熔接机,时代先锋的轨迹~光纤网络构建所要求的“熔接损耗”再降低~

熔接机,时代先锋的轨迹~光纤网络构建所要求的“熔接损耗”再降低~

要求通信质量的可靠性

熔接机是通过电弧放电(是一种气体放电之一。电极之间的气体和两个电极升至高温并发出强光,进行焊接等)产生的约1,800℃的热度将光纤端面熔化,并在瞬间将放置在左右两侧的光纤端面连接起来的仪器。光通信网络中所使用的光纤由石英玻璃制作而成,内部由中心部位的纤芯和覆盖在其周围的被包层的部分组成,呈同心圆状。光信号射入纤芯,在纤芯和包层之间不断反射进行传播。光纤分为2类,分别是纤芯部分较细的单模光纤(SMF)和纤芯部分较粗的多模光纤(MMF)。SMF的纤芯直径极细,标准的SMF仅为9.2μm(0.0092mm),以单一模式传播光信号,从而尽量降低其“衰减”,适合用于长距离、高速传播。另一方面,MMF采用直径为50μm 和 62μm的纤芯,以多模式传送光信号,因此信号的抵达时间会出现偏差,可能会损害电子设备等的正常运转,因此不适合用于长距离、高速传播,一般用作室内光缆。这些光纤中一直面对的一个问题,就是“衰减”。光在光纤内部传播时,会有一部分光逸散到光纤外部,或是不同光波长导致发生细微的传送速度偏差而引发衰减(传输损耗)。住友电工集团创造出了全球顶尖水准的超低损耗光纤,但是要构建高速且高可靠性的光通信网络,除了降低“传输损耗”之外,还需要降低光纤之间熔接时产生的“熔接损耗”。

第1款熔接机“TYPE-3”
第1款熔接机“TYPE-3”
第1款熔接机“TYPE-3”

以亚微米级精度熔接光纤端面

熔接就是将光的通道(即纤芯)的端面之间连接起来。目前,光通信网络中最普遍使用的是之前提到过的SMF,因此熔接时必须将直径仅为9.2μm(0.0092mm)的极细纤芯的位置对齐。如果光纤之间出现光轴偏移、角度偏移或是光纤端面之间出现缝隙,由于光纤和空气的折射率不同形成反射,会导致出现熔接损耗。例如,即使只是1μm(0.001mm)的光轴偏移,也会造成0.2dB的熔接损耗,因此要求以亚微米级的精度熔接光纤端面。降低熔接损耗成为一个重大课题。住友电工集团克服各种技术性问题,于1980年发售首台MMF熔接机(TYPE-3)。这种熔接机使用显微镜直接观察光纤的外径位置并进行熔接。因此,虽然它的连接损耗依赖于作业者的技术和熟练度,但在纤芯直径较大的MMF中实现了低熔接损耗。另一方面,为了应对纤芯直径仅为MMF的1/5的SMF,住友电工于1982年开发了可对齐光纤外径位置的熔接机(TYPE-11)。这种熔接机在光纤熔接点以外的一侧设置光源,在另一侧设置光接收器件,在光接收量达到最大即纤芯之间的位置一致时进行熔接。但是,仍然存在很多问题,例如在相距数百m~数km的位置上配置光源和光接收(受光)器件的作业繁琐、连接时间长等都是亟需解决的课题。

开发“纤芯直视”方式的对芯型熔接机

住友电工集团的开发团队创造出一种名为“纤芯直视”的技术,通过用显微镜观察光纤的纤芯部位自动对芯。1984年开始销售的熔接机(TYPE-33)中,开发出了通过搭载高精度、高倍率物镜的显微镜直接观察到光纤纤芯部位,进行纤芯对准的技术。并且,下一型号的TYPE-34更是在图像处理技术方面采用了CCD摄像头。由此实现了光纤纤芯部位的观察和对芯的自动化。但是,仍然存在其他课题。现在担任光机器事业部机电一体化部的部长本间敏彦,当时还是一名入职时间尚短、从事熔接机开发的员工。

光机器事业部 机电一体化部 部长 本间 敏彦
光机器事业部 机电一体化部 部长 本间 敏彦

“当时的熔接机的图像处理由CCD摄像头、控制线路、监控等组成,重量和体积都很大。随着光纤的普及不断推进,铺设施工也要在多样化的环境中进行,因此要求小型、轻量化的优质熔接机。 本集团采用以CMOS为代表的小型图像传感器、专用LSI和积层型高密度实装线路板,推进小型、轻量化,同时由于在无法通过AC电源供电的环境(检修孔、架空等)中使用熔接机的需求逐渐高涨,在20世纪90年代后半期开发了电池驱动机型。2000年以来,小型、轻量、搭载电池的熔接机成为了主流。并且在全球加速普及光纤的背景下,结合国内外各种严苛的室外施工环境寻求提高耐环境特性(耐风、耐冲击)等,一直延续至今的熔接机基本性能都是在这一时期诞生的。另外,还贯彻落实了维修服务和熔接作业必不可少的光纤切割刀和保护套管等配件的扩充。这些都由住友电工集团的材料技术提供支持,拥有自动旋转刀片这一独家技术的切割刀FC-8R取得了全球市场占有率最高的成绩。”(本间)

这一系列熔接机的开发,在20世纪80~90年代与通信运营商和其他同行公司进行共同开发为主。进入真正的开发竞争阶段是在迈入2000年以后,从那时候起,住友电工集团的独家技术开始引领熔接机的升级。

用于去除多芯光缆涂覆层的热剥钳“JR-6+”
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光纤切割刀“FC-8R”
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