Каковы причины увеличения потерь в низкокачественных сплиттерах после нескольких лет использования?
Низкокачественные оптические разветвители (Fiber Splitter) демонстрируют постепенное увеличение вносимых потерь (Insertion Loss) через несколько лет эксплуатации. Основной и наиболее распространенной причиной этого является старение и деградация «герметизирующего клея», используемого во внутренней упаковке. Это явление, при котором производительность устройства снижается из-за изменения физико-химических свойств клея, в отрасли обычно называют «старением герметизирующего клея».
Рассмотрим механизм отказа с точки зрения микрофизики, химии и конструктивной инженерии упаковки:
1. Физический отказ из-за высокоточного выравнивания (смещение выравнивания)
Как в разветвителях на планарных волноводах (PLC), так и в разветвителях, изготовленных методом плавки (FBT), требуется чрезвычайно высокая точность выравнивания массива оптических волокон (Fiber Array, FA) на входном и выходном концах относительно чипа разветвителя (PLC Chip).
Диаметр сердцевины одномодового оптического волокна обычно составляет всего около 9–10 \ \mu\text{m}. Точность выравнивания для соединения должна достигать субмикронного уровня, то есть менее 1 \ \mu\text{m}. При герметизации волокна с обеих сторон точно выравниваются, а затем фиксируются с помощью герметизирующего клея (обычно УФ-отверждаемого клея (UV adhesive) или эпоксидной смолы (Epoxy)).
Как только клей стареет, его механическая твердость и прочность сцепления снижаются, что легко приводит к небольшим физическим смещениям между оптическим волокном и чипом. В этом высокоточном оптическом соединении даже небольшое смещение на 1 \ \mu\text{m} может вызвать дополнительные вносимые потери, превышающие 1\ \text{dB}, что приводит к значительному увеличению общих потерь разветвителя.
2. Влагопоглощение и химический гидролиз (эффект набухания)
Низкокачественные разветвители часто используют дешевые герметизирующие клеи, не прошедшие строгую сертификацию для оптических волокон, чтобы снизить затраты. Их влагостойкость и герметичность крайне низки.
При длительной эксплуатации сети (особенно в наружных или высокотемпературных условиях) влага постепенно проникает и поглощается клеем. После поглощения влаги клей вызывает два серьезных последствия: во-первых, инициирует химический гидролиз (Hydrolysis) полимерной сетевой структуры, что приводит к разрушению физической прочности адгезивного слоя; во-вторых, вызывает неравномерное набухание (Swelling) клеевой массы, что приводит к образованию микротрещин и прямому нарушению точного выравнивания оптического пути.
3. Термические напряжения и несоответствие теплового расширения (усталость от температурных циклов)
Оптические разветвители в реальных условиях эксплуатации подвергаются циклам смены времен года и суточным колебаниям температуры.
Низкокачественные клеи обычно имеют высокий коэффициент теплового расширения (CTE), который значительно не соответствует коэффициентам теплового расширения кварцевого волокна, кремниевого/стеклянного чипа. В процессе длительных температурных циклов (Thermal Cycling) на адгезивном интерфейсе постоянно возникают переменные термические напряжения. Со временем клеевой слой подвергается усталостной деформации или даже локальному отслаиванию (Delamination), что приводит к смещению торца оптического волокна, который уже был выровнен.
4. Пожелтение среды и несоответствие показателей преломления (деградация светопропускания)
В некоторых оптических разветвителях клей непосредственно выступает в качестве среды для прохождения оптического сигнала (как среда с согласованным показателем преломления).
Низкокачественные клеи при длительном нагреве, естественном старении или воздействии незначительного ультрафиолетового излучения (например, при утечках наружного света) подвергаются сильному «пожелтению» (термическое окисление или фотолиз сегментов полимерных цепей). Это не только изменяет показатель преломления клея при рабочей длине волны (например, 1310\ \text{nm}, 1490\ \text{nm} или 1550\ \text{nm}), что приводит к увеличению отражений Френеля и несоответствия показателей преломления, но также увеличивает прямое поглощение и рассеяние оптического сигнала клеем, что значительно увеличивает потери.
Выбор высококачественной продукции
Чтобы избежать системных сбоев, вызванных старением разветвителей, в проектах промышленного класса и с высокими требованиями к надежности (таких как сети сенсоров на основе волоконных решеток или долговечные коммуникационные сети), необходимо использовать высококачественные оптические разветвители, соответствующие строгим промышленным стандартам производства.
Высококачественные оптические разветвители, производимые Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®):
- Название продукта: OFSCN® Optical Fiber Splitter
Основные параметры и области применения:
- Тип продукта: Оптический разветвитель, разветвитель оптического волокна, разветвитель волоконных решеток.
- Стандартные спецификации: Включают разветвители 16x32, 8x16, 4x8, 32x64 и т. д.
- Основное назначение: В крупномасштабных инженерных проектах используется в комплекте с демодуляторами волоконных решеток OFSCN® для логического расширения одного физического канала демодулятора на два или три. При строгом расчете длины волны это позволяет эффективно снизить стоимость использования одного канала.
Стандартный внешний вид:
