Федеральное агенство связи чебоксарский электротехникум связи

Рассмотрено: Цикловой комиссией коммуникационных технологий Протокол №___от___________2010г. Председатель цикловой комиссии ____________ Н.Ф.Громова

Утверждаю: Зам. директора по учебно- производственной работе ___________ И.А.Кудряшов “___”_________2010 г.

Лабораторная работа №17

По предмету: Линейные сооружения связи

Наименование работы: Измерение затухания эку оптического кабеля прибором otdr типа ftb-200.

Для специальности: СС и СК, МТКС

Работа рассчитана на 2 часа

Разработали преподаватель:

Кондина В.Г.

Студент МТКС Семёнов С.

“___”______________2010 г.

г.Чебоксары 2010 г.

Лабораторная работа №17 Измерение затухания эку оптического кабеля прибором otdr типа ftb-200.

1. Цель работы. Изучить порядок определения затухания ОК, получить практические навыки определения затухания прибором OTDR типа FTB-200 "EXPO", работающим во временной области.

2. Литература для самоподготовки:

Л1 стр. 99-101

Л2 стр. 6-62

Л3 стр. 19-41

Методическое пособие по изучению прибора OTDR типа FTB-200 "EXPO".

3. Содержание отчета.

3.1. Наименование и цель работы

3.2. Структурная схема оптического рефлектометра, работающего во временной области

3.3. Результаты измерений, внесенные в табл. 1.

3.4. Вывод по работе.

4. Теоретические сведения.

4.1. Волокна характеризуются двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Чем меньше затухание(потери) и чем меньше дисперсия распространяемого сигнала в волокне, тем больше может быть расстояние между регенерационными участками или повторителями.

На затухании света в волокне влияют такие факторы, как:

-потери на поглощении;

-потери на рассеянии;

-кабельные потери.

Потери на поглощении и на рассеянии вместе называют собственными потерями, а кабельные потери в силу их природы называют дополнительными потерями.

затухание

Собственные

α _с потери

Кабельные

потери α _к

потери на

поглощении α _п

потери на

рассеянии α _р

Рис. 1. Основные типы потерь в волокне

Полное затухание определяется:

α = α _с + α _к + α _п + α _р + α _д (дБ/км) (1)

Потери на поглощении α_п состоит как из собственных потерь в кварцевом стекле (ультрафиолетовое инфракрасное поглощение), так и из потерь, связанных с поглощением света на примесях (в зависимости от типа примеси, поглощают свет на определенных длинах волн и рассеивают поглощают световую энергию в виде джоулева тепла, что приводит к появлению пиков на кривой потерь.

Собственные потери на поглощении растут и становятся значимыми в ультрафиолетовой и инфракрасной областях. При длине волне излучения выше 1,6 мкм обычное кварцевые стекло становится непрозрачным из-за роста потерь, связанных с инфракрасным поглощением.

Потери на рассеянии α _р.

В настоящее время изготавливаемая ОВ становится настолько чистым (99,9999%), что наличие примесей перестает быть главенствующим фактором затухания в волокне. На длине волны 800 мкм затухание составило 1,5 дБ/км. Дальнейшему уменьшению затухания препятствует так называемое Релеевское рассеяние света.

Релеевское рассеяние вызвано наличием неоднородностей микроскопического масштаба в волокне. Свет падая на такие неоднородности, рассеивается в разных направлениях. В результате часть его теряется в оболочке. Эти неоднородности неизбежно появляются во время изготовления волокна.

Потери на релеевском рассеянии зависят от длины волны по закону λ^-4 и сильно проявляются в области коротких волн.

Длина волны, на которой достигается нижний предел α _с чистого кварцевого волокна составляет 1550 мкм и определяется разумным компромиссом между потерями, вследствие релеевского рассеяния и инфракрасного поглощения.

Кабельные (радиационные) потери α _к обусловлены скруткой, деформациями и изгибами, возникающими при наложении покрытии и защитных оболочек, производства кабеля, а также в процессе инсталляции ВОК.

Вносимые потери зависят от типа волокна (многомодовые или одномодовые), типов и качества соединителей и составляют от 0,3 до 0,5 дБ.

Вносимые потери можно разбить на 2 категории: внутренние и вносимые потери.

Внутренние потери определяются факторами, которые невозможно контролировать ( достичь их улучшения при заделке волокна в соединитель), а именно парной вариацией диаметров сердцевины, показателей преломления, цикловых апертур, эксцентриситетов, сердцевина/оболочка и концентричностей сердцевины у волокон с разных сторон. На внутренние потери влияет технология производства волокна и соответствующие критерии контроля качества, а не конструктор соединителя.

Потери из-за вариации показателей преломления являются следствием чисто Френелевского отражения и определяются в простейшем случае для волокна со ступенчатым профилем как:

α _F=-10lg (2)

где n₁ и n₂ - показатели преломления волокон (зазора между ними нет). Эти потери пропадают только при равенстве показателей преломления.

Потери при вариации апертур возникают в том случае, если апертура волокна, передающего сигнал NA, больше апертуры волокна, принимающего сигнал NA₂ и определяется как:

α _NA=-10lg (3)

При NA₁< NA₂ апертурные потери не возникают.

Потери при вариации диаметров возникают, когда диаметра передающего волокна меньше диаметра принимающего и определяются соотношением:

α _D=-10lg (4)

где D₁ и D₂ - диаметры перед. и приним. волокон.

При D₁ < D₂ потери не возникают.

Соединение волокон 62,5/125 и 50/125.

Если ответ распространяется из волокна 50/125 в волокно 62,5/125, то потерь интенсивности света не происходит, если же ответ переходит из волокна 62,5/125 в волокно 50/125 только доля (50/62,5)² интенсивности света будет во 2-ом волокне, что соответствует потерям 1,94 дБ.

Соединение многомодового и одномодового волокон. Еще большие внутренние потери (примерно 16 дБ) возникают при сопряжении многомодового и одномодового волокна, когда свет распространяется от первого во второе волокно.

Если учесть, что потери в кабеле составляют 3 дБ/км, а в соединителе с однотипными волокнами - 0,5 дБ, то одно соединение MMF 50/125 с SF 8/125 вносит существенные потери.

Внешние потери - это потери, которые являются следствием несовершенства как самой конструкции соединителя, так и процесса сборки оптического шнура.

Внешние потери зависят от таких факторов как: механическая нестыковка (угловое смещение θ, радиальное смещение λ, осевое смещение S); шероховатости на торце сердцевины; загрязнение участка между торцами волокон см. рис. 2.

D

D

3

2

1

0,3

0,4 4

4

п

о

т

е

р

и

(дБ)

п

о

т

е

р

и

(дБ)

λ

1,5

1,0

0,5

1^°

2^°

3^°

4^°

0,1

0,2

NA=0,15 а) б)

λ/D

радиальное смещение

NA=0,2

Угловое смещение (град)

3

2

1

0,1

Осевое смещение

п

о

т

е

р

и

(дБ)

NA=0,5

1,0

15

п

о

т

е

р

и

(дБ)

D

0,5

NA=0,5 в) г)

Френелевское отражение при совершенной нагрузке границы

NA=0,2

0,3

0,2

0,4

1

8

NA=0,15

Рис.2. Четыре главных вида внешних потерь в соединителе:

а) потери при угловом смещении

б) потери при радиальном смещении

в) потери приосевом смещении

г) потери из-за френелеского рассеяния на неоднородности.

Потери при угловом θ, радиальном λ и осевом S смещении определяются соответственно:

α _θ=-10lg (5)

α_λ=-10lg (6)

α_S=10lg (7)

где NA - апертура волокна, D - диаметр светонесущей части волокна, λ - радиальное смещение, S - осевое смещение, n₀ - показатель преломления среды, заполняющей пространство стыка.

Некачественная полировка торцов волокон, а также трения, возникающего при многократном переключении соединителей (имеющих физический контакт), может привести к потерям, связанных с рассеянием на микротрещинах. Рис. 3.

α_F=-10lg дБ (8)

n

n₁

n₁

S

Рис. 3. Френелевское отражение

При появлении зазора между волокнами появляются и френелевское отражение из-за того, что среда, заполняющая пространство между открытыми плоскостями торцов волокон имеет отличный от волокон показатель преломления. В случае воздушного зазора (n=1) потери составляют 0,35 дБ. Френелевские потери можно уменьшить, подбирая накопитель между соединителями, лучший и показателю преломления к волокну или делая зазор много меньше длины волны. Обычно суммарные потери в соединителе составляют до 0,3-0,4 дБ для одномодового и многомодового волокон. При этом, более жесткие требования предъявляются к качеству одномодового соединителя.

Дисперсия и полоса пропускания.

По оптическому волокну передается не просто световая энергия, но также полезный информационный поток, в процессе распространения расплываются. При достаточно большом уширении импульсы начинают перекрываться, так что становится невозможным их выделение при приеме.

Дисперсия - уширение импульсов - имеет размерность времени и определяется как квадратичная разность длительности импульсов на выходе и входе кабеля длины λ по формуле:

τ(λ)= (9)

Дисперсия нормируется в расчете на 1км, и измеряется в ПС/км.

Дисперсия характеризуется тремя основными факторами:

-различием скоростей распространения направляемых мод (межмодовая дисперсия τ_мод)

-направляющими свойствами световодной структуры (волноводной дисперсией τ_w),

-свойствами материала оптического волокна (материальной дисперсией τ_mat).

дисперсия

межмодовая, τ_mod

хроматическая τ_chr

материальная τ_mat

волноводная τ_w

Рис. 4. Виды дисперсии

Чем меньше значения дисперсии, тем больший поток информации можно передать волокну. Результирующая дисперсия τ определяется:

τ²= τ_mod²+ τ_chr²= τ_mod²+( τ_mat+ τ_w)² (10)

Пропускная способность ∆F является важнейшим параметром ВОСП, предопределяющим ширину линейного тракта , полосу частот, просекаемую световодом,и, соответственно, объем информации, который можно передавать по ОК.

Связь между дисперсией и полосой частот, передаваемых по волоконному световоду выражается:

∆F= (МГц · км) (11)

Межмодовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения мод, и имеет место только в многомодовом волокне:

τ_{mod step} (λ) · λ= (12) для ступенч. мгомод. волокна

τ_{mod grad} (λ) · λ= (13) для градиент. многомод. волокна

где - длина межмодовой связи (для ступенчатого волокна порядка 5км, для градиентного порядка 10км)

Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне. Однако наиболее отчетливо она проявляется в одномодовом волокне из-за отсутствия межмодовой дисперсии.

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления волокна от длины волны. В выражение для дисперсии одномодового волокна входит дифференциальная зависимость показателя преломления от длины волны:

τ_mat=(∆λ,λ)=∆λ·λ· (14)

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны:

τ_w=(∆λ,λ)=∆λ·λ·2n₁²∆/cλ (15)

где: ∆λ (нм) - уширение длины волны вследствие некогерентности источника излучения.

К уменьшению хроматической дисперсии ведет использование более когерентных источников излучения, например лазерных передатчиков (∆λ=2нм), и использование рабочей длины волны более близкой к длине волны ненулевой дисперсии.

Измерение затухания осуществляется на всех стадиях производства ОК, строительства и эксплуатаций ВОЛП измеряют:

-коэффициент затухания оптического кабеля;

-затухания строительных длин;

-затухания смонтированного участка регенерации;

-затухание соединений ОВ.