Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лабораторная работа 17.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
803.84 Кб
Скачать

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 αп 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)

αλ=-10lg (6)

αS=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.

αF=-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 τмод)

-направляющими свойствами световодной структуры (волноводной дисперсией τw),

-свойствами материала оптического волокна (материальной дисперсией τmat).

дисперсия

межмодовая, τmod

хроматическая τchr

материальная τmat

волноводная τw

Рис. 4. Виды дисперсии

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

τ2= τmod2+ τchr2= τmod2+( τmat+ τw)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:

τmod step (λ) · λ= (12) для ступенч. мгомод. волокна

τmod 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:

τmat=(∆λ,λ)=∆λ·λ· (14)

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны:

τw=(∆λ,λ)=∆λ·λ·2n12∆/ (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.