Slefuirea Fibrei Optice

cuprins

Cap. 1. Introducere …………………………………………….. 1

Cap. 2. Generalitati……………………………………………… 2

2.1. Fizica optica…………………………………………… 2

2.2. Fibra optica……………………………………………. 8

Cap. 3. Slefuirea industriala 25

3. 1.Slefuire 25

3. 2. Polizarea 28

3. 3. Masini de slefuit si polizat 31

Cap. 4. Slefuirea utilizata si rezultatele obtinute 36

Cap. 5.Concluzii 43

Bibliografie………………………………………………………45

=== JIMI ===

Slefuirea fibrei optice

cuprins

Cap. 1. Introducere …………………………………………….. 1

Cap. 2. Generalitati……………………………………………… 2

2.1. Fizica optica…………………………………………… 2

2.2. Fibra optica……………………………………………. 8

Cap. 3. Slefuirea industriala 25

3. 1.Slefuire 25

3. 2. Polizarea 28

3. 3. Masini de slefuit si polizat 31

Cap. 4. Slefuirea utilizata si rezultatele obtinute 36

Cap. 5.Concluzii 43

Bibliografie………………………………………………………45

1 Introducere

Lucrarea este dedicata studieri fibrei optice si a metodelor de slefuire utilizate industrial.

Proiectul vizeaza atat aspectele teoretice cat si cele aplicative concretizat prin realizarea unei slefuiri .

Proiectul are ca parte aplicativa slefuirea unei fibre optice monofilare si este axat pe urmatoarele capitole:consederatii generale;slefuirea industriala;slefuirea utilizata iar in final concluziile trase in urma testarilor.

In partea de consideratii generale sunt prezentate legi si principii ale fizicii optice pe baza carora seface transmisia prin fibrele optice si de care se tine cont si la slefuire.Tot in acest capitol sunt prezentate metode defabricare a fibrelor optice.

In capitolul de slefuire industriala sunt prezentate metode de slefuire,polisare si lepuire utilizate pe scara industriala.

In capitolul dedicat partii aplicative sunt descrise aparatele si metodele utilizate pentru slefuirea fibrei optice .

CAP.2. Consideratii generale

2.1.Fizica optica.

In aceasta parte a proiectului sunt studiate lumina si legile care o caracterizeaza.

O unda electromagnetica se propaga intr-un plan de vibrare,ea este o unda polarizata liniar.

Caracterizarea starii de polarizare se faca dupa doi parametri:pozatia planului de vibrare;diferenta de faza dintre doua unde perpendiculare[1 pag.28-30].

Cele mai importante fenomene optice pe baza carora se si realizeaza transmisia prin fibrele optice sunt reflexia si refractia radiatiei luminoase.Pentru a putea deduce legile reflexiei si refractiei va fi enuntat principiul lui Fermat care prezinta notiunea de drum optic .

Consideram o traiectorie luminoasa intre doua puncte P1 si P2 si fie timpul t necesarul luminii pentru a parcurge aceasta traiectorie.

Se numeste drum optic L al traiectoriei P1P2,lungimea drumului pe care lumina l-ar parcurge in vid in timpul t.

(2.1.1.)

unde notatiile reprezinta:c este viteza luminii in vid;v viteza luminii in mediile respective;L este drumul optic iar l este drumul parcurs printr-un mediu[2.pag.15].

Principalele procese fizice care au loc intr-o fibra optica sunt refractia si reflexia.

Legile acestor doua fenomene se deduc pe baza principiului lui Fermat stabilind la o suprafata optica S conditiile pentru care intr-un punct de incidenta I drumul optic (L=n1P1I+n2P2I, (2.1.2)din (2.1.1)) sa fie stationar [2 pag.15-17].

In acest sens este prezentata figura 2.1.1. unde va fi evidentiat principiul lui Fermat

Fig.2.1.1.Reprezentare schematica a unui drum optic.

unde notatiile reprezinta : S suprafata de separare dintre cele doua medii; n1,n2 sunt indicii de refractie a celor doua medii; I este punctul de incidenta a primei unde; I2 punctul de incidenta a celei de a doua unde; N normala la suprafata S; P1 ,P2 sunt punctele intre care se afla drumul optic; i1 este unghiul de incidenta; I2 este unghiul de refractie.

Pe baza principiului lui Fermat (2.1.1) cu particularizarea (2.1.2) si a figurii (2.1.1) se deduce prima lege a refractiei si reflexiei care este urmatoarea :

Raza incidenta IP1 ,raza refractata IP2 si normala N sunt coplanare.

Luand I2 in planul de incidenta si elementele de cerc IL si I2K ortogonale pe raza de incidenta respectiv refractata elementele I2K si IL

au valorile :

I2 = I2sin i1 (2.1.3)

IK= I2 sin i2 (2.1.4)

Pentru ca sa existe stationaritate in punctul I este necesar ca :

n1I2L=n2IK (2.1.5)

Din (2.1.3);(2.1.4) si (2.1.5) rezulta :

n1sin i1= n2sin i2 (2.1..6)

Relatia de mai sus (2.1.6) este cea de a doua lege a refractiei [2. Pag 1518].

Formularea acestei legi in alt mod este urmatoarea:

Rapoatul dintre sinusul ungiului de incidenta si sinusul ungiului de refractie este egal cu raportul dintre vitezele de propagare a undelor in cele doua medii sau cu indicele de rrefractie a mediului unu in raport cu indicele de refractie a mediului doi [3.pag314 –317].

(2.1.7)

unde : este unghiul de incidenta cu normala; este unghiul de refractie cu normala; v1,v2 vitezele de propagare in cele doua medii dupa cum rezulta si din figura 2.1.2.:

Figura 2.1.2 Prezentarea schematica a

fenomenului de refractie

Pe baza legilor refractiei se deduc si legile reflexie

punandu-se conditia ca n1=n2 (2.1.8).

Din (2.1.6) si (2.1.8) rezulta ca : sin i1=sin i2 (2.1.9), si luand i1=i si i2=r

Rezulta [2.pag 15-17]:

i=-r (2.1.10)

Pe baza relatiei (2.1.10) se formuleaza cea de a doua lege a reflexiei care este urmatoarea:

Valorile absolute ale unghiului de incidenta si a unghiului de reflexie sunt egale[2.pag 15-17].

Dupa cum s-a vazut mai sus reflexia este un caz particular al refractiei.

Un caz particular al reflexiei ,spre care se tinde la constructia fibrei optice este reflexia totala.

Pentru o valoare particulara a unghiului de incidenta L (vezi figura 2.1.2) denumit unghi limita ,unghiul de refractie este L=,(sin L=1),iar unda refractata ia o directie razanta la suprafata.

Acest fenomen poarta numele de reflexie totala, iar intensitatea undei reflectate este egala cu cea a undei incidente[3.pag 314-317].

Un alt fenomen optic de care trebuie sa se tina cont la constructia si slefuirea fibrei optice este dispersia.

Legea dispersiei s-a dedus pe baza teoriei electromagnetice a lui Maxwell.

Ecuatiile lui Maxwell stabilesc legatura dintre viteza de propagare a luminii si constantele fizice r si r ale substantei.

v= (2.1.11)

(2.1.12)

unde notatiile reprezinta : r este permitivitatea absoluta; r este permitivitatea relativa ; c viteza luminii in vid; veste viteza luminii in mediul respectiv iar n este indicele de refractie absolut.

Intr-un mediu omogen si izotrop,r =1 de unde rezulta ca n= .

Pe baza celor spuse anterior se deduce legea dispersiei.

Variatia indicelui de refractie cu frecventa, deci cu lungimea de unda se numeste dispersie [2.pag 434]:

(2.1.13)

unde notatiile reprezinta:dn este variatia indicelui de refractie; d este variatia lungimii de unda ; B este banda de frecventa iar este lungimea de unda [3.pag 431].

Un fenomen care trebuie sa fie luat in calcul la construirea fibrelor optice este si absortia luminii, deoarece toate substantele sunt absorbante.Unele substante prezinta absortie pentru toate lungimile de unda si in mod egal, in acest caz prezentand o absortie generala, iar alte materiale prezinta o absortie selectiva ,adica absorb doar anumite lungimi de unda

[3.pag431].

2.2. Fibre optice

Daca in paragraful anterior au fost prezentate principiile fizice ale propagarii luminii prin fibrele optice , in continuare sunt prezentate principalele tehnologi de fabricare a fibrelor optice.

In alegerea materialelor pentru fibrele optice trebuie satisfacute urmatoarele cerinte: 1) din material sa se poata trage fibre optice lungi si flexibile ;

2) materialul trebuie sa fie transparent la o anumita lungime de unda la care eficienta transmisiei sa fie maxima (atenuarea si dispersia minima); 3)trebuie

sa existe materiale optice alternative compatibile cu miezul (dopanti) ,astfel incat sa se poata forma un invelis cu idicele de refractie putin diferit.

In momentul de fata exista doua materiale importante ce stau la baza fabricarii fibrelor optice: silica pura si sticlele fluorate.

Silica pura (Si O2) prezinta doua ferestre de atenuare scazuta la 1300 nm si 1500 nm. Silica pura este foarte utilizata deoarece permite utilizarea unor profiluri a indicilor de refractie foarte bine controlate si permit doparea cu ioni in vederea amplificarii optice.

Fibrele de sticla fluorata au la baza amestecuri de diferite floruri si au caraceristici de transmisie foarte bune :1) ferestre de transmisie in inflarosu apropiate pana la 4-5 m; 2) atenuarea foarte scazuta (0,01dB/Km la 2,5m) ceea cele face foarte bune pentru transmisia la distanta mare a informatiei; 3)permit doparea cu ioni [4. Pag 107-108].

Fabricarea fibrelor optice se realizeaza in doua etape:

Mai intai se realizeaza o preforma de un metru lungime si groasa de cativa centimetrii ,homoetica cu viitoarea fibra optica. Metoda de realizare este in esenta o metoda de depunere in stare de vapori care prezinta patru variante tehnologice: 1) depunere chimica modificata din stare de vapori (mcvd-Modified Chemical Vapour Deposition); 2)depunere chimica in plasma din stare de vapori (PCVD-Plasma Chemical Vapour Deposition); 3)depuneri prin oxidare exterioara din stare de vapori (OVPO-Outside Vapour Phase Oxydation); 4) depunere axiala din stare de vapori (VAD-Vapour Axial Deposition).

Etapa a doua consta in tragerea din preforma a fibrei optice de cativa kilometri lungime.

Exista,de asemenea,doua metode de sinteza a silicai pure din stare de vapori:

oxidarea: SiCl4 O2 SiO2 +2Cl2

hidroliza: SiCl4 +O2 +2H2 SiO2 +4HCl

Depunerile de silica obtinute in starea poroasa sunt apoi vitrificate la temperaturi foarte inalte (1400-1500 ) [4. Pag 107-108].

Scurta descriere a metodelor de fabricare a preformelor.

Metoda MCVD este cea mai utilizata metoda de obtinere a preformelor. Depunerea este interna si se face in straturi succesive, obtinute in interiorul unui tub de cuart care se roteste. Oxidarea si vitrificarea se realizeaza sub actiunea unui incalzitor extern (fig. 2.2.1.a).

Procedeul presupune mai multe etape: 1) in prima etapa se introduc in stare gazoasa SiCl4 si GeCl4 ce reactioneaza cu O2 in interiorul unui tub de SiO2

Conform relatiilor: SiCl4 +O2 SiO2+2Cl2 si GeCl4 +O2GeO2+2Cl2; 2)oxiziise depun pe suprafata interioara a tubului de silica si va deveni invelisul fibrei optice; 3) se creste cantitatea de GeCl4 din amestecul gazos pentru a se obtine un indice de refractie corespunzator in miez.

Depunerea are loc la o temperatura de 1400-1500 necesara vitrificarii. Obtinerea uniforma a stratului de silica este posibila prin rotirea tubului (fig. 2.2.1.b).

Metoda PCVD esteo varianta a MCVD la care arxatorul este inlocuit cu o plasma interna indusa de un reactor cu microunde.

Metoda OVPO este otehnica ce permite depunerea unor straturi succesive dematerial in jurul unei mandrine de aluminiu.Aceasta metoda este folosita pentru fibrele optice cu profil treapta.

Metoda VAD realizeaza depunerea prin crestere longitudinala a preformei,prin hidroliza sau instare de plasma.Prin aceasta tehnica pot fi obtinute numai fibre optice cu profil treapta [4. Pag 109-111].

Dupa realizarea preformei se verifica grdul de homotetie cu viitoarea fibra optica,adica se verifica indicele de refractie in mai multe puncte si directii.

Transformarea in fibra optica se face prin tragere fara contact din preforma realizataprin fuziunea unei extremitati a acesteia la un cuptor

cu inductie ,umplut cu un gaz inert,intr-o configuratie numita turn de tragere (fig.2.2.2).

Turnul de tragere prezentat in figura 2.2.2 are cateva componente esentiale pentru realizarea corecta a fibrei optice: 1)sistemul de monitorizare a vitezei de tragere, ce controleaza diametrul exterior a fibrei optice; 2)sistemul de depunere a camasii de protectie a fibrei optice.

Camasa este realizata de obicei pe baza unei rasini din epoxy-acrilat ce polimerizeaza in ultraviolet si rezista la temperaturi de 150 .

Camasa de protectie asigura cateva functii esentiale:1)amortizeaza deformatiile mecanice exterioare si impiedica propagarea fisurilor; 2)absoarbe modurile ce se propaga in invelis datorita unui indice de refractie mai ridicat.

Dupa fabricare fibra optica este supusa unor teste mecanice prin care se elimina esantioanele cu rezistenta insuficienta [4. pag 111-113].

In cele ce urmeaza este prezentata cofiguratia fibrei optice din punct de vedere constructiv.

Fibra optica este un ghid dielectric care opereaza in domeniul frecventelor optice si are o configuratie tipica prezentata in figura 2.2.3 .

.

Fibra optica are un miez cu raza a si indice de refractie n1 si un invelis cu indice de refractie n2 conditia de indici derefractie a celor doua medii este n1> n2 apentru a se obtine o reflexie totala interna (RTI) la suprafataeparare dintre cele doua miez si invelis.Acest ghid de unda cu simetrie cilindrica pastreza energia electromagnetica a lumini, injectata la unul din capetele sale, in interiorul miezului prin ghidarea acestuia quasiparalel cu axa sa.

La exterior fibra optica este protejata cu o camasa de protectie care amortizeaza loviturioe si absuarbe acea parte a radiatiei luminoase caretrece prin invelis avand un indice de refractie mult mai mare [4.pag 27-28].

Proprietatile de transmiter ale fibrelor optice sunt dictate in primu rand de caracteristicile sale structurale: 1)profilul indicilor de refractie n(r) ,care reprezinta variatia valorii indicilor de refractie din miez si minvelis in sectiunea transversala a fibrei optice; 2)dimensiunea geometrica a fibrei optice reprezentata de dimensiunea razei a.

Acesti parametri conditioneaza capacitatea canalului optic si rasunsul fibrei optice la pertubati [4.pag28-29].

Propagarea luminiide-a lungul fibrei optice poate fi explicata in termenii descompunerii campului electromagnetic intr-omultime de campuri elecromagnetice transversale numite moduri.acestea au proprietatea de a avea o structura stationara de-a lungul ghidului de unda. Modurile care se propaga numai prin miezul fibrei se numesc moduri ghidate.

Fibrele optice se clasifica dupa doua criterii.O prima clasificare ar fi dupa profilul indicelui de refractie: 1)fibre optice cu profil treapta (fig.2.2.4):2)fibre optice cu profil gradat [4. Pag 30].

Cea dea doua clasificare se face dupa numarul si fibrele optice se clasifica dupa acest criteriu in: 1)fibre optice monomod prin care se propaga unsingur mod ghidat (FOM); 2)fibrele optice multimod (FOMM) prin care se propaga mai multe moduri ghidate.

Fibrele optice au raza compatibila cu lungimile de unda de850,1300,1500nmpe cand in cazul fibrelor optice multimod dimensiunea miezului este mult mai mare decat acestea, fapt care explica si posibilitatea propagarii prin FOMM cu ajutorul opticii geometric.

Fibrele optice multimod au o raza a miezului mai mare ceea ce face posibila cuplarea eficienta a surselor de radiatie. Dezavantajulacestor fibre este o dispersie mareceea ce limiteaza viteza de transmisie prin fenomenul de interferent intersimbol.

Fibrele optice monomod au avantajul unei dispersii mai scazute decat in cazul fibrelor optice multimod,dar datorita razei mici a miezului cuplarea cu sursele de lumina este foare pretentioasa.Liniile de comunicatie cu FOM folosesc in exclusivitate diode laser specializate.cu bucati de fibra optica incorporate de 1-2 m lungime (pig tail), care sunt aliniate si cuplate cu eficienta maxima inca din procesul de fabricaie .Cuplarea la linia optica a diodei laser se face prin sudarea celor doua fibre,proces care introduce o atenuare mult mai mica (0,1 dB) decat in cazul utilizarii unor conectori specializati de tip dioda laser-fibra optica (1dB) [4. Pag 30-31].

Pentru a lise oferi fibrelor optice orezistenta mecanica mai buna din fibre se formeaza cabluri optice ce pot fi unifilare sau multifilare.

In acest scop li se adauga acoperiri de protectie exterioara fig.2.2.6). Invelisul de protectie este fie din rasini siliconice ,fluoropolimrei sau poliuretan depuse electrostatic sau prin extrudare..

Cablurile optice au un spectru de utilizare mare in special in transmisiuni de date (telefonie, informatica, laseri, medicina).Cablurile sunt mai usoare si au diametre mici. Economia fata de cablurile din cupru este de 10:1.De asemenea prezinta o mai mare confidentialitate a informatiei.

Cele mai importante cerinte impuse cablurilor optice si de care se tine seama in proiectare si tehnologia de executie sunt : 1) rezistenta la intindere ;

2) impermeabilitate; 3) stabilitate termica la temperatura de lucru;

4) flexibilitate la rece; 5)rezistenta la actiunea agentilor chimici; 6) usurinta la interconectare si instalare; 7)pret scazut [4.pag 113-115].

Si fibrele optice, ca si oricare alt sistem detransmisie a informatiei introduc o atenuare a semnalului. Atenuarea radiatiei luminoase care se propaga printr-un element optic al unui sistem de comunicatie se defineste in general cu expresia [4. pag. 72] :

el=10 log [dB] (2.2.3)

unde PI este puterea de la intrarea elementului considerat iar Pe esteputerea de iesirea sa,masurat in miliwatti.

In cazul fibrei optice, atenuarea se masoaru mpe unitatea de lungime [km ]si este data de relatia [4 pag 74 ]:

FO= [] (2.2.4).

Atenuarea fibrelor optice folosite in telecomunicatii depinde de lungimea de unda si arata ca in figura 2.2.7.

Atenuarea modala poate fi modelata adaugand o componenta imaginara la constanta de de propagare mod a modului considerat, obtinuta ca o solutie a ecuatiilor lui Maxwell [4 pag 74 ]:

= +j (2.2.5)

Componentele cele mai importante ale atenuarii sunt: 1)absortia materiala; 2)pierderile prin difuzie; 3)pierderile prin radiatie [4 pag 73].

Absortia materiala este principalul fenomen de atenuare a radiatiei luminoase in fibra optica. Exista mai multe mecanisme de absorbtie, dintre care doua sunt semnificative: 1)absorbtia intrinseca si 2) absorbtia datorata benzilor de absorbtie a ionilor de impuritati existenti in fibra optica.

Absorbtia intrinseca a materialului de baza a fibrei optice (silica pura sau sticla fluorata) care pe baza absorbtiei multifonon, determina atenuarea de material in inflarosu ce se manifesta printr-o crestere a atenuarii dincolo de anumite lungimi de unda: 1,8 m pentru silica si 2,6 mpentru sticla fluorata.Tot in aceasta categorie intra atenuarea de material in ulraviolet,care se manifesta peste intreg spectrul depierderi si se datoreaza benzilor de absorbtie electronica in ultraviolet fig. 2.2.7.

Absorbtia datorata benzilor de absorbtie a ionilor de impuritati existenti in fibra optica.Astfel, insticla optica din care se confectioneaza fibra optica pot exista numerosi ioni metalici care au benzile de absorbtie in domeniul 500-1000 nm.

Intesitatea de absorbtie a fibrei optice depinde decantitatea si felul impuritatilor. Intehnologiile actuale acest tip de atenuare este aproape eliminata doar ionii de OH-1 care au frecventa de rezonanta la 1,39 m.

O alta cauza a aparitiei atenuarii este difuzia.Atenuarea prin difuzie apare datorita densitatii materialelor care alcatuiesc fibra optica, si datorita neomogenitatii si defectelor rezultate in procesul de fabricatie. Deoarece sticla e compusa dintr-o retea de molecule conectate aleator e normal ca anumite regiuni sa aiba densitati mai mici sau mai mari. La fel apar variatii in densitatea impuritatilor. Acest lucru face ca mediul sa nu fie perfect izotropic,adica sa aiba variatiuni a indicelui de refractie (unfoton poate vedea denitati diferite de material propaganduse cu viteze diferite). Aceste variatii duc la difuzii.

Alti factori ce contribuie la cresterea atenuarii sunt pierderile prin radiatie. Ele se datoreaza indoirii fibrei optice.deoarece o

parte a campului modal se propaga in invelis, partea cea mai indepartata de centrul curbei se va misca mai rapid decat partea axiala a campului modal din miez, asa cum se observa si in figura 2.2.8 [4 pag 77].

La o distanta critica xc fata de axa curbata a fibrei optice, o parte a campului va fi radiata in afara miezului, conducand la atenuarea modului [4 pag 72-79].

Imbinarea-cuplarea cablurilor optice

Intr-un sistem de comunicatii prin fibra optica exista trei tipuri deosebite de cuplaj prin care apar atenuari suplimentare ale radiatiei luminoase. Acestea sunt : 1)cuplajul dintre sursa de radiatae luminoasa (o dioda laser sau o dioda luminescenta) si cablul optic; 2)cuplajele intre diferite sgmente de cablu (imbinari); 3)cuplajul de iesire intre cablul optic I fotodetectorul receptor.

Intre aceste puncte de cuplaj radiatia sufera atenuari dupa relatia generala

[5 Pag 178].

= -10 log [dB] (2.2.7)

unde : P1 este puterea de radiatie la intrarea in cuplaj; P2 este puterea radiatiei luminoase la iesirea din cuplaj.

In cuplajul de intrare exista conform fig 2.2.1 cinci componente principale ale atenuarii unei radiatii in fibra optica.

Radiatia neinterceptata este jonctiunea din puterea sursei ce nu ajung la cablul optic, la fibra, deoarece Aspot > Acablu (Aspot este sectiunea spotului de radiatii, iar Acablu este sectiunea cablului optic ).

Fractiunea de impachetare se determina prin raportul: FI = ,unde Am este suprafata totala a miezurilor fibrelor iar Ac este sectiunea cablului. Radiatia ce cade pe suprafata inactiva a cablului se pierde (Am< Ac ).

Pierderile prin reflexie sunt datorate unei fractiuni din energia incidenta la limita de separare dintre cele doua medii aer-sticla, cu indici de refractie diferiti.

Pierderile diverse se datoreaza unor imperfectiuni tehnologic constructive ca: lustruirea imperfecta a suprafetei capatului fibrei, ruperea fibrei la capat, depuneri de impuritati pe capatul fibrei s.a. [5 pag 178-179].

Valoarea atenuarii totale in cuplajul de intrare este dependenta deci atat de caracteristicile cablului (fibrei) optic cat si de sursa de radiatie. Sursa optica este dioda are are o divergenta mica a fascicolului si o suprafata mica de emisie, radiatia putand fi mlocalizata si pe miezul unei singure fibre optice.

O metoda practicata in ultimul timp reduce problema la o imbinare a doua bucati de cablu, fabricantul livrand sursa de radiatie gata cuplata si aliniata cu un segment de cablu optic de cativa centimetrii lungime care are la capat un anumit tip de conector.

In ceea ce priveste atenuarile in cuplaul de iesire acestea sunt de aceiasi natura cu cele de la intrare,doar ca se refera la radiatia iesita din cablul optic si suprafata fotodetectorului sau lentila acestuia [5 pag 180-181].

Conectorii se folosesc pentru cuplarea cap la cap, a unei fibre optice, a unor segmente de cablul optic.

Conectarea se face astfel incat sa nu axiste frecare intre capetele fibrelor, asigurandu-se o distanta suficient de mica intre capete (m) asfel ca pierderile prin difractie sau nealiniere sa fie de ordinul 0,1-2 dB.

Imbinarea poate fi permanenta sau demontabila.la fibrele optice cuplarea este dificila mai ales alinierea.

Conectorii fixi sunt realizati prin imobilizarea capetelor intr-o anumita structura utilizand adezivi.

In cazul unor conectori demontabili, axa optica a fibrei si axa geometrica a conectorului trebuie sa coincida, sau daca exista abateri sa poata sa fie reglate cat mai precis. Din acest motiv acesti conectori sunt scumpi.

Exista mai multe solutii pentru conectorii optici.

In cele ce urmeaza este prezentat un conector cu manson de ghidare care aliniaza cele doua fibre. Mansonul biconic asigura autocentrarea fibrelor atunci cand stekerele se deplaseaza prin insurubare.

Atenuarile se reduc si mai mult daca se introduce in centrul mansonului un sistem optic, format din doua lentile plan convexe, pe axa optica a fibrei cuplate [fig 2.2.10].

Din punct de vedere constructiv conectorii sunt foarte diferiti existand si conectori pt cabluri platbanda,conectori cu trei, cu ace trei bile, cu excentric.

Constructia conectorilor optici pentru cuplarea fibrelor optice in manunchi este mai simpla decat constructia conectorilor optici pentru fibre idividualedatorita tolerantelor mai mici impuse acestora din urma.

Pentru un manunchi de fibre cu diametrul de 1 mm, o separare de 100 m dintre capetele celor doua cabluri asigura o toleranta admisibila.Pierderile in acest caz sunt cuprinse intre 2,5-3,5 dB. La imbinarea permanenta sau demontabila se obtin la tolerante mici pierderi in cuplaj sub 0,5 dB.

In cazul imbinarilor permanente fibrele optice se imbina prin topire, prin utilizarea unor rasini cu proprietati optice (rasini expodilice) sau prin imobilizarea fibrei optice intr-o anumita structura mecanica.

In cazul unor conectori demontabili, alinierea fibrelor optice este mai pretentioasa. Axa optica a fibrei trebuie sa coincida cu axa geometrica a conectorului. Complexitatea montajului si a alinierii duce la cresterea costului si a timpului de montaj.

In ce priveste formele constructive ale conectorilor demontadili sau cu imbinare fixa, trebuie sa asigure o atenuare redusa si o simplitate constructiva. Sunt utilizate mai multe forme constructuve de conectori optici : 1)conectori cu canale de ghidare, in care fibrele optice sunt montate in structuri mecanice asemanatoare prismelor cu canale in v, in care fibrele se fixeaza mecanic sau prin lipire; 2) conectori cu bare cilindrice multiple care cupleaza simultan mai multe fibre optice plasate in interiorul unor cilindri care la randul lor sunt montati in interiorul unei carcase;

3) conectori cu rubine unde centrarea fibrei optice se face prin ghidarea in interiorul unui lagar de rubin similar celor de ceasuri.

Acesti conectori sunt simpli ,ieftini si asigura atenuari de circa 2dB.

Rezultatele obtinute cu aceste tipuri de conectori depind de caracteristicile diferitelor fibre optice [5.pag 182-183 ].

Cap 3. Slefuirea industriala

3.1. Slefuire

Pentru a putea fi folosite inistemele optice sticlele si fibrele optice trbuie slefuite.

Capacitatea de slefuire reprezinta cabtitatea de sticla indepartata de abraziv intr-un anumit interval de timp pentru acelasi aort de sticla, aceiasi marime a granulelor abrazive, aceiasi presiune si turatie de lucru.

Cu cat duritatea materialului abraziv creste cu atat capacitatea de slefuire creste. Conditia de baza a materialelor abrazive este ca duritatea materialului abraziv sa fie mai mare decat duritatea materialului slefuit. Daca se ia ca unitate capacitatea de slefuire a nisipurilor de cuart se pot stabili urmatorii coeficienti relativi de capacitate de slefuire: 1)nisip de cuart 1; 2)smirghel 1,7 ;3) electrocorindon 2,1; 4)carbura de siliciu 2,4-2,7 [6.pag 23-24].

Se recomanda forma compacta a granulelor,adica granulele abrazivului sa aiba acelasi diametru in directii diferite.

Forma sferica este neindicata,deoarece prin lipsa colturilor ingreuneaza foarte mult procesul de slefuire. De asemenea este contraindicata forma lunga si lata.

Pentru ca un numar cat mai mare de granula sa fie in contact cu suprafata prelucrata materalul abraziv trebuie sa aiba o granulatie omogena.

Compozitia granulometrica se exprima in procente dupa cinci fractiuni:

factiunea limita; 2) fractiunea mare; 3)fractiunea principala; 4)fractiunea

complexa si factiunea marunta.

Se considera ca un abraziv este satisfacator daca contine ca fractiune principala 65-75 % din cantitatea totala de abraziv (fig.3.1.1).

Raportul optim intre starea lichida si starea solida a suspensiei abrazive (L:S) influenteaza in mod direct asupra nivelului productivitatii operatiunilor de slefuire. Raportul optim intre starea lichida si starea solida a suspensiei abrazive are valorile 3-6.

Debitul de suspensie adeziva se determina prin cantitatea de granule abrazive si apa care circula in unitatea de timp.

Debitul specific se determina cu relatia 3.1.1.[6.pag 27 ] :

[1/cm3] (3.1.1),

unde: 1) q este debitul de suspensie abraziva, in g/s; 2) m este coeficientul ce ia in considerare natura si marimea abrazivului; 3) S este suprafata sticlei prelucrate,in cm2; 4) P+Q este fort de apasare pe dispozitvul de slefuit si greutatea partii superioare in N; 5)Vr este viteza liniara de deplasare a sculei pe sticla (cm/s).

Debitul de suspensie pentru care intensitatea prelucrarii sticlei este mai mare iar cantitatea de suspensie alimentata este minima se numeste debit optim (fig 3.1.2.):

Presiunea dispozitivului de slefuit asupra piesei variaza intre 0,5 si 2104N/m2. Intre aceste limite precizia de prelucrare se mentine constanta..

Forta de apasare a dispozitivului si greutatea partii superioare (P+Q) sunt calculate anticipat, dar intimpul lucrului se manifesta ca factori tehnologici.

Variatia vitezei de rotatie a partii superioare si inferioare a dispozitivului de slefuit influenteaza intensitatea prelucrarii si se manifesta ca factor tehnologic. Vitezele mari pot duce la aparitia zgaraieturilor si la incalzirea puternica a piesei influentand negativ calitatea prelucrarii.

La slefuirea medie si finisare, viteza relativa variaza in limitele 0,5…1m/s [6.pag. 23-29].

3.2. Polizarea

Principalii factori care determina productivitatea polizarii sunt: 1) natura suportului, dispozitivului si a pulberilor de abrazive de polizat; 2)raportul dintre cantitatea de pulbere de polizat si cantitatea de apa in suspensie; 3)densitatea si debitul suspensiei; 4) presiunea dispozitivului de polizat si viteza acestuia; 5) temperatura sticlei si a aerului ambiant; 6)inaltimea stratului de relief al suprafetei slefuite.

Natura pulberilor abrazive influenteaza direct asupra capacitatii de polizare, definita ca fiind cantitatea de sticla indepartata in unitatea de timp.

Capacitatea de polizare adiferitelor pulberi abrazive de aceiasi granulatie este caracterizata de coeficientul de eficacitate.

Eficacitatea polizarii depinde de marimea granulelor. Sub o marime de 0,4 m, nu mai are loc polizarea. Marimea optima a granulelor de polizat este 0,8 m.

Capacitatea de polizare a unor materiale abrazive:

Natura suportului de polizat influenteaza asupra mentinerii particulelor pe suport. Pulberle de polizat nu se mentin bine pe suprafete metalice. In afara de aceasta, dimensiunile mici ale granulelor de polizat pot duce la contactul dintre suport si sticla. Pulberea de polizat se aplica pe suporturi nemetalice, fixate in dispozitive metalice.

Dintre suporturile cele mai folosite se remarca tesaturile (fetru, postav,pasla) si diferite rasini (mastic), iar in ultimul timp materialee plastice.

Suprafata sticlei polizate cu ajutorul unor suporturi din tesaturi rezulta putin ondulata. In plus suporturile din material textil nu permit corectarea curburilor suprafetelor. Datorita preciziei scazute acestea se utilizeaza numai la prelucrarea unor piese optice de mica inportanta, sau la prelucrarea preliminara.

Pentru polizarea finala sau a pieselor optice importante se recomanda folosirea suporturilor din mastic, precum si un regim de lucru mai putin intensiv. Grosimea suportului variaza in functie de raza de curbura a lentilelor care se polizeaza.

Suportul metalic al dipozitivelor de polizat se executa din aliaje de aluminiu cu cupru, cu magneziu, sau cu siliciu si mai rar din fonta cenusie Fc 20 sau Fc 25.

Principalul dezavantaj al suporturiloe din mastic il constitue variatia plasticitatii la variatiile de temperatura. Incazul unui regim intensiv de prelucrare, suprafata rasinii se incalzeste si se deformeaza polizarea fiind neuniforma.

Densitatea si debitul au aceiasi influenta analoaga cu cea de la slefuire. Raportul optim intre volumul fazei lichide si cel al fazei solide este L/S= 5-8.

Cantitatea de sticla indepurtata prin polizare creste odata cu cresterea presiunii. In conditii normale de lucru valoarea presiunii variaza in limitele 0,2-2104 N/m2. Cresterea presiunii e limitata pentru a nu se incalzii piesele subtiri si a nu se deforma stratul de mastic de pe dispozitizul de polizat.

Valoarea optima a vitezei de lucru este de 0,5-1 m/s.

Temperatura suprafetei de sticla si a mediului ambiant variaza pana la 50 , iar cea optima este intre 20-26 . La cresterea temperaturii cu un grad, intensitatea polizarii se mareste cu 2%, dar creste toyodata si viteza de intindere a masticului.

Inaltimea stratului in relief al suprafetei slefuite influenteaza asupra duratei de polizare. Cu cat suprafata rezultata anterior este mai grosolana cu atat polizarea va dura mai mult timp [6. Pag 29-33].

Pentru unele piese in afara de slefuire si polizare se mai face si lepuirea care este un proces de finisare suplimentar si se realizeaza cu pastile de diamant.

3.3 Masini de slefuit si polizat

Masini de slefuit fin si polizat sferic si plan, cu abraziv liber (fig 3.3.1). De la motorul 1, miscarea se transmite la arborele intermediar 2, prin intermediul unei transmisii cu curea. De aici prin intermediul unei transmisii cu frictiune 3, miscarea se transmite la arborele intermediar 4,de unde, prin transmisie cu curea 5, ajunge la arborele principal 6 ca miscare principala de rotatie I si la dipozitivul 8,prin parghiile 9 si 10, excentricul 7 si antrenorul 11 ca miscare de oscilatie II:

Masina permite urmatoarele reglaje:

modificarea turatiei arborelui principal ,de lucru ;

2)modificarea turatiei excentricului si deci modificarea amplitudinii oscilatiei antrenorului;

3)modificarea lungimii cursei antrenorului;

4)deplasarea traiectoriei antrenorului fata de axa arborelui principal.

Pesiunea de lucru se realizeaza cu ajutorul unor greutati aplicate pe dispozitivul de lucru avand valori de 0,2 daN/cm2.neputand fi mentinuta constanta, precizia de prelucrare variaza.

In procesul prelucrarii optice, alimentarea cu suspensie in spatiul di tre dispozitivul cu puese este dificila. Se cunoaste o mare varietate de procedee si dispozitive de alimentare a masinilor-unelte cu suspensie.

Cel mai raspandit procedeu de alimentare este cel cu circuit inchis. Alimentatorul automat AA-22 (fig. 3.3.2) cu membrana, impreuna cu pompa 4, cu roti dintate sau cu palete, conducta 1 si furtunul 2, tromite suspensia pe marginea suprafetei prelucrte. Surplusul de suspensie se scurge in bazinul 3 si prin conductta 5 se reantoarce in bazinul alimentatorului automat AA-22, care are un debit de 22 l/min. surplusul de suspensie creeaza inzona de lucru, un microclimat cu temperatura constanta. Capacitatea de slefuire cu suspensie abraziva consta in pomparea intregului volum al alimentatorului in timp de 8 ore in circuit inchis. Prin acest procedeu aparitia zgarieturilor pe sticla nu este eliminata. In cazul slefuirii, pentru fiecare marime a granulelor abrazivului sunt necesare 3-4 sisteme de alimentare.

Alimentarea automata cu suspensie se foloseste mai ales pe masinile unelte de slefuit si polizat.

Tot cu circuit inchis lucreza si sistemul de alimentae centrifuga. Impreuna cu arborele principal se roteste si rezervorul, plin cu suspensie. Sub actiunea fortei centrifuge, suspensia se ridica pe peretii rezervorului, patrunde in teava de aductie si, sub forma unui jet ajunge pe suprafata prelucrata. Procedeul, relativ simplu, este recomandat numai pentru masini-unelte nu prea mari, care au o turatie de 200-500 rotatii pe minut.

In cazul prelucrarii suprafetelor plane de dimensiuni mari, pentru o distribuire uniforma suspensia se aduce in zona de mijloc a suprafetei prelucrate. Pentru aceasta, prin furtunul 1 (fig. 3.3.3.), fixat pe partea superioara a antrenorului, suspensia este adusa in canalul inelar 2, pe partea superioara a sculei, iar de acolo, prin orificiul 3, in zona centrala a suprafetei de sticla prelucrate [6.pag20-22].

Datorita faptului ca suspensia abraziv a se introduce inzona centrala a sculei de slefuit, avem o distributie uniforma a abrazivului ceea ce duce la o slefuire perfect plana a materialului de slefuit fara zgharieturi si ondulari.

Cap.4. Slefuirea utilizata si rezultatele obtinute

Pentru realizarea partii practice a acestei lucrari s-a utilizat un aparat de slefuit rudimentar compus dintr-un motor monofazat asincron cu doua sensuri de rotire , o piatra biax si teflon (folosit ca suport pentru fibra optica de slefuit). Ca abraziv s-a incercat sticla si pulbrea de diamant (cu aceasta din urma obtinandu-se rezultate satifacatoare) (fig.4.1.) :

La prima incercare sa folosit ca si abraziv sticla. S-a lipit o bucata de sticla pe piatra biax dupa care s-a reglat planeitatea sa prin proiectarea unui fascicol de lumina sub un anumit unghi, piatra biax rotindu-se cu o viteza mica, si s-a urmarit cu ochiul ca raza reflectata sa fie dupa acelasi unghi pe toata suprafata sticlei.

Fibra optica a fost introdusa printr-un orificiu din bucata de teflon, care nu ii permitea nici un joc fiind lasat capatul de slefuit putin mai in afara (fig. 4.2). teflonul a fost ales ca suport datorita rezistentei sale la uzura mecanica.

Pentru a se realiza o slefuire cat buna este necesar ca sa fie combinate cat mai multe miscari.

In cazul de fata s-au facut doua miscari de rotatie de sens contrar si una de translatie pe suprafata pietrei biax (fig.4.3.):

Dupa ce s-a facut operatia descrisa mai sus timp de cinci minute se schimba sensul de rotatie a motorului si a fibrei optice si se continua operatia de slefuire inca cinci minute, dupa care se revine la miscarea initiala. Se repeta slefuirea de mai multe ori.

Dupa terminarea procesului de slefuire se verifica calitatea slefuirii la microscop. Incazul prezentat anterior nu s-au obtinut rezultate satisfacatoare la slefuire de aceea s-a schimbat abrazivul, sticla, cu un alt abraziv, pulberea de diamant, dupa care s-au repetat operatiunile prezentate anterior.

Dupa terminarea operatiunii de slefuire cu pulbere de diamant s-a trecut la verificarea calitatii ei fibra optica fiind pusa sub microscop.

Pentru testare s-a folosit microscopul de cercetare M. C. 5. A. Fibra optica a fost fixata intr-un suport de textolit cu capatul ce trebuia verificat iar la celalalt capat i s-a aplicat un semnal de la o sursa de lumina.

Cap. 5. Concluzii

In urma testarii vizuale, prin compararea fibrei optice slefuite prin metoda descrisa anterior (fig. 5.1) cu o fibra optica slefuita industrial (fig. 5.2), s-a ajuns la urmatoarele concluzii:

Este evident ca pe suprafata fibrei optice din figura 5.1.b. sunt defecte de slefuire (zgarieturi), in timp ce pe suprafata din figura 5. 2. b. nu sunt zgarieturi.

Fibra optica slefuita prin metoda industria a fost slefuita la cald prin evazare.

In urma controlului vizual s-a constata ca calitatea slefuirii fibrei optice este are suficienta pentru scopul propus, adica iluminarea suprafetelor puse sub microscop.

Bibliografie

Prof. dr.ing. P. Dodoc…………………..Teoria si constructia sistemelor

optice.

Ed. Tehnica Bucuresti 1982

D. Barca Galateanu Fizica.

R. Titeica Ed. Didactica si pedagogica

M. Naumescu Bucuresti 1971

R. Septiliu

3. Cornelia Motoc Fizica.

Ed. All Bucuresti 1994

Adrian Mihaescu Comunicatii optice

Ed. De Vest

Timisoara 1999

5. Prof. dr. ing.Vasile Popovici Sisteme optice laser

Prof. dr. ing. Ioan Nicoara Ed. Mirton

Timisoara 1998

6. D. Z. Bicov Tehnologia prelucrarii pieselor

A. Efremov optice . Vol. II.

V. P. Zakonnikov Ed. Tehnica

I.V. Salnikov Bucuresti 1977

M. N. Semibratov

7. I. I. Popescu Optica

E. I. Toader Ed. Stintifica si pedagogica

Bucuresti 1989