Von Carlos Mora, Data Center Market Development Manager, EMEA
Die Bedeutung der Stirnflächenreinigung optischer Steckverbinder
Die Bedeutung der Stirnflächenreinigung optischer Steckverbinder
Vor einigen Jahren führte NTT Advanced Technology eine Studie durch, um die Ursachen für Netzwerkausfälle zu untersuchen. Im Ergebnis bestätigten 98 Prozent der befragten Installateure und 80 Prozent der Netzwerkbetreiber, dass die Verschmutzung von Glasfaser-Steckverbindern die Hauptursache für Netzwerkausfälle sei.
In den "Inspektions- und Reinigungsverfahren für Glasfaserverbindungen" veröffentlicht von Cisco, wird erwähnt, dass" jede Verunreinigung der Glasfaserverbindung zum Ausfall der [einzelnen] Komponente oder zum Ausfall des gesamten Systems führen kann". (1) Und weiter heißt es: „Selbst mikroskopisch kleine Staubpartikel können bei optischen Verbindungen eine Vielzahl von Problemen verursachen“. (1)
Darüber hinaus wurde auf den Konferenzen der SIGCOMM (Association for Computing Machinery Special Interest Group) im Jahr 2017 ein Whitepaper zu den „Grundursachen für Paketkorruption“ veröffentlicht, in dem berichtet wird, dass die Kontamination von Steckverbindern zwischen 17 und 57 Prozent zur Korruption von Datenpaketen beiträgt.
Die vorherigen Informationen sind mehr als eine Bestätigung dessen, was jedem Installateur bereits bekannt ist: Es ist wichtig, die Stirnfläche von Steckverbindern zu reinigen. Gleichzeitig bestätigen diese Aussagen aber auch die Herausforderung, die bei der Herstellung einer asuberen Steckverbingung bestehen.
Wenn die Stirnflächeeines Glasgfasersteckers sauber ist, können Daten bzw. Lichtimpulse problemlos von einem Punkt zum anderen übertragen werden. Befinden sich jedoch Staub oder Schmutzpartikel auf der Steckerstirnfläche, bedeuten diese eine Beinträchtigung der übertragenen Lichtimpulse. Das Lichtsignal wird deutlich schwächer oder sogar so sehr beeinträchtigt, dass ein vollständiger Verbindungsfehler entsteht, erkennbar an starken Rückreflexionen und gößerer Einfügedämpfung.
Gemäß den Angaben von Cisco kann ein 1-Mikrometer-Partikel bereits bis zu 1 Prozent des Lichtsignals blockieren und einen Verlust von 0,05 dB verursachen". (1) Stellen Sie sich nun vor, was das für den Einsatz einer Singlemode-Faser bedeutet: wenn ein 9-Mikrometer großer Partikel auf der Steckerstirnfläche vorhanden wäre, würde er den gesamten Faserkern für das Lichtsignal blockieren.
Für die Kontamination können verschiedene Quellen die Ursache sein:
- Schmutz und Staub: Die Luft oder die Umgebung, in der wir arbeiten, kann dafür sorgen, dass dies Partikel die Steckerstirnfläche kontaminieren
- Verschmutzte Werkzeuge und Prüfgeräte: Stellen Sie sich vor, Sie arbeiten am Einsatzort und reinigen den Glasfaserstecker mit einem Mikroskop, das nicht die richtige Wartung erhalten hat und bringen so zusätzllich Verunreinigungen auf die Steckeroberfläche
- Rest-Verunreinigungen wie Hautfette oder Handlotionen, die während der Handhabung oder Verarbeitung der Steckverbinder unbeabsichtigt aufgebracht werden
- Ferrulenreiniger: Wenn für die Reinigung der Steckerferrule Flüssigkeiten verwendet werden, aber die verbleibenden Rückstände nicht richtig entfernt werden
- Staubschutzkappen: Selbst wenn der Name den Eindruck erweckt die Kappen verhindern die Ablagerung von Staub auf der Stirnfläche, kann dies je nach Handhabung und Herstellungsprozess der Staubkappe auch umgekehrt der Fall sein. Kleinste Kunststoffpartikel könnten im Inneren der Satubkappe verbleiben und auf den Stecker übertragen werden. Staubkappen verhindern lediglich Kratzer auf der Oberfläche, halten Staub- und Schmutzpartikel jedoch nicht von der Stirnfläche fern. Eine weitere Art der Verunreinigung im Zusammenhang mit den Staubkappen ist das Ausgasen von Kunststoffen: Aufgrund der Qualität der für die Herstellung der Staubkappe verwendeten Kunststoffe können über längere Zeit und durch Temperaturschwankungen währen des Transports oder der Lagerung Gase freigesetzt werden, die an der Stirnfläche der Ferrule „kondensieren“ und abtrocknen, wodurch Rückstände entstehen, die die Leistung des Steckverbinders beeinträchtigen. Schlußendlich gibt es noch eine zusätzliche Kontaminationsquelle aim Zusammenhang mit der Staubkappe, die als Skiving bezeichnet wird. Skiving ist der Abrieb, der durch den Kontakt der Keramikferrule mit dem Kunststoff einer Staubkappe entstehen kann. Dabei werden kleinste Plastikpartikel von von der Innenseite der Staubkappe abgerieben, die sich auf der Stirnfläche des Glasfaserstreckers absetzen können.
Die möglichen Auswirkungen dieser Verunreinigungen auf die Stirnfläche von Glasfasersteckverbindern sind die vermehrte Lichtstreuung und die dauerhafte Beschädigung der Ferrule. Lichtstreuung kann durch das Vorhandens einer starken Rückreflexionen und Dämpfung identifiziert werden, während die dauerhafte Beschädigung auf Vertiefungen und Kratzer in der Strinfläche des Steckers zurückzuführen ist.
Die Hauptursachen für Lichtstreuung und bleibende Schäden finden während der Herstellung einer Steckverbindung ihren Ursprung:
- Partikelmigration. Diese Grundursache beeinflusst die Übertragung der Lichtsignale. Laut Fluke Networks „können sich Partikel von einem Ort, an dem sie kein Problem darstellen, zu einem anderen Ort bewegen, an dem sie ein Problem darstellen“. (3) Außerdem erwähnt JDSU (VIAVI) Folgendes: „Jedes Mal, wenn die Stecker verbunden werden, werden Partikel um den [Faser-] Kern herum verdrängt, wodurch sie wandern und sich über die Faseroberfläche ausbreiten. “ (4)
- Luftpolster oder Fehlausrichtungen: JDSU (VIAVI) erwähnt auch, dass große Partikel Barrieren oder Luftpolster bilden können, die den physischen Kontakt zwischen den Ferrulen verhindern. (5)
- Partikelvermehrung: JDSU (VIAVI) erwähnt ebenfalls, dass Partikel, die größer als 5 Mikrometer sind, bei der Verbindung von zwei Steckern durch Druck zersplittern und sich so vermehren. Diese kleineren Partikel können weitere Probleme verursachen und nicht nur die Lichtsignale blockieren, sondern auch eine dauerhafte Beschädigung der Steckerstirnfläche verursachen. (5)
Nachdem wir die Verunreinigungsquellen und die Auswirkungen von Verunreinigungen auf die Stirnfläche von Steckverbindern beleuchtet haben, betrachten wir den repräsentativsten Standard, der verwendet wird, wenn man über die Inspektion von Steckerstrnflächen spricht, die IEC 61300-3-35 Norm.
Die aktuelle Version der Norm ist Ausgabe 2, Juni 2015 und definiert sich selbst als „Methoden zur Bewertung der Stirnflächenqualität eines polierten Glasfasersteckers“. (6) Diese Norm hebt in ihrem Verfahren hervort, dass „die Beurteilung der Sauberkeit vor der Beurteilung der polierten Endflächen erfolgen sollte“. (6) Hier ist es wichtig zu erwähnen, dassdie IEC Norm eine gute Referenz für die Analyse der Stirnfläche ist, jedoch keine Norm für die Reinigung derselben.
Die IEC Norm definiert vier verschiedene Bereiche, auf die sich die Beurteilung der Steckerstirnfläche konzentrieren soll: Kern, Mantelglas, Epoxidring und Kontakt. Die Größe dieser Bereiche variiert je nach Fasertyp, SMF oder MMF:
Die Zonen A bis D machen jedoch nur einen kleinen Prozentsatz der gesamten Ferrulenfläche aus.
Für einen LC-Steckverbinder mit einem Durchmesser von 1,25 mm machen die von der IEC angegebenen Zonen A bis D nur 4 Prozent des gesamten Ferrulendurchmessers aus. Dies bedeutet, dass 96 Prozent der Fläche, Bereich "Zone X" nicht von der Norm abgedeckt werden.
Darüber hinaus versucht die IEC Norm in zukünftigen Überarbeitungen, die Zonen C und D aus der Betrachtung herauszunehmen. Das würde im Falle des LC-Steckverbinders bedeutet: nur noch 1 Prozent der gesamten Ferrulenfläche unterliegt der Norm, während „Zone X“ nun 99 Prozent der Fläche repräsentiert und demnach nicht mehr im Rahmen der Norm berücksichtigt wird.
Diese Änderung ist vorgesehen, da die Norm sich bei Mehrfasersteckern derzeit auf ein rechteckige Ferrule wie den MPO/MTP® Stecker bezieht und für das Testen nur auf die Zonen A un B verweist.
Mit dieser Änderung besteht ein erhöhtes Risiko der Partikelmigration und -ausbreitung, die wie zuvor erläutert eine der Hauptursachen für die Lichtstreuung ist. Auch wenn Mikroskope zeigen können, wie sauber die Steckerstirnflächen innerhalb der von der IEC Norm definierten Zonen ist, zeigen sie leider nicht den Zustand der "Zone X".
Bei der Reinigung optischer Steckverbindungen in Rechenzentrums-Installationen vor Ort werden traditionell folgende Methoden angewendet:
- Trockenreinigung: Reinigungsstifte oder Reinigungskassetten sind Reinigungsgeräte auf Rollenbasis, bei denen die Stirnfläche eines Steckverbinders gegen ein c trockenes Reinigungstuch in eine Richtung gewischt wird. Reinigungsstifte werden hauptsächlich zum Reinigen von Verteilerfeldern und Kupplungen/Ports verwendet, allerdings ist eine Trockenreinigung für die Beseitigung von Verunreinigungen durch fettige oder ölige Substanzen nicht effektiv sondern sinnvoll um abgelagerte Schmutzpartikel aus der Luft zu entfernen
- Nass- / Nass-Trocken-Reinigung: Hier wird die Stirnseite des Steckverbinders wird gegen einen Nassbereich (unter Verwendung eines Lösungsmittels) und danach gegen einen Trockenbereich abgewischt, um den Überschuss an Lösungsmittel zu entfernen. Diese Methode wird sowohl zur Entfernung von Luftverschmutzungen als auch von Ölrückständen verwendet. Wenn sie jedoch nicht korrekt durchgeführt wird oder nicht die richtigen Materialien verwendet werden, kann es zu statischen Aufladungen führen, die zur Kontamination der Steckerferrule beitragen.
Beide Methoden sind bei der Reinigung vor Ort äußerst nützlich und betreffen die von der IEC Norm definierten Zonen. „Zone X“ wird jedoch mittels Anwendung dieser Reinigungsmethoden schlecht bis gar nicht gereining, was zu einer Übertragung von Schmutz in andere Zonen, Partikelvermehrung und Leistungsproblemen führen kann.
Es gibt keinen praktikablen Weg, um eine völlig makellose Steckverbindung im Feld herzustellen. Wie bereits erwähnt, können bei der Untersuchung der verschiedenen Kontaminationsquellen sogar Mikroskope winzig kleine Schmutzpartikel und Ablagerungen auf die Stirnfläche von Steckverbindern bringen, sodass die Verbindung nicht den maximalen Dämpfungsverlusten gemäß Verkabelungsnorm entspricht.
Zusammengefasst: Die Sauberkeit von Steckverbindungen ist äußerst wichtig. Die Verschmutzung von Steckerstirnflächen ist die Hauptursache für Netzwerkfehler im Zusammenhang mit der Verbindungstechnik. Das Vorhandensein von Verunreinigungen auf der Stirnfläche von Steckverbindern wirkt sich direkt auf die Leistung der Verbindung aus und führt zu Verlusten bei der optischen Signalübertragung, die durch größere Einfügedämpfung und Rückreflexion erkennbar sind und das Risiko bergen, auch dauerhafte Schäden an der Steckerferrule zu verursachen.
Verweise:
Inspection and Cleaning Procedures for Fiber-Optic Connections
Fluke Networks: Fiber Contamination, Cleaning and Inspection. Introduction
JDSU/BICSI: Fibre Connector Inspection & Cleaning
An Introduction to Fibre Optic Inspection & Cleaning
IEC 61300-3-35 – Edition 2.0, 2015-06.
