○Fiberopticconnection을청결하게유지하는 것의 중요성

(그림1) optical connector end face 에서 보여지는 일반적인 결함 - 긁힘 ( 왼쪽 ),입자 ( 가운데 ), 기름 ( 오른쪽 )

최근 NEMI 연구 결과는 예상할 수 있는 것부터 놀라움 까지 모든 것을 담고있다 .제조 공정에서 일반적으로 발생할 수 있는 편차는 optical connetor 의 신호 작동에 영향을 미칠 수 있다 . 작은 입자들로 인한 긁힘과 오염 또한 지문으로 부터의 기름기가 삽입손실 (IL), 반사손실 (RL), 비트오류율 (BER) 에 종종 악영향을 미친다 .NEMI Fiber Optic Signal Performance project 는 제조 중 일반 오염에 의한 엄격한 optical-signal 손실 양을 정하는 일을 하고 있다 . 이사업의 최종목적은 connector 의 end-face 검사를 위한 업계 표준 기준과 특성을 마련하는 것이다 . 이 사업은 또한 청결 절차와 오염 방지를 위한 가이드라인 마련을 계획하고 있다 .NEMI 연구 팀은 2.5mm ceramic 페룰을 갖는 단신 방식의 SC 싱글모드 connector 를 연결한 cable 3 그룹으로 실험을 했다 . 첫번째 그룹은 긁힘에 대한 것이다 . 두번째 그룹은 단속 미립자에 의한 오염을 그리고 마지막 그룹은 기름에 의한 오염된 것이었다 . 실험에 사용된 각각의 장비들은 20 에서 24 의 cable 로 구성되었고 UPC performance 를 위해 세척된 새 cable 이었다 . 각 cable connector 는 200x 또는 400x fiberscope 을 사용하여 실험전과 후에 결함이 그들의 end face 에 생겼는지를 시각적으로 검사하였다 . 정상인 connector 와 결함이 있는 connector 는 삽입손실과 반사손실 , 비트오류율을 측정하였다 .

긁힘

(그림2) 실험에서 두 긁힘 그룹은 fiber MFD 안에 있는 긁힘이 연결된 connector 의 RL 를 감소시키는 것으로 나타났다 ( 파장은 1550mm). 유사하게 MFD 안의 2 ㎛이하의 긁힘은 IL 에 영향을 미치지 않는다 . 관찰된 변화는 측정장비의 오류범위 안에 있다 . 그러나 fiber MDF 내의 긁힘은 길이 , 깊이 그리고 fiber MDF 를 관통하는 긁힘의 수에 따른 감소 수준을 가지고 연결된 connector 의 RL 을 감소 시킬 수 있다 . NEMI 조사에서 fiber MFD 에 의해 유발되는 RL 에서 평균차는 4dB 였다 .

긁힘 실험은 두개의 sample 그룹을 포함한다 . 하나의 그룹에서는 긁힘이 클레딩 -fiber mode field diameter(MFD) 의 바깥쪽 부분 - 에 생긴 반면에 다른 한 그룹은 fiber MFD 에 발생하였다 . 이런 결과는 connector cleaning 이나 fiber MFD 바깥의 연마하는 동안에 만들어진 긁힘이 짝지어진 connetor 의 IL, RL 에 영향을 주지 못하는 것을 알려준다 .( 그림 2)

작은 입자에 의한 오염

(그림3) IL 값 ( 왼쪽 ) 과 RL 값은 ( 오른쪽 ) 입자에 의해 막힌 connector 의 end face 와 fiber core 의 percentage 에 따라서 다양하다 . JSC1 의 경우 코어 지역의 90% 이상이 막혔다 . JSC2 에서는 대략 5 에서 10% 가 막혔다 . JSC4 에서는 60 에서 70% 가 막혔다 . TSC138 은 20 에서 40% 의 코어가 막혔다 .

입자에 의한 오염의 분석에서 탄소 입자가 end face 를 오염시키는 물질로 사용되었다 . 입자들은 end face 의 기본 구역인 코어 , 클레딩 , 페룰 어디에라도 날아들 수 있다 . 오염에 의한 비정상적인 조적은 7 가지가 존재할 수 있으며 그 내용은 다음과 같다 . 코어에만 , 클레딩에만 , 페룰에만 , 코어 / 클레딩 , 클레딩 / 페룰 , 코어 / 페룰 , 모든 부위에 .이 연구는 연결이 유동성 있는 오염물질의 확산을 유발한다는 것을 보여준다 . 비록 단순한 연결이지만 충분한 양의 입자는 오염된 connector 로부터 깨끗한 connector 로 오염된 connector 에서 보여진 것과 유사한 형태로 오염물질을 전달한다 . 이 연구는 또한 fiber 의 코어부분의 오염원이 매우 심각한 오류 (IL 의 엄청난 증가와 RL 의 감소 ) 를 발생하고 반면에 페룰이 오염된 경우는 큰 변화를 주지 못했다는 것을 보여준다 . 연구팀은 IL 의 감소비율과 RL 의 증가비율 그리고 코어지역을 막는 퍼센티지를 더 연구할 계획이다 .페룰과 클레딩에 위치하는 오염원은 혼합된 결과를 만들었다 . 많은 경우에서 IL 과 RL 의 측정값은 깨끗한 connector 와 오염된 connector 사이의 특별한 차이를 보여주지 못했다 . 그러나 코어에 매우 근접한 클레딩에 위치한 오염원의 존재는 IL 또는 RL 을 증가 시킬 수 있다는 것을 보였다 . 다른 경우에서는 연결동안 오염원이 확산되었다 . 그리고 코어의 작은 부분을 막았는데 이로 인해 이 connector 의 IL 과 RF 모두 충분하게 증가하였다 . 그 외의 connector 에서는 코어를 막는 오염원의 존재에 대한 증거가 없었지만 IL 이 0.25 에서 1.07dB 로 증가한 반면에 RL 에서는 충분한 변화가 없었다 . 이 부분에 대해서는 심도 있는 연구가 필요하다 .

기름에 의한 오염

(그림4) λ =1550nm 와 1310nm 에서 깨끗한 경우와 기름에 오염된 경우의 측정값은 IL 은 기름에 의한 오염에서 크게 영향 받지 않음을 보여준다 .( 왼쪽 ) 그러나 RL 은 양 파장에서 오염에 의한 충분한 감소가 있다 .( 오른쪽 )

기름에 의한 영향을 실험하기위해 연구자들은 connector 를 서로 연결하기 전에 한쪽 connector 의 end face 에 손 기름을 묻혔다 . 기름에 의한 오염위치는 이차원적으로 자유롭게 살포되었다 . 2 ㎛ 에서 60 ㎛의 작은 기름 방울이 코어 , 클레딩 , 페룰을 모두 덮을 수 있다 . 기름의 분포는 오염된 connector 에서 깨끗한 connector 로 부분적인 이동으로 깨끗한 connector 로 연결하는 동안 변했다 .실험 결과는 기름 오염은 connector 의 IL 에 영향을 미치지 못하지만 RL 에서 충분한 감소를 유발하는 것을 보여주었다 . RL 의 평균은 λ =1310mm 일때 56.37 에서 43.64dB 으로 λ =1550 일때 57.18 에서 45.15dB 로 감소하였다 .지문의 굴절지수 (1.4602) 와 fiber(1.467) 사이의 작은 차이는 기름 오염의 작용이 굴절률 정합체◆ ( refractive-index matching material) 와 유사하다는 것을 보여주었다 . 이러한 유사성이 기름에 의해 오염된 후에도 왜 IL 이 변하지 않는지 설명할 수 있다 .

결론

NEMI project 에 의해 수집되어진 완료 된 실험은 connector 의 optical performance 와 관련된 오염과 긁힘의 영향력이 오염의 종류 ( 지문 , 탄소 , 금속입자 등등 ), 오염된 영역의 크기 , connector end face 상의 위치등에 따라 달자지는 것을 보여주었다 . 오염 / 긁힘의 영향력은 그들이 코어 / 클레딩에 위치하는지 아닌지에 더 증거가 되었다 . 만약 입자가 코어에 가까이 위치한다면 입자에 의한 오염은 IL 의 증가 (10 배이상 ), RL 의 감소 (3 배이상 ), BER 실험결과의 증가 (2~10 배 ) 를 유발 할 수도 있다 . Fiber MFD 에 있는 긁힘은 25% 이상 까지 RL 을 감소시키는 반면에 클레딩에 있는 긁힘은 IL, RL, BER 실험 결과에 거의 영향을 미치지 않았다 . 코어를 관통하는 수많은 긁힘들은 IL 과 RL 에 격한 작동의 감소를 그리고 치명적인 BER 실험의 실패를 유발한다 .

연구팀은 긁힘 , 입자 그리고 기름에 의한 오염에 대한 수학적 모델링을 개발하기위한 연구를 계획하고 있다 . 앞으로의 연구는 클레딩 영역 ( 그리고 코어에 가까이 있는 ) 에 위치한 입자의 영향과 입자의 크기와 양 다른 입자의 종류에 집중하여 조사할 것이다 .

일반적으로 OEM 과 전기 제조 서비스 제공자들은 그들만의 검사증을 가지고 있다 . 그러나 이러한 기준은 회사마다 다르다 . 그리고 이 차이는 사용자나 고객입장에서 믿지않는 문제를 유발할 수 있다 . 만약 공급자가 10 명의 고객을 가지고 있고 10 가지의 다른 기준은 충족시켜야 한다면 , 제조단가는 오르게 된다 . 검사증을 위한 전 업계 차원의 명확한 기준은 비용을 유지하면서 성능 신뢰성을 도울 것이다 .

NEMI 조사로부터의 결과는 connector 의 청결을 위한 명확한 업계의 기준을 돕는데 사용될 것이다 . NEMI 는 또한 International Electrotechnical Committee(IEC),Telecommunications Industry Assosiation 그리고 IPC-Association Connecting Electronics 와 함께 협력하고 있다 . 개발되어진 기준은 IPC-0040 에 존재하는 협력을 위해 공통으로 IEC working Group 6(interconnecting devices) 와 IPC 에 보내질 것이다 .(Optoelectronic Assembly and Packaging Technology) 첫 결과는 IEC WG6 에서 발표되었다 .

ACKNOWLEDGMENT

Contributing team members include Nick Albeanu (Celestica International), Les Aseere (Sanmina-SCI), Yves Pradieu (Iphotonics/Solectron), David Silmser (Alcatel Canada), and Eloise Tse (Celestica).

REFERENCE

*.N. Albeanu, et al., "Optical Connector Contamination/Scratches and its Influence on Optical Signal Performance," Journal of SMT, Volume 16, Issue 3, 2003.

TATIANA BERDINSKIKH is engineering advisor for Celestica International ( Toronto ) and chair of the NEMI Fiber Optic Signa Performance Project. She can be reached at (416) 448-5579 or tberdins@celestica.com. HEATHER TKALEC is test engineer for Alcatel Canada ( Ottawa , Ontario ) and co-chair of the project. JENNIFER NGUYEN is advisory engineer for Solectron Corp. ( Milpitas , CA ).

NEMI 란 ?

◆굴절률 정합체란 틈 중간의 비연속 부분으로부터 프네렐 반사 결과의 감소를 위해 두 fiber end face 사이의 틈에 채워 넣는 데 사용하는 물질이다 .