LWL Steckverbinder

Glasfaser-Stecker: Gängige Typen & Trends

LWL-Steckverbinder als Schlüsselkomponenten der passiven Fiber-Optic-Infrastruktur

Technologie-Wissen rund um Lichtwellenleiter-Stecker

Eine entscheidende Komponente für die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von LWL-Übertragungsstrecken sind entsprechende Glasfaser-Stecker. Gängige Steckverbinder-Typen sind dabei: LC Stecker, SC Stecker, MTP®/MPO-Stecker, E-2000®-Stecker. LC-Steckverbinder sind derzeit am weitesten verbreitet und haben während der vergangenen Jahre den SC-Stecker sukzessive ersetzt. MTP®/MPO sind als Multifiber Steckverbinder vor allem im Rechenzentrumsbereich anzutreffen. Der E-2000® findet hauptsächlich im klassischen Telekomumfeld seine Heimat. Darüber hinaus sind Very Small Form Factor Steckverbinder auf dem Vormarsch und es kommen völlig neue und innovative Konzepte auf den Markt wie "Expanded-Beam-Optical".

Glasfaser-Stecker mit „Physikalischem Kontakt“

So unterschiedlich diese oben genannten gängigen LWL-Stecker - LC Stecker, SC Stecker, MTP®/MPO-Stecker, E-2000®-Stecker - auch aussehen, sie haben jedoch ein gemeinsames Kontaktprinzip als Grundlage. Und zwar nennt sich dieses Prinzip physikalischer Kontakt – im Englischen Physical Contact (PC).

Kontaktprinzip & Eigenschaften von PC- und APC-Steckern

Die Glasfasern werden hier in einem Präzisionskeramikstift, der sogenannten Ferrule eingeklebt, im Anschluss wird die Stirnfläche aufwendig poliert. In der Steckverbinder-Buchse werden diese Ferrulen aufeinander zentriert und durch eine genau definierte Anpresskraft entsteht ein direkter physikalischer Kontakt zwischen den Lichtwellenleitern. Dieses Prinzip gibt es in zwei Ausprägungen: die sogenannten PC und APC-Stecker. Bei den PC-Steckverbindern sind die Endflächen gerade gegeneinander ausgerichtet, bei der APC-Variante stehen diese schräg zueinander. Typischerweise in einem Winkel von 8 Grad. APC-Steckverbinder zeichnen sich durch eine hohe und stabile Rückflussdämpfung – im Englischen auch „Return loss“ genannt - aus. Dies ist ein zunehmend wichtiger Parameter, besonders für High-Speed-Anwendungen.

Glasfaser-Stecker in den Ausführungen PC sowie APC bieten seit vielen Jahren zuverlässige Eigenschaften:

  • Niedrige Einfügedämpfung
  • Hohe Rückflussdämpfung
  • Stabile Performance über viele Steckzyklen

Der Faktor Sauberkeit & die richtige Handhabung von Glasfaser-Steckverbindern

Jedoch bleibt eine Herausforderung: die potenzielle Verschmutzung der Stecker-Stirnfläche! Die möglichen Auswirkungen sind eine höhere Einfügedämpfung – besonders bei Singlemode-Fasern – sowie eine reduzierte Rückflussdämpfung, was im Worst Case bis zu einem Totalausfall einer Verbindung führen kann. Außerdem besteht das Risiko einer dauerhaften Beschädigung der polierten Glasfaser-Stecker-Endflächen, wenn diese verschmutzt gesteckt werden. Dann bleibt nur noch der Austausch der Steckverbinder. Deshalb gibt es umfangreiche Richtlinien zur Handhabung von Lichtwellenleiter-Steckverbindern. Die empfohlene Verfahrensweise ist hier in diesem Ablaufdiagramm zu sehen:

Prinzipiell gilt: PC und APC-Steckverbinder dürfen nur in absolut sauberem Zustand gesteckt werden. Alle Glasfaser-Stecker müssend deshalb vor dem Stecken mit einem dafür vorgesehenen Mikroskop auf Sauberkeit geprüft werden. Wenn nicht sauber, muss eine vorsichtige Reinigung stattfinden. Worauf dann nochmal auf Sauberkeit geprüft wird. Erst wenn die Steckerstirnflächen wirklich sauber sind, darf gesteckt werden. Dieser Vorgang ist unter Umständen ziemlich aufwendig und zeitintensiv.

Glasfaser-Stecker mit dem Prinzip der Strahlaufweitung

Aus diesem Grund hat man sich vor geraumer Zeit ein weiteres Konzept für Lichtwellenleiter-Steckverbinder überlegt, welches sich das Prinzip der Strahlaufweitung zunutze macht. Aus dem Englischen spricht man hier von „Expanded Beam“-Steckern. Hierbei sind vor die Ferrule bzw. direkt vor die Faser Kollimationslinsen vorgeschaltet, die den Lichtstrahl auf der einen Seite aufweiten und parallel ausrichten und auf der Gegenseite wieder zurück in die Faser fokussieren (siehe Abbildung). Was erreicht man hiermit? Durch die Strahlaufweitung wird der Einfluss von Schmutzpartikeln wesentlich verringert. Außerdem besteht kein physikalischer Kontakt der Endflächen, was ein Risiko der Beschädigung der Endflächen durch Schmutz reduziert.

Jedoch muss man hier auch einige Nachteile in Kauf nehmen:

  • relativ teure Technologie
  • Einfügedämpfung verhältnismäßig hoch (um die 1,5 dB)
  • Einsatz vor allem auf Multimode-Applikation begrenzt

Aufgrund dieser oben genannten Nachteile hat das Konzept bis dato jedoch keine breite Anwendung gefunden.

Völlig neues & innovatives Expanded Beam-Prinzip

Durch eine äußerst interessante Weiterentwicklung dieses Konzepts, wird das Expanded Beam-Prinzip in völlig neuer Weise und bisher nicht gekannter Präzision umgesetzt. Entwickelt und patentiert wurde es von der Firma 3MTM und trägt deshalb auch den Namen 3MTM EBO. EBO steht für Expanded Beam Optical. Rosenberger OSI ist das erste Unternehmen, das den innovativen 3M Expanded Beam Optical Interconnect mit Glasfaserkabeln konfektioniert.

Der Lichtstrahl wird in einem neu entwickelten EBO-Ferrule zuerst aufgeweitet und danach durch interne Total-Reflexion, um 90 Grad umgelenkt und hierbei auch parallel ausgerichtet. Der Effekt ist vergleichbar mit dem eines Kollimations-Umlenkspiegels. Auf der Gegenseite, also im Gegensteckverbinder wird diese Wirkungsweise umgekehrt und das Licht wieder zurück in die Faser gekoppelt. Dieses Prinzip ist mit dem hier abgebildeten EBO-Ferrule umgesetzt. Dies ist ein Präzisionsspritzgussteil, das im rückwärtigen Bereich Nuten für die Faserpositionierung besitzt. Die geklieften Fasern werden in einem automatisierten Prozess eingeklebt. Es ist hierbei hervorzuheben, dass keine Faserendflächenpolitur notwendig ist, was sehr einzigartig ist. Das EBO-Ferrule bietet also zwei Vorteile. Vorteil 1: ein völlig neues optisches Prinzip mit höchster Präzision. Vorteil 2: Die Möglichkeit den Fertigungsprozess zu automatisieren, was bisher beim Anschluss von Glasfaser-Steckern nur sehr eingeschränkt möglich war.

In einem definierten Abstand zur Ferrule ist hier eine sogenannte Einspannung, das Collet angebracht (siehe Abbildung 1). Dieses Assembly wird dann in eine sogenannte Kassette eingelegt, die ein Baustein des eigentlichen Steckverbinders ist (siehe Abbildung 2). Hierbei werden die Fasern unter einer Vorspannung gehalten, was im Weiteren den weiteren Steckvorgang unterstützt. Man sieht wie die EBO-Ferrulen übereinandergleiten und letztendlich den optischen Kontakt herstellen. Die Kassette kann man als idealen Baustein betrachten, um dieses System mit relativ geringem Aufwand in weitere Steckverbinderumgebungen zu integrieren.

Grundlegende Eigenschaften des EBO-Stecksystems:

  • geeignet sowohl für Singlemode- als auch für Multimode-Applikationen (geeignet)
  • geringere Staubempfindlichkeit erleichtert Installation und Handling
  • hohe Zuverlässigkeit bei guten Leistungsdaten
    - niedrige Einfügedämpfung (IL)
    - hohe Rückflussdämpfung (RL)
    - stabile IL- und RL-Werte über viele Steckzyklen
  • niedrige Steckkräfte
  • flexible und skalierbare Steckervarianten & Optionen

Einige Stecker-Optionen als Beispiel: Der EBO-12-Latch-Connector (wird bereits von Rosenberger OSI konfektioniert)

Fazit: Generell eignet sich das EBO-System sehr gut zur Integration in viele Arten von Steckverbindern, aber auch in aktive Gerätekomponenten wie Transceivern. Das EBO-Stecksystem zeigt sehr gute Werte und ist zudem sehr stabil und zuverlässig.

3M Expanded Beam Optical (EBO) – die Technologie der Zukunft für Rechenzentrum und Industrie?

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Very Small Form Factor Steckverbinder auf dem Vormarsch

Ein neuer innovativer Stecker, der zur Kategorie der Very Small Form Factor (VSFF) gehört, ist der MDC (steht für Miniature Duplex Connector) von US Conec. Er ist ein echter Push-Pull Duplex-Steckverbinder, der auf Basis der 1,25 mm Vollkeramik-Ferrulen-Technologie gefertigt wird. Entwickelt als Media Dependent Interface (MDI) bzw. Optical Interface der neuen SFP-DD und QSFP-DD Transceiver hat er das Potenzial den Massenstecker LC-Duplex abzulösen.

Diese neuen Miniatur-Steckverbinder haben aufgrund von deutlich kleineren Abmessungen gegenüber den erfolgreichen SFF-Steckern (Small Form Factor) - wie z.B. dem LC – entsprechend geringeren Platzbedarf in der Panelfront.

Anwendungsbeispiele

MDC Direktverbindung Trunk – Patchkabel, mittels MDC Kupplungs-Teilfrontplatten

Beispiele für die Vervielfachung der Portdichte pro HE versus LC-Duplex

Innerhalb dieses Anwendungsbereichs sticht der MDC durch seinen robusten und flexiblen Push-Pull-Boot hervor, der eine einfache Handhabung trotz höchster Portdichten erlaubt.

PreCONNECT® SMAP-G2 UHD 19'' 1 HE 4/4 Gehäuse mit 128 MDC (32 MDC 4x-Kupplungen im Patchfeld) MDC 4x auf Trunkpeitschen im Gehäuse

PreCONNECT® SMAP-G2 UHD 19'' 1 HE 4/4 Gehäuse mit 192 MDC (48 MDC 4x-Kupplungen im Patchfeld) MDC 4x auf Trunkpeitschen im Gehäuse

Migration auf Mega-High-Density (MHD) Portdichte mittels MDC

Beispiele für die Verdoppelung der Portdichte pro HE versus LC-Duplex

40/100/200GBASE-SR4

PreCONNECT® SMAP-G2 HD 19'' 1 HE 6/6 Gehäuse mit 144 (36 MDC4x-Kupplungen) im Patchfeld 2 PreCONNECT® OCTO MTP 4+4F Schnittstellen je Kassettenrückseite

400GBASE-SR8

PreCONNECT® SMAP-G2 HD 19'' 1 HE 3/3 Gehäuse mit 144 (36 MDC4x-Kupplungen) im Patchfeld 2 PreCONNECT® SEDECIM MTP 16F Schnittstellen je Kassettenrückseite