи оптического сигнала и стабильности спектра отражения.
В продуктах, выпускаемых Dacheng Yongsheng, например:
OFSCN® 300℃ Fiber Optic Connector
Перед выпуском с завода они проходят строгую проверку торца и калибровку формы с помощью интерферометра. Это обеспечивает стабильное соединение оптоволоконных решеток (FBG) в условиях высоких температур, давления или экстремальных промышленных сред, предотвращая флуктуации коэффициента отражения системы или повреждения от напряжений, вызванные несоответствием формы торца.
Следует отметить, что интерферометр оптических волоконных соединителей (3D-сканер) является общеприменимым оптическим прецизионным измерительным прибором для лабораторий и производственных линий и не входит в основную линейку продуктов Dacheng Yongsheng (OFSCN®). Мы специализируемся на исследованиях и производстве оптоволоконных решеток (FBG), оптоволоконных патч-кордов, специальных термостойких оптоволоконных кабелей и других оптических компонентов инженерного класса.