Grundlagen Singlemodekoppler
Glasfaser-Koppler dienen zur Verzweigung bzw. Zusammenführung von optischen Sig nalen. Sie werden in öffentli chen und privaten Glasfasernetzen eingesetzt, um für die optische Datenübertragung (Te lefon, Kabelfernsehen etc.) als passiver Verteil- und Sammelpunkt zu dienen.
Weitere Einsatzgebiete für Glasfaser-Koppler sind Messaufbauten, Messinstrumente und die Sensortechnik.
Schmelzkoppler zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:
- Inline-Komponenten mit geringer Einfügedämpfung
- hohe Rückflussdämpfung und Directivity
- wellenlängenselektives oder breitbandiges Verhalten
- hohe thermische und mechanische Stabilität
- freie Wahl von Koppelverhältnis (1% … 50%) und Leistungsaufteilung
- Fertigung nach Kundenspezifikationen
Schmelzkoppler werden nach der sogenannten FBT-Technik (fused biconicaltaper) hergestellt, bei der durch Verschmelzen (= to fuse) und gleichzeitiges Ziehen bzw. Verjüngen (= to taper) von Glasfasern Koppelzonen erzeugt werden (Bild 1). Grundmaterial ist eine Singlemo de-Faser mit einer Acrylat-Schutzschicht (Primär-Coating, meist Ø250μm).
Bild 1 Herstellprinzip
Zur Herstellung eines Kopplers mit zwei Ausgängen wird zunächst jeweils ein kurzes Stück dieses Primär-Coatings in der Mitte von zwei Glasfasern entfernt.
Diese Stellen werden sorgfältigst gereinigt, parallel zueinander ausgerichtet und fixiert. Durch das anschließende Verschmelzen und gleichzeitige Ziehen kann das Licht von einem Kern in den anderen eintreten bzw. koppeln. Beide Fasern bilden eine reine Glasverbindung und verlaufen ohne Unterbrechung wie z.B. Klebestellen oder Filter. Der Schmelz bzw. Ziehprozess wird durch eine aufwendige Messeinrichtung gesteuert, die
es ermöglicht, durch synchrones Messen den Ziehvorgang an einer beliebigen Stelle abzubrechen und den Einkoppelgrad der Eingangsleistung in die zweite Faser bzw. das Koppelverhältnis zu steuern (Bild 2).
Bild 2 Funktionsprinzip
Nach dem Ziehprozess wird der Koppler mit Hilfe eines Spezialklebers auf einem Quarz-Substrat fixiert und in ein Röhrchen eingeklebt. Anschließend wird das Röhr chen mit einem Elastomer verschlossen, welches auch zur Zugentlastung dient.
Der Koppler liegt nach dem Einbau in das Gehäuse mit zwei Eingangs- und zwei Ausgangsfasern vor (= 2×2-Koppler).
Bild 3 Prinzip Kopplergehäuse
Durch den reflexionsfreien Abschluss der zweiten Eingangsfaser (Terminierung) entsteht ein Koppler mit der Konfiguration 1 x 2.
Koppler mit hö heren Portzahlen werden als monolithische Koppler oder als Kopplermodule hergestellt. Monolithische Koppler entstehen durch gleichzeitiges Verschmelzen und Tapern von bis zu 4 Fa sern. Mit Hilfe der Koppler und den speziell entwickelten Gehäusen können dann durch Kaskadierung Kopplermodule mit bis zu 132 Ports aufgebaut werden (Bild 4).
- Bild 4 Aufbau eines 1 x8 Kopplermoduls
Durch Manipulation des Ziehprozesses und spezielle Vorbehandlung der zu verschmelzenden Glasfasern können Kop pler mit unterschiedlichem Übertragungs-
und Koppelverhalten gefertigt werden. Die unterschiedliche Wellenlängenabhängigkeit des Koppelverhaltens der Kopplertypen für den Bereich von 1200nm bis 1700nm ist in den Abbildungen 5 bis 10 dargestellt.
Neben Kopplern für diesen in der Telekommunikation genutzten Standardwellenlängenbereich gibt es auch Koppler für kürzere Wellenlängen, z.B. im sichtbaren Bereich (Bild 11).
Leistungsteilende Singlemodekoppler
Standard Koppler – SSC
(Standard Singlemode Coupler)
für eine Wellenlänge mit geringen Abweichungen, z.B. 1310 ± 5nm
Einfenster Koppler – WFC
(Wavelength Flattened Coupler)
sind für einen einzelnen Wellenlängenbereich optimiert und garantieren so eine gleichmäßige Leistungsaufteilung über eine große Bandbreite, z.B. für 1310 ± 40nm.
Zweifenster Koppler – WIC
(Wavelength Independent Coupler)
garantieren eine gleichmäßige Leistungsaufteilung über das zweite und dritte
optische Fenster (1310 ± 40 und 1550 ± 40nm)
Zweifenster Koppler mit erweitertem
Wellenlängenbereich – EIC
(Extended Wavelength Independent Coupler)
garantieren eine gleichmäßige Leistungsaufteilung über das zweite und dritte
optische Fenster. Im Vergleich zu WIC sind sie für den Einsatz in ei nem größeren Wellenlängenbereich optimiert.
(1310 ± 50 und 1525 ± 75nm)
Dreifenster Koppler – FIC
(Full Range Wavelength Independent Coupler)
garantieren eine gleichmäßige Leistungsaufteilung über das zweite, dritte und
vierte optische Fenster (1310 ± 50 und 1550 ± 100nm).
Wellenlängenselektive Singlemode-Koppler
Wellenlängenmultiplexer – WDM
(Wavelength Division Multiplexer)
sind Koppler zum Trennen und / oder Zusammenführen verschiedener Wellenlängen
Singlemode-Koppler für Sonderwellenlängen
Singlemode Short Wavelength Koppler– SWC
(Short Wavelength Coupler)
sind Koppler für die Verteilung und / oder Zusammenführung von Signalen bei Wellenlängen,
die unterhalb des klassischen Wellenlängenbereiches der Telekommunikation liegen, z.B. bei 532 ± 5 nm.
Wie im Bild 12 zu erkennen ist, ist das Koppelverhältnis sowohl von der Ziehlänge als auch von der Arbeitswellenlänge abhängig. Unterbricht man den Ziehprozess an einem bestimmten Punkt, so erhält man für eine Wellenlänge ein bestimmtes Koppelverhältnis.
Bild 12 Kopplung beim Verschmelzen identischer Fasern
Punkt A kennzeichnet einen Standard-Koppler mit einem Koppelverhältnis
von 50% bei 1550nm. Wird dieser Koppler bei einer Wellenlänge von 1310nm betrieben, beträgt das Koppelverhältnis ca. 20%.
Punkt B kennzeichnet einen Standard-Koppler mit einem symmetrischen Koppelverhältnis bei 1310nm.
Punkt C kennzeichnet einen Einfenster-Koppler für 1550nm. An diesem Wendepunkt ist der Koppler sehr unempfindlich gegenüber Wellenlängenänderungen. Da allerdings dieses Verhalten nicht bei 100-prozentiger Kopplung auftreten soll, wird eine der beiden Fasern durch Ätzen oder Vortapern vorbehandelt. Dadurch wird der Wendepunkt auf 50 % reduziert (Bild 13, Punkt C).
Punkt D kennzeichnet einen Zweifenster-Koppler. An diesem Schnittpunkt ist das Koppelverhältnis für zwei Wellenlängen gleich, allerdings unsymmetrisch (ca. 10%). Auch hier wird durch Verschmelzen von unterschiedlich vorbehandelten Fasern ein Schnittpunkt bei symmetrischem Koppelverhältnis erreicht (Bild 13, Punkt D).
Bild 13 Kopplung beim Verschmelzen verschiedener Fasern
Punkt E kennzeichnet einen speziellen Koppler, den sogenannten Wellenlängenmultiplexer. An diesem Punkt werden 100% der Leistung bei 1550nm
und 0 % der Leistung bei 1310nm übergekoppelt. Ein WDM kann also, ähnlich wie ein Filter, zwei Wellenlängen voneinander trennen, sodass jeder Ausgang nur eine Wellenlänge führt.
Jeder Koppler ist durch eine Seriennummer identifizierbar, d.h. es können jederzeit für einen Koppler die Fertigungsparameter, der Arbeitsplatz und das verwendete Material festgestellt werden.
Jede Komponente wird einem Burn-In-Test unterzogen, um die Langzeitstabilität zu gewährleisten. Gleichzeitig wer den auch Langzeittests nach Telcordia wie z.B. Lagerung in feuchter und trockener Hitze, Temperaturzyklentests und mechanische Belastungen durchgeführt.
Alle Koppler sind so aufgebaut, dass sie den Anforderungen nach Telcordia GR-1209-CORE und GR-1221-CORE sowie den gültigen IEC – Spezifikationen entsprechen.
Die Anfänge der Entwicklung der FOC-eigenen Fertigungstechnologie reichen bis 1985 zurück. Damit ist die FOC eine der wenigen Firmen, die über eine selbst entwickelte Herstellungstechnologie verfügt. Die Entwicklung der Fertigungstechnologie, der Fertigungsanlagen, der Automatisierungs- und der Messtechnik wurden dabei von Anfang an als Einheit gesehen. Somit besitzt die FOC das gesamte Know-How und kann die Technologie ständig entsprechend den Anforderungen des Marktes weiterentwickeln.
In den letzten Jahren entstand eine Vielzahl neuer Komponenten, die die FOC zum Teil als erste Firma am Markt präsentieren und den Kunden zur Verfügung stellen konnte.
Die Produktion ist rechnergesteuert und hoch automatisiert. Dadurch können zum einen die Standardprodukte mit hoher Reproduzierbarkeit und Qualität gefertigt werden. Zum anderen ist die FOC mit ihren technologischen Erfahrungen so flexibel, dass sie maßgeschneiderte Komponenten und Systeme fertigt und die Produktion somit optimal auf Kundenspezifikationen ausrichten kann.
Unter anderem wurde der Großteil der Koppler, die im Rahmen der OPAL-Projekte der Deutschen Telekom in den Jahren 1993 bis 1995 eingebaut worden sind, mit der FOC-Technologie (da malsals Kopplerfertigung der KRONE AG) gefertigt.
Koppler, mit der Technologie der FOC gefertigt, haben sich auf 4 Kontinenten unter unterschiedlichsten Einsatzbedingungen bewährt. Netzbetreiber und andere Kunden aus mehr als 20 Ländern setzen FOC-Koppler ein. Basis dieser sehr guten Einsatzerfahrungen ist die Erfüllung der Kriterien nach Bellcore/Telcordia GR-1221-CORE und Bellcore/Telcordia GR-1209-CORE. Sie hat immer Priorität bei der Entwicklung und bei der Produktion.
Die ersten Performance- und Reliability-Tests der Koppler reichen bis 1992 zurück. Die letzten veröffentlichten Testdaten stammen von 2006, in denen auch ein Auszug der Testergebnisse in einem detaillierten „Qualification and Test Re port“ zusammengefasst ist. Diesen QTR stellen wir allen Kunden zur Verfügung.
Während der letzten 10 Jahre haben sich die Anforderungen an die Produkte und die Tests ständig weiterentwickelt.
Um ihnen gerecht zu werden, wurden die Tests von Anfang an auf Einhaltung der international gültigen IEC-Normen ausgerichtet. Über diesen Weg kann der Kunde einfach und nachvollziehbar vergleichen. Die FOC fertigt heute mit einem durchgängigen, aus der Zeit als Fertigung der Diamond GmbH, ISO-zertifizierten Qualitätsmanagementsystem.
Dieses er laubt das Einhalten der hohen Qualitätsstandards und das Rückverfolgen der Herstellungsparameter, Materialien und Fertigungsdaten über 10 Jahre.
- Singlemode-Koppler und Multimode-Koppler
- wellenlängenunabhängige Koppler und wellenlängenabhängige Koppler
- leistungsteilende Koppler und Multiplexer (WDM)
- symmetrische Koppler und unsymmetrische Koppler (Tapkoppler)
- direkt verschmolzene Koppler mit 2, 3 oder 4 Fasern und Kopplermodule
- Koppler für Telekommunikationswellenlängen und Koppler für Sonderwellenlängen
(Short Wavelength Coupler) - Festwertdämpfungsleitungen
- Koppler für Signalübertragung und Koppler für Leistungsübertragung
Zum Produktportfolio der FOC gehören aber nicht nur Komponenten, die auf der Kopplertechnologie aufbauen. Die FOC konfektioniert Stecker entsprechend allen am Markt gefragten internationalen Standards, baut und liefert Gehäuseund Verteiltechnik. So kann der Kunde die gesamte passive Linien-, Übertragungs- und Systemtechnik aus einer Hand erhalten.
Die von FOC gefertigten Komponenten weisen zusätzlich Eigenschaften auf, die sie von Mitbewerbern unterscheiden:
- geringste Abhängigkeit der Einfügedämpfung der Komponenten durch optimale Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten aller verwendendeten
Materialien an den thermischen Ausdehnungskoeffinzienten der Glasfaser - Vermeidung sogenannter Frühausfälle durch 24-Stunden-Temperaturwechselbelastung (Burn-IN) für alle Komponenten vor der Kontrollmessung
- Kontrollmessung und Garantie der optischen Kennwerte für den gesamten vom Kunden gewünschten Wellenlängenbereich
- hohe mechanische und thermische Belastbarkeit durch konsequente Vermeidung von Sollbruchstellen; erreicht durch an die Fasern angepasste Herstellungsprozesse und Herstellung als “Inline-Komponenten“, d.h. keine Ankoppelstellen, Zwischenmedien oder dergleichen.
Zusätzlich garantiert Ihnen die FOC im, wenn auch unwahrscheinlichen, Fehlerfall durch kundennahe Fertigung einen schnel len Service und Garantieaustausch, bietet Ihnen kurze Lieferzeiten, sowohl bei Vo lumenproduktion als auch bei kundenspezifischer Fertigung.