Dank bereichsübergreifender Messtechnik werden Standards mit Kunden definiert

Konfektionierte optische Fasern werden in unterschiedlichen Bereichen verwendet: Die Anforderungen an Multimode-Assemblies für Sensorik, Medizintechnik oder industrielle Laserleistungsübertragung sind anders gelagert, aber ebenso hoch, wie die an Singlemode Patch-Kabel für Kommunikationstechnologien.

Je größer die eingekoppelte Leistungsdichte, desto wichtiger werden bei Multimode-Assemblies ­Produkteigenschaften wie Widerstandsfähigkeit, Zentrizität zwischen Stecker und Faser oder Reduktion von Rückreflexionen. Aufwendige Konfektionierungen setzen nicht nur ein erfahrenes Team voraus; es ist auch modernste Messtechnik nötig, um Lichtleitkabel für anspruchsvolle Aufgaben zu fertigen.
Bei der Singlemode-Technik sind viele Messmethoden bereits standardisiert: So werden konfektionierte Fasern oder Kabel auf den Leistungspegel (dB) kontrolliert. Die Stirnflächengeometrie wird interferometrisch gemessen, um zum Beispiel den Scheitelversatz (Apex-Offset) zu überprüfen. Als letztes wird die Sauberkeit nach IEC-Norm geprüft. Bei der Konfektionierung von Multimode-Fasern sind Standards nicht gegeben oder halten erst Einzug – so die Messung des undercuts der Faser.

Bei Laser Components werden wichtige Parameter, wie die Zentrizität von Ferrule zu Faserkern und die Sauberkeit genauestens überprüft, gemessen und, wenn benötigt, auch einzeln dokumentiert. Bei FSMA-Steckern, die vornehmlich bei Laseranwendungen in der Medizin und Industrie verwendet werden, wird zusätzlich das Anschlussmaß kontrolliert.

Multimode-Konfektionierung
Laser Components ist unter anderem spezialisiert auf die Konfektionierung optischer Fasern für die Übertragung hoher Laserleistungen: ein klassisches Feld von Multimode-Fasern mit Kerndurchmessern von 100 µm bis 1 mm, die sich in verschiedensten Ausprägungen für Wellenlängen vom UV bis ins ferne IR eignen. Verarbeitet werden hauptsächlich Stufenindex- und auch Gradientenindexfasern mit Quarzglas-Kern – außerdem Hohlkernfasern für die Übertragung von CO₂ Wellenlängen (10,6 µm) oder dotierte Fasern für den ultravioletten Bereich.

Verarbeitung von Singlemode-Fasern für Diodenlasermodule
Je nach Anwendung (z.B. Pumpen, Spektroskopie oder Biotech-Anwendungen) werden bei fasergekoppelten Laserdiodenmodulen entweder Multimode- oder Singlemodefasern an das Modul gekoppelt.

Die Herausforderung bei der Verarbeitung von Singlemodefasern für kurze Wellenlängen (z.B. 480 nm) liegt in den sehr kleinen Abmaßen der Faserkerne. Mit Durchmessern von nur 4 bis 5 µm sind sie rund 20 mal dünner als ein Haar. Hier verursachen schon Leistungen im mW-Bereich hohe Leistungsdichten an den Übergangsflächen der Steckverbindungen. Präzise Kernjustage und hohe Sauberkeit sind absolute Voraussetzung für exzellente Übertragungseigenschaften. Um den sicheren Betrieb der Module zu gewährleisten, müssen bei der Konfektion der Fasern spezielle Techniken eingesetzt werden, die hoher Sachkunde bedürfen:
Über Jahre hat Laser Components mit seinem erfahrenen Team eigene Konfektionierungstechnologien und Stecker entwickelt, die zu einer hohen Besteckerungsqualität führen und damit die gewünschte Betriebssicherheit garantieren. Als Beispiel seien hier modestripfähige Stecker erwähnt.

Endcaps zur Auskopplung hoher Leistungen aus der Faser
Eine mögliche Lösung für hohe Leistungsdichten an Steckerendflächen liefern sogenannte Endcaps: Das sind zylindrische reine Quarzstäbe, die an die optische Faser gespleißt werden und bei Bedarf auch in Standardstecker, wie FC/PC integriert werden können. Der Durchmesser der Endkappe ist größer als der des Faserkerns. Das Licht verlässt den Kern gemäß seiner numerischen Apertur; seine Leistungsdichte wird mit Hilfe des Endcaps reduziert. So werden das Abbrennen der Faser oder leistungsbedingte Endflächenschäden verhindert. Es gibt verschiedene Arten von Endcaps, die sowohl bei Singlemodefasern als auch Multimodefasern angewendet werden. Eine besondere Technologie ist die Einbringung des Endcaps mit definierter Länge in die Ferrule eines Singlemode-Steckers.

Über 20 Jahre Fertigungserfahrung
Um aus den konfektionierten Fasern die größte Übertragungseffizienz herauszuholen, muss man die Materialeigenschaften, Klebetechnologien, Steckeraufbauten und Konfektionstechnologien verstehen, anwenden und fertigungstechnisch optimieren. Unsere Mess- und Verarbeitungsgeräte sind immer auf dem aktuellen Stand der Technik. Laufend kommen neue Technologien hinzu, etwa das Fiber-Processing mit dem Ring-of-Fire. So können wir auch für anspruchsvolle Projekte kundenspezifische Lösungen anbieten.

Moderne Messmittel für zuverlässige Produkte
Laser Components vereint unterschiedliche Produktionsstätten unter einem Dach. Das abteilungsübergreifende Entwicklungsteam hat Zugriff auf alle verfügbaren Technologien und Messmittel.

Qualitätsbestimmung von ­Multimode-Lichtwellenleitern
Optische Glasfasern unterliegen denselben physikalischen Gesetzen wie Glas. Bei Stufenindex-Multimodefasern gibt es kaum Normen zur Qualitätsbestimmung. Wir leiten unser Wissen daher aus der Fertigung von Laseroptiken ab und vereinbaren Standards mit den Kunden.

AQL-Empfehlung
In Zusammenarbeit mit Kunden haben wir so die bestehende optische Norm auf die kleinen Flächen der Faserfacetten abgeleitet, können die Defektdichte dokumentieren und Empfehlungen aussprechen. Diese werden im AQL, dem Acceptance Quality Limit, niedergeschrieben. Wir schaffen es damit, die Wareneingangskontrolle beim Kunden auf 10% zu reduzieren.

Parameter für Steckverbindungen mit höchster Qualität
Eine Ursache für die Aufheizung der Faserfacette bzw. des konfektionierten Steckers kann die Verteilung der Laser­leistung im Faserkern, im Cladding oder im Coating sein. Auch nicht perfekte Endflächen, unregelmäßige Klebungen, falsche Kleberwahl oder schlechtes Steckerdesign haben Einfluss auf die Leistungsübertragung, ­verursachen „Hot-Spots“ oder zerstören im schlimmsten Fall die Endfläche.

Die Rautiefe von Glasoberflächen (RMS-Wert) lässt sich mit Weißlichtinterferometern bestimmen. Diese Messtechnik setzen wir vornehmlich ein, um die Oberflächenbeschaffenheit von Laseroptiken zu bestimmen. Sie lässt sich jedoch genauso verwenden, um kritische Faserstirnflächen zu prüfen, ihre Qualität zu beurteilen und zu dokumentieren. In der Feinoptik lässt sich die Rauheit der Oberfläche durch die Politur beeinflussen. Dieses Wissen wenden wir auch auf Fasern und Faserbeschichtungen an.

Mit interferometrischen Verfahren messen wir den Faserversatz oder definieren die Grenzen für Unterschliff oder Protrusion definieren.

AR-Beschichtungen auf Faserendflächen
An jeder Luft-Glas Grenzfläche entstehen Leistungsverluste. Die Ableitung der Fresnelschen Gleichungen ergibt bei senkrechter Lichteinstrahlung für jeden Übergang einen Reflexionsverlust von 4%. Dieser lässt sich durch sogenannte Antireflex-Beschichtungen minimieren.

Wir vergüten konfektionierte Faserstirnflächen, um die Leistungsverluste beim Ein- und Auskoppeln des Lichts zu minimieren und um Rückreflexionen zu vermeiden, die bei gepigtailten Laserdioden zur deren Zerstörung führen können.

Zentrizität
Die Zentrizität des konfektionierten Multimode-Lichtleiters im freistehenden Stecker spielt eine entscheidende Rolle. Um Licht möglichst verlustfrei zu koppeln und die Steckerzerstörung zu verhindern, muss die Faser möglichst genau im Zentrum der Ferrule liegen.
Geschulte Fachkräfte können die Kerne genau positionieren: Derzeit sind Zentrizitäten unter 5 µm möglich. Ein Messprotokoll gibt die exakten Werte aus. In der Praxis bedeuten exakt zentrierte Fasern weniger Justageaufwand und damit eine effizientere Installation der Anwendungen.

Weitere Produktinformationen:
Konfektionierte Kabel und Steckverbinder

Kontakt:

Ansprechpartner:	Dr. Andreas Hornsteiner
Firma:	Laser Components Germany GmbH
Adresse:	Werner-von-Siemens-Str. 15
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Telefon:	+49 (0) 8142 2864-82
Fax:	+49 (0) 8142 2864-11
E-Mail:	andreas.hornsteiner@lasercomponents.com