Разделы: Телекоммуникации
Размещена 28.10.2014.
Просмотров - 4092

Технология измерения качества оптических линий связи

Тарасов Александр Евгеньевич

Бакалавр техники и технологии

НГТУ, Энвижн груп

стажер технического отдела

Вихман Виктория Викторовна к.т.н., к.п.н кафедра ВТ НГТУ, Горбунов Вячеслав Леонидович, руководитель направления систем голосовой и мультимедийной связи

УДК 004.7

Оптические линии связи находят все более широкое применение - от магистральных линий и корпоративных систем передачи данных до локальных компьютерных сетей. Преимущество волоконных оптических линий неоспоримо: реализуемые в оптических каналах скорости передачи информации пока недостижимы для медных кабелей. Что бы проверить их работу в качестве компонентов систем волоконно-оптической связи, существуют различные лабораторные методы для измерения оптических волокон.

Затухание – это потеря оптической мощности вследствие  поглощения, рассеивания, изгиба и других видов потерь во время передачи светового сигнала через волокно. Ослабление – это функция длины волны λ света. Общее затухание между точками X и  Y в волокне это:

• A(db)= 10 log10 (Px/Py)

Px – это мощность сигнала в точке X. Py – мощность сигнала в точке Y. Точка Х должна быть ближе к оптическому источнику чем точка Y. Коэффициент затухания или скорость затухания α рассчитывается:

• α(dB/km) = A/L

L – расстояние между точками Х и Y.

Метод сокращения

Метод сокращения часто используется для измерения полного затухания оптического волокна. Способ заключается в сравнении мощности сигнала, передаваемого через длинный участок волокна и мощности сигнала, передаваемого через максимально короткий участок. Способ требует, чтобы короткий участок волокна был приближенно равен 2 метра. Сначала выполняется измерение выходной мощности сигнала Py тестируемого волокна известной длины L. Затем, не меняя условий, следует измерить мощность сигнала Px короткого волокна. После следует подсчитать затухание волокна A и коэффициент затухания.

Различные условия ввода могут привести к разным результатам. Для многомодового волокна распределение мощности между модами волокна должно быть под контролем. Это достигается путем контроля размерами и направленностью угла светового пучка.

Отсечка длины волны

Отсечка длины волны одномодового волокна — это длина волны, выше которой волокно распространяется только в основной моде. Отсечка длины волны является функцией радиуса кривизны волокон. Измерение отсечки длины волны включает передаваемой мощности от тестового волокна с мощностью эталонного волокна в зависимости от длины волны.

Передаваемая мощность сигнала Ps(λ) записывается, пока сканирование длины волны с шагом 10нм или менее в течение ожидаемой отсечки длины волны. Состояния запуска и обнаружения не изменяются во время сканирования в диапазоне длин волн. Для измерения эталонной мощности состояния запуска и обнаружения не меняются, однако волокно сворачивается в кольцо радиусом 30мм или менее что бы подавить вторичные моды в сканируемой длине волны. Получаемая мощность Pr(λ) записывается, и затухание Ad на каждой длине волны подсчитывается:

1. Ps(λ) = 10-As(λ)/10,  Pr(λ) = 10-Ar(λ)/10,
2. Ps(λ)/Pr(λ) = 10-(As(λ)-Ar(λ))/10 = 10Ad(λ)/10,
3. Ad(λ)(dB) = 10 log10 (Ps(λ)/Pr(λ)).

Самая большая длина волны, при которой Ad(λ)/km равна 0.1 dB и есть отсечка длины волны волокна.

Ширина полосы

Ширина полосы пропускания многомодового оптического волокна может быть измерена путем измерения функции H(f) мощности передачи к полосе частот. Сигналы различных частот (f) проходят через тестируемое волокно и мощность сигнала конкретной частоты на выходе измеряется. Эта оптическая выходная мощность обозначается как Pout(f). Тестируемое волокно затем, заменяется на волокно короткой длины такого же типа. Сигналы с той же частотой запускаются в редуцированном волокне, и на выходе так же замеряется мощность сигнала.  Она обозначается как Pin(f). Величина частотного отклика определяется:

• H(f) = 10 log10(Pout(f)/Pin(f)).

Или, если было произведено два эксперимента, то:

• H(f) = 10 log10(Pout(f)Pin(0)/Pin(f)Pout(0)).

Полоса пропускания определяется как частота, при которой величина частотного отклика снизилась до половины значения нулевой частоты и H(f)=-3. Эта частота называется -3 децибела (dB) оптической мощности частоты (f_3dB) и обозначается как полоса пропускания. Пропускная способность обычно дается в единицах мегагерц-километры (МГц-км). Преобразование в единицу длины помогает в анализе и сравнении производительности оптического волокна.

Хроматическая дисперсия

Хроматическая дисперсия возникает из-за того, что показатель преломления является функцией длины волны и различных длин волн света, проходящих через волокно с разной скоростью. Хроматическую дисперсию многомодовых и одномодовых волокон получают путем измерения времени, необходимого импульсу света с различными длинами волн проходить через длинный отрезок волокна. Эти измерения проводятся с помощью источников, способных выпускать пучок света с волнами разной длины.

Геометрия волокна

Для измерения геометрии волокна, входной конец волокна переполняют и моды фильтруют. Выходной конец записывается на видео камеру, после, изображение посылается в компьютер. Компьютер анализирует изображение для того,  что бы определить края сердцевины и оболочки. Диаметр оболочки определяется как средний диаметр. Диаметр сердцевины так же определяется как средний. Диаметр эллипсоидной оболочки — это разница между наименьшим и наибольшим радиусом, поделенная на средний радиус оболочки. Эллипсоидная сердцевина рассчитывается так же. Эллипсоидная сердцевина измеряется только на мультимодовых волокнах. Ошибка концентричности сердцевины и оболочки для многомодовых волокон представляет собой расстояние между центрами сердцевины и оболочки поделенное на диаметр ядра. Для одномодовых волокон определяется как расстояние между центрами сердцевины и оболочки.

Диаметр сердцевины

Диаметр сердцевины определяется путем измерения распределения мощности в ближней зоне, близкой к концу волокна, когда расстояние между концом волокна и детектором находится в диапазоне микрометров. Диаметр ядра определяется как диаметр, при котором интенсивность 2.5% от максимальной интенсивности.

Числовая апертура

Числовая апертура (NA) является мерой способности оптического волокна для захвата света. Она определяется путем измерения распределения мощности в дальней зоне недалеко от конца волокна. Излучаемая модность на единицу площади записывается как функция угла θ некоторого расстояния от конца волокна. Расстояние между концом волокна и детектором в дальней зоне несколько сантиметров для многомодовых волокон и несколько миллиметров для одномодовых. Числовая апертура волокна определяется как 5 процентов или 0.05 уровень интенсивности. Этот уровень интенсивности 0.05  пересекает на сканируемых углах θA и θB. Числовая апертура волокна:

A = sin((θA- θB)/2)

Диаметр поля моды

Диаметр поля моды (MFD) одномодового волокна связан с размером пятна основной моды. Это пятно имеет радиус поля моды r0. Диаметр поля моды равен 2r0. Одномодовые волокна с большим MFD более чувствительны к изгибу волокна. Волокна с маленьким MFD показывают более высокие потери связи при соединениях. MFD одномодового волокна может быть измерен путем измерения распределения мощности дальнего поля, используя набор апертур различного размера.

Потери

Потери состоят из потерь соединения связи и дополнительных потерь в волокне. В мультимодовом волокне, оптические соединители могут увеличить затухание в волокне после соединителя, нарушая распределение мощности моды. Отражения происходят в волоконно-оптических соединениях. Коэффициент отражения R это доля интенсивности падающего света, отраженного обратно в исходное волокно в точке соединения. Коэффициент отражения определяется с помощью оптического источника, подключенного одним входом к 2х2 оптического сплиттера. Свет продет через соединитель и вернется обратно в другой порт источника, подключенного так же к сплиттеру.

Заключение

Проверка качества связи необходима для построения высокопроизводительной оптической волоконной сети. Из-за поврежденных линий могут остаться без связи большие сегменты сети, поэтому, необходимо в краткие сроки локализовать проблему. В данной статье раскрываются все основные методы проверки характеристик волоконных линий. Так же они помогут понять, соответствует ли заявленные производителем качественные характеристики оптического волокна. 

1. Цаплин А.И. – Методы измерений в волоконной оптике [текст] / М.Е. Лихачев – Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2011 – 227с.
2. Листвин А.В. – Рефлектометрия оптических волокон [текст] / В.Н. Листвин – Москва, 2005 – 150с.

Рецензии:

29.01.2015, 14:21 Каменев Александр Юрьевич
Рецензия: 1. Статья не структурирована в соответствии с требованиями (введение, основная часть, выводы). 2. Статью можно было бы рассматривать как обзор, т.к. личный вклад автора в технологию измерения явно отсутствует. Но для обзора необходимо увеличить количество проанализированных источников. 3. Как для обзорно-научной статьи не хватает поясняющих чертежей, графиков, таблиц, структурных схем и т.д. На данном этап к печати не рекомендуется. После устранения замечаний возможно повторное рецензирование.

1.02.2015, 13:36 Денисов Валерий Васильевич
Рецензия: Статья не соответствует предьявляемым требованиям. Грубые ошибки в записи информационных источников (город, издательство и др.). Непонятна использованная классификация методов, а также насколько полно рассмотренные методы оценивают качаство оптических линий связи. Статья требует существенной доработки и повторного рецензирования.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий