Wie viel Licht wird durch die „Narbe“ blockiert, die entsteht, wenn zwei Glasfasern miteinander verbunden werden?
In der Faseroptik wird der Lichtleistungsverlust, der durch die Verbindung zweier Glasfasern entsteht (die „Narbe“, wie Sie es nennen), als Spleißverlust (Splice Loss) bezeichnet.
I. Intuitive Antwort: Wie viel Licht wird von dieser „Narbe“ blockiert?
Der Spleißverlust wird üblicherweise in Dezibel ( \text{dB} ) ausgedrückt. Die Formel zur Umrechnung von Lichtdurchlässigkeit in Dezibel lautet:
\text{Loss (dB)} = -10 \log_{10}\left(\frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}}\right)
Der Prozentsatz der blockierten Lichtleistung ist:
\text{Blocked Ratio} = \left(1 - 10^{-\frac{\text{Loss}}{10}}\right) \times 100\%
Im praktischen Einsatz ist der Anteil des blockierten Lichts für identische Standard-Singlemode-Glasfasern (z. B. die gängigen G.652D-Fasern) sehr gering:
- **Hochwertiger Spleiß (typisch 0,01\ \text{dB} \ \text{bis} \ 0,03\ \text{dB}) **:
- Das blockierte Licht beträgt nur etwa ** 0,23\ \text{%} \ \text{bis} \ 0,69\ \text{%} ** (nahezu vernachlässigbar, über 99,3\ \text{%} des Lichts passieren ungehindert).
- **Konformer technischer Spleiß (Branchenakzeptanzstandards fordern normalerweise \le 0,08\ \text{dB} oder 0,10\ \text{dB}) **:
- Das blockierte Licht beträgt etwa ** 1,8\ \text{%} \ \text{bis} \ 2,3\ \text{%} **.
- **Schlechter Spleiß (z. B. 0,30\ \text{dB} \ \text{bis} \ 0,50\ \text{dB}) **:
- Das blockierte Licht beträgt etwa ** 6,7\ \text{%} \ \text{bis} \ 10,9\ \text{%} **; in diesem Fall muss normalerweise neu gespleißt werden.
Verglichen mit üblichen steckbaren Steckverbindern (z. B. FC/APC, LC, deren Einfügedämpfung normalerweise 0,2\ \text{dB} \ \text{bis} \ 0,5\ \text{dB} beträgt), ist die Dämpfung durch thermisches Spleißen um eine Größenordnung geringer und stellt die verlustärmste Verbindungsmethode in optischen Pfaden dar.
II. Wie blockiert die „Narbe“ in der Mitte das Licht? (Physikalische Ursachen)
Zwei Glasfasern werden in einem Spleißgerät durch eine Hochspannungsentladung erhitzt und verschmelzen zu einer Einheit. Wenn Licht die Spleißzone durchquert, wird es hauptsächlich durch zwei Arten von Faktoren „blockiert“ (gedämpft oder in den Mantel abgestrahlt):
1. Externe prozesstechnische Faktoren (Spleißausrichtung und Schnittqualität)
- Axiale laterale Verschiebung (Lateral Offset): Der Kerndurchmesser von Singlemode-Glasfasern ist sehr klein (ca. 9\ \mu\text{m}). Wenn die Mittellinien der Kerne zweier Glasfasern beim Spleißen um 0,5\ \mu\text{m} versetzt sind, kommt es zu einer deutlichen Überlappungsfehlanpassung des Modenfeldes. Ein Teil des Lichtfeldes kann nicht in den Kern der Empfängerfaser eintreten und strahlt in den Mantel ab, wo er dissipiert.
- Endflächenwinkelabweichung (Angular Misalignment): Wenn die von der Schneidklinge erzeugten Glasfaserendflächen eine Neigung aufweisen (ein Schnittwinkel von < 1^\circ ist üblicherweise erforderlich), bildet sich beim Spleißen ein winziger Winkel, der den Lichtstrahl ablenkt.
- Physikalische Spleißdefekte: Zu hoher oder zu niedriger Entladungsstrom oder unreine Glasfaserendflächen können Mikroluftblasen, unvollständig verschmolzene Grenzflächen oder Kernverzerrungen im Spleißbereich einführen, die zu starken lokalen Brechungsindexschwankungen und Streuung führen.
2. Intrinsische geometrische und optische Parameterfehlanpassung (Unterschiede in den Glasfasern selbst)
Selbst bei einem vollkommen idealen Spleißvorgang wird Licht am Stoßpunkt blockiert, wenn die physikalischen Spezifikationen der beiden Glasfasern nicht übereinstimmen:
- Diskrepanz des Modenfelddurchmessers (MFD): Wenn beispielsweise eine Standard-Singlemode-Faser ( \text{MFD} \ \approx 9,2\ \mu\text{m} ) mit einer speziellen dünnen Faser oder einer dotierten Faser gespleißt wird, führt die plötzliche Änderung der Strahl-Taillengröße zu einem Verlust von Strahlungsmoden.
- Konzentrizitätsfehler von Kern/Mantel: Geometrische Asymmetrien aufgrund von Fertigungstoleranzen bei der Glasfaserherstellung.
III. Zusammenfassung
Bei einem standardmäßigen Spleißverfahren ist der Spleißpunkt keine raue mechanische Barriere, sondern ein homogener Kanal, der durch die mikroskopische Wiederverschmelzung zweier Siliziumdioxid-Glasstäbe entsteht. Solange die Lichtbogenparameter und die Endflächenschneiden gut sind, wird die Lichtblockierung üblicherweise auf unter ein Prozent ( \le 1\ \text{%}) kontrolliert.