|ГЛАВНАЯ|   |О ЖУРНАЛЕ|    |ПОДПИСКА|   |ФОРМЫ СОТРУДНИЧЕСТВА|  |КОНТАКТЫ|   |СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА|  |НОВОСТИ|    |ВАКАНСИИ|     |АРХИВ|  |IT-СТРАНСТВИЯ|

№ 3&4 (4&5) 2002

   

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

О методах измерения потерь в волоконно-оптическом

кабеле и оптических соединителях.

 

Игорь ЖДАН

 

Волоконно-оптические системы используют для передачи данных сигналы со стандартными длинами волн: 850, 1310, 1550, 1650 нм — и два основных типа оптического волокна: одномодовое (SM) с диаметром сечения примерно 9,5 нм и многомодовое (MM) с диаметрами 50 и 62,5 нм.

Типовые показатели потерь для этих волокон зависят от длины волны тестового сигнала. Например, для одномодового волокна — примерно 0,35 дБ/км при длине волны 1310 нм. Надо сказать, что допустимые суммарные потери в линии при длине волны 1310 нм составляют в среднем 20 дБ (при использовании стандартного оптического источника 1310 нм). Сопоставив эти данные, можно сделать вывод, что максимальная дальность передачи сигнала в данном случае составит 57 км. Расчет, конечно, приблизителен, так как мы не принимаем во внимание потери, вносимые другими элементами волоконно-оптической системы (волоконно-оптическими соединителями, сварочными соединениями и т.д.).

Если в волоконно-оптической системе используется сигнал с длиной волны 1550 нм, максимальная дальность передачи увеличивается в среднем на 70%.

Именно способность передавать сигналы на большое расстояние без применения регенераторов и усилителей и является основным достоинством волоконно-оптических систем.

 

 

Представленные на рис. 1 графики иллюстрируют частотную характеристику одномодового (а) и многомодового (б) оптических волокон при идеальных условиях распространения сигнала. Дополнительные потери связаны с влиянием различных факторов: соединителями, физическим повреждением волокна, напряжением, перегревом или переохлаждением, трещинами, перегибами и т.д.

Следует отметить, что одномодовые волокна очень чувствительны к микроизгибам, перегибам и другим механическим воздействиям на волокно, особенно на длинах волн до 1480 нм. Поэтому базовым тестом любых измерительных систем является измерение потерь на длине волны 1310 нм.

Стандартная волоконно-оптическая система состоит из множества элементов, каждый из которых вносит свои потери в показатель суммарного затухания. В таблице приведены ориентировочные уровни потерь, вносимые элементами волоконно-оптических систем.

 

 

Приведенные здесь довольно условные данные зависят от типа применяемых компонентов. Например, потери, вносимые одной и той же парой оптических разъемов, могут отличаться в зависимости от внешних условий их применения. Для определения реального затухания в оптических разъемах, соединителях применяется статистический метод измерения.

 

 

На рис. 2 — результаты использования статистического метода определения уровня потерь для соединителя типа E2000. Объем выборки составил 5000 соединителей (данные предоставлены компанией OPTOKON).

 

Контроль на всех этапах

Основным элементом оптической системы, даже если это только соединительный шнур, является волоконно-оптический кабель. Следует сказать, что волоконно-оптические кабели нуждаются в более частом и тщательном тестировании, чем их медные «собратья». Измерительные работы с оптическим кабелем можно разбить на три группы: измерения, выполняемые производителем оптических волокон при их изготовлении; измерения при производстве кабеля и измерения при инсталляции кабеля.

Собственно оптическое волокно, главный компонент волоконно-оптического кабеля, производится всего несколькими компаниями в мире, в частности, Corning, Draka и Alcatel. Основные производители оптических кабелей только «закатывают» его в защитную оболочку и добиваются заданных параметров кабеля. По своей технологии этот процесс мало чем отличается от производства обычного «медного» кабеля. Именно таким методом производит волоконно-оптический кабель наш отечественный производитель АО «Одескабель».

При производстве оптического волокна контролируются качество и соответствие спецификациям, то есть следующие параметры:

числовая апертура волокна;

• диаметр ядра волокна и оптической оболочки;

• показатель преломления;

• затухание;

• допустимая нагрузка на разрыв;

• совпадение центров ядра волокна и оптической оболочки, и т.д.

Производитель же оптического кабеля тестирует в основном его механические характеристики и влияние на кабель окружающей среды. Механические характеристики позволяют оценить, насколько оптический кабель устойчив к внешним воздействиям и прилагаемым усилиям, а также какие физические и механические нагрузки он может выдерживать. Влияние окружающей среды оценивается по изменению параметров волокна при изменении температуры или влажности.

В ходе инсталляции волоконно-оптического кабеля производится его тестирование, но уже в составе инсталлируемой оптической системы.

 

Измерение потерь в волокне

Существует два метода измерения потерь в волоконно-оптическом кабеле: метод «разреза» и метод «сравнения».

Метод «разреза» подразумевает использование для измерений единственного волокна. Сначала измеряется мощность сигнала на полном участке волокна, затем волокно разрезается и измеряется мощность, передаваемая через оставшийся сегмент. Потери, выраженные в децибелах на километр, определяются по формуле          IL = (Р2-Р1)/L, где Р1 (дБм) — показания, полученные в ходе первого измерения, Р2 (дБм) — результат второго измерения, L — разность начальной и конечной длины кабеля в километрах. Данный метод нашел свое применение при оценке потерь в кабельных системах большой длины.

Метод «сравнения» основан на сравнении результатов измерений оптической мощности, проходящей через тестируемое волокно и волокно с известными характеристиками. Данный метод является идеальным при измерении потерь в большом количестве волоконно-оптических соединительных кабелей.

Методика проведения измерений в волоконно-оптических системах определяется международным стандартом IЕС 874-1, раздел 4 — «Измерительные и тестовые методы».

Всего стандарт определяет 10 измерительных методов, применяемых в волоконно-оптических системах. Мы остановимся на двух из них:

1. Метод IEC 874-1 4.4.7.4. Insertion loss (IL) — «измерение проходного затухания».

2. Метод IEC 874-1 4.4.12. Return loss (RL) — «измерение потерь при отражении сигнала».

Прежде, чем говорить об этих измерительных системах, необходимо сказать, что в них применяется три вида измерительных приборов.

1. Источник оптического сигнала (рис. 3) излучает оптический сигнал определенных длины волны и мощности. Возможно наличие других сервисных функций: модуляция сигнала, «оптический телефон», идентификатор волокон и т.д.

2. Измеритель мощности оптического сигнала (рис. 4) измеряет мощность оптического сигнала в зависимости от длины волны.

3. Измеритель отраженного сигнала (RL) — довольно сложный оптический прибор (рис. 5), который позволяет излучать оптический сигнал и измерять его мощность по одному оптическому порту одновременно с большой (до 40 дБ) изоляцией приемного и передающего трактов.

Потери, выраженные в децибелах, измеряются по формуле             IL = ­10log(P1/P0).

На рис. 6 представлена схема для измерения потерь в соответствии с IEC 874-1 4.4.7.4 — Insertion loss (IL).

 

 

Источник оптического сигнала излучает сигнал заданной частоты и мощности. По разнице оптической мощности на входе (источник сигнала) и на выходе системы (измеритель мощности) оценивают суммарные потери в измеряемом и мастер-соединителе. Применение мастер-соединителей с известными параметрами позволяет зафиксировать потери без тестируемого соединителя и с ним. Данная схема применяется для измерений потерь в волоконно-оптических системах для одномодового и многомодового оптических волокон.

Для оценки потерь в многомодовых волоконно-оптических системах при малой длине оптического кабеля необходимое условие достижение равновесного распределения мод в системе. Для этой цели в измерительную систему, изображенную на рис. 6, включается оптический корректор (Mode Scrambler), в простейшем случае представляющий собой 10 витков оптического волокна (рис. 7) с диаметром намотки около 2,5 см. Проходя через этот участок, сигналы, переносимые «неэффективными» модами, теряются в оптической оболочке. Данное устройство необходимо для компенсации погрешностей измерения в многомодовых системах при малых длинах кабеля. Как правило, в многомодовых системах используются источники на основе светоизлучающих диодов (СИД). Такой источник, имея более широкий спектр, излучает световой поток на «полезных» модах и тех, которые неэффективны для переноса световой энергии. Энергия этих мод быстро поглощается оболочкой уже на небольших расстояниях. Но при малой длине соединителя на вход измерителя мощности поступает энергия всех мод, что вносит в измерение значительную погрешность (до 40%). О таком волокне говорят, что оно «переполнено» и в нем отсутствует равновесное распределение мод.

 

Измерение потерь при отражении оптического сигнала

Надо сказать, что до сих пор мы говорили только о потерях, вносимых элементами волоконно-оптической системы, когда оптический сигнал проходил через них. Но вторым, не менее важным, параметром являются потери при отражении оптического сигнала (Return Loss RL). Эта проблема особенно актуальна при использовании лазерных передатчиков большой мощности (Ultra Stable Laser, DBF-Laser).

 

 

На рис. 8 изображена система для измерения потерь при отражении оптического сигнала. Как я уже говорил, данный параметр важен для одномодовых систем большой мощности и при передаче сигналов, критичных к задержкам распространения оптического сигнала (например, системы кабельного телевидения). В некоторых случаях, если отражение больше допустимого, может произойти повреждение передатчика. На выходе измерительной системы используется элемент, обеспечивающий 100%-ное поглощение опической энергии. В этом качестве применяется специальный гель. В лабораторных условиях при тестировании большого количества соединителей используется специальное устройство — оптический терминатор, обеспечивающий разъемное соединение с измеряемым соединителем. Предполагается, что вся оптическая энергия, достигшая выхода измерительной системы, рассеивается, а не отражается. Т.е. часть оптического сигнала, принятого измерителем отражения, может классифицироваться, как потери при отражении оптического сигнала от тестируемого соединителя.

 

О рефлектометрах

Говоря о тестировании оптических систем, нельзя не упомянуть такую группу измерительного оборудования, как рефлектометры (рис. 9). Важным этапом тестирования волоконно-оптической системы служит измерение временных характеристик оптических сигналов в волокне. Данную функцию выполняет оптический рефлектометр (Optical time-domain reflectometer OTDR). Принцип работы этого прибора основан на обратном рассеянии оптического сигнала при его прохождении через волокно. Прибор, принимая отраженный сигнал, выстраивает на мониторе временную характеристику распределения сигнала в оптической линии. Вертикальная развертка отражает мощность сигнала, горизонтальная — временные интервалы. Затухание в волокне определяется кривой амплитуды сигнала, спадающей слева (от входного конца волокна) направо (до выходного конца волокна). Мощность сигнала уменьшается с расстоянием. По отдельным «всплескам» отраженного сигнала судят о качестве разъемных или сварных соединителей оптической линии. Основное применение оптических рефлектометров — оценка качества соединителей и потерь на единице длины, а также поиск места повреждения на линии. Основное преимущество рефлектометра перед обычным измерителем оптической мощности при измерении потерь в линии — большие измерительные расстояния и необходимость получения доступа только к одному концу оптического кабеля.

Надо сказать, что в статье рассмотрены далеко не все измерительные методики. Надеюсь, что в последующих публикациях представится возможность более полно осветить измерительные методы, применяемые в волоконно-оптических системах как в «полевых», так и в лабораторных условиях. Думаю, что мы сможем «немного приподнять завесу секретности» и обсудить также процесс фабричного изготовления оптических соединителей, методику полировки, заделки и т.д. — в общем, все те операции, которые производят, к примеру, с оптическим соединительным шнуром прежде, чем он попадет к нам в руки.

 

Игорь ЖДАН,

директор компании «Оптокон Украина»,

тел. (044) 263-79-18,

e-mail: igorz@ukr.net

 

№ 3&4 (август-сентябрь) 2002