8 Dinge, die Sie über faseroptische Schleifringe (FORJ) wissen sollten

Einige grundlegende Begriffe und Definitionen zu faseroptischen Drehdurchführungen (FORJ)

Ein FORJ – (Fibre Optic Rotary Joint) ist das optische Äquivalent eines elektrischen Kontaktrings, gemeinhin als Schleifring bezeichnet. Es sorgt für die ununterbrochene Übertragung eines optischen Signals während der Drehung entlang der Faserachse. FORJs werden häufig in Raketenleitsystemen, in der Robotik, in ferngesteuerten Fahrzeugen (ROV), in Ölbohrsystemen, in Erkennungssystemen, in medizinischen Geräten (OCT), in der Kommunikation im Allgemeinen und in vielen anderen Anwendungen eingesetzt, bei denen eine faseroptische Datenübertragung zwischen einem statischen Abschnitt und einem anderen in ständiger Rotation erforderlich ist, wodurch eine Abnutzung durch mechanische Verdrehung vermieden wird.

1. Technik

Eine schnelle Patentrecherche führt zu unzähligen FORJ-Patenten, sowohl für zwei als auch für mehrere Kanäle. Allerdings sind nur wenige dieser Entwürfe in Produktion gegangen. Unsere Schleifringe verwenden Technologien, die sowohl Zwei- als auch Mehrkanal-FORJs ermöglichen, und bieten unseren Kunden somit ein Hochleistungsprodukt.

2. Schlüsselparameter

Die Funktion eines FORJ besteht darin, Energie und/oder Daten zwischen zwei oder mehreren Glasfaserkabeln zu übertragen, wobei sich diese relativ zueinander frei drehen können. Daher ist es wichtig, dass das Gerät eine sehr niedrige Einfügungsdämpfung, eine sehr geringe Schwankung der Einfügungsdämpfung (wow) und eine hohe Rückflussdämpfung aufweist, alles Parameter, die die Menge der vom FORJ selbst erzeugten Reflexion und damit seine Qualität charakterisieren. Schauen wir uns das einmal genauer an…

Einfügungsdämpfung (IL): Eine Einfügungsdämpfung von 3 dB entspricht einem Verlust von 50 % der übertragenen optischen Leistung. Die am häufigsten verwendeten Multimedia-Konverter bieten ein optisches Gesamtbudget von mehr als 15 dB. Mehrere Verbindungen und Komponenten in der Glasfaser zwischen dem Wandlerpaar können jedoch hohe Gesamtverluste verursachen; daher ist es wichtig, die Einfügungsdämpfung der FORJs niedrig zu halten. Unsere einkanaligen FORJs haben in der Regel eine Einfügedämpfung von 0,5 dB, die bei Doppel- und Mehrkanalverbindungen auf 3 dB ansteigt.

Einfügungsdämpfungsschwankungen (wow): Schwankungen in den Kopplungsbedingungen führen im Allgemeinen zu Schwankungen in der Dämpfung, während sich der FORJ dreht. Diese Variation (wow) muss jedoch gering gehalten werden, um eine Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses zu verhindern. Wenn Wow eine kritische Spezifikation für Ihre Anwendung ist, sollten Sie einen unserer einkanaligen FORJs wählen, die einen Wow-Wert von weniger als 0,25 dB aufweisen. Wow wird auch zur Messung des allgemeinen Zustands des Geräts verwendet.

Rückflussdämpfung (RL): Alle Laserquellen, insbesondere Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB), sind empfindlich gegenüber optischen Reflexionen, die zu spektralen Schwankungen und folglich zu Leistungsschwankungen führen. Die Rückflussdämpfung ist ein Maß für die Menge an Reflexion, die in einem optischen System auftritt. Eine Reflexion von -45 dB entspricht einer Rückflussdämpfung von 45 dB. Während es möglich ist, mit Singlemode-Fasern eine Rückflussdämpfung von 60 dB zu erreichen, sind Mehrkanal-FORJs in der Regel für eine Dämpfung von 40 dB ausgelegt.

Eine Rückflussdämpfung von 40 dB ist eine Standardanforderung für passive Singlemode-Komponenten (wie FORJs), um den ordnungsgemäßen Betrieb des Systems zu gewährleisten. Alle FORJs von Servotecnica erfüllen diese Anforderung. Wir bieten auch FORJs mit RL von 50 dB bis 60 dB als Standardoptionen an.

3. Ein- oder mehrkanalig

Ein Einkanal-FORJ hat einen sehr einfachen mechanischen Aufbau, der ihn sehr zuverlässig und langlebig, kompakt und in der Lage macht, sich mit hoher Geschwindigkeit zu drehen. Wichtig ist auch, dass ein Einfaser-FORJ Dutzende (und sogar Hunderte) von Datenkanälen übertragen kann und selbst in Kombination mit einem Multiplexer viel billiger ist als ein Mehrkanal-FORJ.

Wenn Ihre Anwendung jedoch wirklich eine zweikanalige Lösung erfordert, bietet Servotecnica koaxiale FORJs an, die die strengsten Anforderungen erfüllen und gleichzeitig kostengünstig und kompakt sind. Außerdem gibt es bei unserem Design keine schwarzen Flecken.

Mehrkanal-FORJs haben zwangsläufig eine viel komplexere mechanische Konstruktion. Sie erfordern auch eine genaue optische Ausrichtung, um eine gute Leistung in allen drei oben genannten Schlüsselbereichen zu gewährleisten. Eine unzureichende Ausrichtung oder ein schlechtes optisches Design beeinträchtigen nicht nur die wichtigsten optischen Leistungsparameter, sondern schaffen auch neue Probleme wie Verluste bei hohen Wellenlängen, hohe PDL (polarisationsabhängige Verluste), hohe PMD (Polarisationsmodendispersion) und Übersprechen (dies wird weiter unten behandelt). Das Mehrkanaldesign unserer Schleifringe kann bis zu 12 Standardkanäle ausrichten, zusätzlich zu einer großen Anzahl von Personalisierungsoptionen.

Die wellenlängenabhängige Dämpfung ist ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Einfügedämpfung über einen Bereich von Wellenlängen, da mehrere Wellenlängen, wie 850, 1310 und 1550 nm, üblich sind. Wenn das optische System eine stark dispersive Komponente enthält, kann die wellenlängenabhängige Dämpfung problematisch sein. Ein Unterschied in der Einfügedämpfung von 0,5-1,0 dB zwischen 1310 nm und 1550 nm wird im Allgemeinen als akzeptabel angesehen.

Ein ähnlicher Effekt wie der wellenlängenabhängige Verlust ist die polarisationsabhängige Einfügedämpfung (PDL). In einem typischen Glasfasersystem variiert die Eingangspolarisation zufällig. Weniger als 0,1 dB ist der Industriestandard für passive Komponenten. Es ist auch bekannt, dass eine optische Komponente mit einem nicht normalen Einfallswinkel ein hohes Maß an PDL erzeugt.

Die Polarisationsmodendispersion gibt an, wie stark die Impulse aufgrund des Geschwindigkeitsunterschieds zwischen den beiden orthogonalen Polarisationsmodi gedehnt werden. Jede Doppelbrechung, ob natürlich oder induziert, verursacht eine PMD im System. Ein Wert von 0,1 Pikosekunden (ps) oder weniger ist die häufigste Anforderung für passive Komponenten. Beachten Sie, dass die PMD nur bei Bandbreiten von mehr als 1 Gbit ein wichtiger Faktor ist.

Das Übersprechen misst das Rauschen der elektromagnetischen Störungen, die zwischen zwei benachbarten Kanälen entstehen. Je höher der Wert ist, desto geringer ist die Störung. So entspricht beispielsweise ein Übersprechen von 60 dB einer Interferenz zwischen benachbarten Kanälen von 1 Teil pro Million. Der Crosstalk-Wert variiert von System zu System, aber man kann sagen, dass der Crosstalk-Index umso größer sein sollte, je höher das optische Budget des Systems ist. Alle Zwei- und Mehrkanal-FORJs von Servotecnica haben typischerweise eine Übersprechrate von über 60 dB.

4. Singlemode vs. Multimode

Der sehr kleine Faserkern (9 Mikrometer) von Singlemode-Fasern hält die optischen Bänder in ihrer reinsten Form, einem mathematisch perfekten Gaußprofil. Die Bandbreitenkapazität von Singlemode-Fasern ist viel größer als die von Multimode-Fasern. Ihre Bandbreite ist auch viel weniger von der Länge der Faser selbst abhängig und kann leicht erweitert werden. Insgesamt haben Multimode-Systeme immer noch einen Kostenvorteil gegenüber Singlemode-Systemen. Der Abstand zwischen ihnen verringert sich jedoch, da Singlemode-Lösungen immer beliebter werden.

5. Größe

Auf die Größe kommt es an – das zeigt die Geschichte der passiven faseroptischen Komponenten. In Wirklichkeit haben immer kleinere Lösungen die Innovation vorangetrieben. Es ist nicht unüblich, die Faserübertragung mit elektrischen Schleifringen, HF-Drehübertragern oder Flüssigkeits-Drehübertragern zu kombinieren, wobei der FORJ im Zentrum des Systems steht; dadurch ist sein Durchmesser ein entscheidender Faktor für die Dimensionierung des Gesamtsystems. Kleinere FORJs senken die Kosten des Gesamtsystems.

6. Faser- oder Buchsenstecker (Pigtail oder Buchse)

Ein FORJ kann an beiden Enden des Geräts mit einer freien Faser (Pigtail) oder einer Buchse (receptacle) enden. Im Allgemeinen haben Versionen mit einem Faserzopf mehr wiederholbare optische Eigenschaften, da die Unwägbarkeiten beim Zusammenstecken der Stecker entfallen. Außerdem lassen sich bei der Pigtail-Version defekte Stecker leicht instand setzen oder neu anschließen, während ein ähnlicher Defekt bei der Buchsenversion leicht irreparabel sein kann.

Aus diesem Grund empfehlen wir bei Servotecnica den meisten unserer Kunden die Pigtail-Version. Für Anwendungen, die keine festen Faserabschlüsse am Gerät zulassen, bietet unsere Serie R FORJs jedoch Buchsen in den Formaten FC und ST. Es ist auch möglich, Pigtails und Buchsen in einer einzigen kundenspezifischen Lösung zu mischen und anzupassen.

7. Durchgangsloch

Fast alle handelsüblichen FORJs werden ohne Durchgangslöcher geliefert, und wenn sie vorhanden sind, handelt es sich nicht wirklich um passive FORJs, da sie die Ausgangsfaser durch einen fotografischen Detektor ersetzen. Die Entwicklung eines passiven FORJ mit Durchgangsbohrung ist sehr komplex und anspruchsvoll. Servotecnica bietet eine Vielzahl von passiven Modellen mit Durchgangsbohrung für eine breite Palette von Anwendungen.

8. Flüssigkeitsfüllung

FORJs werden häufig bei Unterwasseranwendungen eingesetzt, bei denen Wasserdichtigkeit und Druckausgleich entscheidende Faktoren sind. Die Füllung des FORJ mit Flüssigkeit ermöglicht nicht nur einen Druckausgleich, sondern sorgt auch für Schmierung und den richtigen Brechungsindex. Servotecnica bietet flüssigkeits- und flüssigkeitsgefüllte Modelle für alle Anwendungen an.

Alle unsere FORJs können individuell an die Anforderungen des Kunden angepasst werden. Bitte kontaktieren Sie uns, wenn Sie auf unserer Website nicht die Lösung finden, die Sie suchen. Sie werden angenehm überrascht sein, wie sehr wir Ihnen die Arbeit erleichtern können!