МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра телекоммуникационных систем

С.В.Харичева, П.В. Барташевич

Волоконно-оптические линиисвязи

Учебно-методическое пособие

Волгоград 2008 Перечень сокращений и обозначений

ВОЛП - волоконно-оптическая линия передачи

ВОЛС - волоконно-оптическая линия связи

ВС - волоконный световод

ЛД - лазерный диод

МОВ - многомодовое оптическое волокно

ОВ - оптическое волокно

ООВ - одномодовое оптическое волокно

ОР - оптическая розетка

ППЛ - полупроводниковый лазер

СИД - светоизлучающий диод

BER - коэффициент ошибок

Rec. G. - рекомендации ITU-T

WDM - многоволновое уплотнение

Введение

Данное учебно-методическое пособие предназначено для студентов направления 210400 Телекоммуникации и специальности 210400.62 «Телекоммуникации» по курсу Волоконно-оптические линии связи.

Пособие содержит теоретическую, методическую части и вопросы для самопроверки.

В теоретической части рассмотрены пассивные компоненты ВОЛП, определены основные термины, приведены методики измерений и расчета основных параметров волоконно-оптических линий связи. Изложены принципы работы, технические характеристики, приведены эскизы и фотографии оптических пассивных устройств: разветвителей, аттенюаторов, соединителей. Кроме того, в настоящем пособие, представлен анализ модовой структуры оптического излучения в поперечном сечении многомодовых и одномодовых волокон.

В методической части пособия рассмотрены алгоритмы определения места неисправности на ВОЛС и расчета вносимых потерь пассивными устройствами. Приведены методики:

• Определения оптических потерь при стыковке световодов с различными числовыми апертурами;

• исследования поперечного распределения энергии в волоконных световодах;

• градуировки переменных аттенюаторов.

Студенты получат навыки работы с оптическим тестером «Алмаз-33», с оптическими розетками, патчкордами, источниками и приемниками излучения, научатся определять место неисправности на ВОЛП и проводить измерения технических характеристик оптических устройств. Результаты, проведенных студентами экспериментальных исследований, могут быть использованы при эксплуатации и техобслуживании ВОЛП.

Лабораторная работа №1. «Моделирование процесса поиска неисправности оптической линии связи с помощью оптического тестера».

Цель работы:

получение навыков работы с измерителем оптической мощности «Алмаз 33» при обнаружении неисправностей на волоконно-оптической линии связи.

Теоретические сведения

При прокладке и дальнейшей эксплуатации волоконно-оптических линий связи возникает необходимость в их тестировании. Тестирование может проводиться в следующих случаях:

• при приемо-сдаточных испытаниях;

• при профилактических работах;

• для определения места повреждения.

Приемо-сдаточные испытания проводятся при вводе в эксплуатацию новых ВОЛС или после их ремонта. Цель приемо-сдаточных испытаний - определить является ли проложенный кабель цельным и стабильным, и соответствуют ли его параметры проектным значениям. Если ВОЛС была правильно спроектирована и смонтирована, то результаты приемочного теста обычно показывают лучшие значения, чем проектные.

Порядок проведения измерений следующий:

1.Проверяется работоспособность оптического передатчика, для этого передатчик отсоединяется от кабеля и его выход через эталонное волокно длиной 2 м присоединяется к измерителю мощности. Эталонное волокно должно быть того же вида и размера, что и линейное. Если показания в норме (±5% выходной мощности передатчика, указанной поставщиком), то свет излучается передатчиком нормально и выход передатчика удовлетворяет спецификации.

2. Проверяется работоспособность фотоприемника, для этого передатчик и приемник подключаются к эталонному оптическому волокну с необходимым затуханием, так что уровень принятого сигнала снижается до уровня чувствительности приемника для частоты ошибок BER=10^-9 . Значение должно соответствовать уровню, указанному производителем. Затем к передатчику и приемнику подключается тестер ошибок и в течение по крайней мере 30 минут проверяется частота ошибок в битах. Это подтвердит соответствие приемника техническим характеристикам производителя и способность удовлетворительной работы в системе, для которой он спроектирован.

Рис.1. Схема тестирования приемника

3.Проверяется целостность волокна, для этого пучок света вводится от источника в один конец волокна, а за его появлением наблюдают на другом конце волокна. Существует специальное тестовое оборудование, содержащее волоконно-оптический передатчик, излучающий красный свет 650 мкм. Устройство может применяться также для идентификации оптических волокон. Эта методика не подходит для подвесных или проложенных в земле кабелей. Наиболее часто использующимся способом проверки целостности волокна является двухточечный метод, который применяется в данной лабораторной работе, схема организации тестирования изображена на рис. 1. Для проведения теста необходим измеритель мощности, например «Алмаз-33», с помощью которого измеряется мощность оптического сигнала на приеме, если же сигнала на входе приемника нет , то это указывает на обрыв волокна.

Рис. 2. Схема организации тестирования с измерителем мощности

4.Определяются вносимые потери. В большинстве случаев измерение вносимых потерь проводится с источником и измерителем мощности. Сначала измеритель мощности калибруется с источником посредством соединения обоих приборов коротким отрезком оптического волокна примерно длиной 2 м. Затем измеритель мощности присоединяется к оптическому разъему приемника и измеряется сигнал на выходе оптического волокна.

После чего, сравниваются мощность на выходе передатчика и мощность на входе приемника. В норме должно выполняться следующее равенство:

, (1)

где: Р_{приемника}- мощность на входе приемника, дБм;

Р_{передатчика}- мощность на выходе передатчика, дБм;

А_волс – суммарные потери мощности на волоконно-оптической линии связи, дБ, которые рассчитываются по формуле (2):

(2)

где: α- километрическое затухание ОВ, дБ/км;

L- длина ВОЛС, км;

α_н- затухание неразъемных соединителей, дБ;

n_н- количество неразъемных соединителей, шт.;

α _р- затухание разъемных соединителей, дБ;

n_р- количество разъемных соединителей, шт.;

α _з- эксплуатационный запас, 3-6 дБ.

Другим способом измерения потерь – является рефлектометрический способ, который позволяет наглядно представить распределение мощности оптического сигнала вдоль оптического волокна. Этот способ будет рассмотрен ниже.

Профилактические измерения проводятся по утвержденному плану, с целью контроля основных параметров ВОЛС.

Аварийные измерения проводятся при возникновении неисправности на ВОЛП для обнаружения места и характера повреждения.

В лабораторной работе будут проводиться аварийные измерения, с целью определения места повреждения.

Симптомы повреждения ВОЛП достаточно просты: нет сигнала на приемном конце волоконно-оптической линии связи. Причины этого могут быть различны:

• нет оптического сигнала на выходе передатчика;

• обрыв ОВ;

• неисправность приемника.

Наиболее распространенной из названных выше причин является – обрыв ОВ при прокладке волоконно-оптических кабелей.

Процесс тестирования, с целью установить обрыв оптического волокна, заключается в определении проходит ли свет через волокно на удаленный конец или нет.

Для проведения теста необходимы:

• калиброванный источник света определенной длины волны;

• измеритель мощности.

Организация теста показана на рис. 2 , алгоритм определения места неисправности представлен на рис. 3. В нем предполагается поочередное подключение измерителя мощности к выходу: передатчика и оптического волокна.

Обрыв ОВ

3.Определение места повреждения, для этого необходимо иметь доступ к участкам волокна, поэтапно присоединяя измеритель мощности к выходу каждого участка. После выявления неисправного участка (оптический сигнал на выходе ОВ отсутствует), волокно либо заменяется на новое, либо сваривается в месте повреждения. В случае отсутствия доступа к участкам волокна, рекомендуется использовать рефлектометр, который позволяет с высокой точностью определить место обрыва и распределение оптического сигнала по всей трассе ВОЛС. Рефлектометрический метод основан на измерении той части рэлеевского рассеяния в ОВ, которое распространяется в обратном направлении. Для этого в оптическое волокно вводится периодическая последовательность оптических импульсов длитель­ностью τ_и и периодом следования Т_и . При этом ко входному торцу ОВ будут возвращаться импульсы в каждый момент времени. Эти импульсы отстают во времени от входного (опорного импульса), отраженного от плоскости входного торца на период, равный вре­мени двойного пробега импульса - в прямом и обратном направле­ниях. Если по оси абсцисс откладывать время (начиная с t = 0 для опорного импульса), а по оси ординат - усредненные значения амп­литуд этих импульсов для каждого значения времени, то получится так называемая рефлектограмма.

Если коэффициент затухания и коэффициент обратного рассея­ния при заданной длине волны λ для тестируемого волокна постоянны по его дли­не, то кривая (рефлектограмма) убывает от начала ОВ по экспонен­циальному закону. Рассеяние - процесс статистический. Поэтому значение амплитуды импульса (ординаты) для одного и того же зна­чения оси времени (расстояния) будет иметь некоторый разброс при каждом отсчете (при периодическом повторении зондирующих им­пульсов). Благодаря статистическому усреднению большого числа отсчетов удается получить чистую линию (экспоненту) зависимости затухания от длины ОВ. Однако экспоненциальной кривой пользо­ваться неудобно и сложно. Поэтому после усреднения каждый от­счет подвергается операции логарифмирования, в результате чего экспонента (спадающая) превращается в наклонную прямую. При этом отсчеты по оси ординат градуируются в децибелах. В том слу­чае, когда коэффициент затухания и обратного рэлеевского рассея­ния имеют резкие локальные изменения, что свидетельствует о на­личии в ОВ локальных неоднородностей, на рефлектограмме они проявляются в виде ступенек или импульсов. На рис. 4 представ­лен пример рефлектограммы одномодового оптического волокна длиной 18,84 км.

Рис.4. Рефлектограмма оптического волокна длиной 18,84 км

Одно из достоинств рефлектометрического метода измерения состоит в том, что для этого достаточно иметь доступ к одному концу ОВ. Кроме того, с помощью рефлектометра можно определить расстояние до локальных неоднородностей, длину трас­сы, распределение неоднородностей по длине ОВ.