«Розробка технологічного процесу виготовлення фокону для спеціалізованих оптичних волокон»

Лукасевич, Віталій Сергійович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8857

Title:	«Розробка технологічного процесу виготовлення фокону для спеціалізованих оптичних волокон»
Authors:	Канашевич, Георгій Вікторович Лукасевич, Віталій Сергійович
Keywords:	Оптичні волокна
Issue Date:	2024
Abstract:	Анотація Дипломна робота присвячена розробці технологічного процесу виготовлення фокона для спеціалізованих оптичних волокон. Основною метою дослідження є вдосконалення методів формування конічного переходу, що забезпечує мінімальні втрати світлового сигналу та стабільність роботи оптичних систем. У роботі досліджено властивості кварцового скла, методи виготовлення оптичних волокон, особливості зварювання волокон різного діаметра, а також оптимізацію параметрів технологічного процесу. Практична частина роботи включає створення експериментальної установки для формування фокона шляхом зварювання оптичних волокон, визначення оптимальних режимів юстування та плавлення, а також інтеграцію отриманого переходу у порожнину оптичного конектора. Значну увагу приділено аналізу потенційних помилок, що виникають у процесі виготовлення, і шляхам їх мінімізації. Результати роботи мають вагоме практичне значення для вдосконалення технологій виготовлення спеціалізованих оптичних волокон, що використовуються в телекомунікаціях, лазерних системах, медичному обладнанні та інших високотехнологічних галузях. Розроблена методика сприяє підвищенню надійності оптичних з'єднань, зменшенню втрат сигналу та забезпеченню високої точності монтажу. Виконавець: здобувач групи мНТ-32 Лукасевич Віталій Сергійович Керівник: д.т.н., проф. Канашевич Георгій Вікторович Кваліфікаційна робота магістра містить 114 сторінок формату А4, 78 літературних джерел.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8857
Appears in Collections:	131 Прикладна механіка (Обробка металів за спецтехнологіями)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Лукасевич магістр 2024.pdf Restricted Access		2.58 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв

До захисту допущено:
Завідувач кафедри ТОМВ
____________Георгій КАНАШЕВИЧ
«_____»_____________2024р.

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи магістра

на тему: «Розробка технологічного процесу виготовлення фокону для
спеціалізованих оптичних волокон»

Виконав: здобувач 2 курсу, групи мНТ-32
Спеціальності 131 – «Прикладна механіка»
Освітня програма – «Обробка металів за
спецтехнологіями»
Лукасевич Віталій Сергійович
Керівник: д.т.н., професор Канашевич Георгій
Вікторович
Рецензент: головний інженер ДП «Семпал»
м.Черкаси
Якушев Іван Володимирович

Черкаси 2024 р.
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв
Освітній рівень магістерський.
Спеціальність 131 «Прикладна механіка».
Освітня програма «Обробка металів за спецтехнологіями»

ЗАТВЕРДЖУЮ:
Завідувач кафедри ТОМВ
Георгій КАНАШЕВИЧ
« » ____________2024р.

ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу магістра

_Лукасевичу Віталію Сергійовичу
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема роботи «Розробка технологічного процесу виготовлення фокону для
спеціалізованих оптичних волокон».
Керівник роботи д.т.н., проф. Канашевич Георгій Вікторович
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджена наказом Черкаського державного технологічного університету від
«16» вересня 2024р. №272/04
2. Термін подання здобувачем роботи 26. 11. 2024 р.
3. Вихідні дані до роботи: Конічні переходи в оптичних волокнах різного
діаметра;Оптичні волокна; Технологія зварювання оптичних волокон
4. Зміст пояснювальної записки: Аналіз методів формування конічних переходів
в оптичних волокнах; Вивчення властивостей матеріалів для виготовлення
спеціалізованих оптичних волокон; Теоретичні передумови створення фокону
шляхом зварювання оптичних волокон різного діаметра; Розробка та
оптимізація технологічного процесу інтеграції фокону в конструкцію
оптичного конектора; Аналіз експериментальних досліджень та отриманих
результатів; Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях.
5. Перелік графічного матеріал(з точним зазначенням обов’язкових
креслеників, плакатів, презентацій тощо Тема, мета ; Габаритні лазерні
апарати ; Проблеми використання лазерного випромінювання ; Оптичні
хвилеводи ; Структура оптичного хвилеводу ; Унікальні властивості та
характеристики оптичного волокна ; Фізико-хімічні показники кварцу ;
Властивості кварцового скла ; Види модифікацій конектора для оптичних
волокон ; Модель фокона ; Практичний результат в ході експеремента ;
Технологічний процеc виготовлення фокону ; Монтаж оптичного волокна в
конектор ; Результат експеремента у вигляді гомогенного розподілу
випромінення на тестовому стенді ; Безпека життєдіяльності при
виготовленні фокона.
6. Керівники з роботи із зазначенням розділів роботи, що їх стосується
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ
консультанта завдання видав завдання прийняв
Розділ 1-3 Канашевич Георгій Вікторович
Розділ 4 Цікановський Володимир Леонідович

7. Дата видачі завдання 16.09.2024 р.
Календарний план
№ Назва етапів дипломного Строк
Примітка
з/п роботи виконання етапів роботи
1 Збір інформації для написання КРМ 16.09 - 01.10.2024
2 Написання І розділу КРМ 02.10.- 15.10.2024
3 Написання ІІ розділу КРМ 16.10 – 24.10.2024
4 Написання ІІІ розділу КРМ 25.10 – 2.11.2024
5 Написання розділу з охорони праці 3.11 – 9.11.2024
6 Оформлення пояснювальної записки 10.11 – 30.11.2024
7 Оформлення графічної документації 26.11 – 04.12.2024
8 Захист роботи 22.01- 23.01.2025р.

Здобувач ___________ Віталій ЛУКАСЕВИЧ
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ

Керівник ___________ _Георгій КАНАШЕВИЧ_
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ

Анотація
Дипломна робота присвячена розробці технологічного процесу
виготовлення фокона для спеціалізованих оптичних волокон. Основною
метою дослідження є вдосконалення методів формування конічного переходу,
що забезпечує мінімальні втрати світлового сигналу та стабільність роботи
оптичних систем. У роботі досліджено властивості кварцового скла, методи
виготовлення оптичних волокон, особливості зварювання волокон різного
діаметра, а також оптимізацію параметрів технологічного процесу.
Практична частина роботи включає створення експериментальної
установки для формування фокона шляхом зварювання оптичних волокон,
визначення оптимальних режимів юстування та плавлення, а також інтеграцію
отриманого переходу у порожнину оптичного конектора. Значну увагу
приділено аналізу потенційних помилок, що виникають у процесі
виготовлення, і шляхам їх мінімізації.
Результати роботи мають вагоме практичне значення для вдосконалення
технологій виготовлення спеціалізованих оптичних волокон, що
використовуються в телекомунікаціях, лазерних системах, медичному
обладнанні та інших високотехнологічних галузях. Розроблена методика
сприяє підвищенню надійності оптичних з'єднань, зменшенню втрат сигналу
та забезпеченню високої точності монтажу.
Виконавець: здобувач групи мНТ-32 Лукасевич Віталій Сергійович
Керівник: д.т.н., проф. Канашевич Георгій Вікторович
Кваліфікаційна робота магістра містить 114 сторінок формату А4, 78
літературних джерел.

Annotation
The diploma thesis is dedicated to the development of a technological process
for manufacturing a tapered optical fiber (focon) for specialized optical fibers. The
main goal of the research is to improve the methods of forming a tapered transition
that ensures minimal light signal losses and stability of optical system performance.
The study investigates the properties of quartz glass, methods for manufacturing
optical fibers, features of welding fibers of different diameters, and optimization of
technological process parameters.
The practical part of the work includes the creation of an experimental setup
for forming the tapered transition by welding optical fibers, determining the optimal
alignment and melting modes, and integrating the obtained transition into the cavity
of an optical connector. Significant attention is given to analyzing potential errors
that occur during the manufacturing process and ways to minimize them.
The results of the work have significant practical importance for improving
technologies for manufacturing specialized optical fibers used in
telecommunications, laser systems, medical equipment, and other high-tech
industries. The developed methodology contributes to increasing the reliability of
optical connections, reducing signal losses, and ensuring high assembly precision.
Executor: Student of group mNT-32, Vitalii Serhiiovych Lukasevych
Supervisor: D.Sc., Prof. Heorhii Viktorovych Kanashkevych
The master's qualification work contains 114 A4 pages and references 78
literary sources.
1

ЗМІСТ
ВСТУП 3
РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ ЗА ТЕМОЮ РОБОТИ 6
1.1. Кварцове скло та його властивості 6
1.2. Конструкція кварцових оптичних волокон 10
1.3. Методи виготовлення оптичного волокна 13
1.4. Зварювання оптичних волокон 21
1.4.1 Очищення торців волокон від захисних оболонок 22
1.4.2. Сколювання торців оптичного волокна 26
1.4.3. Юстування та фіксація волокон у зварювальному пристрої 29
1.4.4. Оплавлення оптичних волокон 33
1.4.5. Зварювання оптичних волокон та перевірка на якість з’єднання 34
1.4.6. Захист звареної ділянки оптичних волокон 40
1.5. Монтаж оптичних волокон в конектор 44
1.6. Конічні переходи в оптичних волокнах 51
Висновки за розділом 1. 55
РОЗДІЛ 2. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС ВИГОТОВЛЕННЯ ФОКОНУ 56
2.1. Структурна схема технологічного процесу 56
2.2. Етапи технологічного процесу 57
2.3. Параметри технологічного процесу та їх оптимізація 68
2.4. Аналіз потенційних помилок та шляхи їх усунення 76
Висновки за розділом 2. 77
РОЗДІЛ 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА 80
3.1. Метод виготовлення фокону зварюванням 80
3.1.Експериментальна установка зварювання волокон 83
3.3. Метрологічне забезпечення експерименту. 85
3.4. Порівняння експериментальних даних із теоретичними розрахунками 90
Висновки за розділом 3. 92
РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ
СИТУАЦІЯХ 93
4.1. Вимоги безпеки при зварюванні оптичних кабелів 93
4.1.1. Потенційні ризики при зварюванні оптичних кабелів 93
2

4.1.2. Засоби індивідуального захисту (ЗІЗ) 95
4.1.3. Організація робочого місця 95
4.1.4. Правила експлуатації зварювального обладнання 96
4.1.5. Профілактика нещасних випадків 97
4.2. Вимоги безпеки при застосуванні клеючих сполук для зрощення кабелю
98
Висновки за розділом 4 99
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 101
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 102

3

ВСТУП
Високоенергетичні лазерні апарати та установки незалежно від
використовуваних типів лазерних випромінювачів та сфер застосування
характеризуються значними габаритами і масою. Цей фактор обмежує,
ускладнює, робить практично, іноді й теоретично неможливим використання
лазерного випромінювання, що виходить безпосередньо із зони генерації, у зоні
впливу.
Для вирішення цієї принципової проблеми конструкції сучасних
високоенергетичних апаратів та установок містять штатні оптичні хвилеводи або
забезпечують під’єднання зовнішніх оптичних хвилеводів.
Оптичний хвилевод – це направляюче середовище, структура якого
забезпечує розповсюдження оптичного випромінювання вздовж нього. В якості
оптичних хвилеводів можуть використовуватися дзеркально-лінзові каскади,
системи трубок, які оптично узгоджені між собою за допомогою дзеркально-
шарнірних з'єднань і т.п. При цьому найбільш універсальними з точки зору
варіантів застосування і, відповідно, найбільш поширеними є оптичні хвилеводи
на основі гнучких оптичних волокон.
Оптичне волокно – оптичний хвилевід, виконаний у вигляді нитки з
діелектричних матеріалів з покриттям. Успіх оптичних волокон і волоконної
оптики в цілому визначається, перш за все, унікальністю теоретично можливих і
практично досягнутих технічних параметрів кварцових оптичних волокон, що
домінують, і це, у свою чергу, базується на унікальних властивостях кварцового
скла.
У контексті вирішення задачі доставки високоенергетичного лазерного
випромінювання із зони генерації до зони впливу ключову роль відіграють
унікально високі променева міцність і променева стійкість лінійних ділянок
кварцових оптичних волокон навіть малих (від 10 мкм) поперечних перерізів.
При цьому зменшення діаметрів застосовуваних оптичних волокон забезпечує
збільшення варіабельності використання лазерного випромінювання.
4

З точки зору виробництва та логістики логічною є вимога простого
від’єднання оптичних хвилеводів на основі оптичних волокон від габаритних
установок. Також логічною видається можливість оперативної заміни оптичних
хвилеводів на резервні у випадках пошкодження лінійної ділянки або збільшення
довжини лінійної ділянки внаслідок збільшення відстані від установки до зони
впливу тощо. Найбільш оптимальним варіантом реалізації цих замін є роз’ємне
приєднання (від’єднання) оптичних хвилеводів на основі кварцових оптичних
волокон до габаритних апаратів та установок.
Вхідні ділянки оптичних волокон при роз’ємному з’єднанні прийнято
оснащувати оптичними конекторами. Оптичні волокна фіксуються в основному
елементі конектора – ферулі (як правило, циліндричної форми з прецизійним
отвором, що відповідає діаметру оптичного волокна). Торцеві поверхні вхідних
ділянок волокон піддаються механічній обробці (шліфування, полірування,
глибоке полірування). Незалежно від способу обробки (разом із ферулою після
вклейки або окремо від ферули з наступним введенням і фіксацією) якість
обробки торцевих поверхонь вхідних ділянок кварцових оптичних волокон
(оптичних деталей малих поперечних перерізів) буде поступатися якості обробки
більш габаритних оптичних деталей із того ж матеріалу.
Навіть у випадку умовного паритету якості обробленої торцевої поверхні
вхідної ділянки волокна променева міцність і стійкість цієї ділянки буде
принципово поступатися аналогічним властивостям лінійної ділянки кварцового
оптичного волокна. Все це особливо актуально для оптичних волокон малих
діаметрів поперечних перерізів.
Променева міцність і стійкість торцевої поверхні кварцового оптичного
волокна знаходяться в оберненій залежності від щільності потужності оптичного
випромінювання на торцевій поверхні та, відповідно, у прямій залежності (з
урахуванням низки обмежень) від площі поперечного перерізу цієї торцевої
поверхні, тобто квадрата діаметра волокна у випадку його округлого
поперечного перерізу. З урахуванням вищесказаного, при передачі
високоенергетичного лазерного випромінювання можуть становити інтерес
5

оптичні хвилеводи на основі кварцових оптичних волокон із лінійними
ділянками на волокнах малих діаметрів і вхідними ділянками на волокнах
більших діаметрів (відповідно, більших площ поперечного перерізу і більшої
променевої міцності).
Кварцові оптичні волокна з різними діаметрами можна нероз’ємно за
допомогою зварювання (найбільш технологічний спосіб з’єднання) поєднати
між собою. З метою зменшення втрат потужності оптичного випромінювання
уступ за діаметром у зоні зварного стика при подальшому термічному впливі
можна перетворити на плавний круговий конічний перехід від більшого діаметра
волокна до меншого (фокон), а сам перехід розмістити у корпусі оптичного
конектора.

6

РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ ЗА
ТЕМОЮ РОБОТИ
1.1 Кварцове скло та його властивості
Кварцове скло є унікальним матеріалом, отриманим шляхом плавлення
чистого кварцу або синтетичного діоксиду кремнію. Завдяки своїй винятковій
прозорості, термічній стійкості та хімічній інертності, кварцове скло знаходить
широке застосування у багатьох високотехнологічних галузях, включаючи
оптику, електроніку, лазерні системи та хімічну промисловість. Кварцове скло
складається з чистого діоксиду кремнію (SiO₂). Його структура є аморфною,
тобто без кристалічної решітки, що забезпечує йому унікальні фізико-хімічні
властивості. Відсутність впорядкованої кристалічної структури надає
кварцовому склу низький коефіцієнт теплового розширення та високу оптичну
прозорість у широкому діапазоні довжин хвиль[1,2,3].
Кварцове скло має високу прозорість у широкому спектрі довжин
хвиль(рис.1.1.-1.4.(ГОСТ 15130-79)) — від ультрафіолетового до
інфрачервоного, що робить його ідеальним матеріалом для оптичних
компонентів, таких як лінзи, фокусуючі елементи та оптичне волокно.

7

Рисунок 1.1. спектральні області та довжини хвиль кварцового скла макри
КУ-1

Рисунок 1.2. спектральні області та довжини хвиль кварцового скла макри
КУ-2

Рисунок 1.3. спектральні області та довжини хвиль кварцового скла макри
КВ
8

Рисунок 1.4. спектральні області та довжини хвиль кварцового скла макри КІ
Температура плавлення кварцового скла становить близько 1713 °C.
Температурний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР), що дорівнює 5 × 10−7
1/градус, на порядок нижче порівняно з тугоплавкими матеріалами. Тому
кварцове скло має високу термостійкість: нагріті до температури 1000-1200 ° С
стрижні з плавленого кварцу не руйнується при зануренні у воду. Розширення
скла з нагріванням обумовлено ангармонізмом коливань атомів. Однак
структурні перетворення призводять до зменшення обсягу, чим і обумовлено
низьке значення ТКЛР для кварцового скла[4,5,6]. Кварцове скло демонструє
твердість на рівні 5,5–6 за шкалою Мооса, що робить його стійким до подряпин
і механічного зносу. Матеріал є відмінним діелектриком, має низьку
електропровідність та високу діелектричну міцність, що робить його придатним
для застосувань у високовольтному обладнанні. Кварцове скло стійке до
більшості хімічних реагентів, включаючи кислоти, луги та органічні розчинники.
Єдиним винятком є плавикова кислота, яка може розчиняти діоксид кремнію.
Висока твердість, тугоплавкість та хімічна інертність цього матеріалу
забезпечує надійну експлуатацію виготовлених із нього виробів в агресивних
середовищах та при високих температурах[7].
9

B таблиці 1.1. наведено основні характеристики промислового кварцового
скла Suprasil® 3001 від компанії Heraeus для витяжки оптичного волокна.
Таблиця 1.1. Характеристики кварцового скла Suprasil® 3001
Хімічний склад Діоксид кремнію (SiO₂)
Температура плавлення ~1713 °C
Температура відпалу ~1140 °C
Температура склування ~1070 °C
Коефіцієнт лінійного розширення ~5,5 × 10⁻⁷ K⁻¹ (в діапазоні 20 °C – 320 °C)
Теплопровідність ~1,38 Вт/(м × K) (при 20 °C)
Показник заломлення ~1,4585 (для довжини хвилі 587,6 нм)
Діапазон прозорості 160 нм – 3500 нм
Модуль Юнга ~72,5 ГПа
Модуль зсуву ~30 ГПа
Коефіцієнт Пуассона 0,17
Густина ~2,203 г/см³
(джерело Heraeus Conamic. (n.d.). Suprasil® 3001 – Technical specifications.)
Кварцове скло Suprasil® 3001 є високоякісним матеріалом, який
демонструє відмінну прозорість у широкому спектральному діапазоні.
Мінімальний коефіцієнт лінійного розширення оптичного кварцу є
ключовим фактором, що забезпечує його виняткову термічну стійкість. Завдяки
цій властивості кварцове скло, а також оптичні волокна, виготовлені методом
витягування з цього матеріалу, зберігають свої фізичні характеристики навіть
при температурах до 1200°C. Така термічна стабільність є особливо важливою
для застосувань, де оптичні волокна піддаються впливу змінних температур.
Завдяки цим властивостям, кварцове скло і оптичні волокна, створені на його
основі, стали основою сучасних технологій передачі даних та оптичних систем.
Наступний розділ детально розгляне конструкцію оптичного волокна,
пояснюючи, як унікальні властивості кварцового скла реалізуються в його
дизайні для забезпечення ефективної передачі світлового сигналу.
10

1.2. Конструкція кварцових оптичних волокон
Після тривалого періоду використання на другорядних позиціях
багатомодові волокна з великими серцевинами здобули ключову роль у сучасних
волоконно-оптичних технологіях та інноваціях.
У багатьох промислових та медичних застосуваннях потрібні багатомодові
волокна різноманітних розмірів і форм з різними співвідношеннями серцевини
та оболонки та числовими апертурами (NA). Вибір цих параметрів залежить від
сфери застосування волокна: від лазерної хірургії та освітлення до датчиків.
Геометричні розміри сердечника волокна можуть змінюватися від 100 мкм до
більш ніж 1000 мкм, а відношення оболонка - сердечник від 1,05 до більш ніж
1,20. Взагалі, що більше числова апертура NA, то менше може бути
співвідношення оболонка- сердечник і діаметр сердечника. Мінімальні значення
діаметра сердечника та відношення оболонка-сердечник забезпечують менші
витрати на матеріали та більшу гнучкість волокон.
Малі розміри оптичних волокон дозволяють використовувати катетери
менших розмірів і, отже, зробити хірургічну процедуру менш інвазивною.
Мінімальні системи, які потребують широкого освітлення, також можуть
вимагати мінімальних розмірів та чисельності оптичних волокон. В
ультрафіолетових (УФ) додатках повністю кварцові волокна із сердечниками із
чистого кварцу більш надійні та мають кращі передатні властивості. При
передачі високої потужності, як правило, також потрібна чудова хімічна
стабільність повністю кварцових оптичних волокон. У минулому повністю
кварцові волокна були обмежені числовою апертурою NA = 0,22 або менше.
Колишні зразки волокон з осердям з чистого кварцу, оболонкою з легованого
кварцу і такою числовою апертурою NA були термічно нестабільні при великих
діаметрах серцевини(до прикладу більше 800 мкм). Температурні проблеми були
пов'язані з поверхнею, що розділяла легований і нелегований кварц, і згодом
були вирішені настільки, що сьогодні доступні волокна з NA = 0,22 і діаметром
11

осердя більше 1 мм при прийнятній температурній стабільності. Числова
апертура NA = 0,22 відповідає вхідної кутової апертури близько 25 °.
Всі ці роки використання оптичних волокон та лазерів у медицині
продовжує розширюватися. Розвиток даних додатків стимулюється розробкою
мінімально-інвазивних процедур, які можуть використовувати переваги волокон
малого діаметра при доставці енергії високої потужності від лазерних джерел з
різною структурою випромінювання. Крім того, у медичних додатках важливі
низькі власні втрати, характерні для кварцового сердечника, а також допустима
потужність конструкції кварц-кварц. Числова апертура повністю кварцових
волокон із сердечником із чистого кварцу в даний час досягає величини NA =
0,30 ± 0,02. Різновиди таких волокон включають волокна, що не соляризуються,
для передачі УФ випромінювання, а також волокна для передачі в ближньому ІЧ
діапазоні електромагнітного спектру. Крім того, волокна типу кварц-кварц із
сердечником із чистого кварцу та надвеликою NA тепер можна використовувати
у видимій та ближній областях ІЧ спектру при ефективній числовій апертурі
понад 0,6.
При створенні багатомодового волокна зі ступінчастим профілем
коефіцієнта заломлення серцевина з кварцу (чистого або легованого)
покривається оболонкою з матеріалу з низьким індексом заломлення (легований
кварц, твердий пластик, пластик), внаслідок чого формується хвилевід (рис. 1.7).

Рисунок 1.5. Базова будова оптичного волокна
12

На оболонку такого волокна наносять захисне (буферне) покриття, яке не
впливає на передачу світла по волокну; хоча можливе також нанесення
додаткових покриттів та буферних шарів, що змінюють числову апертуру NA
волокна.
Апертура NА волокна обчислюється за такою формулою:
1
���� = [��2�������� − ��2��������]2
Волокна зі ступінчастим профілем індексу заломлення пропускають тільки
ті промені, які входять у волокно під відповідними кутами вхідної апертури.
Для ряду задач велика зручність полягає в тому, що можна збільшити або
знизити числову апертуру і цим змінити вхідну кутову апертуру.
Кварцова серцевина з низьким вмістом OH може бути легована для
отримання волокон з дуже високими значеннями NA. Кварц володіє хорошими
оптичними та термічними властивостями. Він може бути синтезований з
надзвичайно високою чистотою та працювати на довжинах хвиль від менше 200
до понад 2000 нм із надзвичайно низьким поглинанням.
Окремі волокна кварц-кварц з покриттям з полііміду можуть витримувати
температуру 400 °С, а конфігурації сплавленого пучка можуть досягати
температур, близьких до 1500 °С на розплавлених кінцях. Застосування в
медицині, фармацевтиці, судовій експертизі, датчиках, дистанційному виявленні
або контролі небезпечних середовищ виграють при використанні оптичних
волокон такого типу.
Матеріалами покриття можуть бути легований кварц, твердий жорсткий
пластик або пластик. Комбінації кварцової серцевини та різних типів оболонок
дозволяють створити численні типи волоконної продукції для широкого
діапазону застосувань. Верхня межа числа мод, які можуть бути передані у
волокні зі східчастим індексом заломлення, відома як показник нормованої
частоти або число V, обчислюється за формулою:
2����
�� = ( ) ∙ ����
��
13

Кварцові волокна з пластиковою оболонкою PCS (Plastic clad silica) мають
осердя з кварцового скла, оточений тонким шаром пластмасового (силіконового)
матеріалу, що покриває (див. рис. 1.6.) Часто використовується також захисне
покриття з полімерних матеріалів типу Tefzel. (ETFE етилен тетрафлуороетилен)
Оскільки покриває матеріал цих волокон не піддається УФ затвердінню, вони
добре пропускають хвилі УФ діапазону при більш низькій вартості, ніж у
повністю кварцових волокон.

Рис. 1.6. Схематичне подання кварцового волокна з оболонкою із
твердого полімеру
Кварцові волокна з оболонками із твердого полімеру НPCS (Hard polymer
clad silisa) в останні десятиліття стали затребуваними у багатьох медичних,
промислових, наукових додатках. Зазвичай таке волокно має осердя з чистого
кварцового скла, покрите тонким шаром твердого полімерного матеріалу, і
зовнішнє захисне покриття.
Волокна HPCS коштують не так дорого, як повністю кварцові структури, і
мають такі переваги, як висока міцність, низька статична втома, менша напруга
на поверхні, що розділяє серцевину і оболонку, високе відношення серцевина-
оболонка і мала маса. При оконечуванні оболонка з твердого полімеру
залишається на волокні, що зберігає його високу міцність. Оптичні волокна
14

HPCS добре працюють у широкому діапазоні температур. Зразки волокна
використовуються при температурі рідкого азоту (-196 °С) та нижче для
перенесення інформації спектроскопії матеріалів, що витримуються за такої
температури. З іншого боку, такі волокна придатні до експлуатації за майже
постійного впливу температур до 125 °С. У медичних додатках особливо
важливим є те, що характер статичної втоми цих волокон залишається
передбачуваним і незмінним навіть у вологому середовищі (у пару).
Існують волокна HPCS як з високим, так і з низьким вмістом OH, що
використовуються в області УФ, видимого та ближнього інфрачервоного
випромінювання. Волокна HPCS передають хвилі УФ діапазону, але їх
використанню на довжинах хвиль менше 400 нм перешкоджає поглинання у
твердій оболонці. Тим не менш, були розроблені волокна HPCS із загасанням
менше 1 дБ/м навіть на 300 нм та менше 1,5 дБ/м на 275 нм.
Різноманітність конструкцій оптичного волокна і матеріалів для оболонок
дає змогу адаптувати волокно до широкого спектра завдань - від телекомунікацій
і лазерних систем до медичних і промислових застосувань. Оболонки
забезпечують захист серцевини, підтримуючи її оптичні та механічні
властивості, а також гарантують стабільну роботу в складних умовах
експлуатації.
Успішна реалізація такої конструкції можлива завдяки ретельно
розробленим технологіям виготовлення оптичного волокна
1.3. Методи виготовлення оптичного волокна
Для створення оптичних волокон використовуються різноманітні
матеріали, серед яких найпоширенішим є кварцове скло завдяки його
винятковим фізико-хімічним властивостям. Проте в окремих випадках
застосовуються альтернативні матеріали, такі як полімери, фторидне та
халькогенідне скло, які можуть забезпечити специфічні властивості для певних
типів оптичних систем.
Кварцове скло демонструє високу прозорість у широкому діапазоні
довжин хвиль, низький коефіцієнт лінійного термічного розширення, термічну
15

стабільність і хімічну інертність. Ці характеристики роблять його незамінним у
телекомунікаційних волокнах і лазерних системах, де потрібні мінімальні
оптичні втрати та стабільність при екстремальних умовах. Однак, для
специфічних застосувань, таких як сенсори або волокна для роботи в середньому
інфрачервоному діапазоні, можуть використовуватися полімерні або
халькогенідні матеріали, які демонструють високу прозорість у цих
спектральних областях. Першою спробою виробництва оптичного волокна дуже
високої чистоти був так званий спосіб подвійного тигля.
Метод подвійного тигля був одним із перших технологічних підходів до
виготовлення оптичних волокон і залишається цікавим з точки зору історичного
розвитку технологій. Його сутність полягає у використанні двох коаксіально
розташованих тиглів(див. рис. 1.7.): зовнішній тигель містить матеріал для
оболонки, а внутрішній — для серцевини волокна. Обидва матеріали плавляться
при високій температурі, і отриманий розплав витягується у вигляді волокна.
Таким чином, одночасно формується серцевина та оболонка, забезпечуючи
точне співвідношення їхніх діаметрів.
Метод дозволяє отримати волокна із заздалегідь заданим профілем, однак
має обмеження у створенні складніших конструкцій або багатошарових волокон.
Однією з ключових проблем цього підходу є забезпечення чистоти вихідних
матеріалів, оскільки будь-які домішки можуть спричинити значні оптичні
втрати. Також метод не дозволяє ефективно контролювати профіль показника
заломлення, що є критичним для сучасних високошвидкісних
телекомунікаційних волокон.
16

Рисунок 1.7. Спосіб подвійного тигля у виготовленні оптичного волокна
Хоча метод подвійного тигля був широко використовуваним у ранні етапи
розвитку волоконної оптики, з часом його замінили більш досконалі технології,
такі як MCVD, OVD і VAD.
Ці методи з'явилися на початку 1970-х років, і їх можна було розділити на
дві категорії внутрішні та зовнішні процеси. В обох випадках при виробництві
аморфних субмікронних кварцових частинок використовують окислення пари
тетрахлоридного кварцу. Інші хлористі пари, як, наприклад, чотирихлористий
германій та оксихлорид фосфору, використовуються як джерела легуючих
домішок у кварці.
Зовнішнє осадження використовує гідроліз у полум'ї, коли хлориста пара,
проходячи через пропан-кисневе або воднево-кисневе полум'я, створює
частинки «сажі» SiO2. Ці частинки, накопичуючись на оправці, утворюють
окалину. Внутрішній процес використовує ті ж реагенти разом з киснем, але
реакція всередині кварцової трубки відбувається за відсутності водню. Висока
температура, необхідна для протікання реакції парів галогеніду з киснем,
забезпечується воднево-кисневим пальником, який переміщається вздовж
трубки, що обертається на установці, схожій на токарний верстат. У процесі
реакції утворюються частинки, причому це відбувається за рахунок окислення, а
17

не гідролізу. Ці частинки наносяться на внутрішню стінку трубки факелом, що
зміщується вниз, і спікаються, утворюючи склоподібний шар, поки факел
рухається вздовж трубки.
Було розроблено два методи зовнішнього осадження. Це «зовнішня
парофазна осідання» OVD (Outside vapor deposition) [3], розроблена Coming Glass
Works, і варіант «вертикально-осьового осадження» VAD (Vertical axial
deposition) [4], розроблений консорціумом японських виробників кабельної
продукції та корпорацією NTT (Nippon Telegraph and Telephone Corporation).
Процес зовнішнього осадження OVD один із найпоширеніших методів, які
використовуються у виробництві оптичного волокна. Етапи, які
використовуються при зовнішньому осадженні OVD, схематично показані на
рис. 2. [5]. На етапі осадження сажі при гідролізі в полум'ї метану/кисню
утворюються частинки кварцу та кварц з домішками. Пориста заготовка скла
(преформа) формується нарощуванням осаду шар за шаром на напрямний
стрижень, що обертається, при переміщенні факела вздовж його осі.
У процесі осадження порошку, для зміни індексу заломлення шарів сажі,
певні сегменти кремнієвої заготовки додаються легуючі домішки. Германій , бір,
фтор, фосфор і титан типові добавки, що використовуються в процесі OVD.
Найбільш поширеною добавкою є оксид германію (GeO2), який часто
використовується в центральній частині серцевини волокна. Для одержання
кварцової заготовки з домішкою германію в пальник, що осаджується, вводиться
попередня домішка (наприклад, GeCl4). Попередня домішка окислюється в
полум'ї, формуючи частки GeO2 та пари GeO. Цим домішка відрізняється від
окису кремнію SiO2, що знаходиться в полум'ї переважно у формі твердих
частинок. Відносна пропорція осадження частинок і пар германію, а також
морфологія результуючої присадки (тобто аморфний або кристалічний германій)
контролюються за умовами обраного процесу.
На наступному етапі пориста заготовка скла обробляється осушуючим
агентом (наприклад, хлором) для видалення води та домішок металу [6-8].
Осушення преформи проводиться ізотопічно при температурі між 950 і 1250 °С,
18

при цьому швидкість дифузії та кінетика реакції очищення від забруднень
(наприклад, реакція Fе з хлором) досить швидкі і щільність преформи
підвищується незначно. Реакція осушуючого агента та гідроксильних груп у
пористій заготовці може бути записана у вигляді [9]:
SiOH + Cl2→ SIOCI + HCl
Нагрівання до високої температури дозволяє певною мірою знизити вміст
гідроксильних груп у преформі [10], проте цього ще недостатньо, щоб
задовольнити вимоги щодо загасання в телекомунікаційних додатках.
Після осушення проводиться спікання пористих заготовок скла (преформ)
за нормальної температури близько 1200 + 1600 °C [6, 7]. Для преформ з
кварцового порошку основним механізмом спікання є в'язкий перебіг під дією
поверхневої енергії.

Рис 1.8. Схематичне зображення процесу зовнішнього осадження OVD
Маккензі (Mackenzie) і Шаттлворсом (Shuttleworth) [11] була
запропонована модель «елементарного осередку» для прогнозування швидкості
зростання щільності при спіканні гранульованої речовини методом в'язкої течії
під дією поверхневої енергії.
На завершальному етапі зовнішнього парофазного осадження OVD
проводиться витягування скляної заготовки, що спеклася в оптичне волокно
діаметром 125 мкм, яке використовується в системах зв'язку [12, 13]. У процесі
витягування волокна скляну преформу нагрівають (зазвичай в атмосфері
інертних газів) до температури вище за точку розм'якшення скла (2000-2200 °С
для кварцового скла), а потім витягують під дією осьової розтягуючої напруги.
Дуже важливим є суворий контроль умов витяжки волокна (швидкості
волочіння, напруги, температури в печі, діаметру волокна тощо), оскільки вони
19

мають сильний вплив як на фізичні та хімічні характеристики скловолокна, так і
на загальні якісні показники оптичної системи [ 14, 15].
Процес осьового парофазного осадження VAD є варіантом методу
зовнішнього осадження OVD, при якому серцевина і оболонка можуть
осаджуватися або разом, або окремо [16-21]. При використанні методу VAD
також формується циліндрична структура на основі порошку, але осадження
проводиться з торця, як показано на рисунку 1.9..

Рисунок 1.9. Процес виробництва волокна методом вертикального
парофазного осадження VAD: а) нарощування тіла заготовки з торця; б)
профіль пористої преформи після видалення оправки; в) спікання преформи; г)
волочіння волокна
Осадження серцевини та оболонки проводиться одночасно двома
пальниками, при цьому формується пористий порошкоподібний циліндр без
отвору. Потім сформована заготіля спікається за умов, подібних до тих, які
використовуються в методі OVD. Принципова відмінність між двома процесами
полягає в тому, що в методі OVD структура профілю преформи визначається
зміною складу кожного шару, а в методі VAD профіль залежить від точного
20

контролю складу газів полум'я, форми стрижня, на який проводиться осадження
порошку, і розподілу температури по його поверхні.
Метод VAD вимогливий до конструкції пальника, що включає до 10
концентричних кварцових трубок. ряду чергуються трубки з киснем і воднем.
Маніпулюючи потоками газу, температурою та частинками присадок у полум'ї,
можна контролювати розподіл температури поверхні та форму заготівлі.
Незважаючи на такий досить слабкий контроль складу, метод VAD мав
одну істотну перевагу порівняно з методом першого покоління OVD. Ha-
пам'ятаємо, що тоді системи передачі використовували градієнтне багатомодове
волокно. Велика різниця в індексі заломлення між серцевиною та оболонкою, яка
потрібна в таких типах волокон, досягалася за рахунок сильного легування
серцевини. Це призводило до неузгодженості процесів теплового розширення
серцевини та оболонки, внаслідок чого на внутрішній поверхні застиглої
заготовки, одержаної методом OVD, при її охолодженні нижче температури
переходу скла з'являлися тріщини. Оскільки заготовки, отримані методом VAD,
не мають отвори в центрі, вони виявилися стійкішими до температурних напруг.
Головна проблема методу VAD полягала у створенні профілю з
оптимальним індексом заломлення, у якому мінімізується модова дисперсія.
Спочатку думали, що з управління розподілом GeO2 по заготівлі потрібно кілька
джерел GeCl4, кожен із різним складом. Але було встановлено, що досягти
потрібного ефекту можна за рахунок керування розподілом температури за
заготовкою. Зрештою зусилля розробників даного методу сконцентрувалися на
формі зростаючої поверхні та профілі температури. На рисунку 1.10. [22] процес
впровадження GeO2 у кварц представлений як функція температури торця
заготовки. При температурах нижче 400 °C GeO2 втрачається при випаровуванні
окремих кристалічних частинок, коли заготовка спікається за високої
температури. Також існує перспективний метод прямого осадження
наночастинок.
21

Рисунок 1.10. Залежність між температурою поверхні і концентрацією
GeO2 в процесі вертикально-осьового осадження VAD
Пряме осадження наночастинок DND (Direct nanoparticle deposition)
розроблено та впроваджено фінською корпорацією Liekki Corporatrion як новий
спосіб виробництва волокна, що ідеально відповідає вимогам, обумовленим
застосуванням сучасних лазерів високої потужності.
менних лазерів високої потужності. Метод DND дає можливість гнучкого
конструювання скляної матриці, в якій розчиняються рідкісноземельні іони [23].
Більш того, технологія DND забезпечує радіальний контроль домішок, в
результаті якого досягається чудова рівномірність профілю індексу заломлення
ключовий показник для волокон з широкою серцевиною і низькою числовою
апертурою. елементів.
Процес прямого осадження наночастинок DND ґрунтується на горінні
газів та розпиленні рідких сировинних матеріалів в атмосфері киснево-водневого
полум'я. Гнучкість, з якою вихідні матеріали вводяться в процес, дає можливість
використовувати матеріали з різними значеннями тиску пари. Скло легується
добавками безпосередньо в полум'ї, в якому формуються частинки скла, що
знижує ймовірність утворення кластерів. Метод DND дозволяє змішувати
матеріали, які впливають на показник заломлення (наприклад, алюміній,
германій, фосфор), з іншими добавками (Yb, Er, Nd) вже в процесі осадження
частинок скла. Це забезпечує високу однорідність складу перед фазою спікання.
22

На процес формування волокна впливають різні параметри, такі як тиск
парів металів, температура полум'я, швидкість газу, траєкторії крапель у полум'ї
та вільна енергія Гіббса вихідних матеріалів. Якісні результати досліджень
гранулометричного складу частинок показують розподіл з одним піком, що
свідчить про формування частинок у процесі пароутворення-конденсації. Різке
охолодження та короткий час обробки сприяють утворенню малих частинок із
вузьким гранулометричним складом.
Сучасні технології виготовлення оптичних волокон, такі як MCVD, OVD і
VAD, [24] доповнюють метод DND, забезпечуючи високоточний контроль за
профілем показника заломлення, чистотою матеріалу та геометричними
параметрами волокна. Завдяки цьому вдається створювати волокна, що
відповідають жорстким вимогам сучасних оптичних систем, включаючи
телекомунікаційні мережі, лазерні апарати та сенсорні пристрої.
1.4 Зварювання оптичних волокон
Зварювання оптичних волокон є одним із ключових етапів створення
волоконно-оптичних систем, що забезпечує міцність і якість з'єднань для
передачі сигналів з мінімальними втратами. Цей процес включає кілька
послідовних етапів, кожен із яких виконує свою важливу функцію у
забезпеченні оптичної прозорості, механічної міцності та довговічності
з'єднання(див. рис. 1.11.).

23

Рисунок 1.11. Базовий послідовний технологічний процес зварювання
оптичного волокна: а) торців волокон із еквівалентним діаметром та NA , б)
очищення торців волокон від захисних оболонок, в) сколювання торців
оптичного волокна, г)оплавлення торців, д)зварювання підготовлених торців,
е)захист звареної ділянки.
Від правильної підготовки волокна до захисту стику — кожен крок має
вирішальне значення для успішної реалізації технологічного процесу.
Одним із перших і найважливіших етапів є видалення захисного покриття з
волокна. Цей процес має фундаментальне значення, оскільки високі
температури, що виникають під час формування стику, можуть пошкодити
полімерне покриття або навіть вплинути на скло, яке з ним контактує. Видалення
покриття дозволяє уникнути цих ризиків, а також забезпечує більш точне
вирівнювання волокна завдяки меншій варіації розмірів чистої скляної поверхні
порівняно з полімерним шаром.
Водночас, цей етап має свої виклики. Процес зняття покриття може
знижувати механічну міцність волокна, створюючи мікродефекти на його
поверхні. Такі дефекти можуть впливати на довговічність з'єднання та знижувати
його надійність. Тому особлива увага приділяється тому, щоб залишки покриття
були повністю видалені, оскільки їхня присутність може вплинути на точність
вирівнювання та якість з'єднання.
Зважаючи на це, існують різні технології видалення покриття, які можуть
бути умовно поділені на три основні категорії: механічне та термомеханічне
зачищення, хімічне зачищення та методи випаровування. Кожен із цих методів
має свої переваги, обмеження та область застосування, що визначаються типом
покриття волокна, умовами роботи та вимогами до якості кінцевого з'єднання.
1.4.1 Очищення торців волокон від захисних оболонок
Механічні та термомеханічні методи є найпоширенішими методами
видалення покриття з оптичного волокна при підготовці його до зрощування
плавленням [25]. Ці методи недорогі, швидкі і застосовні до досить широкого
24

спектру покриттів (за винятком полііміду і твердого покриття з діоксиду
кремнію). Як механічне, так і термомеханічне зачищення можна виконувати
відносно недорогими ручними інструментами. Майже у всіх процесах польового
зрощування використовується механічна або термомеханічна зачистка. Значна
частина заводських або лабораторних зварних з'єднань також виконується цими
методами. Як випливає з їхніх назв, механічне та термомеханічне зачищення
включає в себе врізання в покриття твердим інструментом для руйнування
покриття, а потім переміщення інструменту вздовж волокна для відшаровування
покриття від волокна і виштовхування його з поверхні. Якщо покриття відносно
жорстке, воно буде відшаровуватися від поверхні скловолокна. Якщо покриття
виготовлене з більш м'якого полімеру, наприклад, первинне покриття подвійного
акрилатного покриття, воно може зберегти залишки покриття, що прилипають
до поверхні скловолокна.
Узагальнюючи, подвійні акрилатні покриття вимагають меншого зусилля
для механічного або термомеханічного видалення, ніж одинарні акрилатні
покриття.
Багато інструментів для механічного зняття покриття дуже схожі на
інструменти для зачистки дроту і мають той самий принцип роботи (див.рис
1.12.). Зазвичай волокно з покриттям протягують через крихітний отвір, який
містить гострі поверхні, що прорізають покриття. На відміну від звичайного
інструменту для зняття покриття, отвір в оптичному інструменті для зняття
покриття ретельно спроектований, щоб мінімізувати ймовірність контакту з
вразливою поверхнею скла і її пошкодження. Звичайні інструменти для зачистки
дроту не можна використовувати для зачистки оптичного волокна, оскільки вони
будуть дряпати поверхню скла, роблячи волокно крихким.
25

Рисунок 1.12. Звичайний інструмент для механічного зачищення оптичного
волокна, що застосовується до стандартного оптичного волокна зі стандартним
двошаровим акрилатним покриттям діаметром 250 мкм
Для більш точного зняття покриття використовуються регульовані
стрипери. [26] Ці інструменти дозволяють налаштовувати розмір отвору або силу
затиску залежно від типу волокна. Вони забезпечують більшу універсальність і
дозволяють працювати з волокнами різного діаметра, включаючи спеціалізовані
волокна.
Більш сучасними є термострипери [27] (див. рис. 1.13.), які
використовують нагрівання для полегшення зняття покриття. Завдяки впливу
тепла захисний шар стає еластичнішим, що зменшує ризик пошкодження
волокна. Цей тип стриперів особливо корисний при роботі з волокнами з
термостійким покриттям або товстими захисними шарами.
Термомеханічна зачистка - це варіант механічної зачистки, в якому
електричний нагрівач розм'якшує полімерне покриття для полегшення його
видалення.. Термомеханічна зачистка особливо ефективна, коли покриття
складається з одного акрилатного шару. Якщо скло має подвійне акрилатне
покриття, м'якший внутрішній шар легше відокремлюється від поверхні скла,
тому механічна зачистка, як правило, дає кращі результати.
Для автоматизованих систем часто застосовуються автоматичні стрипери,
які інтегровані в сплайсери. [28] Вони виконують зняття покриття, очищення та
26

вирівнювання волокна в одному циклі, що значно спрощує процес і знижує ризик
помилок.
Кожен із типів стриперів має свої переваги та обмеження, тому вибір
конкретного інструмента залежить від типу волокна, умов роботи та вимог до
точності. Використання якісного стрипера є важливим етапом підготовки, що
забезпечує успішне виконання подальших процесів зварювання.

Рисунок 1.13. Термостріпер для оптичного волокна Ribbon Fiber Stripper
RS02/03
Також зазвичай в експерементах або лабараторних умовах застосовується
хімічне видалення покриття з оптичних волокон яке передбачає використання
агресивних розчинників для розчинення полімерного шару. [29] Цей метод є
особливо привабливим, оскільки, на відміну від механічного, він не створює
механічних напружень, що можуть пошкодити поверхню волокна і зменшити
його міцність. Хімічний підхід ефективно застосовується для широкого спектру
волокон, включаючи ті, які мають поліімідне покриття або тверді полімерні
оболонки, однак через токсичність і легкозаймистість багатьох реагентів він
частіше використовується в лабораторних або виробничих умовах.
Процес хімічного видалення зазвичай триває близько однієї хвилини, що
довше, ніж у механічного чи методів випаровування. Найпоширенішими
реагентами є концентровані сірчана кислота або її суміші з азотною кислотою
(наприклад, 95% H₂SO₄ і 5% HNO₃). Такі розчини нагрівають до температури
27

близько 200°C. Висока ефективність цього методу дозволяє швидко й повністю
видалити покриття навіть із поліімідних або твердих оболонок, які зазвичай
важко знімати іншими способами.
Альтернативним реагентом є метиленхлорид, який дозволяє розм’якшити
акрилатне покриття, що спрощує його подальше механічне видалення. Проте цей
розчинник має обмеження через його токсичність і можливість випаровування,
яке може впливати на інші частини волокна. Для забезпечення повного
очищення після хімічного видалення використовуються промивні рідини, такі як
вода, ацетон або ізопропанол.
Попри очевидні переваги, хімічне видалення потребує ретельного
контролю умов роботи через високий рівень токсичності і необхідність
спеціалізованого обладнання, такого як витяжні шафи. Тому цей метод рідко
застосовується в польових умовах, але залишається одним із основних підходів
у лабораторіях і на виробництвах, де потрібна максимальна якість з’єднання.
Окрім механічного та хімічного видалення покриття, все ширше
впроваджуються сучасні методи зачистки за допомогою випаровування. [30] Ці
технології стали ефективною альтернативою традиційним методам, пропонуючи
низку переваг. У методах випаровування полімерний матеріал покриття
видаляється під впливом високих температур, що забезпечує високу швидкість
процесу, відсутність використання небезпечних хімічних розчинників,
мінімальні механічні навантаження на волокно та максимальну якість поверхні
очищеного скла.
Технологія випаровування відзначається своєю ефективністю, проте
вимагає використання складного обладнання, що обмежує її застосування у
польових умовах. Натомість, вона ідеально підходить для автоматизованих
виробничих процесів, зокрема в умовах заводського зрощування оптичних
волокон.
Одним із простих, але менш ефективних підходів до видалення покриття є
спалювання його в атмосфері кисню або навколишньому середовищі. Цей метод,
відомий як зачистка полум’ям, полягає у згорянні полімерного шару. Проте
28

спалювання суттєво знижує міцність на розрив очищеного волокна, навіть
більше, ніж механічна зачистка. У випадках, коли інші методи, такі як
використання гарячої кислоти, недоступні, полум’я або інше
високотемпературне джерело тепла стає єдиним способом для видалення
поліімідного або твердого покриття.
Одним з найбільш поширених методів випаровування є проведення
гарячого струменя газу над волокном з покриттям. Температура газу, що
використовується, може сягати кількох сотень градусів Цельсія. Це значно
перевищує температурну стійкість полімерного покриття, але залишається
нижчою за точку розм’якшення самого волокна, що забезпечує збереження його
геометричних і механічних характеристик. Метод гарячого струменя дозволяє
ефективно видалити покриття, залишаючи мінімальну кількість залишків і
зберігаючи високу якість поверхні очищеного волокна. [31]
Методи випаровування знаходять своє місце у виробничих процесах
завдяки автоматизації, високій швидкості та відсутності необхідності у
використанні хімічних реагентів. Водночас їх впровадження у польових умовах
залишається обмеженим через високу вартість і складність обладнання.
1.4.2 Сколювання торців оптичного волокна
Зрощування оптичних волокон майже завжди вимагає, щоб кінчики волокон
мали гладку торцеву поверхню, перпендикулярну до осі волокна. Досконало
перпендикулярного і плоского торця можна досягти за допомогою процесу, який
називається розщепленням, в якому крихке скло руйнується контрольованим
чином. [32, 33] Як ми побачимо, якість розколу є важливим фактором, що
контролює втрати при зварюванні. Висока якість розщеплення має важливе
значення при зрощуванні складних спеціальних волокон, таких як волокно,
леговане ербієм (EDF) або волокно, що компенсує дисперсію (DCF). [34]
Оптичне волокно розщеплюється шляхом створення високого
розтягувального напруження поблизу мікротріщини на поверхні волокна, яка
швидко поширюється по його поперечному перерізу (див. рис. 1.14.). Цей
29

принцип реалізовано у багатьох типах комерційного обладнання для
сколювання. У деяких сколювачах розтягувальне напруження прикладається
одночасно з подряпиною поверхні волокна за допомогою надтвердого
інструмента, зазвичай алмазного леза. Інші моделі спочатку утворюють
подряпину, а потім прикладають розтягувальне зусилля. Деякі інструменти
створюють рівномірне розтягувальне напруження по всьому перерізу волокна,
тоді як інші забезпечують вигин волокна з малим радіусом, створюючи високе
напруження на зовнішній стороні вигину. Сила розтягування зазвичай
вимірюється в грамах сили, а не в ньютонах.

Рисунок 1.14. Схематична ілюстрація стратегії розрізання оптичних волокон
за принципом надрізу і натягу
Існує багато інструментів для виконання надсічки та розлому (див. рис.
1.15.), які певним чином згинають волокна, створюючи напругу зрізу; вони
утворюють кут величиною менше 10. Деякі інструменти при надсічках
створюють напругу без крутного моменту, що дозволяє отримати поверхню
торців з кутом відхилення від перпендикуляра до осі менше 0,5°. Інструмент для
розрізання волокна повинен мати такі характеристики:
а) належне регулювання тиску лезами на поверхню волокна, щоб отримати
тріщину з постійними геометричними розмірами,
b) гарантований контакт леза (різальних країв),
с) регульована довжина оголеної частини волокна, що сколюється,
d) регульоване осьове навантаження, що надається на волокно,
30

е) інструмент повинен бути простим у користуванні та бажано
призначатись для виконання однієї дії

Рисунок 1.15. Сколювач оптичних волокон Fujikura CT-50A
Руйнування волокна під час сколювання є складним процесом, який важко
повністю контролювати, тому навіть найсучасніші комерційні сколювачі час від
часу генерують дефектні розколи. Основні типи дефектів сколювання
проілюстровано на рис. 1.
"Шип" (див. рис. 1.6. а) являє собою виступаючий скляний шип на периферії
торцевої поверхні волокна. Подібні дефекти можуть стати суттєвою проблемою,
якщо довжина виступу перевищує кілька мікрон, що може перешкоджати
якісному поєднанню волокон під час зварювання. У разі виявлення "шипа" на
збільшеному зображенні зварювального апарата волокно слід повторно сколоти.
"Відкол" (див. рис. 1.6. b) характеризується втратою частини скла на
периферії торцевого зрізу. Невеликі відколи зазвичай не впливають на якість
з'єднання, проте великі можуть викликати зсув розплавленого скла під дією
поверхневого натягу, що призводить до спотворення геометрії з’єднання.
Волокна з видимими відкритими дефектами, які виявлені на збільшеному
зображенні, потребують повторного сколювання.
Кутовий дефект (див. рис. 1.6. c) виникає в результаті скручування волокна
під час процесу сколювання. Це пов'язано з тим, що тріщина поширюється в
напрямку, перпендикулярному до локального головного розтягуючого
31

напруження. У випадку скручування волокна головні напруження
розташовуються під кутом до його осі, що зумовлює утворення такого типу
дефекту. [35]

Рисунок 1.16. Ілюстрація трьох поширених проблем розщеплення: (а)
"Шип", (б) Відкол, (в) кут.
Для забезпечення високої якості сколювання та зведення до мінімуму
дефектів необхідно дотримуватися чітких технологічних вимог і своєчасно
усувати виявлені недоліки.
1.4.3 Юстування та фіксація волокон у зварювальному пристрої
Після підготовки волоконних наконечників їх необхідно точно вирівняти
один з одним, щоб отримане з'єднання мало оптичні характеристики, які
зазвичай визначаються як низький рівень втрат і мінімальний коефіцієнт
відбиття. Існує кілька стратегій вирівнювання оптичних волокон.
Найпростішими способами вирівнювання волокон є розміщення їх у V-
подібних пазах або між двома циліндрами. У разі вирівнювання за допомогою V-
подібних пазів зміщення між осями двох волокон становить
��2 − ��1
∆ℎ =
��������
Наприклад, якщо �� = 35°, то максимальне значення h становитиме 6 мкм
для волокон діаметром 125 ∓ 3 мкм. Це дає максимальне збільшення загасання
близько 0,5 дБ для багатомодових волокон з діаметром серцевини 50 мкм.
32

Рисунок 1.17. вирівнювання волокон у a)V-подібних пазах або b)між
двома циліндрами.
Такі методи вирівнювання оптичного волокна називаються пасивними.
Перевагами пасивного вирівнювання є надзвичайно низька вартість, простота та
швидкість. [36]
Однак пасивне вирівнювання характеризується кількома важливими
недоліками. Пасивне вирівнювання волокон вимагає, щоб наконечники волокон
мали надзвичайно низький ексцентриситет серцевини, низький рівень кривизни
та добре контрольований діаметр покриття. Пасивне вирівнювання волокон
менш ефективне, коли діаметр серцевини волокна дуже малий, оскільки такі
волокна більш чутливі до малих відхилень серцевини. Пасивне вирівнювання не
буде працювати належним чином, якщо V-подібна канавка або поверхня волокна
забруднена.
З цих причин пасивне вирівнювання можна знайти лише на машинах для
термоплавкого зрощування попереднього покоління або на недорогих машинах
для польового або масового термоплавкого зрощування. Майже всі сучасні
апарати для зрощування оптичних волокон використовують ту чи іншу форму
активного вирівнювання.
До активних способів вирівнювання належить метод: Вирівнювання волокон
на основі переданої потужності. Замість того, щоб покладатися на ПЗЗ-
зображення волоконних наконечників, їх можна активно вирівнювати,
контролюючи кількість оптичної потужності, що передається через невеликий
33

повітряний зазор (див. рис. 1.18.). Активне юстирування на основі переданої
потужності неодмінно передбачає вимірювання оптичних втрат.

Рисунок 1.18. Схематична ілюстрація узагальненої системи активного
вирівнювання на основі переданої потужності. Стрілки позначають потік
керування до або від мікропроцесора
Системи активного юстування включають оптичне джерело, таке як лазерний
діод (LD) або світлодіод (LED), який під'єднується до вільного кінця одного
волокна, і вимірювач оптичної потужності, який визначає кількість потужності,
що випромінюється вільним кінцем іншого волокна. Мікропроцесор,
запрограмований відповідним алгоритмом, переміщує позиціонери волокон до
місця максимальної потужності, що передається, що вважається оптимальним
вирівнюванням волокон. На жаль, активне вирівнювання може призвести до
помилок вирівнювання, спричинених недосконалими кутами розщеплення, які
заломлюють світло, коли воно проходить через повітряний проміжок між
кінчиками волокон, так що вирівнювання за максимальною потужністю може не
відповідати вирівнюванню волоконних сердечників. Моніторинг
випромінюваної потужності також можна використовувати для визначення
моменту завершення формування з'єднання або моменту, коли дифузія легуючої
речовини мінімізувала втрати при з'єднанні. Однак, якщо оптичне джерело, що
використовується для вирівнювання, є відносно слабким або якщо вимірювач
потужності є широкосмуговим детектором, властиве чорному тілу інфрачервоне
випромінювання нагрітих волоконних наконечників може впливати на
34

вимірювання втрат при передачі. Активне вирівнювання найчастіше
використовується при зрощуванні легованих ербієм підсилювачів (EDF), [37]
хоча важливо зазначити, що EDF сильно поглинає оптичні сигнали в смузі
підсилення близько 1550 нм, так що активне вирівнювання EDF часто
виконується на довжині хвилі 1310 нм.
Іншим важливим недоліком активного юстирування є похибки юстирування,
пов'язані з інтерференційними смугами, які виникають внаслідок багаторазових
перетинів між близько розташованими торцевими поверхнями волоконних
наконечників. Різниця в показнику заломлення між склом і повітрям викликає
приблизно 4% переломлення на одному торці волокна, що відповідає приблизно
0,3 дБ втрат при передачі. Різниця в показниках заломлення між склом і повітрям
викликає приблизно 4% переломлення на одному торці волокна, що відповідає
приблизно 0,3 дБ втрат при передачі. Коли повітряний проміжок достатньо
малий (менше 20 мікрон), більшість оптичних джерел, включаючи світлодіоди
(LED) і лазерні діоди (LD), демонструють залежні від довжини хвилі втрати,
пов'язані з цим рефракцією, які варіюються між 0 і 0,6 дБ. Чим ширша смуга
пропускання оптичного джерела, тим менший повітряний проміжок необхідний
для виникнення інтерференційних смуг, але лише джерела білого світла мають
достатньо широкий спектр, щоб уникнути цих смуг під час остаточного
вирівнювання, коли відстань між кінчиками волокон становить 20 мікрон або
менше. Також для вирівнювання торці оптичного волокна можна ще
застосовуувати технологію введення і виявлення світла (LID) яка дозволяє
здійснювати активне вирівнювання на основі переданої потужності без
необхідності доступу до кінців волокон. Після успішного вирівнювання
волоконного торця, який забезпечує мінімальні втрати та максимальну якість
сигналу, процес переходить до наступного етапу — оплавлення оптичних
волокон.
1.4.4 Оплавлення оптичних волокон
35

Оплавлення оптичних волокон є важливим етапом процесу зварювання, який
визначає якість з’єднання, оптичні характеристики стику та його довговічність.
Цей етап передує безпосередньому зварюванню і виконує кілька важливих
функцій, таких як видалення дефектів торців волокон, забезпечення
рівномірного нагрівання та підготовка поверхонь до з’єднання. [38]
Під час оплавлення кінчики волокон піддаються впливу
високотемпературного дугового розряду, що дозволяє плавити матеріал з
контрольованою швидкістю. Температура в зоні розряду може досягати 2000–
3000°C, залежно від типу волокна та матеріалу. Цей процес видаляє залишки
забруднень, нерівності та мікроскопічні дефекти, які могли залишитися після
сколювання. Рівномірне оплавлення дозволяє досягти гладкої поверхні торців,
що знижує ризик утворення повітряних бульбашок або інших дефектів під час
зварювання.
Важливість оплавлення проявляється в кількох аспектах. З оптичної точки
зору, правильно виконане оплавлення мінімізує втрати сигналу на стику, що
особливо важливо для одномодових волокон. З механічної точки зору, воно
забезпечує рівномірність плавлення, що підвищує міцність з’єднання та його
стійкість до зовнішніх впливів. Для багатомодових волокон цей процес також
важливий, оскільки сприяє рівномірному розподілу енергії між різними модами,
що знижує ризик модальної дисперсії.
Сучасні зварювальні установки забезпечують автоматичний контроль
процесу оплавлення. Вони налаштовують параметри, такі як сила дугового
розряду та тривалість впливу, для оптимального результату. Завдяки цьому
оплавлення є не лише підготовчим, але й критично важливим етапом, що
забезпечує успіх всього процесу зварювання оптичних волокон.

1.4.5 Зварювання оптичних волокон та перевірка на якість з’єднання
На найпростішому рівні, зварювання плавленням - це механічний процес, під
час якого два оптичних волокна зварюються разом, утворюючи з'єднання.
36

Зварювання відбувається шляхом нагрівання кінчиків волокон до температури,
при якій вони розм'якшуються і об'єднуються. Механічні сили, теплообмін і
масообмін взаємодіють, формуючи процес зварювання плавленням. Інженерний
аналіз цих явищ може надати цінну інформацію про стратегії виготовлення
високоміцних зварних з'єднань з низькими втратами.
У цій главі ми проаналізуємо механічні аспекти зрощування оптичних
волокон, починаючи з теплопередачі.
Всі три фундаментальні механізми теплопередачі - випромінювання,
конвекція і теплопровідність - відіграють важливу роль у процесі зварювання
плавленням. [39]
Зрощування плавленням вимагає нагрівання кінчиків волокон до
температури, достатньої для їхнього зварювання, що становить близько 2000◦ C
для кремнеземних волокон. Інші типи скловолокна, такі як боросилікатне,
фтористе, фосфатне або халькогенідне, потребують нижчих температур.
Природно, що джерело тепла повинно мати вищу температуру, ніж волокно, щоб
забезпечити рушійну силу для передачі тепла. Зрештою, тепло, що утворюється
під час з'єднання оптичних волокон, розсіюється в навколишнє середовище, але
це теплове навантаження не має великого значення, оскільки типове з'єднання
вимагає близько 10 Вт протягом приблизно п'яти секунд, що становить близько
50 Дж. Теплообмін під час зрощування оптичних волокон є складним за своєю
суттю, оскільки зрощування є нестаціонарним або залежним від часу процесом.
Крім того, теплообмін під час зрощування плавленням є нелінійним процесом,
оскільки властивості матеріалу, а отже, і тепловий потік, залежать від
температури скла. Важко врахувати всі фізичні процеси, що відбуваються при
цьому, за допомогою суто аналітичних моделей, і тому точний опис
теплопередачі під час зварювання плавленням вимагає застосування методів
чисельного моделювання. У цьому розділі ми уникаємо таких методів
чисельного моделювання, щоб надати більш якісний, а не кількісний опис
теплопередачі під час зрощування плавленням.
37

Джерелом тепла, що використовується для зварювання плавленням, може
бути електрична дуга, резистивне нагрівання металевого розжарення, хімічне
полум'я або лазер. [40] Майже всі комерційні зварювальні апарати
використовують дугове джерело тепла. Лазерні та полум'яні джерела тепла
представляють здебільшого історичний інтерес, але є випадки, коли лазер або
полум'я можуть бути корисними для лабораторного зварювання плавленням.
Хімічні полум'я зазвичай використовують кисень і водень як паливо. CO2-лазер
є підходящим лазером для того, щоб джерелом тепла, оскільки його
випромінювання з довжиною хвилі 10,6 мкм сильно поглинається кремнеземом.
[41] На відміну від інших типів джерел тепла, які нагрівають волокно за рахунок
комбінації 242конвекції та випромінювання, лазер нагріває волокно виключно за
рахунок випромінювання. Ще одна відмінність між лазером та іншими
джерелами тепла полягає в тому, що лазер може сконцентрувати тепло в
невеликій зоні на кінчиках волокон, тоді як інші джерела тепла, як правило,
нагрівають більшу довжину волокон.
Оскільки нагрівання дуговим розрядом є найпоширенішим методом
нагрівання наконечників, варто проаналізувати його більш детально. При
дуговому розряді напруга подається на два електроди, розділені повітряним
проміжком у кілька міліметрів. На рисунку 1.19. зображено залежність струму
від напруги, прикладеної до електродів, розділених повітряним проміжком, для
узагальненого розряду. Результуючий потік струму нагріває навколишнє
середовище за рахунок теплового випромінювання і конвекції. Технічно це
джерело тепла є тліючим розрядом, а не дуговим, оскільки працює в так званому
режимі тліючого розряду в кілька міліампер. Незважаючи на це, ми будемо
дотримуватися домовленості називати нагрівання тліючим розрядом
нагріванням дуговим розрядом, оскільки ця термінологія є найбільш поширеною
в галузі.
У літературі проаналізовано теплову потужність дугового розряду шляхом
вимірювання оптичної інтенсивності розряду та кількісного визначення густини
струму i, яка вимірюється в силі струму на одиницю площі (А/м2).
38

Рис 1.19. Напруга в співвідношенні зі струмом для узагальненого електричного
розряду
Інтенсивність випромінювання є Гауссовою в поперечному напрямку,
тому густину струму можна вважати радіально симетричною Гауссовою. При
будь-якому осьовому положенні z між електродами загальний струм між
електродами позначається через ��������. Враховуючи ці припущення, густина
струму має вигляд:
�� 2
������ ��
��(��, ��) = −
2����2
������(��) 2����2
������(��)

де r - радіальна координата, z - осьова координата вздовж осі двох електродів,
а σarc(z) - характерна ширина гауссової кривої для будь-якого осьового
положення z. Інтегрування цієї густини струму по всіх радіальних положеннях
дає повний струм ��������.
Інтенсивність випромінювання визначається як квадрат густини струму, що
дозволяє зробити висновок про пропорційність локальної густини енергії
квадрату густини струму. Для аналізу тепловіддачі доцільно припустити, що
температура дугового розряду також є пропорційною до густини енергії.
Найгарячішими зонами дугового розряду є кінчики електродів, де густина енергії
39

досягає максимуму, тоді як мінімальна температура спостерігається в середній
точці між електродами вздовж осі ��=0. В будь-якому фіксованому положенні z,
найвища температура знаходиться на осі електрода (��=0).
На рисунку 1.20. представлено розподіл густини струму та енергії за
допомогою контурних ліній, які показують області з однаковою густиною
енергії, а отже, і температури. Зрощування оптичних волокон зазвичай
здійснюється в центральній точці між електродами (r=0, ��=0), де температура та
енергія розподіляються найоптимальнішим чином. У випадку зрощування
багатомодових стрічкових кабелів волокна повинні бути розташовані уздовж
контурів постійної густини енергії. Це гарантує, що кожне волокно отримає
рівномірне нагрівання, необхідне для якісного з'єднання.

Рисунок 1.20. Ілюстрація розподілу густини струму та енергії в дуговому
зварювальному апарат
Експериментальні вимірювання, підтверджують правильність цього підходу,
демонструючи рівномірність температурного розподілу у зонах зрощування. Це
підкреслює важливість точного розташування волокон відносно електродів для
забезпечення надійності та стабільності з’єднання.
Гауссовий розподіл інтенсивності випромінювання, описаний через густину
струму, є фундаментальним для розуміння фізичних процесів, що відбуваються
в оптичних волокнах під час зварювання. [42] Ці моделі дозволяють передбачати,
як електромагнітні хвилі взаємодіють із матеріалом волокна, забезпечуючи
мінімальні втрати на стику.
40

Для досягнення якісного з'єднання оптичних волокон з мінімальними
втратами сигналу важливо правильно налаштувати параметри зварювального
процесу. Кожен параметр відіграє ключову роль у забезпеченні точності та
стабільності з'єднання, впливаючи як на механічні, так і на оптичні
характеристики стику.
До прикладу можна привести параметри які застосовуються до установки
FSM 70S Fujikura(див. рис. 1.21.)

Рисунок 1.21. апарат для зварювання оптичних волокон FSM 70S Fujikura
Зварювання оптичного волокна на установках Fujikura вимагає точного
налаштування параметрів для забезпечення якісного оптичного з’єднання.
Установки Fujikura, зокрема серія FSM-70S, є одними з провідних завдяки
високій автоматизації та адаптивності до різних типів волокон. Правильне
налаштування параметрів впливає на якість стику, зменшує втрати сигналу та
підвищує механічну міцність з’єднання.
Одним із ключових параметрів є сила дугового розряду, яка визначає
інтенсивність струму, що створює високу температуру для плавлення волокон.
На установках Fujikura цей параметр налаштовується автоматично на основі
характеристик волокна, які виявляються за допомогою вбудованих сенсорів.
Наприклад, для одномодових волокон стандартне значення сили струму
становить 16 мА, а для багатомодових — 20 мА. [43] Надмірна сила розряду
41

може викликати перегрів і пошкодження волокна, тоді як недостатня —
призводить до неповного плавлення кінчиків.
Наступним важливим параметром є тривалість дугового розряду, яка
визначає час впливу дуги на кінчики волокон. Для одномодових волокон
зазвичай використовується тривалість 1,5–2,0 секунди, тоді як для
багатомодових — до 3 секунд. Точне регулювання цього параметра дозволяє
забезпечити рівномірне плавлення матеріалу та уникнути дефектів у зоні стику.
Перед зварюванням проводиться вирівнювання волокон, що забезпечує
точне суміщення серцевин. Установки Fujikura використовують активне
вирівнювання із застосуванням камер високої роздільної здатності. Камери
аналізують положення волокон і автоматично коригують їхнє розташування до
досягнення точності вирівнювання до 0,1 мкм. Це мінімізує втрати сигналу, які
могли б виникнути через зміщення серцевин.
Ще одним важливим параметром є сила зведення волокон, яка визначає
тиск, що прикладається під час з’єднання розплавлених кінчиків. Надмірний
тиск може спричинити деформацію зони стику, а недостатній — утворення
пустот або бульбашок. Установки Fujikura автоматично контролюють цей
параметр залежно від типу волокна. Наприклад, для волокон із діаметром
сердечника 125 мкм сила зведення становить близько 1,2 Н.
Попереднє оплавлення кінчиків волокон є ще одним важливим етапом
процесу зварювання. Воно усуває дрібні нерівності та дефекти на поверхні торця.
Температура попереднього оплавлення зазвичай становить 1500–2000°C, що
забезпечує ідеальну підготовку поверхонь для основного зварювання. Установки
Fujikura регулюють цей параметр автоматично, враховуючи тип волокна.
Довжина зони зварювання налаштовується залежно від діаметра волокна.
Для стандартних волокон із діаметром 125 мкм зона впливу становить 10–15 мм.
Цей параметр забезпечує рівномірність плавлення та підвищує міцність
з’єднання. [44]
Установки Fujikura також враховують параметри навколишнього
середовища, такі як температура та вологість. Вбудовані сенсори дозволяють
42

адаптувати процес до змін умов, що запобігає появі дефектів у з’єднаннях.
Наприклад, якщо вологість перевищує 70%, установка автоматично коригує силу
розряду для забезпечення стабільного зварювання.
Завершальним етапом є перевірка якості з’єднання, яка проводиться
автоматично. Установка оцінює оптичні втрати стику, які зазвичай становлять
0,01–0,05 дБ для одномодових волокон. Якщо параметри не відповідають
заданим стандартам, апарат видає попередження та пропонує повторити
зварювання.
Таким чином, точне налаштування параметрів дозволяє досягти
високоякісного оптичного з’єднання з мінімальними втратами сигналу та
максимальною механічною міцністю. Ці технології роблять зварювання волокон
максимально ефективним і зручним навіть у складних умовах експлуатації.
1.4.6 Захист звареної ділянки оптичних волокон
З'єднання оптичних волокон майже завжди захищені від впливу
навколишнього середовища за допомогою технології упакування. У цьому
контексті під упаковкою для з'єднання маються на увазі покриття, трубки,
футляри і шини, що застосовуються для захисту певної частини оптичного
волокна, яка піддається впливу або модифікується під час процесу з'єднання
плавленням. Кілька з'єднань іноді додатково упаковуються в контейнер для
з'єднання або корпус для з'єднання.
Захист з'єднувачів розробляється з урахуванням деяких або всіх наступних цілей
- захистити поверхню зварювального шва від механічної деградації
(наприклад, стирання)
- захистити поверхню зварювального шва від хімічної деградації
(наприклад, від вологи)
- низька собівартість
- легко і швидко наноситься
- витримують термічну циклічність
43

- мінімізують оптичні втрати, що виникають в результаті геометричних
спотворень з'єднання
- мінімізувати навантаження на розтягнення, вигин або скручування, що
діють на з'єднання
- реєструвати дані про з'єднання (наприклад, дату виготовлення, оптичні
втрати і т.д.)
Захисні матеріали для з'єднання можна розділити на дві основні категорії:
покриття та жорсткі захисні матеріали для з'єднання. [45] Покриття відновлює
еластичне полімерне покриття на оголеному зварювальному шві, але не
задовольняє останнім трьом пунктам у наведеному вище списку. Полімер, що
входить до складу повторного покриття, зазвичай подібний за складом до
оригінального покриття з фібрового полімеру. Оскільки покриття є м'яким і
гнучким, як і оригінальне волокнисте покриття, механічна цілісність з'єднання
повністю залежить від самого з'єднання, що зварюється. На противагу цьому,
протектор з'єднання призначений для задоволення всіх пунктів у списку,
використовуючи жорстку шину для передачі навантажень на розтягнення,
згинання та скручування через з'єднання. Нанесення повторного покриття - це
технологія пакування методом термозварювання, за якої на оригінальне волокно
наноситься полімерне покриття, подібне до оригінального. Зазвичай це
уретановий акрилат, затверділий під дією ультрафіолетового випромінювання,
хоча іноді використовується поліімід, затверділий термічним способом.
Механічна цілісність з'єднання з повторним покриттям повністю залежить від
самого з'єднання, тому для успішного повторного покриття потрібні високоміцні
з'єднання.
44

Рисунок 1.22. Термоусадочні гільзи
Термоусадочні гільзи є одним з найбільш надійних і широко
використовуваних методів захисту зварних ділянок оптичних волокон. Ці гільзи
забезпечують як механічне зміцнення, так і захист від впливу навколишнього
середовища, гарантуючи довговічність і надійність оптичного з'єднання. У
контексті зрощування оптичних волокон термоусадочна муфта - це композитна
конструкція, призначена для захисту крихкого місця з'єднання від зовнішніх сил
і забруднювачів навколишнього середовища. [46] Гільза зазвичай складається із
зовнішньої термоусадочної поліолефінової трубки, внутрішнього клейового
шару і арматурного стрижня з кераміки, кварцу або нержавіючої сталі. Під
впливом тепла поліолефіновий матеріал стискається, інкапсулюючи з'єднання
волокон та інші внутрішні компоненти, тоді як клей плавиться і скріплює гільзу
з поверхнею волокна, утворюючи надійне ущільнення, яке захищає від пилу,
вологи та хімічних забруднень. Армуючий стрижень забезпечує додаткову
механічну міцність і запобігає згинанню або мікрозгинанню з'єднання волокон.
Процес накладання починається з надягання термоусадочної гільзи на один з
кінців волокна перед процесом зварювання плавленням. Після того, як волокна
зварюються і перевіряються на безперервність і якість, рукав ретельно
45

позиціонується, щоб гарантувати, що точка зварювання знаходиться в центрі
рукава. За допомогою вбудованого нагрівального елемента зварювальної
машини або зовнішнього джерела тепла рукав рівномірно нагрівається. Це
призводить до того, що зовнішній шар поліолефіну стискається, а клейовий шар
плавиться, надійно з'єднуючи муфту з волокном. Після нагрівання гільзі дають
охолонути, щоб клей застиг і утворився міцний захисний шар навколо місця
з'єднання. Цей процес не тільки забезпечує механічний і екологічний захист, але
й гарантує довговічність оптичного з'єднання.
Термоусадочні гільзи мають кілька ключових переваг. Вони забезпечують
надійний механічний захист, захищаючи з'єднання від згинання, розтягування та
ударів, що значно знижує ризик поломки. Утворюючи герметичне ущільнення,
вони захищають з'єднання від вологи, пилу та хімічного впливу, що робить їх
ідеальними для використання в суворих умовах. Простий процес нанесення
гарантує, що технічний персонал може досягти надійного захисту без
необхідності тривалого навчання. Крім того, матеріали, що використовуються в
термоусадочних рукавах, стійкі до температурних коливань, ультрафіолетового
випромінювання та хімічної деградації, що забезпечує довготривалу роботу в
різних умовах.
Термічні та механічні властивості захищеної зони з'єднання мають
вирішальне значення для визначення надійності та продуктивності оптичного
з'єднання. Термоусадочні муфти зазвичай витримують робочі температури від -
40°C до 85°C, а високоякісні муфти витримують ще більш екстремальні умови.
Низький коефіцієнт теплового розширення матеріалу гільзи зводить до мінімуму
ризик пошкодження з'єднання при коливаннях температури. З механічної точки
зору, додавання керамічного або нержавіючого стрижня підвищує міцність на
розрив захищеної ділянки, дозволяючи їй без пошкоджень витримувати зусилля
до 15-20 Н. Гільза також запобігає надмірному вигину в місці з'єднання,
зменшуючи ймовірність втрат на мікрозгинах, а поліолефінові та клейові шари
поглинають удари, захищаючи крихке з'єднання від механічних впливів.
46

На закінчення слід зазначити, що термоусадочні гільзи є важливим захисним
заходом для зварних секцій оптичних волокон, пропонуючи неперевершений
механічний захист і захист від впливу навколишнього середовища. Розуміючи їх
структуру, застосування і властивості матеріалу, технічні фахівці та інженери
можуть забезпечити довговічність і надійність оптичних мереж. Інтеграція
термоусадочних гільз в робочий процес зрощування волокон не тільки підвищує
продуктивність, але й мінімізує ризик експлуатаційних збоїв, що робить їх
незамінним інструментом в сучасній волоконній оптиці.

1.4.7 Монтаж оптичних волокон в конектор
Процес монтажу оптичного волокна в конектор є складним і
багатоступеневим, оскільки потребує високої точності, ретельного вибору
матеріалів і суворого дотримання технології. Мета цього процесу полягає в
забезпеченні стабільного і надійного з’єднання оптичного волокна з конектором,
що дозволяє передавати сигнал з мінімальними втратами та забезпечувати
довговічність експлуатації з'єднання в різних умовах. Для різних умов
застосовуються і модифікуються різні види конекторів(див. рис.1.23.) Ферула з
нержавіючої сталі використовується завдяки високій механічній міцності,
корозійній стійкості та довговічності. Такий матеріал добре підходить для
роботи в умовах, де потрібна підвищена стійкість до зовнішніх впливів.
Керамічна ферула має високу точність виготовлення та стабільність форми. Його
оптичні та механічні властивості подібні до кварцу, що забезпечує якісне
з'єднання оптичних волокон з мінімальними втратами сигналу. Завдяки гладкій
поверхні після полірування, вона ідеально підходить для використання у
високоточних оптичних системах. Мідь володіє хорошою теплопровідністю,
тому така ферула ефективно розсіює тепло, яке може виникати при високих
потужностях сигналу. Це робить її придатною для використання в лазерних
системах і високопотужних оптичних пристроях. Ферули із завішаними
світловодами розглянуті більш детально на рисунку 1.24.
47

г)
Рисунок 1.23. Типи ферул в конекторах SMA-905 : а) із ферулою з
нержавіючої сталі, б) із ферулою з кераміки, в) із ферулою з нержавіючої сталі
та завішеним світловодом, г) ферулою з міді та завішеним світловодом.
Конектор SMA 905 є поширеним стандартом для оптичних систем, завдяки
чому його використовують у різних галузях, таких як телекомунікації, лазерна
техніка, медичні прилади та промислова оптика. [47] Конструкція конектора
забезпечує зручність у монтажі та стабільність оптичних характеристик.
Основними компонентами конектора є корпус, що виготовляється з металу або
48

композитних матеріалів, ферула яка може бути із нержавіючої сталі або кераміки
та посадковий отвір для встановлення оптичного волокна.
Перед початком монтажу виконується підготовка конектора. Цей етап
включає очищення внутрішньої поверхні посадкового отвору від забруднень,
пилу, жирових плям або залишків клею, які можуть залишитися після
попереднього використання. Для очищення застосовуються спеціалізовані
засоби, наприклад, ізопропіловий спирт, які дозволяють ефективно видалити
забруднення, не пошкоджуючи поверхню. Забруднення або нерівності в
посадковому отворі можуть призвести до зниження якості з'єднання, оскільки
вони викликають перекіс волокна або нерівномірність шару клею. У разі
наявності механічних пошкоджень або залишків старого матеріалу поверхню
ретельно обробляють дрібнозернистим шліфувальним папером. Це гарантує, що
під час монтажу волокно буде вставлено рівно, а адгезія клею буде оптимальною.
Підготовка оптичного волокна є ще одним ключовим етапом процесу. Перед
монтажем захисне покриття видаляють на довжину, яка відповідає глибині
посадкового отвору конектора (15–20 мм). Для цього використовуються
спеціальні інструменти, такі як стрипери, що дозволяють обережно зняти шар
полімеру, не пошкоджуючи скляну або кварцову оболонку волокна. Очищене
волокно ретельно обробляється ізопропіловим спиртом, щоб видалити залишки
покриття та частинки пилу. Цей крок є критично важливим, оскільки будь-які
забруднення на поверхні волокна можуть погіршити адгезію клею або викликати
додаткові оптичні втрати.
Підготовка клею є наступним етапом, оскільки від вибору і правильного
нанесення клейової основи залежить механічна міцність і оптична стабільність
з’єднання. У процесі монтажу використовуються два основні типи клеїв:
двокомпонентні епоксидні клеї та термоактивні клеї. [48]
Двокомпонентні епоксидні клеї є найбільш поширеним вибором для
монтажу. Вони забезпечують високу адгезію до скла і металу, низький
коефіцієнт усадки після полімеризації та стабільність в умовах температурних
коливань. Цей тип клею складається з основи і затверджувача, які змішуються у
49

співвідношенні 1:1 безпосередньо перед використанням. Отримана суміш має
низьку в’язкість, що дозволяє клею рівномірно розподілятися по поверхнях.
Термоактивні клеї забезпечують найкращі механічні характеристики і
довговічність. Вони затверджуються під дією високих температур, зазвичай у
діапазоні 100–120°C, і характеризуються високою стійкістю до деформацій і
зовнішніх впливів. Проте їх використання потребує наявності спеціального
обладнання, такого як термокамери.
Після вибору клею і його підготовки він наноситься на волокно або
безпосередньо в посадковий отвір конектора. Кількість клею має бути ретельно
дозованою: надлишок може витікати через торець, створюючи перешкоди для
полірування, а недостатня кількість клею не забезпечить необхідної міцності
з’єднання. Клей повинен рівномірно покривати контактні поверхні, щоб
гарантувати оптимальну адгезію.
Далі відбувається фіксація волокна. Цей етап виконується за допомогою
мікроманіпуляторів або інших утримувачів, які дозволяють вставити волокно в
посадковий отвір конектора з високою точністю(рис.1). Волокно фіксується у
потрібному положенні, щоб уникнути зміщення під час полімеризації клею.
Торцевий зріз волокна повинен повністю контактувати з посадковою поверхнею,
що забезпечує мінімальні оптичні втрати.

Рисунок 1.24. Типовий варіант конектора із зовнішнім світловодом
Конектори із завішеними світловодами є важливими компонентами
оптичних систем, що забезпечують стабільну передачу світлових сигналів та
мінімізують втрати. Особливістю таких конекторів є використання спеціальної
конструкції, де оптичне волокно закріплено таким чином, щоб уникнути
50

механічного впливу на місце його контакту із з'єднанням. Завішений світловод
розташований у порожнині, оточеній шарами захисту, що включають поліамід,
кремній-органічне покриття та кварц. [49] Ці шари забезпечують надійність
конструкції, захищаючи волокно від пошкоджень, термічних коливань та
зовнішніх впливів.
Важливим фактором у таких конекторах є нагрів світловода, що може
виникати через абсорбцію частини світлової енергії або передачу сигналів
високої потужності. Нагрів може негативно впливати на компоненти конектора,
погіршуючи якість передачі сигналу та знижуючи довговічність системи. Для
мінімізації цього впливу важливо забезпечити відповідну довжину завішеного
волокна. Достатня довжина світловода дозволяє йому охолонути до досягнення
зони контакту із конектором, розсіюючи тепло вздовж своєї довжини. Таким
чином, температура у критичних точках конструкції знижується, що позитивно
впливає на її стабільність і продуктивність.
Конектори із завішеними світловодами є важливими компонентами
оптичних систем, що забезпечують стабільну передачу світлових сигналів та
мінімізують втрати. Особливістю таких конекторів є використання спеціальної
конструкції, де оптичне волокно закріплено таким чином, щоб уникнути
механічного впливу на місце його контакту із з'єднанням. Завішений світловод
розташований у порожнині, оточеній шарами захисту, що включають поліамід,
кремній-органічне покриття та кварц. Ці шари забезпечують надійність
конструкції, захищаючи волокно від пошкоджень, термічних коливань та
зовнішніх впливів.
Важливим фактором у таких конекторах є нагрів світловода, що може
виникати через абсорбцію частини світлової енергії або передачу сигналів
високої потужності. Нагрів може негативно впливати на компоненти конектора,
погіршуючи якість передачі сигналу та знижуючи довговічність системи. Для
мінімізації цього впливу важливо забезпечити відповідну довжину завішеного
волокна. Достатня довжина світловода дозволяє йому охолонути до досягнення
зони контакту із конектором, розсіюючи тепло вздовж своєї довжини.
51

Правильний вибір довжини волокна також враховує теплопровідність
матеріалів, замкнутість простору всередині конектора та рівень потужності
сигналу. Оптимальне співвідношення цих факторів забезпечує ефективність
системи навіть у умовах високої інтенсивності сигналу. Завдяки таким
конструкціям конектори із завішеними світловодами успішно використовуються
у волоконно-оптичних системах зв’язку, сенсорних пристроях, лазерних
системах та інших галузях, де потрібна висока точність і надійність передачі
сигналу.
Важливим етапом виготовлення таких конекторів є полімеризація клею,
який використовується для фіксації компонентів конструкції. Процес
полімеризації залежить від типу клею. Для двокомпонентних епоксидних клеїв
зразок поміщають у термокамеру, де його витримують при температурі 60–120°C
протягом 1–2 годин. [50] У випадку термоактивних клеїв необхідне поступове
нагрівання, що дозволяє уникнути утворення внутрішніх напружень у шарі клею,
які могли б вплинути на надійність з’єднання.
Після завершення процесу полімеризації клею відбувається фінішна
обробка оптичного волокна, яка є критично важливою для забезпечення
мінімальних оптичних втрат і стабільної роботи оптичного з’єднання. Основною
метою фінішної обробки є полірування та шліфування торцевої поверхні
волокна, щоб зробити її ідеально гладкою та перпендикулярною до осі волокна.
Нерівності, подряпини або залишки клею на торці можуть викликати
розсіювання світла чи інші оптичні дефекти, що призведе до значних втрат
сигналу. Таким чином, процес виготовлення конекторів із завішеними
світловодами включає кілька критичних етапів, кожен із яких впливає на якість
та надійність оптичного з’єднання.
Полірування виконується вручну або за допомогою спеціалізованих
полірувальних пристроїв. У випадку ручного полірування використовуються
алмазні полірувальні плівки із зернистістю від 1 до 5 мікрон, залежно від стану
торця. Полірування починається з більш грубої плівки для видалення значних
дефектів і завершується найтоншою плівкою для забезпечення ідеальної
52

гладкості. Для автоматизованого полірування застосовуються машини, які
дозволяють контролювати тиск і тривалість обробки, що забезпечує високу
якість поверхні навіть для серійного виробництва.
Очищення після полірування також є обов’язковим етапом, оскільки
залишки шліфувального матеріалу або пил можуть негативно вплинути на якість
з’єднання. Очищення виконується ізопропіловим спиртом або спеціалізованими
розчинами, які не залишають осаду на поверхні. Після очищення торець волокна
перевіряється за допомогою мікроскопа. Цей контроль дозволяє виявити
можливі дефекти, такі як мікротріщини, подряпини або залишки клею, і провести
додаткову обробку за необхідності.
Після завершення фінішної обробки виконується контроль якості всього
монтажу. Одним із найважливіших етапів перевірки є тестування оптичних
характеристик з’єднання. Для цього використовуються спеціалізовані прилади,
такі як рефлектометри або оптичні тестери, які дозволяють виміряти рівень втрат
сигналу. Оптимальним результатом є втрати, що не перевищують 0,2–0,3 дБ,
залежно від типу волокна і вимог до з’єднання.
Ще одним методом контролю є перевірка механічної міцності з’єднання. Для
цього з’єднання піддається впливу механічних навантажень, таких як
розтягування або скручування, щоб оцінити, наскільки надійно зафіксовано
волокно. Якщо з’єднання витримує такі випробування без змін у своїх
характеристиках, воно вважається якісним.
Для більш детального розгляду технологічного процесу наведемо приклад
монтажу оптичного волокна з використанням трьох різних типів клеїв:
двокомпонентного епоксидного клею та термоактивного клею.
У першому випадку використовувався двокомпонентний епоксидний клей.
Після підготовки волокна та конектора клей змішували у співвідношенні 1:1 і
наносили у посадковий отвір конектора. Волокно вставляли у отвір до повного
контакту торця з посадковою поверхнею, після чого зразок поміщали у
термокамеру. Температура полімеризації становила 80°C, а тривалість – 90
хвилин. Після завершення полімеризації виконували полірування торця волокна
53

за допомогою алмазної плівки. Оптичні втрати у цьому випадку становили 0,2
дБ, а механічна міцність з’єднання була високою, що робить цей метод
універсальним для більшості застосувань.
У другому випадку застосовувався термоактивний клей. Перед нанесенням
клею його розігрівали до 100°C для зниження в’язкості та рівномірного
розподілу. Після встановлення волокна зразок витримували у термокамері при
температурі 120°C протягом 2 годин. Отримане з’єднання демонструвало
найвищу механічну міцність і стійкість до зовнішніх впливів, а оптичні втрати
не перевищували 0,15 дБ. Цей метод є оптимальним для волокон, які працюють
в екстремальних умовах або зазнають значних механічних навантажень.
Таким чином, процес монтажу оптичного волокна у конектор SMA 905
включає кілька послідовних етапів, кожен з яких має важливе значення для
забезпечення якості з’єднання. Вибір клею залежить від конкретних вимог до
системи. Епоксидний клей забезпечує універсальність і високу стабільність, УФ-
клей дозволяє значно скоротити час монтажу, а термоактивний клей гарантує
найкращу довговічність і механічну стійкість. [51]
Точне виконання кожного етапу, від підготовки матеріалів до контролю якості,
дозволяє досягти мінімальних оптичних втрат і створити надійне з’єднання, яке
відповідає вимогам сучасних оптичних систем. Завдяки цьому монтаж волокна у
конектор SMA 905 є незамінним процесом у телекомунікаційній, промисловій та
науковій сферах.
1.4.8 Конічні переходи в оптичних волокнах
Конічне закінчення є плавним розширенням або звуженням діаметра
серцевини волокна на ближньому або дальньому кінці. Конічні закінчення
призначені для пасивної зміни вхідної або вихідної розбіжності (тобто числової
апертури NA (Numerical aperture)) стосовно NA оптичного волокна, зміни
щільності оптичної потужності на передній поверхні або зміни площі мішені на
виході.
54

Відповідно до загальновідомого принципу збереження яскравості, конічне
закінчення, хоч і має форму лійки, не є «світловою воронкою», яка без втрат
спрямовує випромінювання з широкого волокна у вузьке. Передача світла через
конічне закінчення вимагає певної «ціни» у вигляді зменшення числової
апертури. Конічне закінчення є плавним розширенням або звуженням діаметра
серцевини волокна на ближньому або дальньому кінці. Конічні закінчення
призначені для пасивної зміни вхідної або вихідної розбіжності (тобто числової
апертури NA (Numerical aperture)) стосовно NA оптичного волокна, зміни
щільності оптичної потужності на передній поверхні або зміни площі мішені на
виході. При проходженні через конічне закінчення значення NA
випромінювання змінюється, і світло, кут падіння якого перевищує граничний
кут повного внутрішнього відбивання в оптичному волокні , втрачається.

Рисунок 1.25. Конус, що звужується: при проходженні світла через
конічне закінчення числова апертура зростає
При проходженні світла через конічне закінчення зі зменшуваним
діаметром (звужується конус) кут між світлом і віссю волокна збільшується (див.
рис. 1.25.).
У більшості випадків конічні закінчення виготовляють із волокна зі
скляними серцевиною та оболонкою (тип «скло/скло»). Відношення діаметрів
оболонки та серцевини зазвичай залишається постійним на всьому протязі
конічного закінчення та волокна, так що закінчення фактично має шар скляної
оболонки. Зустрічаються також конічні закінчення на основі волокон типу PCS
із пластиковим покриттям. І тут пластмасова оболонка у сфері конічного
закінчення видаляється. Оскільки оболонкою таких конічних закінчень є повітря
або епоксидна смола, то вони мають більше обмежень щодо параметрів
потужності, передачі та спектрального діапазону порівняно з порівнянними за
55

розмірами волокнами типу «скло/скло». Однак у багатьох випадках якісні
показники конічних закінчень типу PCS виявляються задовільними, а вартість
волокна PCS може бути у 2-10 разів нижчою, ніж у волокна «скло/скло».
При проходженні світла через конічне закінчення з діаметром, що
збільшується (розширюється конус), кут, навпаки, буде зменшуватися (див. рис.
1.26.). Цю важливу обставину необхідно враховувати поряд зі значеннями NA
інших компонентів системи та бажаним значенням NA на виході.
При введенні у волокно випромінювання високої потужності та
інтенсивності, що генерується лазерними системами, можуть виникати
труднощі. Зазвичай вихідний матеріал волокна здатний витримати високу
щільність потужності випромінювання, але поверхня кінця волокна є «слабкою
ланкою» і може пошкоджуватися внаслідок забруднення поверхні, торцевих
дефектів або пробою діелектрика в навколишньому середовищі, що викликає
пробій поверхні волокна. При цьому пошкодження може розвиватися стрімко,
призводячи до миттєвого виходу кінця волокна з ладу.
Тому найбільш поширені волоконні мікрокомпоненти, що застосовуються
в медичних і промислових додатках, є конічними закінченнями з розширеною
серцевиною на ближньому кінці волокна (рис. 1.1.). з високою густиною
потужності в гнучкі волокна малого розміру. Закінчення такого типу дозволяють
знизити щільність потужності в торці волокна і збільшити розмір «мішені» в
серцевині волокна, куди надходитиме лазерне випромінювання.

Рисунок 1.26. Конус, розширяється: при проходженні світла через
конічне закінчення числова апертура зменшується
При використанні звуження конуса на ближньому кінці волокна розмір
плями вхідної оптичної потужності змінюється пропорційно розміру конуса. Для
цього фокус регулюють таким чином, щоб він був усередині конуса. У результаті
56

зменшується щільність оптичної потужності, що потрапляє на передню
поверхню конічного закінчення, при цьому повна потужність залишається
незмінною. Розширення передньої поверхні дозволяє знизити щільність
потужності до значень, що знаходяться набагато нижче за поріг пошкодження,
що запобігає раптовій відмові кінця волокна. Слід мати на увазі, що при передачі
по конічному закінченню можливі втрати потужності за рахунок мод з великими
значеннями кута падіння, так як подальше збільшення кута, зрештою,
призводить до перевищення значення NA волокна та заломлення світла. Для
мінімізації таких втрат може застосовуватись вхідна оптика. Але, як правило,
величина втрат менша за посилення, яке виходить за рахунок збільшення або
збереження повної вхідної потужності, що надходить у конічне закінчення
(порівняно з роботою без конічного закінчення, коли світло надходить у волокно
з серцевиною меншого діаметру).

57

Висновки за розділом 1.
1. Кварцове скло є основним матеріалом для виготовлення оптичних
волокон завдяки своїм унікальним властивостям: високій прозорості,
термічній стабільності, низькому коефіцієнту лінійного розширення та
хімічній інертності. Ці характеристики забезпечують ефективну
передачу світлових сигналів із мінімальними втратами в широкому
спектральному діапазоні.
2. Конструкція оптичного волокна визначає його оптичні, механічні та
експлуатаційні характеристики. Серцевина забезпечує перенесення
світла, оболонка мінімізує втрати, а захисне покриття забезпечує
стійкість до механічних впливів. Типи конструкцій (одномодові,
багатомодові) і матеріали дозволяють адаптувати волокна до широкого
спектра завдань.
3. Сучасні технології виготовлення, такі як MCVD, OVD, VAD і DND,
забезпечують точний контроль над профілем показника заломлення,
чистотою матеріалу та геометричними параметрами волокна. Це
дозволяє створювати високоякісні волокна для телекомунікаційних
мереж, лазерних систем і сенсорів.
4. Процес зварювання включає підготовку волокна, оплавлення,
вирівнювання та захист стику. Правильна організація кожного етапу
забезпечує мінімальні втрати сигналу, механічну міцність і
довговічність з'єднання. Застосування сучасних установок, таких як
Fujikura, дозволяє автоматизувати процес і досягати високої якості
стиків.
5. Конічні переходи забезпечують ефективне з’єднання волокон із різним
діаметром, мінімізуючи втрати сигналу та механічні напруження. Їх
застосування є критично важливим у спеціалізованих оптичних
системах, таких як лазерні апарати, телекомунікаційні мережі та
медичні технології. Однак, ці переходи потребують ретельного
58

проектування, щоб врахувати принцип збереження оптичниих
властивостей та оптимізувати числову апертуру.

59

РОЗДІЛ 2. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС
ВИГОТОВЛЕННЯ ФОКОНУ
2.1 Структурна схема технологічного процесу
Процес
Підготовка Вирівнювання та
зварювання та
оптичних волокон фіксація волокон
витягування

монтаж в
конекторконтроль
монтаж в конектор
отриманого
результату

Рисунок 2.1. технологічний процес виготовлення фокону
Структурна схема технологічного процесу виготовлення фокону [52]
описує послідовність ключових етапів, які забезпечують отримання
високоякісного конічного переходу в оптичних волокнах. Процес
розпочинається з підготовки оптичних волокон. На цьому етапі здійснюється
зрізання волокон до потрібної довжини з урахуванням геометричних параметрів
майбутнього фокону. Після цього проводиться зачищення захисного покриття за
допомогою спеціального обладнання, яке запобігає утворенню
мікропошкоджень на поверхні. Наступним кроком є очищення волокон із
застосуванням ізопропілового спирту або інших розчинників для видалення
пилу, залишків покриття та жирових забруднень.
Далі йде етап вирівнювання та фіксації волокон, що має вирішальне
значення для забезпечення точності кінцевого результату. Волокна
встановлюються в спеціальні тримачі, де відбувається їх юстування за
допомогою мікрометричних механізмів. Високоточні інструменти дозволяють
60

забезпечити співвісність волокон із похибкою, що не перевищує кількох
мікрометрів, що критично для мінімізації оптичних втрат.
Основним етапом технологічного процесу є формування фокону. Для
цього використовуються сучасні джерела нагріву, такі як лазери або електроди.
Зона нагріву ретельно локалізується для забезпечення контрольованого
плавлення матеріалу. Сам процес витягування виконується з використанням
спеціального обладнання, яке дозволяє підтримувати задану швидкість
витягування та температуру нагріву. Це забезпечує формування рівномірного
конічного переходу з необхідними оптичними характеристиками.
Після формування фокону проводиться детальний контроль отриманого
виробу. На цьому етапі здійснюється вимірювання геометричних параметрів,
таких як довжина та діаметр вузької частини фокону. Оптичні характеристики
перевіряються на спеціальному обладнанні для визначення втрат на з’єднаннях і
забезпечення відповідності виробу заданим технічним умовам.
Завершальним етапом є монтаж фокону в конектор SMA 905, якщо це
передбачено технологічним завданням. Цей процес включає закріплення
волокна в корпусі конектора за допомогою спеціального клею, який забезпечує
високу механічну стабільність. Після цього здійснюється фінальна перевірка
зібраного виробу для гарантування його відповідності експлуатаційним
вимогам.
Кожен із зазначених етапів тісно пов’язаний із попереднім, що забезпечує
високий рівень інтеграції та ефективності технологічного процесу. Правильна
організація кожного кроку дозволяє мінімізувати ризики дефектів і досягти
стабільної якості готової продукції.
2.2 Етапи технологічного процесу
Виготовлення фокону (конічного оптичного переходу) за допомогою
зварювання є високоспеціалізованим процесом, що вимагає точності, передових
технологій і суворого дотримання стандартів якості. Цей процес стає особливо
складним, коли має справу з оптичними волокнами різного діаметру, оскільки
він вимагає індивідуальних налаштувань, що враховують фізичні та оптичні
61

властивості волокон. Вся процедура включає в себе передові методи
вирівнювання, точний термоконтроль і системи динамічного моніторингу для
забезпечення безшовного і функціонального переходу між волокнами.
Зачистка волокна є першим етапом технологічного процесу зварювання
оптичних волокон. Цей етап має критичне значення, оскільки якість зачистки
безпосередньо впливає на подальші процеси зварювання та експлуатаційні
характеристики готового виробу. Основною метою зачистки є видалення
захисного покриття з поверхні волокна для забезпечення прямого доступу до
його скляної частини. Це дозволяє досягти оптимального вирівнювання волокон
під час зварювання, а також забезпечити мінімальні втрати сигналу в місці
з'єднання.
Процес зачистки включає зняття шару первинного полімерного покриття,
яке слугує захистом оптичного волокна від механічних пошкоджень та впливу
навколишнього середовища. Зачистка виконується з використанням спеціальних
інструментів, таких як механічні або термомеханічні стрипери. [53] Ці
інструменти дозволяють знімати покриття акуратно, мінімізуючи ризик
пошкодження скляної частини волокна. Для досягнення оптимального
результату необхідно суворо дотримуватися технологічних вимог, зокрема
правильно підібрати силу натискання інструмента та забезпечити плавність
рухів під час зняття покриття.
Одним із ключових викликів цього етапу є забезпечення гладкості скляної
поверхні після зачистки. У процесі зняття покриття можуть утворюватися
мікроскопічні подряпини або дефекти, які суттєво впливають на якість з'єднання
волокон. Тому після завершення зачистки поверхню волокна обов'язково
очищують за допомогою спеціальних розчинів, таких як ізопропанол або ацетон,
щоб усунути будь-які залишки полімерного покриття або забруднень.
Після виконання зачистки, волокно має гладку та чисту поверхню, готову
до наступних етапів технологічного процесу.

62

Рисунок 2.2. Оптичне волокно очищене від покриттів
Якість зачистки відіграє важливу роль у забезпеченні мінімальних втрат
сигналу, оскільки навіть незначні залишки покриття або мікродефекти можуть
спричинити порушення передачі світла через місце з'єднання. Крім того,
правильна зачистка сприяє рівномірному оплавленню торців волокна, що є
критичним для досягнення міцного та оптично прозорого з'єднання під час
зварювання. [54] Таким чином, цей етап є важливим підґрунтям для успішного
виконання всього технологічного процесу виготовлення фокону.
Підготовка торцевих поверхонь з'єднуваних оптичних волокон є ключовим
етапом у процесі їхнього зварювання. Головною метою цього етапу є створення
гладких і чистих торців, перпендикулярних до осі волокна, для забезпечення
якісного оптичного з'єднання. Від правильності виконання цього етапу залежить
мінімізація втрат сигналу та механічна міцність з’єднання.
Цей процес починається з ретельного сколювання волокна. Для цього
використовуються спеціалізовані інструменти — сколювачі. Їхнє завдання
полягає у створенні рівного та гладкого торця шляхом контрольованого
руйнування скляної поверхні волокна. Використання якісного інструменту
дозволяє забезпечити точний кут сколювання, який зазвичай становить 90° до осі
волокна. Відхилення від цього кута навіть на кілька градусів може призвести до
значних оптичних втрат.
Після сколювання важливим етапом є очищення торцевих поверхонь
волокна. Для цього використовуються спеціальні розчини, такі як ізопропанол
або ацетон. Очищення дозволяє усунути залишки пилу, мікрочасток або
забруднень, які могли виникнути під час сколювання. Навіть найменші частинки
63

на торці волокна можуть впливати на оптичну прозорість з’єднання та
спричиняти втрати сигналу або відбиття світла.
Правильно підготовлена торцева поверхня забезпечує надійне оптичне
з’єднання з мінімальними втратами сигналу.
Особливу увагу слід приділяти контролю якості цього етапу. Для
перевірки якості сколювання використовуються мікроскопи або вбудовані
системи в сучасних зварювальних апаратах. Вони дозволяють виявляти дефекти,
такі як тріщини, шипи або мікровідколи, які можуть суттєво впливати на якість
зварювання. У разі виявлення дефектів торець волокна підлягає повторному
сколюванню.
Підготовка торцевих поверхонь є кроком для досягнення максимальної
ефективності оптичного з’єднання. Від правильного виконання цього етапу
залежить не лише оптична прозорість з’єднання, але й його механічна міцність,
що забезпечує тривалу та стабільну роботу оптичного кабелю. Таким чином,
якісна підготовка торцевих поверхонь є запорукою успішного завершення
подальших етапів технологічного процесу.
Подальшим етапом є установка підготовлених кінців оптичних волокон у
направляючі системи зварювального апарата є критично важливим етапом, який
забезпечує точність та якість майбутнього з’єднання. На цьому етапі волокна
закріплюються у спеціальних тримачах або направляючих апарата, що дозволяє
виконати їх точне позиціонування для подальшого зварювання.
Процес починається з перевірки направляючих систем і тримачів на
чистоту та справність. Будь-які сторонні частки або забруднення на цих
елементах можуть призвести до неправильної фіксації волокна, що своєю чергою
вплине на якість з’єднання. Для усунення таких ризиків направляючі системи
очищають за допомогою стисненого повітря або спеціальних серветок,
просочених ізопропанолом.
Далі підготовлені кінці волокон обережно розміщуються в направляючі
системи. Це вимагає високої точності, оскільки навіть незначне відхилення може
спричинити зсув осей волокон і збільшення втрат сигналу на місці зварювання.
64

Тримачі або V-подібні пази, які використовуються для фіксації, зазвичай мають
високоточну конструкцію, що дозволяє утримувати волокно у фіксованому
положенні без зайвого тиску(див. рис. 2.3.).

Рисунок 2.3. Зафіксоване оптичне волокно в канавці зварювального
апарату
Особливої уваги потребує вирівнювання кінців волокон по довжині. Вони
повинні бути розташовані на оптимальній відстані один від одного, яка залежить
від типу зварювального апарата і параметрів з’єднання. Сучасні апарати для
зварювання волокон зазвичай оснащені автоматичними системами
вирівнювання, які дозволяють визначити і скоригувати відхилення в режимі
реального часу.
Успішна установка кінців волокон забезпечує не лише їх точне
позиціонування, але й оптимальні умови для наступних етапів, таких як
юстировка та зварювання. [55] Крім того, правильна фіксація мінімізує ризик
пошкодження волокон під час виконання технологічних операцій.
Юстировка з'єднуваних оптичних волокон забезпечує точне вирівнювання
осей волокон для мінімізації оптичних втрат. Цей процес гарантує, що зварені
волокна матимуть високоякісне з’єднання із мінімальними відбиттями та
втратами сигналу.
65

Юстировка розпочинається після установки волокон у направляючі
системи зварювального апарата. Сучасні апарати оснащені оптичними або
механічними системами вирівнювання, які дозволяють досягати високої
точності. Основна мета цього етапу полягає в тому, щоб серцевини волокон
перебували на одній оптичній осі, що є критично важливим для одномодових
волокон, де діаметр серцевини становить кілька мікрометрів. [56]
Процес юстировки виконується в кілька кроків. Спочатку система апарата
здійснює грубе вирівнювання, використовуючи механічні параметри, такі як
положення волокна в тримачах. Після цього апарат переходить до точного
вирівнювання, використовуючи методи аналізу переданої потужності або
зображення торців волокон. Наприклад, лазерний діод, підключений до одного з
волокон, випромінює світловий сигнал, а детектор у приймальному волокні
вимірює інтенсивність переданого сигналу. Максимальна інтенсивність сигналу
свідчить про досягнення оптимального вирівнювання. Такий метод
застосовується для активного юстування. Також є варіант пасивного, а саме
ручного методу за допомогою дзеркал і лімбів на зварювальному апараті.
На ілюстрації показано процес юстировки волокон із забезпеченням
точного вирівнювання їхніх осей(рис. 2.4).

Рисунок 2.4. Юстування оптичних волокон
Під час юстировки враховуються такі параметри, як діаметр серцевини
волокна, кутові відхилення торців і точність сколювання. Будь-які недоліки,
виявлені на цьому етапі, коригуються автоматично або вручну, залежно від
функціональності зварювального апарата.
66

Особливу увагу приділяють перевірці відсутності відхилень у місці стику,
які можуть бути спричинені мікродефектами поверхні або неточністю
попередніх етапів. У разі виявлення таких проблем оператор має можливість
повторно вирівняти волокна, щоб забезпечити відповідність технічним вимогам.
Успішна юстировка є основою для високоякісного зварювання, оскільки від неї
залежить ступінь оптичної прозорості з’єднання.
Одразу після юстировки виконується попереднє оплавлення торців
волокон, відоме як fire cleaning. [57] Основна мета цього етапу полягає в усуненні
мікронерівностей, забруднень і залишкових дефектів, які могли утворитися під
час сколювання або попередньої обробки волокон.
Процес оплавлення виконується шляхом впливу високотемпературного
дугового розряду на торці волокон. Температура в зоні розряду може досягати
кількох тисяч градусів за Цельсієм, що дозволяє плавити поверхню матеріалу і
забезпечувати її вирівнювання. У результаті цього процесу скляна поверхня
торців стає ідеально гладкою, що є важливим для мінімізації втрат сигналу та
забезпечення механічної міцності звареного з'єднання.

Рисунок 2.5. Оплавлені торці оптичного волокна
Оплавлення також виконує функцію видалення мікрозабруднень, які
могли залишитися після очищення або виникнути під час сколювання. Навіть
найменші частинки пилу або залишкові нерівності на торцевій поверхні волокна
можуть впливати на якість зварювання, спричиняючи втрати оптичної енергії
або відбиття світла.
Сучасні зварювальні апарати оснащені автоматичними системами для виконання
оплавлення. [58] Ці системи дозволяють точно регулювати параметри дугового
розряду, такі як його тривалість, потужність і положення. Це гарантує, що процес
оплавлення виконується рівномірно і без пошкоджень матеріалу волокна.
67

Особливу увагу приділяють контролю якості цього етапу. Після
оплавлення поверхня торців перевіряється на відсутність тріщин, бульбашок або
інших дефектів. У разі виявлення недоліків процес оплавлення може бути
повторений для досягнення необхідної якості. Наступним етапом є формування
конусного переходу.
Процес виготовлення конусного переходу розпочинається із зварювання
оптичних волокон за допомогою зварювального апарату, оснащеного
електродами для генерації електричної дуги. Електроди розташовуються в
строго симетричному положенні один навпроти одного, створюючи зону
високотемпературного дугового розряду. Температура в цій зоні, яка може
досягати 1400–2000°C залежно від матеріалу волокна, забезпечує розплавлення
поверхні волокон. [59]
На початковому етапі стискальна сила застосовується до зварюваних волокон за
допомогою прецизійного механізму переміщення тримачів зварювального
апарату. Цей механізм дозволяє забезпечити контрольований контакт волокон у
зоні плавлення. Під впливом високої температури матеріал волокна переходять
у пластиковий стан, що дозволяє виконувати міцне з'єднання. При цьому
електроди можуть поступово переміщуватися вздовж перехідної зони,
забезпечуючи рівномірний розподіл тепла по всій довжині зони зварювання.
На цій стадії формується початкове з’єднання волокон без плавного переходу
(рис. 2.6.).

Рисунок 2.6. зварена ділянка без плавного переходу
Конусний перехід отримується методом перетяжки. [60] Цей процес
виконується шляхом переміщення тримачів у протилежних напрямках із
заданою швидкістю, що забезпечує формування рівномірного зменшення
діаметра волокна на перехідному сегменті. Ключовими параметрами процесу є
температура нагріву та швидкість розтягування.
68

Результатом є гладкий конусний перехід, який забезпечує поступову зміну
діаметра волокна, мінімізуючи розсіювання та відбиття світла на межі з'єднання..

Рисунок 2.7. Конусний перехід
Особливу увагу слід приділяти контролю швидкості перетяжки,
рівномірності нагрівання та положенню електродів. Неправильний вибір
параметрів може призвести до утворення дефектів, таких як нерівномірна
товщина конусного сегмента, утворення мікротріщин або навіть повне
руйнування волокна. Тому сучасні зварювальні апарати оснащені системами
автоматичного контролю температури, тривалості впливу та швидкості
переміщення.
Після завершення процесу конусний перехід потрібно інтегрувати в
конектор для подальших для подальших дій з ним. [61]
Інтеграція оптичного волокна в конектор за допомогою епоксидної смоли
- це точний і широко застосовуваний метод забезпечення надійних, довговічних
з'єднань з низьким рівнем втрат у волоконно-оптичних системах. Цей процес
включає кілька ретельно виконаних кроків, щоб гарантувати оптичні
характеристики і механічну стабільність. Спочатку оптичне волокно готується
шляхом зняття захисних покриттів, щоб оголити скляну серцевину і оболонку.
Після цього волокно очищається ізопропіловим спиртом, щоб видалити будь-яке
сміття або забруднення, яке може вплинути на з'єднання. Аналогічно,
компоненти конектора, включаючи наконечник, оглядаються і очищаються, щоб
переконатися, що на них немає бруду або дефектів. Далі епоксидну смолу
готують відповідно до інструкцій виробника, забезпечуючи належне
співвідношення смоли і затверджувача для оптимального затвердіння. Потім
69

смола вводиться в наконечник конектора за допомогою шприца або дозатора,
щоб вона заповнила внутрішню порожнину без утворення бульбашок повітря.
Зачищене і очищене оптичне волокно обережно вставляють в наконечник,
проштовхуючи його до тих пір, поки воно не буде трохи виступати з кінчика
наконечника. Цей крок вимагає точності, щоб гарантувати, що волокно
залишається вирівняним уздовж центральної осі наконечника, мінімізуючи
втрати при введенні(рис. 2.8.).

Рисунок 2.8. Оптичне волокно розміщене в конекторі і зафіксоване епоксидною
смолою
Після того, як волокно встановлено на місце, збірці дозволяється
затвердіти. Залежно від типу використовуваної епоксидної смоли, затвердіння
може відбуватися при кімнатній температурі або в печі для прискореного
затвердіння. Після затвердіння надлишок волокна, що виступає з наконечника,
розщеплюється і полірується за допомогою спеціальних інструментів і
полірувальних плівок. [62] Цей крок забезпечує гладку, пласку поверхню,
перпендикулярну до осі волокна, що оптимізує передачу оптичного сигналу і
зменшує втрати на відбиття. Нарешті, з'єднувач перевіряється на правильність
вирівнювання та якість поверхні. Для підтвердження якості з'єднання
проводяться випробування, такі як вимірювання втрат при введенні та зворотних
втрат. При правильному виконанні склеювання епоксидною смолою забезпечує
високонадійне оптичне з'єднання, придатне для складних застосувань. Цей метод
особливо цінується за його здатність забезпечувати високу механічну
стабільність і відмінну стійкість до впливу навколишнього середовища, що
робить його ідеальним як для стандартних, так і для суворих умов експлуатації.
Його широке використання в телекомунікаціях, медичному обладнанні та
70

промислових системах підкреслює його важливість у галузі волоконно-оптичних
технологій.
Завершальним етапом отримання високоякісного оптоволоконного
з'єднувача є точне шліфування та полірування торцевої поверхні оптоволокна.
[63] Цей процес забезпечує оптимальну передачу сигналу, створюючи гладку,
пласку поверхню з мінімальними дефектами, зменшуючи втрати на відбиття та
внесення.
Після того, як волокно вклеєне в наконечник роз'єму і епоксидна смола
затверділа, надлишок волокна, що виступає за межі наконечника, необхідно
акуратно видалити. Це досягається шляхом розщеплення або грубого
шліфування, яке видаляє основну частину волокна і готує його для подальшої
обробки. Етап розщеплення або початкового шліфування повинен бути
виконаний з точністю, щоб уникнути пошкодження наконечника або зміщення
серцевини волокна.
Після грубого шліфування починається процес полірування. Полірування
здійснюється за допомогою полірувальних плівок з дедалі дрібнішою
зернистістю, часто встановлених на полірувальній пластині. З'єднувач
поміщається в полірувальну оправку для підтримки постійного тиску і
вирівнювання під час процесу. Полірувальні плівки, як правило, вкриті
частинками алмазу або оксиду алюмінію для досягнення бажаного рівня
гладкості. Поступовий перехід від грубої до дрібної зернистості забезпечує
видалення подряпин, відколів і залишків епоксидної смоли на поверхні
наконечника(рис. 2.9.).

Рисунок 2.9. відшліфований та відполірований конектор
71

На заключному етапі полірування, який часто називають
«ультраполіруванням», [64] використовуються полірувальні плівки з
найдрібнішим зерном для досягнення дзеркальної поверхні торця волокна. Це
гарантує, що поверхня буде плоскою і перпендикулярною до осі волокна,
зменшуючи розсіювання і забезпечуючи ефективне оптичне з'єднання.

Рисунок 2.10. Відполірована торцева поверхня оптичного конектора
Після завершення процесу полірування з'єднувач проходить перевірку за
допомогою мікроскопа для перевірки якості поверхні та вирівнювання.
Високоякісне шліфування та полірування мають вирішальне значення для
забезпечення мінімальних втрат при введенні та поверненні, що робить цей етап
незамінним для надійних, високопродуктивних з'єднань оптичних волокон.
2.3 Параметри технологічного процесу та їх оптимізація
Створення конічного переходу під час зварювання оптичних волокон із
різними діаметрами (300 мкм і 200 мкм) є складним завданням, яке вимагає
ретельного налаштування параметрів зварювального процесу. Основною метою
є забезпечення поступового зміни геометрії, мінімізації оптичних втрат і
збереження механічної міцності з'єднання. Перехідна зона повинна мати
оптимальну форму, яка сприяє зменшенню відбиття і розсіювання світла на
стику волокон.
Температура нагрівання є ключовим фактором для створення якісного
конічного переходу. Для зварювання волокон із великими діаметрами потрібна
вища температура, щоб забезпечити достатнє розплавлення більш масивного
72

волокна. Оптимальна температура для даних волокон становить 2200–2500°C,
залежно від складу матеріалу. Для створення плавного переходу між волокнами
з різними діаметрами важливо забезпечити контрольовану зміну температури в
зоні зварювання. Це досягається використанням програмованих зварювальних
апаратів із можливістю регулювання потужності нагрівання.
Час нагрівання повинен забезпечувати достатнє розплавлення більшого
волокна (300 мкм) без перегріву меншого волокна (200 мкм). [65] Оптимальний
час варіюється в межах 5–8 секунд для досягнення плавного конічного переходу.
Занадто короткий час може призвести до утворення різких меж переходу, що
підвищує оптичні втрати, тоді як надмірний час нагрівання може викликати
перегрів і деформацію меншого волокна.
Перекриття між кінцями волокон є ще одним важливим параметром, який
впливає на якість переходу. Для формування переходу перекриття має становити
20–30 мкм. Це дозволяє рівномірно розподілити матеріал під час формування
конуса і забезпечити якісний оптичний контакт між волокнами. У випадках, коли
діаметри серцевин волокон дещо відрізняються, точність перекриття стає
вирішальним фактором для зменшення втрат на межі переходу.
Юстування волокон також відіграє критичну роль у забезпеченні осьового
вирівнювання. Для зварювання волокон із різними діаметрами використовують
активне юстування із застосуванням технології LID (Light Injection and
Detection), яка дозволяє точно визначити положення осі волокна і звести до
мінімуму втрати сигналу. У випадку конічного переходу також враховується
ексцентриситет серцевин, який може спричиняти додаткові втрати.
Конічний перехід повинен мати плавну форму зі збільшенням діаметра від
200 мкм до 300 мкм. Це досягається поступовим підведенням волокон одне до
одного в поєднанні з регульованим нагріванням. Для цього часто
використовуються спеціальні режими "витягування" у програмованих
сплайсерах, які дозволяють контролювати форму перехідної зони. Довжина
перехідної зони повинна становити 0.2-2.5 мм залежно від типу волокна та його
73

використання. Плавність переходу зменшує відбиття і розсіювання світла, що
дозволяє мінімізувати оптичні втрати.

Рисунок. 2.11. Визначення числової апертури прозорого фокону, що
звужується із прямолінійними утворюючими
Числовою апертурою прозорого фокону називається добутком показника
заломлення середовища на синус найбільшого кута з віссю фокону променів, що
проходять через нього без віньєтування.
Розглянемо промінь, що падає під кутом ��1 на точку �� поблизу краю
вхідного широкого торця фокона, що звужується (рис. 2.2). Такий промінь після
заломлення входить у фокон із нахилом����1. Точка B виходу променя з фокона
при малій зміні кута нахилу [на 2������������2/(1 − ��)] переміщається з одного краю
вихідного торця до іншого. Зазвичай світловоди пропускають широкі пучки
променів і точки виходу заповнюють весь перетин торця. Визначальним
апертуру є промінь ОВ (на дзеркальній розгортці ОВ'). Будь-який інший промінь,
на вході паралельний ОВ, наприклад ����, біля виходу має менший нахил до
утворюючого фокона і тим більше проходить через нього. Для того, щоб
меридіональний промінь ОВ повністю відбився від оболонки фокона, його нахил
до утворюючого фокона не повинен перевищувати критичного значення ������ + ��,
а нахил до осі перед виходом не повинен перевищувати ������ + ��. Для трикутника
СВ'О маємо:
74

��1 ��2 ;
����������0= ������⁡(����0−��)
����������1 = ��������⁡����1 + ��√1 − ��2������2������
або після множення на ����
�� = ���� + ��√��21 �� �� − ��2��2
��. (2.3)
Найбільший кут ��2 нахилу променя на виході із фокону знаходиться за
виразом
(�� +���� )
��������2 =
0 �� (2.4)
��2
Оскільки ��������2, не може перевищувати одиниці, рівняння (2.4)
справедливе лише при ��2 ≥ ���� + ������. Якщо ��2 ≥ ���� + ������ то числову апертуру
світловоду обмежує вже не вимога повного відбиття всіх променів від оболонки
фокона, а наявність повного внутрішнього відбиття хоча б частини променів від
вихідного торця фокона і повернення їх до широкого торця. Аналогічно до
попереднього можна показати, що в цьому випадку числова апертура
звужуючого фокона
��2
��1 = ��[�� ��
2 + ��(√ − √��2 − ��2)]. (2.5)
��2−��2 �� 2
2
Найбільший кут ��2 нахилу променя на виході із фокону який завужується
��
в даному випадку дорівнює а в фоконі безпосередньо перед виходом
2
����2 = ������ ������ ������⁡(���� ∕ ��2)⁡ (2.6)
Точний розрахунок параметрів фокона (фокусуючого конуса) є
фундаментальним для розуміння його оптичної поведінки і забезпечення
ефективної роботи. [66] У цьому розділі розглядається теоретична основа для
визначення ключових характеристик фоконів, включаючи геометрію конуса,
ефективність зв'язку, фокусну відстань, радіус модового поля і втрати на
передачу. Ці параметри дають уявлення про здатність фоконів ефективно
маніпулювати світлом у волоконно-оптичних системах.
1) Геометрія конуса
75

Геометрія конуса визначає поступову зміну діаметра фокона вздовж його
довжини, що забезпечує плавне поширення світла. Для лінійного конуса діаметр
серцевини в будь-якій точці
z вздовж конуса виражається як:
��
��(��) = ��1 + (��2 − ��1)
��
де:
��1: початковий діаметр серцевини меншого волокна
��2: кінцевий діаметр серцевини більшого волокна
L: загальна довжина фокону
��: положення вздовж конуса (від �� = 0⁡до⁡�� = ��).
Плавна геометрія конуса мінімізує розсіювання і підтримує адіабатичне
поширення світла, забезпечуючи ефективне з'єднання між волокнами.
2) Коефіцієнт корисної дії з'єднання
Коефіцієнт корисної дії з'єднання (η) кількісно визначає частку світлової
потужності, що передається через фокон, відносно вхідної потужності. Він
визначається як:
��
= вихід.
�� ×100
��вхід.
де:
��вихід.: Вихідна оптична потужність
��вхід.: Вхідна оптична потужність
Високий коефіцієнт корисної дії з'єднання означає мінімальні втрати під
час передачі. [67] Оптимізація геометрії конуса, вирівнювання та гладкості
поверхні максимізує ��, що робить фокон придатним для застосувань, які
вимагають точної передачі випромінювання.

3) Фокусна відстань
Фокусна відстань (��) фокона визначається його кутом конусності (θ) і
початковим радіусом серцевини(��1)
76

��1
�� =
������⁡(��)
де:
θ :кут конусності фокона,
��
��1 : початковий радіус серцевини (��1 =
1)
2
Кут конусності розраховується як:
��2 − ��1
�� = ������������⁡( )
2��
Менші кути конусності дають більшу фокусну відстань, що корисно в
системах, які потребують високофокусованих променів на більші відстані.
4) Радіус поля моди
Радіус поля моди (��) описує просторову протяжність світла, що
поширюється через волокно, і визначає, наскільки добре світло залишається
обмеженим всередині серцевини. Він визначається за формулою:
��
�� = √
����1 ⋅ ����
де:
��: Робоча довжина хвилі лазера
��1: Показник заломлення серцевини волокна
����: Числова апертура волокна
Для меншої числової апертури, (��) зростає, вказуючи на менш обмежене
поле моди. Належне вирівнювання і звуження необхідні для узгодження модових
полів між фоконом і з'єднаними волокнами, що забезпечує ефективне з'єднання.
5) Втрати при передачі
Втрати при передачі (��) являють собою енергію, втрачену під час
поширення світла через фокон. Ці втрати зазвичай виражаються в децибелах
(дБ) і розраховуються як:
��вхід.
�� = 10������10( )
��вихід.
Втрати виникають через:
77

Розсіювання: викликане недосконалостями геометрії конуса або обробки
поверхні.
Віддзеркалення: відбувається на інтерфейсах з невідповідними
показниками заломлення, розрахованими за допомогою рівняння Френеля:
��1 − �� 2
2
�� = | |
��1 + ��2
де ��1 та ��2 це показники заломлення матеріалів.
Поглинання: Через домішки або дефекти у волокнистому матеріалі.
6) Відхилення променя
На відхилення світла, що виходить з фокона, впливає геометрія конуса і
розподіл модового поля. Кут розбіжності (��) визначається формулою:
��
�� = 2������������⁡( ).
����
Менші кути розбіжності вказують на краще утримання променя, що
важливо для застосувань, які вимагають точного фокусування світла.
Щоб розрахувати оптимальний розмір фокона для волокна 200 мкм і 300
мкм для мінімізації вихідних втрат, нам потрібно переконатися, що геометрія
конуса і довжина дозволяють адіабатичне поширення світла і мінімальну
неузгодженість мод між двома волокнами. [68] Нижче наведені розрахунки
оптимальної довжини фокона і характеристик конуса.
Параметри волокна:
діаметри серцевин – ��1 = 200⁡����, ��2 = 300⁡����.
апертура - ����1= 0.27,⁡����2= 0.22,
Щоб мінімізувати втрати, фокон повинен забезпечувати плавний перехід
між радіусами модових полів волокон. Для цього потрібно спочатку розрахувати
кут заломлення у оптичному волокні.
Розрахунок кута заломлення (��2)
��1
������(��2) ⁡= ( ) ∙ ������⁡(��1) ��2
Де:
78

-n1=1 (повітря),
-n2=1.45(серцевина волокна),
- sin(��1) = NA.
Результати:
- Для волокна d1 = 300 мкм, θ2 = 8.68°,
- Для волокна d2 = 200 мкм, θ2 = 10.67°.
Довжина ходу променя (��������ℎ)
��
��������ℎ =
����(��2)
де:
- d — діаметр волокна,
- ��2 — кут заломлення.
Результати:
- Для волокна d1 = 300 мкм, L_path = 1.97 мм,
- Для волокна d2 = 200 мкм, L_path = 1.06 мм.
��������ℎ⁡
Із цього слідує що довжина фокона нас задовільняє при ���� =
2
���� = 0.985⁡мм
Втрати сигналу залежать від різниці діаметрів і якості виконаного
переходу. Експерименти показали, що оптимізація температури, часу нагрівання
і перекриття дозволяє зменшити втрати до 0,1–0,2 дБ. Після формування
зварювального з'єднання проводять додатковий етап полірування вогнем (fire
polishing), щоб згладити можливі дефекти і покращити оптичні характеристики
переходу. Це особливо важливо для з'єднань із великою різницею діаметрів.
З'єднання повинно витримувати стандартні механічні навантаження, що
еквівалентні 100 kpsi (689 МПа). Це забезпечується ретельним контролем
параметрів процесу та використанням захисних термоусадкових гільз. Для
досягнення найкращих результатів використовують методику планування
експериментів (DOE). Наприклад, для зварювання волокон із діаметрами 300 і
79

200 мкм оптимальними параметрами є: потужність дуги — 12–16 мА, час
нагрівання — 6 секунд, перекриття — 25 мкм.
Використання програмованих сплайсерів із функціями регулювання
параметрів дозволяє досягти високої точності у створенні переходів. [69]
Інтеграція алгоритмів машинного навчання для аналізу параметрів процесу
забезпечує адаптивну оптимізацію залежно від типу волокна. Сучасні системи
також оснащені камерами високої роздільної здатності, що дозволяють
контролювати форму і довжину переходу в режимі реального часу.
Створення конічного переходу між оптичними волокнами діаметрами 300
і 200 мкм є складним завданням, яке вимагає ретельного налаштування
параметрів зварювального процесу. Оптимізація параметрів, таких як
температура, час нагрівання, перекриття та форма переходу, дозволяє
мінімізувати оптичні втрати і забезпечити механічну міцність з'єднання.
Використання сучасних технологій і експериментальних методик сприяє
досягненню стабільних і надійних результатів.
2.4 Аналіз потенційних помилок та шляхи їх усунення
Процес зварювання оптичних волокон із різними діаметрами, зокрема 300
мкм і 200 мкм, супроводжується низкою потенційних помилок, які можуть
вплинути на якість конічного переходу. Однією з основних проблем є
неправильне юстування волокон. Відхилення осей волокон призводить до
зростання оптичних втрат через зміщення серцевин. Для усунення цієї помилки
використовують автоматизовані системи активного юстування, такі як Light
Injection and Detection (LID), які забезпечують точне вирівнювання осей і
мінімізують вплив людського фактора. [70]
Ще однією розповсюдженою помилкою є недостатнє або надмірне
нагрівання торців волокон. Якщо температура недостатня, матеріал не
розплавляється належним чином, що призводить до утворення дефектів у зоні
зварювання. Надмірне нагрівання, навпаки, може викликати деформацію
структури волокна і пошкодження перехідної зони. Усунути цю проблему можна
80

шляхом використання програмованих сплайсерів із точним контролем
температури нагрівання, що дозволяє забезпечити стабільність процесу.
Неправильне перекриття волокон є ще однією важливою помилкою, яка
впливає на якість зварювання. Надмірне або недостатнє перекриття може
призвести до нерівномірного формування переходу та збільшення втрат сигналу.
Для усунення цієї проблеми необхідно проводити калібрування обладнання
перед початком роботи і встановлювати рекомендовані параметри перекриття,
які для таких волокон становлять 20–30 мкм.
Наявність забруднень на торцях волокон також може стати причиною
утворення дефектів, таких як бульбашки або мікротріщини. Це викликає
зростання втрат сигналу і зниження механічної міцності з'єднання. Для
уникнення цієї помилки потрібно ретельно очищати торці волокон перед
зварюванням за допомогою ізопропілового спирту або спеціальних розчинників.
Механічні напруження у зварювальному шві можуть виникати через
різницю у термічних властивостях матеріалів двох волокон. Це спричиняє
зниження міцності з'єднання і може стати причиною його руйнування в процесі
експлуатації. Для зняття напружень і згладжування дефектів рекомендується
проводити додатковий етап нагрівання (fire polishing), який також покращує
оптичні характеристики переходу.
Таким чином, потенційні помилки у процесі зварювання оптичних волокон
можна ефективно усунути завдяки використанню сучасного обладнання,
контролю параметрів і дотриманню технологічної дисципліни. Ретельна
підготовка та оптимізація процесу забезпечують мінімальні втрати сигналу,
високу механічну міцність і довговічність з'єднання, що є важливими вимогами
для успішної реалізації технологічного процесу.
Висновки за розділом 2.
1. У процесі виготовлення фокону визначено кілька критичних етапів, які
забезпечують його високу якість. Підготовчий етап включає очищення
торців волокон від захисного покриття та їх сколювання для отримання
ідеально рівної поверхні. Юстування волокон виконується з високою
81

точністю для забезпечення мінімальних втрат при передачі світлового
сигналу. Оплавлення торців і зварювання реалізуються із
застосуванням сучасного обладнання, яке дозволяє контролювати
ключові параметри, такі як температура та час впливу. Завершальний
етап передбачає перевірку якості з’єднання, що включає оцінку
оптичних втрат, механічної міцності та довговічності стику.
2. Ефективність процесу значно залежить від оптимізації параметрів.
Наприклад, вибір оптимальної температури оплавлення (2000–3000°C
для кварцових волокон) забезпечує рівномірне плавлення матеріалу без
утворення дефектів. Регулювання часу нагрівання та сили дугового
розряду дозволяє уникнути перегріву та появи залишкових напружень
у місці з’єднання. Крім того, налаштування параметрів юстування
мінімізує осьові та кутові зміщення волокон, що є критичними для
забезпечення низьких оптичних втрат. Застосування автоматичних
систем контролю дозволяє динамічно регулювати параметри процесу та
підвищувати якість виробу.
3. У процесі виготовлення фокону було ідентифіковано низку можливих
помилок, що впливають на якість з’єднання. Основними проблемами є
дефекти сколювання, наприклад "шипи" чи "відколи", які можуть
викликати порушення геометрії зварювального стику. Неточності в
юстуванні волокон здатні призводити до значних оптичних втрат через
розбіжність осей волокон. Недостатнє очищення торців від захисних
матеріалів може спричинити утворення бульбашок чи мікродефектів у
зоні зварювання. Аналіз цих помилок дозволяє розробляти ефективні
заходи з їх усунення.
4. Для мінімізації помилок у процесі виготовлення фокону рекомендовано
впровадження сучасних технічних рішень. Використання високоточних
сколювачів дозволяє досягти перпендикулярності торцевої поверхні з
кутовими відхиленнями менш ніж 0,5°. Системи активного юстування
волокон з автоматичним вимірюванням переданої потужності
82

забезпечують ідеальне вирівнювання навіть для одномодових волокон.
Впровадження автоматизованих установок для очищення та підготовки
торців волокон знижує ризик залишкових забруднень, тоді як сучасні
зварювальні апарати з функцією контролю параметрів дозволяють
стабільно отримувати якісні з’єднання.

83

РОЗДІЛ 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА
3.1 Метод виготовлення фокону зварюванням
Електродугова зварка — це технологічний процес з'єднання матеріалів
шляхом їх нагрівання та плавлення під впливом електричної дуги. Електрична
дуга виникає між двома електродами або між електродом і поверхнею матеріалу,
створюючи високу температуру (до 3000–6000°C), достатню для розплавлення
металів, скла чи інших матеріалів. [71] Цей метод широко застосовується у
промисловості завдяки його точності, енергоефективності та здатності
забезпечувати міцне та довговічне з’єднання.
У загальному випадку, електрична дуга — це стійкий електричний розряд
між двома точками, що супроводжується випромінюванням світла, виділенням
тепла та іонізацією повітря. У процесі зварювання тепло, що виділяється,
розплавляє матеріали, створюючи однорідний зварний шов. Цей принцип
використовується як для зварювання металів, так і для інших матеріалів,
включаючи оптичне скло.
Підготовка оптичних волокон до зварювання розпочалася з видалення
захисного покриття. Цей етап є обов’язковим, оскільки саме покриття може
перешкоджати якісному з'єднанню волокон у подальших технологічних
процесах. Для зняття покриття використовувалися відповідні інструменти, що
забезпечують чистоту поверхні без пошкодження серцевини волокна.
Після видалення покриття було проведено процес сколювання. Для
забезпечення високої точності торцевої поверхні волокна використовували
автоматизовану установку моделі АРБМ408100L(рис. 3.1.). Цей пристрій
дозволяє створити рівний і перпендикулярний до осі волокна зріз, що є критично
важливим для зменшення оптичних втрат при зварюванні. У ході сколювання
були отримані декілька зразків сколу з різними характеристиками (рис 3.2).
Після аналізу та вибору найбільш якісного зразка було прийнято рішення
перейти до наступного етапу процесу.
84

Рисунок 3.1. Установка для сколювання оптичного волокна
АРБМ408100L
Теоретичні приклади можливих варіантів сколів приведено на рис. 3.2.

Рисунок 3.2. Можливі варіанти сколів
Приклади реальних отриманих результатів приведено на рис. 3.3.

а) б) в)
Рисунок 3.3. Сколи отрмані в ході експеременту : а) із сколом б) під кутом в)
хороший варіант
85

Зварювання волокон здійснювалося з використанням спеціалізованого
зварювального обладнання, яке забезпечує високу точність юстування та
контроль параметрів зварювання, установкою КСС-111(рис. 3.4.).

Рисунок 3.4. Зварювальна установка КСС-111
Основна мета цього етапу полягала в створенні міцного і надійного
з'єднання(рис. 3.5.), яке відповідає вимогам до механічної стійкості та
мінімальних оптичних втрат. Паралельно з процесом зварювання здійснювалася
перетяжка волокна для формування фокону – конічного переходу між волокнами
різного діаметра.

Рисунок 3.5. Фокон отриманий методом зварювання і перетяжки(довжина
1,5 мм)
86

Після завершення зварювання та формування фокону було виконано
вимірювання отриманих результатів.
3.2 Експериментальна установка зварювання волокон та умови
дослідження
Установка КСС-111 є високотехнологічним обладнанням, яке
використовується для зварювання оптичних волокон і створення високоякісних
фокону — конічного переходу між волокнами різного діаметра. [72] Завдяки
своїм унікальним технічним характеристикам, КСС-111 забезпечує високу
точність і повторюваність технологічного процесу, що робить її незамінною в
телекомунікаційній галузі, оптоволоконних дослідженнях і виробництві
спеціалізованих волоконно-оптичних компонентів. Ця установка призначена для
роботи з волокнами діаметром від 80 до 1000 мкм, що дозволяє використовувати
її для широкого спектра завдань, включаючи з'єднання багатомодових і
одномодових волокон.
КСС-111 працює на основі зварювання електричною дугою. Джерелом
нагріву є високоточна дуга, параметри якої можна регулювати за допомогою
мікропроцесорного управління. Установка забезпечує стабільну температуру і
рівномірне нагрівання торців волокон, що є критично важливим для отримання
якісного з'єднання. Електроди, розташовані в зварювальній камері, мають
регульований зазор, що дозволяє точно налаштовувати інтенсивність і
тривалість дугового розряду. Максимальна довжина зварювального фрагмента,
яку може обробити КСС-111, становить до 20 мм, що дозволяє працювати з
різними конструкціями волокон.
Конструкція установки включає камеру зварювання, електроди, системи
автоматичного вирівнювання волокон, а також вбудовані датчики контролю
якості. Камера зварювання ізольована від зовнішніх впливів, що забезпечує
стабільність процесу навіть у нестабільних умовах навколишнього середовища.
Електроди виготовлені з високоякісних матеріалів, що забезпечує тривалий
термін служби і стабільну роботу. Автоматична система вирівнювання волокон
працює з використанням високоточних оптичних сенсорів, які забезпечують
87

ідеальне співвісне положення волокон перед зварюванням. Це особливо важливо
при роботі з одномодовими волокнами, де навіть незначні відхилення можуть
призводити до значних оптичних втрат.
Умови введення установки КСС-111 в експлуатацію є важливим етапом,
оскільки вони впливають на якість роботи і тривалість служби обладнання.
Перед початком роботи установка повинна бути розміщена в чистому і
стабільному середовищі з контрольованими параметрами температури і
вологості. У приміщенні, де розміщується обладнання, не повинно бути вібрацій,
які могли б вплинути на точність юстування волокон. Також необхідно
забезпечити наявність джерела живлення із стабільною напругою, щоб
уникнути перепадів, які можуть вплинути на стабільність дуги. [73] Перед
кожним використанням установки рекомендується проводити калібрування її
оптичних і механічних компонентів, щоб забезпечити відповідність реальних
параметрів заявленим характеристикам.
Перший етап введення установки в експлуатацію включає перевірку стану
електродів. У разі їхнього зносу необхідно провести заміну, оскільки
неправильна форма або пошкодження електродів можуть негативно впливати на
рівномірність нагріву. Далі проводиться тестування системи автоматичного
вирівнювання волокон. У процесі тестування встановлюється, наскільки точно
система може позиціонувати волокна відносно один одного. Якщо результати
тестів не відповідають вимогам, необхідно провести повторне калібрування.
Після налаштування обладнання виконується серія пробних зварювань для
перевірки якості з'єднань. У ході цих зварювань аналізуються параметри
оптичних втрат, механічна міцність стиків і стабільність процесу. Тільки після
успішного проходження всіх тестів установка вважається готовою до основної
роботи. Оператор також повинен пройти навчання з роботи з КСС-111, оскільки
управління установкою включає вибір оптимальних параметрів залежно від
діаметра волокон, матеріалу і вимог до зварювального з'єднання.
У ході експлуатації важливо регулярно проводити технічне
обслуговування установки. Це включає очищення електродів, заміну зношених
88

компонентів, перевірку і калібрування сенсорів і мікропроцесорної системи.
Установку КСС-111 також слідперіодично тестувати на наявність дефектів або
відхилень у роботі, які можуть призводити до зниження якості зварювання.
Таким чином, установка КСС-111 є надійним і високоточним
інструментом для зварювання оптичних волокон. Її використання дозволяє
мінімізувати оптичні втрати і забезпечити високу механічну міцність з'єднань.
Однак для досягнення максимальних результатів необхідно забезпечити
відповідність умов роботи рекомендованим вимогам і регулярно проводити
технічне обслуговування. [74] Це гарантує стабільність роботи обладнання і
високу якість кінцевого продукту.
3.3 Метрологічне забезпечення експерименту.
Аналіз проводився за двома схемами: безпосередньо після створення фокону і
без фокону. Це дозволило визначити якість отриманого з'єднання, оцінити рівень
оптичних втрат та порівняти ефективність передачі сигналу в обох випадках.

Схематичне зображення гнучких оптичних волокон з фоконом

89

Схема вимірювання потужності оптичного випромінювання на вихідному
торці світловода із конічним переходом
1– лазерний випромінювач (адіабатизоване джерело лазерного випромінювання)
2 – досліджуваний світловод
3 – приймальна головка вимірювача потужності LM-10 HDT
4 – блок індукції вимірювача потужності COHERENT FM GS
Із конічним переходом результат був із мінімальними втратами при
вхідній потужності в 50 мВт, показаний на рис. 3.6.

Рисунок 3.6. Вимірювач потужності та енергії когерентного лазера
FieldMaster GS

Схема вимірювання потужності оптичного випромінювання на вихідному
торці більшого оптичного волокна без конічного перехода
Без конічого переходу, як показали заміри значення були в діапазоні
похибки
90

Світловод із вбудованим фоконом продемонстрував гомогенний розподіл
світлового сигналу після використання конічного переходу(рис. 3.7.).
Формування фокону сприяло більш рівномірному поширенню оптичного
випромінювання в межах серцевини світловоду, що суттєво покращило якість
сигналу. [75] Завдяки плавному звуженню діаметра, характерному для конічного
переходу, відбувалося оптимальне перетворення модових профілів
випромінювання, що дозволило зменшити локальні нерівномірності розподілу
світлового потоку.

Рисунок 3.7. Демонсрація гомогенного розподілу із фоконом

91

Рисунок. 3.8. Демонсрація розподілу без фокону
Фізична структура фокону забезпечила мінімальні втрати оптичного
сигналу, а також створила умови для більш ефективного збудження мод у
менших діаметрах волокна. Завдяки цьому було досягнуто рівномірного
заповнення серцевини світловоду світлом, що є особливо важливим для
оптичних систем, які потребують стабільного і передбачуваного розподілу
сигналу. Крім того, використання фокону дозволило усунути критичні точки
нерівномірного випромінювання, які часто виникають у місцях прямого стику
волокон різного діаметра.
Таким чином, застосування фокону не лише оптимізувало процес передачі
світлової енергії, а й забезпечило високу стабільність роботи системи, що
позитивно вплинуло на її ефективність і надійність. Цей підхід відкриває нові
можливості для підвищення якості оптичних систем, дозволяючи інтегрувати
волокна з різними геометричними параметрами без суттєвих втрат і
нерівномірностей сигналу. Результати дослідження підтверджують, що
використання конічного переходу є ефективним засобом для вдосконалення
сучасних волоконно-оптичних технологій[76].
Результати дослідження, представлені в статті "Physical modeling of output
cascades and terminal devices of laser medical equipment with a rectangular cross-
section of the output optical beam", автори якої зосередилися на фізичному
92

моделюванні та аналізі конструктивних варіантів вихідних каскадів лазерного
медичного обладнання, становлять значний інтерес для подальшого розвитку
оптичних систем. [77] У роботі запропоновано підходи до проєктування
оптичних пристроїв із прямокутним перерізом вихідного пучка, що
забезпечують гомогенність розподілу випромінювання, структурну простоту й
технологічність[78].
У рамках моєї роботи подібні підходи адаптуються для задачі створення
високоякісних конічних переходів (фоконів) в оптичних волокнах. На основі
результатів, отриманих у статті, досліджуються методи оптимізації геометрії
фокону для забезпечення мінімальних втрат сигналу та підвищення гомогенності
світлового потоку в світловодах. Відповідно до поставлених завдань, у моєму
дослідженні також враховуються специфічні умови експлуатації оптичних
волокон, вплив матеріалів на якість з’єднань та модифікація профілю
випромінювання в системах, які поєднують волокна з різними діаметрами.
На рисунках 3.9. та 3.10. показано трансформацію розподілу густини
потужності оптичного випромінювання в межах кута апертури вихідного
волокна для різних варіантів гнучкого оптичного волокна: оптичне волокно з
волокна малого діаметру (крива 1); вигин волокна малого діаметру (крива 2);
розрізання волокна малого діаметру на 2 частини, заміна вхідної ділянки на
волокно більшого діаметру з подальшим з'єднанням його через фоконний
перехід з вихідною ділянкою на волокні малого діаметру (крива 3); вигин
комбінованого гнучкого світловода з фоконним переходом (крива 4).
Потужність оптичного випромінювання на виході всіх варіантів гнучкого
волокна встановлювалася однаковою (50 мВт) [78].
93

Рисунок 3.9. Розподіл густини потужності оптичного випромінювання.

Рисунок 3.10. Розподіл густини потужності оптичного випромінювання,
збільшений вздовж осі Y.

94

3.4 Порівняння експериментальних даних із теоретичними розрахунками
У результаті проведених експериментів було отримано конічний перехід
(фокон), який забезпечує передачу світлового сигналу з мінімальними
оптичними втратами. Вхідна потужність випромінювання становила
50мВт, а вихідна потужність після проходження через конічний перехід
склала 48мВт. Таким чином, загальні втрати на конічному переході становили
2мВт, що відповідає рівню 4%.
Ці результати підтверджують ефективність обраного методу формування
фокону, оскільки втрати випромінювання залишаються в межах прийнятних
значень. Розрахунок геометричних параметрів конічного переходу проводився з
урахуванням адіабатичного критерію, що дозволило забезпечити плавну зміну
діаметра світловода та уникнути значних втрат через перерозподіл мод. Для
забезпечення мінімальних втрат довжина конічного переходу була обчислена
теоретично та підтверджена експериментально.
Порівняння експериментальних і теоретичних даних продемонструвало
високу кореляцію. Розрахункова довжина фокону відповідала параметрам,
отриманим у процесі зварювання та перетяжки. Відповідність теоретичних
моделей і практичних результатів вказує на те, що обраний підхід до оптимізації
параметрів переходу дозволяє ефективно модифікувати оптичні характеристики
волокон. Зокрема, забезпечується стабільний профіль розподілу
випромінювання та зменшення нерівномірностей на стику волокон із різними
діаметрами.
Проведений аналіз підтвердив, що застосування адіабатичних умов і
коректних геометричних параметрів конічного переходу дозволяє досягти
високої ефективності передачі сигналу. Отримані результати також свідчать про
потенціал використання таких переходів у волоконно-оптичних системах, які
потребують зниження оптичних втрат при інтеграції елементів із різними
геометричними характеристиками. Цей підхід є важливим для підвищення якості
передачі сигналу в телекомунікаційних та лазерних технологіях.

95

Висновки за розділом 3.
1. У ході експериментальних досліджень успішно реалізовано технологію
створення конічного переходу (фокону) в оптичних волокнах.
Результати підтвердили, що використання зварювального методу та
контроль параметрів перетяжки забезпечують мінімальні оптичні
втрати на стику волокон.
2. Теоретичні розрахунки геометричних параметрів конічного переходу,
зокрема його довжини та кута нахилу, узгоджуються з
експериментальними даними. Це вказує на ефективність використаних
моделей для проектування таких оптичних елементів.
3. Під час проведення вимірювань втрат було встановлено, що вхідна
потужність випромінювання на рівні 50 мВт знизилася до 48 мВт після
проходження через конічний перехід. Відповідні втрати потужності
склали 2 мВт або 4%, що є прийнятним результатом для таких систем.
4. Проведений аналіз підтвердив, що адаптація теоретичних моделей, які
враховують адіабатичний критерій та геометричну оптимізацію,
дозволяє досягти високої ефективності передачі сигналу.
Експериментальні дані також свідчать про гомогенізацію світлового
потоку після проходження через конічний перехід.
5. Отримані результати демонструють перспективність застосування
конічних переходів для інтеграції волокон із різними діаметрами в
сучасних волоконно-оптичних системах, де мінімізація оптичних втрат
є ключовою вимогою.

96

РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В
НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ
4.1 Вимоги безпеки при зварюванні оптичних кабелів
4.1.1 Потенційні ризики при зварюванні оптичних кабелів
Під час здійснення операцій з оптичними кабелями слід дотримуватись
певного алгоритму дій. Його порушення може призвести до погіршення
характеристик кабелю, пошкодження чи виведення з ладу виробничих приладів
і апаратів, а також завдання шкоди здоров’ю працівника, який виконує свої
обов’язки.
Для ефективного, а головне — безпечного проведення процедури
зварювання оптичних кабелів розглянемо потенційні ризики під час роботи на
певних етапах:
Сколювання волокон кабелю без ізоляції
Після правильної підготовки волокна та його очищення, його слід
розколоти. Цю операцію можна виконувати ручним сколювачем або
високоточним сколювачем. Це спеціальний інструмент, який створений для
сколювання (відрізання) кінця оптичного волокна таким чином, щоб площина
відколу була рівною та перпендикулярною до самого волокна.
Даний процес несе потенційну небезпеку, а саме — створення відходів у
вигляді дрібних уламків волокна. Ці фрагменти можуть проникати в шкіру та
викликати сильне подразнення. Оскільки відходи сколювання малі та легкі, то
вони можуть ширяти у повітрі. При вдиханні вони можуть викликати внутрішні
пошкодження організму. Особливо небезпечні ці часточки при потраплянні у
кровоносні судини та становлять серйозну небезпеку, якщо потраплять до серця.
Безпосередня зварка оптичного кабелю за допомогою зварювального
апарата
Існує декілька способів для з’єднання двох кінців оптичного кабелю.
Розглянемо випадок з використанням зрощування дуговим зварюванням, який
97

здійснюється за допомогою напівавтоматичного пристрою. Цей пристрій можна
використовувати як в приміщенні, так і просто неба.
Електрична дуга становить опосередковану небезпеку для працівника.
Здійснення зварки передбачає використання легкозаймистих речовин, які
використовують для очищення волокон. При роботі у приміщенні слід
переконатись, що такі матеріали знаходяться на безпечній відстані від пристрою.
Несправність пристрою або його збій також становить небезпеку. Перед
використанням апарату, працівнику слід ознайомитись з інструкцією та
дотримуватись її вказівок під час експлуатації. Порушення умов роботи
пристрою може призвести до загоряння раніше згаданих вогненебезпечних
речовин. Щодо небезпеки для людини — присутня небезпека отримання опіків,
фізичних пошкоджень, ураження струмом, контакт з дрібними уламками
волокна.
Перевірка справності кабелю
По завершенню усіх робіт з оптичним кабелем, його слід перевірити на
справність. Оптичні пристрої, у яких використовуються дані кабелі,
випромінюють неосяжне та шкідливе для неозброєного ока інфрачервоне
випромінювання. Тому для цього слід скористатись відповідними пристроями —
джерелом видимого лазерного випромінювання чи вимірювачем оптичної
потужності.
Не з’єднаний до приладу кабель несе небезпеку для органів зору.
Потрапляння сфокусованого потоку світла на сітківку ока може спричинити
втрату гостроти зору або посприяти виникненню сліпих плям.
Зварювання оптичних кабелів проходить у декілька етапів з
використанням різних інструментів та приладів. Для гарантування безпеки слід
використовувати тільки якісні та актуальні інструменти. Застосування
інструментів для робіт не за призначенням може пошкодити інструмент.
Несправний інструмент погіршить якість виконаних робіт, може стати причиною
не тільки втрати кабелю своїх властивостей, але й загрожувати здоров’ю
працівника.
98

4.1.2 Засоби індивідуального захисту (ЗІЗ)
Для забезпечення ефективних та безпечних умов праці, працівникам перед
початком роботи, а саме зварювання оптичного кабелю, слід скористатись
засобами індивідуального захисту. Задля досягнення цієї мети розглянемо
декілька засобів:
Під час роботи з оптичним кабелем органи зору знаходяться в зоні ризику.
Усі працівники, які працюють з кабелем повинні носити захисні окуляри з
бічними щитами. Що стосується інших осіб, які знаходяться в одній кімнаті чи у
безпосередній близькості до відкритого кінця волокна — вони також повинні
носити захисні окуляри такого ж типу. Цей захід безпеки захистить очі від
шкідливого впливу ультрафіолетового випромінювання. Однак слід обрати такі
окуляри, які щільно прилягають до обличчя. Це запобіжний захід для уникнення
контакту очей та малих частинок волокна.
Процеси видалення гідрофобного покриття, зачищення кабелю від ізоляції
та сколювання волокон становить загрозу для шкіри рук. Під час виконання
перечислених робіт необхідно використовувати зручні рукавиці, які не
перешкоджатимуть працівнику та не вплинуть на точність та ефективність
роботи.
Легкі частинки волокон, після сколювання кабелю, малопомітні та легко
можуть потрапити на шкіру. Неякісний інструмент, неуважність чи втомленість
працівника посилюють цю небезпеку. Крім того, при праці надворі частинки
може здувати вітер. Робітникам слід носити одноразові фартухи, щоб
утримувати крихти волокон від свого одягу. А по завершенні праці позбуватись
від часток за допомогою двосторонньої клейкої стрічки.
4.1.3 Організація робочого місця
Організація робочого місця відіграє ключову роль у підвищенні
продуктивності та ефективності праці. Добре облаштований робочий простір
сприяє концентрації, зменшує ризик виникнення стресу та створює комфортні
умови для виконання завдань.
99

Правильне розташування обладнання, ергономічні меблі, достатнє
освітлення та продумана організація матеріалів і інструментів допомагають
зменшити фізичну втому та підвищити загальну мотивацію до роботи. Крім того,
чистота та порядок на робочому місці сприяють запобіганню помилок і
полегшують виконання рутинних завдань.
Організація робочого простору також важлива з погляду безпеки.
Раціональне розміщення елементів робочого середовища знижує ризик травм і
забезпечує дотримання правил охорони праці. Своєю чергою, зручне й
функціональне робоче місце формує позитивну атмосферу, що стимулює
творчий підхід і допомагає досягати високих результатів.
Перед початком праці слід прибрати все зайве та залишити лиш необхідне:
● зварювальний апарат
● сколювальник
● рідина для очистки волокна
● серветки безворсові
● ізострічка
● стрипер
● пінцет
Також працівникам забороняється зберігати харчові продукти та напої у
межах робочої зони через великий ризик контакту з часточками сколотих
волокон.
Якщо праця виконується надворі, то варто дослідити прогноз погоди та
відповідно підготуватись, взявши додаткове екіпірування, як от намет.
4.1.4 Правила експлуатації зварювального обладнання
Через особливості роботи зварювального обладнання, працівникам слід
дотримуватись правил експлуатації для уникнення пошкодження обладнання,
псування майна чи загрози для здоров’я. Слід дотримуватись інструкції:
● не використовувати стиснене повітря чи стиснений газ для очищення
зварювального обладнання
100

● перевірити надійність поясу, до якого прикріплений футляр з
обладнанням та сам футляр
● під час роботи користуватись засобами індивідуального захисту
● не використовувати зварювальне обладнання біля відкритих джерел
вогню чи при високій температурі навколишнього середовища
● не торкатись до гарячих захисних рукавів під час або одразу після
завершення роботи
● не розміщати зварювальне обладнання на нестабільних поверхнях
● не використовуйте речовини, що містять етиловий спирт (96% або
більше), щоб чистити зварювальне обладнання
● обладнання повинне проходити регулярні перевірки
4.1.5 Профілактика нещасних випадків
Профілактика нещасних випадків під час зварювання оптичних кабелів є
важливим аспектом для забезпечення безпеки працівників і збереження
обладнання. Зварювання оптичних кабелів пов'язане з потенційними ризиками,
такими як механічні травми, опіки, ураження електричним струмом,
подразнення шкіри та очей. Основні заходи профілактики включають:
Робоче місце повинно бути чистим, добре освітленим і обладнаним
вентиляцією, щоб запобігти накопиченню токсичних випарів.
Забезпечення стійкого розміщення обладнання для зварювального
обладнання.
Використання засобів індивідуального захисту (окуляри, рукавиці,
спецодяг).
Використання спеціальних контейнерів для утилізації шматків оптичних
волокон, які можуть спричинити порізи або травми.
Перевірка справності зварювального обладнання перед початком роботи.
Уникнення роботи з електрообладнанням у вологому середовищі або з
мокрими руками.
Використання обладнання з відповідним класом ізоляції та заземлення.
101

Під час роботи слід уникати вдихання диму, що утворюється при
зварюванні кабелів із полімерною оболонкою. Для цього необхідно
використовувати вентиляцію або респіратори.
Зберігання всіх хімічних засобів для очищення або обробки кабелів у
герметичних контейнерах, щоб уникнути їх випаровування.
Проведення регулярних інструктажів із техніки безпеки для всіх
працівників, які виконують роботи зі зварювання оптичних кабелів.
Навчання правил користування обладнанням і дій у разі аварійної ситуації.
Забезпечення доступу до аптечки першої допомоги на робочому місці.
Розробка чіткого плану дій у разі ураження струмом, опіків або
потрапляння уламків волокон у шкіру чи очі.
Проведення періодичних медичних оглядів працівників для виявлення
можливих наслідків впливу шкідливих факторів.
Застосування цих заходів дозволить створити безпечні умови праці та
мінімізувати ризик нещасних випадків під час зварювання оптичних кабелів.
4.2 Вимоги безпеки при застосуванні клеючих сполук для зрощення
кабелю
Роботи з клеючими сполуками на основі епоксидних смол дозволяється
виконувати на відкритому повітрі або в добре вентильованих приміщеннях. При
цьому робоче місце на відкритому повітрі має бути розташоване з навітряного
боку.
Клеюча сполука повинна готуватися в лабораторії, яка обладнана
витяжною шафою, підведенням води та джерелом нагрівання. Для зберігання
таких сполук слід використовувати герметично закриту посудину, розташовану
в прохолодному та темному місці.
Під час роботи необхідно уникати потрапляння клеючих сполук на шкіру
або в органи дихання. Для цього працівники повинні використовувати захисний
одяг, зокрема бавовняні халати, а для захисту рук – гумові рукавиці або
спеціальну захисну пасту.
102

Після завершення роботи необхідно ретельно вимити руки та обличчя
водою з милом. У разі забруднення рук епоксидним клеєм їх слід протерти
ватним тампоном, змоченим ацетоном, після чого вимити водою з милом,
висушити паперовим рушником і змастити шкіру м'якою жирною маззю на
основі ланоліну, вазеліну чи касторового масла.
Якщо смола потрапила в очі, необхідно негайно промити їх великою
кількістю води, а потім – свіжоприготовленим фізіологічним розчином
(одновідсотковим водним розчином кухонної солі), використовуючи ватний
тампон. Після цього потерпілий обов'язково має звернутися до лікаря.
У разі виникнення подразнень шкіри, поганого самопочуття під час або
після роботи, а також набряклості повік необхідно негайно звернутися до лікаря.
Працівників, у яких робота з епоксидними смолами викликає стійкі подразнення
шкіри або захворювання, слід перевести на іншу роботу.
Контроль за дотриманням правил безпеки та виконанням працівниками
всіх необхідних гігієнічних заходів покладається на адміністративно-технічний
персонал підприємства.

Висновки за розділом 4
1. Проведено аналіз основних вимог безпеки при роботі із зварювальним
обладнанням для оптичних волокон. Встановлено, що дотримання правил
експлуатації обладнання та використання засобів індивідуального захисту
є критично важливими для запобігання нещасним випадкам та зниженню
ризиків для здоров'я працівників.
2. Визначено, що організація робочого місця має важливе значення для
забезпечення ефективної і безпечної роботи. Особлива увага приділяється
підтриманню чистоти, правильному розташуванню обладнання та
забезпеченню належної вентиляції в приміщеннях.
3. Розглянуто специфіку роботи з клеючими сполуками для зрощування
кабелів. Встановлено, що дотримання технологічних вимог до зберігання і
103

використання хімічних речовин знижує їхню токсичність і ризики для
працівників.
4. Підкреслено важливість профілактики нещасних випадків під час
зварювання оптичних волокон, що включає своєчасне технічне
обслуговування обладнання, використання якісних матеріалів і
проведення навчання персоналу.
5. Загалом, реалізація зазначених заходів безпеки дозволяє мінімізувати
ризики, пов’язані з процесом зварювання оптичних волокон і роботою з
клеючими сполуками, що сприяє підвищенню ефективності виробничих
процесів та збереженню здоров'я працівників.

104

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
У процесі виконання даної роботи було розроблено та вдосконалено
технологію формування конічного переходу (фокону) для спеціалізованих
оптичних волокон. Розроблений процес забезпечує високу якість виготовлення
конічних переходів із мінімальними втратами світлового сигналу, що є важливим
для сучасних оптичних систем, які застосовуються в телекомунікаціях, лазерних
системах, медицині та інших високотехнологічних галузях.
Здійснений аналіз літературних джерел дозволив узагальнити сучасні
методи зварювання оптичних волокон, дослідити їх особливості, переваги та
недоліки. У рамках роботи визначено оптимальні параметри технологічного
процесу зварювання волокон різного діаметра для досягнення якісних конічних
переходів. Особливу увагу приділено процесам юстування, плавлення та
контролю отриманих параметрів.
Експериментальна частина роботи підтвердила ефективність розробленої
методики. Проведені дослідження показали, що використання сучасного
зварювального обладнання та оптимізація технологічних параметрів дозволяє
забезпечити стабільність процесу виготовлення фокону, знижуючи ризик
помилок та забезпечуючи високу повторюваність результатів.
Важливим етапом роботи стало дослідження процесу інтеграції
виготовленого фокону у порожнину оптичного конектора. Розроблена методика
монтажу забезпечує високу механічну стійкість та збереження оптичних
характеристик з'єднання, що є критичним для забезпечення надійної роботи
волоконно-оптичних систем.
Результати роботи мають практичне значення та можуть бути використані
для вдосконалення виробничих процесів у галузі виготовлення спеціалізованих
оптичних волокон. Запропонована технологія дозволяє знизити втрати
світлового сигналу, підвищити надійність та довговічність оптичних систем, а
також сприяє зниженню собівартості виготовлення складових елементів.

105

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. Photonics. Special Issue: Fiber Optics and Its Applications. MDPI. URL:
https://www.mdpi.com.
2. Fiber Splicing Techniques for Optical Applications. RP Photonics.
3. Large-Mode-Area Fibers for High-Power Applications. Journal of Optical Engineering.
URL: https://www.spiedigitallibrary.org.
4. Saleh, B. E. A., Teich, M. C. Fundamentals of Photonics. Wiley, 2019. – 1232 с.
5. Agrawal, G. P. Fiber-Optic Communication Systems. Wiley, 2021. – 560 с.
6. Marcuse, D. Theory of Dielectric Optical Waveguides. Academic Press, 2018. – 330 с.
7. Snyder, A. W., Love, J. D. Optical Waveguide Theory. Springer, 2000. – 734 с.
8. Willner, A. E. та ін. Optical Communications: Challenges and Opportunities in the Next
Decade // IEEE Photonics Journal. 2021. – Т. 13, №4.
9. Kashyap, R. Fiber Bragg Gratings. Academic Press, 2018. – 488 с.
10. Brambilla, G. Optical Fiber Tapering and Coating Technology: A Review // Sensors. 2010.
– Т. 10, №10. – С. 8930–8954.
11. Jensen, J. B. та ін. Microstructured Optical Fiber Sensors // Optics Letters. 2004. – Т. 29,
№17. – С. 1974–1976.
12. Zhang, Y., та ін. Fabrication Techniques for High-Performance Optical Components Using
Fiber Splicing // Optical Engineering. 2019. – Т. 58, №4.
13. Zhang, J., Chen, S., Gong, T., Zhang, X., Zhu, Y. Tapered Fiber Probe Modified by Ag
Nanoparticles for SERS Detection.
14. Hidayat, N. та ін. Tapered Optical Fibers Using CO2 Laser and Their Sensing
Performances // J. Phys. 2023.
15. Унгер Г. Г. Оптичний зв’язок.
16. Конструкції, прокладання, з’єднання і захист оптичних кабелів з’язку. Женева,
1994.
17. Optical Fiber Coatings Explained. FO Center. URL: https://focenter.com/blog/optical-
fiber-coatings-explained.
106

18. Korchak, Y., Furgala, Y., Rykhliuk, S. Optoelectronic Informatics. Vol. 1. Basic
Principles and Devices. – Lviv: Ivan Franko LNU Publishing House, 2016. – 312 p.
19. Chernyakov, E. I., Machekhin, Yu. P., Kukhtin, M. P. Optoelectronics. Part 1. Physical
Fundamentals. – Kharkiv: KhNURE, 2015. – 396 p.
20. Chernyakov, E. I., Machekhin, Yu. P., Kukhtin, M. P., Kukhtin, S. M. Optoelectronics.
Part 2. Devices and Systems. – Kharkiv: KhNURE, 2016. – 292 p..
21. Hryhoruk, V. I., Korotkov, P. A. Modern Terminological Dictionary of Optoelectronics. –
Kyiv: Lybid, 2011. – 400 p.
22. Rakhimov, N. R., Ushakov, O. K. Optoelectronics: Laboratory Workshop. – Novosibirsk:
SGGA, 2009. – 92 p.
23. General Electrical Engineering with Fundamentals of Electronics / Gavrylyuk, V. A.,
Gershunsky, B. S., Kovalchuk, A. V., Kunytsky, Yu. A., Shapovalenko, A. G. – Kyiv:
Vyshcha Shkola, 1980. – 480 p.
24. Experimental Optics / Kushnir, O. S., Korchak, Yu. M., Lutsiv-Shumskyi, L. P.,
Rykhliuk, S. V. – Lviv: Ivan Franko LNU Publishing Center, 2009. – pp. 104–113.p.
25. Bushok, H. F. Course of Physics. Book 3: Optics. Atomic and Nuclear Physics. – Kyiv:
Vyshcha Shkola, 2003. – 311 p.
26. Building Perfect Optics in Zemax [Electronic Resource]. URL:
https://habr.com/ru/post/303714/.
27. Encyclopedia of Modern Ukraine. Holography [Electronic Resource]. URL:
http://esu.com.ua/search_articles.php?id=25436.
28. Agrawal, G. P. Fiber Optic Communication Systems. – New York: John Wiley & Sons
Inc., 2010. – 630 p.
29. Handbook of Optoelectronics: Concepts, Devices, and Techniques. Vol. 1 / Ed. by J. P.
Dakin, R. Brown. – Boca Raton: CRC Press, 2018. – 858 p.
30. Ghatak, A., Thyagarajan, K. Optical Electronics. – New Delhi: Cambridge University
Press, 1994. – 633 p.
31. Grundmann, M. Nano-Optoelectronics: Concepts, Physics and Devices. – Berlin: Springer,
2002. – 458 p.
107

32. Kasap, S. O. Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices. – Upper Saddle
River: Pearson Education, Inc., 2013. – 544 p.
33. Maini, A. K. Lasers and Optoelectronics: Fundamentals, Devices and Applications. –
Berlin: Wiley, 2013. – 615 p.
34. Rosencher, E., Vinter, B. Optoelectronics. – Cambridge: Cambridge University Press,
1998. – 744 p.
35. Ryer, A. Light Measurement Handbook. – Newburyport, Massachusetts: International
Light, Inc., 1998. – 64 p.
36. Weber, M. J. Handbook of Lasers. – Berlin: Springer Science & Business Media, Inc.,
2005. – 795 p.
37. Yariv, A. Optical Electronics. – New York: Holt, Rinehart and Winston, 1991.
38. Keiser, G. Optical Fiber Communications. – New York: Springer, 2021. – 750 p.
39. Hui, R., O’Sullivan, M. Fiber Optic Measurement Techniques. – Academic Press, 2009. –
672 p.
40. Palais, J. C. Fiber Optic Communications. – Pearson Education, 2020. – 544 p.
41. Binh, L. N. Digital Optical Communications. – CRC Press, 2017. – 937 p.
42. Chomycz, B. Planning Fiber Optic Networks. – McGraw-Hill Professional, 2009. – 512 p.
43. Agrawal, G. P. Nonlinear Fiber Optics. – Academic Press, 2019. – 688 p.
44. Snyder, A. W., Love, J. D. Optical Waveguide Theory. – Chapman & Hall, 2000. – 734 p.
45. Mynbaev, D. K., Scheiner, L. L. Fiber-Optic Communications Technology. – Prentice
Hall, 2001. – 810 p.
46. Goff, D. R. Fiber Optic Reference Guide. – Focal Press, 2002. – 340 p.
47. Chang, K. RF and Microwave Fiber Optic Design. – Wiley-Interscience, 2002. – 331 p.
48. Hecht, J. Understanding Fiber Optics. – Pearson, 2015. – 816 p.
49. Mehta, K. Fiber Optics and Optoelectronics. – PHI Learning, 2010. – 400 p.
50. Richardson, D. J. High Power Fiber Lasers and Their Applications. – Journal of Modern
Optics, 2010.
51. Ghatak, A., Thyagarajan, K. Introduction to Fiber Optics. – Cambridge University Press,
1998. – 565 p.
52. Elias, S. R. Fiber Optic Sensors. – CRC Press, 2018. – 564 p.
53. Kashyap, R. Fiber Bragg Gratings. – Academic Press, 2009. – 608 p.
108

54. Sharma, D. C. Fiber Optic Technology and Applications. – Infinity Science Press, 2007. –
382 p.
55. Cartledge, J. C. Advanced Modulation Formats for High Capacity Optical Transmission
Systems. – IEEE Communications Magazine, 2015.
56. Dingel, B. B. Photonic Network-on-Chip. – Springer, 2019. – 435 p.
57. Saleh, B. E. A., Teich, M. C. Fundamentals of Photonics. – Wiley, 2019. – 1232 p.
58. Kim, B. J. Polarization Control in Optical Fiber Systems. – Optics Express, 2017.
59. Park, H. Dispersion Compensation Techniques in Fiber Optic Systems. – Journal of
Lightwave Technology, 2014.
60. Smith, P. R. Guided Wave Optics and Photonic Devices. – Wiley, 2019. – 654 p.
61. Willner, A. E. Advances in Optical Networks. – Springer, 2021. – 722 p.
62. Winzer, P. J. High Spectral Efficiency Optical Communication Systems. – IEEE Journal of
Lightwave Technology, 2013.
63. Rashleigh, S. C. Polarization in Optical Fibers. – Optics Letters, 1980.
64. Harvey, J. D. Nonlinear Effects in Fiber Optics. – Optics Express, 2015.
65. Binh, L. N. Optical Modulation Techniques for Fiber Optic Networks. – CRC Press, 2017.
66. Davis, C. Optical Networks Design and Implementation. – Cisco Press, 2010. – 456 p.
67. Shen, Y. Silicon Photonics for Optical Interconnects. – Journal of Optical Communications,
2019.
68. Grattan, K. T. V., Sun, T. Fiber Optic Sensor Technology. – Springer, 2013. – 472 p.
69. Olivier, M., et al. Fundamentals of Optical Fiber Sensors. – CRC Press, 2018. – 568 p.
70. Ziemann, O., Krauser, J., Zamzow, P. E. POF Handbook: Optical Short Range
Transmission Systems. – Springer, 2008. – 918 p.
71. Bishop, D. J. Photonic Switching and Interconnects. – Journal of Lightwave Technology,
2021.
72. Wang, Q., et al. Progress in Multicore Optical Fibers. – Nature Photonics, 2019.
73. Winzer, P. J., Essiambre, R. J. Advanced Optical Modulation Formats. – Proceedings of
the IEEE, 2010.
74. Hansen, J. E., et al. Nonlinear Optics in Single-Mode Fibers. – Wiley-VCH, 2015. – 432 p.
75. Schäfer, M., Nagel, R. Polymer Optical Fibers: Theory, Materials, and Applications. –
Wiley, 2020. – 356 p.
76. Thyagarajan, K., Ghatak, A. Nonlinear Fiber Optics: Concepts and Applications. – CRC
Press, 2012. – 372 p.
109

77. Richardson, D. J., Fini, J. M., Nelson, L. E. Space-Division Multiplexing in Optical
Fibers. – Nature Photonics, 2013.
78. Proceedings Volume 13400, Photonics Applications in Astronomy, Communications,
Industry, and High Energy Physics Experiments 2024; 134000D (2024)

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets