5.3. Egyéb száljellemzők és veszteségek

iDevice ikon

A fényvezetők gyakorlati felhasználása során elkerülhetetlen, hogy a szálakat kisebb-nagyobb sugárban meg ne hajlítsuk. Ez járulékos görbületi veszteségeket okoz, ami a hajlítási sugár csökkenésével exponenciálisan nő. A gyakorlatban 5-8 cm átmérőnél a veszteség már olyan kicsi, hogy nem mérhető. (Ezt nevezik makrohajlatnak.)

A szálaknál fellépő veszteségek egy másik csoportját alkotják az úgynevezett mikrohajlat veszteségek. Ez a szál tengelyvonalának kismértékű, véletlenszerű változása, hullámzása. Ezek leggyakrabban a fényvezető szálak kábelezésekor fellépő feszültségek hatására keletkeznek, és jelentős veszteségek forrásai lehetnek.

 

A fényvezető szálak alapját képező kvarc jellemzője a rideg, törékeny viselkedés, valamint a nagy szakítószilárdság (1,6·104 N/mm2). Ezt az elméleti értéket erősen csökkentik a gyártás során keletkező felületi hibák és repedések, melyek idővel, a különböző igénybevételek hatására megnövekednek, csökkentve ezzel a szálak élettartamát.

 

A mechanikai igénybevételen túl az öregedést elősegíti még az üvegszálba diffundáló különböző anyagok káros hatása is, különösen a hidrogéngáz. Ennek kiküszöbölésére az üvegszálat többszörös védelemmel látják el.

 

A gyártási hibák és a csatolási veszteségek szintén hibát (illetve plusz csillapítást) okoznak a rendszerben. Bár szigorú előírások vannak a szálak méreteire vonatkozóan, mégis előfordulhat hiba. Milyen gyártási hibákkal találkozhatunk? Nézzünk ezekre egy pár példát!

 

Egy ilyen gyártási hibát okozó hatás lehet a magátmérő-különbség (19. ábra). Ha két különböző magátmérőjű szálat illesztünk össze, akkor az átvitt jel csillapítása megnövekedhet. Nem mindegy ilyenkor, hogy melyik irányban használják a szálat. Ha kisebb átmérőjűből megy a fény a nagyobb felé (19/felső ábra), nem okoz csillapítást, míg fordított esetben a fény egy része visszaverődik, így kevesebb jut át a közegen. Ez azt eredményezi, hogy egy kábelszakaszon a két irányban mért csillapításérték sohasem egyezik meg. Ezért mindig minden átviteli utat, amin kötés van, két irányból kell megmérni.

 

19. ábra
A magátmérő-különbség hatása

 

Magátmérő-különbség előfordulhat nemcsak a megengedett tűrés, hanem különböző típusú szálak esetén is. Ilyen például, amikor egy 9 μm-es és egy 10 μm-es magátmérő kerül szembe egymással.

 

Egy újabb gyártási hiba lehet az úgynevezett koncentricitási hiba. Ekkor, bár a héjak átmérője megegyezik, a két mag nem középen helyezkedik el, illesztésnél nem fedik le pontosan egymást, így az átviendő fény egy része reflektálódik, szintén plussz csillapítást visz be a rendszerbe.

 

A gyártás során köralakhiba is előfordulhat. Ekkor a mag keresztmetszete nem kör alakú, nem hozható a másik szállal fedésbe, azaz csillapítást okoz.

 

Csillapításnövekedést okozhat az is, ha a gyártás során a törésmutató-eloszlás a szál mentén nem egyenletes. Ilyen törésmutató-különbség szintén csillapításnövekedést eredményez. Különböző törésmutató előfordulhat azonos gyártónál is, de mindenképpen ellenőrizni kell a törésmutató-értékeket abban az esetben, mikor két különböző gyártótól származó kábelt kötünk össze.

 

Általában illesztéseknél, csatlakozók szerelésénél keletkezik a hibák legnagyobb része. A csatlakozóknak a nem megfelelő kezelése, egymáshoz való rossz illesztésük okoz gondot. A 20. ábrán összehasonlítjuk a különböző illesztési hibafajták által okozott csillapításokat.

 

A legsúlyosabb a két csatlakozó esetében a két mag koncentricitási hibája (a 20. ábra első görbéje). A legkisebb eltérés hatására ez okozza a legnagyobb hibát.
5 mikron eltérésnél már a fénynek 60%-a elvész, 10 mikron fölött pedig már semmi fény nem jut a másik szálba.

A második görbe a szögeltérést mutatja. Ez elég gyakori hiba lehet, ha a csatlakozókat rosszul dugjuk be a helyükre. Ennek határa az akceptanciaszög, melynél nagyobb eltérés esetén már csak pár %-nyi fény jut át a rendszeren.

 

20. ábra
Illesztési hibák hatásai

 

A harmadik görbe azt a hibát mutatja, amelyet a kilépő fény nyílásszöge okoz. Ha párhuzamosan lépne ki az anyagból a fény, akkor elméletileg csak a ki- és belépés veszteségével kellene számolni. A numerikus apertúra miatt ez az érték a távolság növelésével arányosan nő. Ez a leggyakrabban előforduló hiba, a rosszul illesztett csatlakozófelületek nem fekszenek fel rendesen egymásra.

Ahhoz, hogy ezeken a hibákat felfedezhessük, mérnünk kell a mag elhelyezkedését, méretét és alakját. Léteznek ilyen vizsgáló berendezések, de ezek nagyon drágák és csak a gyárak rendelkeznek ilyen eszközökkel.