LWL Steckverbinder: Expanded Beam Optical

Unser Webtalk über die neue Expanded Beam Optical (EBO) Technologie und die Möglichkeiten, die sie für verschiedene Anwendungen bietet, ist auf sehr großes Interesse gestoßen. Das zeigt auch die Anzahl der Fragen, die wir nach dem Live-Webtalk erhalten haben. Deshalb nutzen wir die Gelegenheit, unseren Experten Wolfgang Rieger in einer kurzen Q&A-Session rund um das EBO-Prinzip zu weiteren technologischen Details zu befragen.

Warum haben sich Expanded Beam Connectors bis heute nicht stärker am Markt durchgesetzt?
Wie bereits während des Live-Webtalks erläutert, hatten frühere Expanded-Beam-Steckverbinder einige Nachteile (höhere Einfügedämpfung, recht teure Technologie). Die EBO-Technologie eliminiert nun aber diese Nachteile, was das Expanded-Beam-Konzept für viele Anwendungen sehr attraktiv machen wird.

Ist es vorstellbar, dass die EBO-Technologie in aktive Netzwerkgeräte - also in optische Transceiver-Ports - integriert wird?
Ja, optische Transceiver leiden auch unter Verunreinigungen durch Staub und Schmutz. Wir haben auch hier konkretes Interesse aus dem Markt, insbesondere im Hinblick auf zukünftige 400G & 800G Anwendungen.

EBO nutzt das Prinzip der Strahlaufweitung. Wie stark wird der Strahl im Verhältnis zum Faserkern aufgeweitet?
Der Strahldurchmesser in der Kontaktzone beträgt ca. 70µm bei Singlemode und ca. 200 µm bei Multimode. Der Strahldurchmesser ist jedoch nicht der richtige Parameter, um eine Aussage über die "In-Sensitivität" zu treffen - es ist die vergrößerte Fläche, die berücksichtigt werden muss. Ich habe eine Berechnung für Singlemode gemacht und die effektive Fläche ist etwa 60 Mal größer als der Singlemode-Kern - was bedeutet, dass er 60 Mal unempfindlicher ist.

Gibt es auch schon andere Steckerdesigns als die, die während der Präsentation gezeigt wurden?
Rosenberger OSI arbeitet an Projekten mit verschiedenen Firmen, um die EBO-Technologie in andere Steckverbinder-Designs zu integrieren. Und auch 3M^TM arbeitet an weiteren Entwicklungen - sogar an weiteren Ferrulen-Designs.

Entwickelt und patentiert wurde es von der Firma 3M^TM und trägt deshalb auch den Namen 3M^TM EBO. EBO steht für Expanded Beam Optical. Rosenberger Optical Solutions & Infrastructure (Rosenberger OSI) hat eine weitreichende Kooperation mit dem Unternehmen 3M^TM geschlossen. Rosenberger OSI ist das erste Unternehmen, das den innovativen 3M^™ Expanded Beam Optical Interconnect mit Glasfaserkabeln konfektioniert. Das Expanded Beam-Prinzip wird hierbei in völlig neuer Weise und bisher nicht gekannter Präzision umgesetzt.

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 hier in einem automatisierten Prozess eingeklebt. Es ist hierbei hervorzuheben, dass keine Faserendflächenpolitur notwendig ist, was sehr einzigartig ist. Das EBO-Ferrule bietet also 2 Vorteile. Zum Einen wurde ein völlig, neues optisches Prinzip mit höchster Präzision realisiert, zum Anderen eröffnet es die Möglichkeit den Fertigungsprozess zu automatisieren. Dies war bisher beim Anschluss von Lichtwellenleiter-Steckverbindern nur sehr eingeschränkt möglich.

In der oberen Abbildung sieht man das EBO-Ferrule in angeschlossenem Zustand. In einem definierten Abstand zur Ferrule ist hier eine sogenannte Einspannung, das Collet angebracht (Abbildung 1). Dieses Assembly wird dann in eine sogenannte Kassette eingelegt, die ein Baustein des eigentlichen Steckverbinders ist (Abbildung 2). Hierbei werden die Fasern unter einer Vorspannung gehalten, was im Weiteren den Steckvorgang unterstützt. Dieser Steckvorgang ist hier in 3 Phasen dargestellt. 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 viele weitere Steckverbinderumgebungen zu integrieren.

Welche Performance bietet dieses LWL-Stecksystem?

Das „Expanded Beam“-Konzept bietet beeindruckende Werte in den Bereichen Einfügedämpfung = Insertion Loss (IL) und Rückflussdämpfung = Return Loss (RL) (siehe Abbildung). Als maximale Einfügedämpfung sind für das EBO-System Singlemode 0,7dB spezifiziert und für Multimode 0,3 dB. Die typischen Werte liegen in einem Bereich von 0,3 – 0,4 dB für Singlemode und ca. 0,2 dB für Multimode. Und auch die Rückflussdämpfung liegt in einem Bereich wie es für heutige und zukünftige High-Speed-Applikationen erforderlich ist.

Aber was vielleicht noch wichtiger ist: dieses System zeichnet sich durch eine hervorragende Wiederholbarkeit und Stabilität über viele Steckzyklen hinweg aus (siehe Abbildung unten). Dabei zeigt das obere Diagramm die Änderung der Einfügedämpfung und das untere Diagramm die Rückflussdämpfung jeweils über 100 Steckzyklen dargestellt.