Wie arbeitet PAS (Profile Alignment System)

Zum verlustarmen Verspleissen von SM-Fasern ist es notwendig, die Fasern zueinander so auszurichten, dass die Kerne voreinander stehen. Neben dem früher angewandten RIDS (Remote Injection and Detection System) sind inzwischen Systeme nach dem LIDS-Prinzip (Local Injection and Detection Systems) oder nach dem PAS-Prinzip (Profile Alignment System) gebräuchlich.
Das PAS-Prinzip hat auf Grund seiner Arbeitsweise kein Problem bei der Ausrichtung biegeunempfindlicher Fasern und anderer Spezialfasern!

Entwicklung des PAS-Prinzips

Das PAS-Prinzip ist vor ca. 20 Jahren durch die Forschungslabors der japanischen Post NTT entwickelt worden. In enger Zusammenarbeit zwischen der NTT und Fujikura sind aus dieser Basistechnologie industrie- und feldtaugliche Geräte entwickelt worden. Entsprechend des Fortschritts, insbesondere in der Mikroelektronik aber auch in der Feinmechanik, ist es möglich geworden, die Geräte in mehreren Stufen in Gewicht und Volumen zu verkleinern und den Zeitbedarf für einen automatischen Spleiss deutlich zu reduzieren. Nach verschiedenen Gerätegenerationen der FSM-20/30/40/50-Serie ist die aktuelle Gerätebezeichnung FSM-60S.

Das PAS-Prinzip

Ziel des PAS-Prinzips ist es, die Lage des Kerns in der Faser (insbesondere bei exzentrischen Fasern) zu bestimmen und dann die Fasern kernbezogen zueinander auszurichten.

Wesentliche Komponenten eines Spleissgerätes nach dem PAS-Prinzip sind:

• zwei bewegliche V-Nuten, die die vorbereiteten Fasern führen (ohne Coating und rechtwinklig gebrochen),
• zwei um 90° versetzte Lichtquellen, die die zu verspleissenden Fasern seitlich mit parallelen Strahlenbündeln beleuchten,
• zwei CCD-Kameras mit Bildauswertecomputer, die die Faserenden erfassen, die Ausrichtung zueinander vermessen und ggf. Steuerinformationen an die beweglichen V-Nuten (mit den Fasern) abgeben.

Die Funktionsweise:
Das parallele Strahlenbündel wird seitlich auf die zu verspleissenden Faserenden gerichtet. Die gekrümmte Oberfläche der Faser (mit einem höheren Brechungsindex als Luft) wirkt wie eine (Zylinder-) Sammellinse.

Die CCD-Kamera mit Mikroskop-Objektiv ist so eingestellt, dass die Schärfeebene in der Faser liegt. Somit erscheint das Faserbild im Zentrum hell (Sammellinsenwirkung) und außen dunkel. Soweit ohne den zusätzlichen Effekt des Faserkerns! Dieser hat einen nochmals höheren Brechungsindex als der Mantel und somit eine noch stärkere Sammellinsenwirkung. Entsprechend wird das Licht, das auf den Kern trifft, stärker fokussiert und es ergibt sich eine besonders helle Linie, die von zwei dunkleren Linien eingegrenzt ist. Somit ist es möglich, die Lage des Kerns in der Faser zu detektieren und sogar eine Aussage zur Exzentrizität der Faser zu machen.

Das gesamte Bild setzt sich also aus zwei dunkleren äußeren Bereichen und einem helleren Zentralbereich zusammen. Im helleren Zentralbereich - entsprechend der Lage des Kerns (Exzentrizität!) - sind eine besonders helle und zwei besonders dunkle Linien zu erkennen. Insgesamt also ein Helligkeitsprofil, welches die Basis für die Namengebung dieses Spleissgeräteprinzips ist.

Mit Hilfe eines zweiten, um 90° versetzten Kamerasystems werden die Fasern gleichzeitig in x- und y-Achse vermessen und ausgerichtet.

In einer Auto-Betriebsart wird sogar der Fasertyp (MM, SM oder NZDS) erkannt und im Spleissprogramm berücksichtigt.

Nach erfolgter Ausrichtung erfolgt ein automatischer Ablauf aus:

• Vorspleissen: Die Faserenden werden angeschmolzen und runden sich etwas, typ. 0,2 Sekunden
• Vorschub: Die Lücke zwischen den Fasern wird - mit etwas Überlappung - geschlossen
• Gesamtlichtbogen: Zum verspleissen der Fasern, ca. 2 Sekunden.

Besondere Möglichkeiten des PAS-Prinzips

Bereits vor dem Spleissen werden die Schnittwinkel beider Faserenden mit dem Bildauswertesystem ermittelt und angezeigt. Gegebenenfalls wird bei Überschreiten von Grenzwerten eine Warnmeldung angezeigt.

Ebenso werden die Faserenden auf Sauberkeit/Staub untersucht und es wird ggf. eine Warnmeldung angezeigt. Ermöglicht werden diese Funktionen durch die besonders starke, 295-fache Vergrößerung des Kamerasystems.

Wie bereits oben erwähnt, ist es möglich, die Fasern kernbezogen zueinander auszurichten. Bei exzentrischen Fasern haben die Mäntel dann natürlich einen Versatz. Würde man die Fasern in dieser Position verspleissen, bewirkt die Oberflächenspannung, dass sich die Mäntel während des Spleissens zueinander ziehen und die Kernjustage verlorengeht.

Da das PAS schon beim Ausrichten die Exzentrizität ermittelt, kann über eine Exzentrizitätskorrekturfunktion ein “Vorhalt“ eingestellt werden, der während des Spleissens durch die Oberflächenspannung kompensiert wird. Somit kann immer mit der Nennlichtbogendauer gearbeitet werden, die Spleissdämpfung bleibt gering und alle Spleisse haben eine gleichbleibend hohe mechanische Festigkeit.

Nach dem Spleiss

Nach dem Spleiss wird die Spleissstelle auf das Vorhandensein von Blasen, Staubeinschlüssen, Verdickungen, Verdünnungen oder Separation überprüft; ggf. erfolgt ein Hinweis. Außerdem wird nach dem Spleiss erneut die Lage der Kerne zueinander vermessen. Entsprechend der Versatzwerte wird die resultierende Dämpfung errechnet und angezeigt. Abschließend wird ein mechanischer Zugtest mit ca. 2N ausgeführt, um eine mechanische Mindestfestigkeit zu bestätigen.

Aus den 3 Aussagen

• Spleissstellenanalyse (Blasen, usw.)
• Dämpfungsberechnung und
• mechanischer Zugtest

erhält der Anwender ein höchstes Maß an Sicherheit, dass der Spleiss in allen Belangen erfolgreich ausgeführt wurde.

Vorteile des PAS-Prinzips gegenüber dem LIDS-System

Die zu verspleissenden Faserenden werden seitlich durchstrahlt. Daher ist dieses System unabhängig

• vom Durchmesser des Fasercoatings (auch 0,9mm Fasern können verspleisst werden)
• von der Einfärbung des Coatings
• vom Fasertyp (depressed cladding-Fasern bereiten keine Probleme)
• vom “Betrieb auf der Faser“ (im Reparaturfall brauchen Übertragungseinrichtungen nicht abgeschaltet werden und/oder OTDR´s können gleichzeitig zur Reparaturkontrolle betrieben werden).

Nur das PAS-System kann vor dem Spleissen die Exzentrizität der Fasern bestimmen und ggf. einen “Vorhalt“ einstellen. Somit wird eine geringe Spleissdämpfung und gleichzeitig eine hohe mechanische Festigkeit erzielt.