549_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_
.pdf
Микроизгибы вызваны несовершенством волокна. Они вызывают увеличение потерь в кабеле. Эти потери могут быть очень большими и в некоторых случаях могут даже превышать 100дБ/км. Основная причина возникновения этих потерь кроется в процессе производства кабеля. Она связана с искривлениями оси, которые неизбежно происходят в процессе производства кабеля, когда волокно сдавливается недостаточно гладкими внешними покрытиями. Потери от микроизгибов являются функцией диаметра поля моды, конструкции кабеля и его исполнением. Потери от затухания, вызванного микроизгибами, уменьшаются с диаметром поля моды. Микроизгибы представляют собой мелкие локальные нарушения прямолинейности волокна, вызванные конструктивно-технологическими неоднородностями, возникающими при изготовлении волокна, а также при прокладке и изготовлении кабеля.
Макроизгибы соотносят с некоторым определенным малым радиусом. Производитель кабеля должен указать в спецификации минимальный радиус изгиба. Когда кабель намотан на катушку, то он, конечно, сгибается по радиусу катушки. Если он прокладывается, в частности, в зданиях, то он может сгибаться на углах. Укладчик не должен уменьшать радиус изгиба меньше минимально допустимого при любой необходимости обхода углов. Обычно предполагается, что типичный радиус изгиба ВОК должен быть между 10 и 30см в зависимости от числа волокон в кабеле. Сгибая ВОК сильнее, чем это допускается ограничениями на радиус изгиба, можно повредить кабель, даже порвать волокна в кабеле. Это может также вызвать существенное увеличение затухания волокна. Потери обусловлены вытеканием или излучением направляемых мод и становятся недопустимо большими при уменьшении радиуса кривизны изгиба до критических значений[3]. Критический радиус изгиба волокна приближенно рассчитывается по формуле:
, |
(1) |
где n1, n2- показатели преломления сердцевины и оболочки, λ-длина волны применяемого излучения.
Величина потерь в значительной мере зависит от толщины оболочки и защитного покрытия. Для исследования влияния деформаций на пропускание оптического волокна и разветвителя разработана установка изображенная на рис.1[4]. Применяемый излучатель типа МПО-1 - суперлюминесцентный диод, испускает излучение с длиной волны 0.85м. В качестве приемника был использован цифровой измеритель оптической мощности - ОМЗ-65.
В эксперименте исследовали многомодовое волокно типа кварц-кварц с диаметром сердцевины 50м и диаметром оболочки 125м и разветвитель сваренный из этого же волокна по методике описанной выше. Волокно имеет ступенчатый профиль показателя преломления и числовую апертуру NA=0.2.
331
Рис. 1. Установка для экспериментального исследования влияния деформаций на пропускание оптического волокна и волоконного разветвителя (1-исследуемый световод, 2-волоконный разветвитель, 3-измеритель оптической мощности, 4-стержень, 5-излучатель)
При исследовании вначале определяли пропускание волокна в нормальном состоянии. Затем наматывали один виток на штырь и опять измеряли пропускную способность волокна.
Итак далее до 10 витков.
Втабл.1 представлены результаты измерений для простого волокна мощность излучения в мкВт в зависимости от числа витков при разных радиусах табл.1.
Таблица 1. Результаты измерений для простого волокна
Dштр. |
|
|
|
|
|
Число витков |
|
|
|
|
|
(mm) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
52,0 |
50,3 |
49,9 |
49,5 |
49,1 |
48,9 |
48,7 |
48,5 |
48,2 |
48,1 |
47,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
51,7 |
49,7 |
49,2 |
48,8 |
48,3 |
47,9 |
47,7 |
47,3 |
46,8 |
46,0 |
46,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
51,6 |
49,2 |
48,2 |
47,8 |
46,9 |
46,6 |
46,3 |
46,3 |
45,8 |
45,0 |
44,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
51,6 |
48,2 |
47,1 |
46,6 |
46,3 |
45,9 |
45,6 |
45,4 |
45,0 |
44,7 |
44,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
51,5 |
46,6 |
45,9 |
45,6 |
44,8 |
44,3 |
43,9 |
43,9 |
43,1 |
42,6 |
42,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
51,4 |
45,4 |
44,0 |
43,8 |
43,0 |
42,3 |
41,8 |
41,5 |
40,9 |
40,6 |
39,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
51,5 |
44,0 |
42,6 |
41,3 |
40,6 |
40,6 |
39,9 |
39,8 |
39,3 |
38,2 |
37,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
51,5 |
42,7 |
40,8 |
39,0 |
38,8 |
37,8 |
37,1 |
36,8 |
36,1 |
35,7 |
35,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
332
На рис. 2 и 3 представлены графики зависимости мощности излучения в световоде от радиуса стержня R и числа витков N.Из рис.2 видно, что затухание непрерывно возрастает с уменьшением радиуса и увеличением числа витков, что согласуется с теорией.
Рис. 2. Зависимость пропускания от числа витков волноводапри постоянных радиусах стержней
Необходимо отметить, что с ростом числа витков не наблюдается насыщение затухания, что свидетельствует о том, что равновесное распределение мод не достигается. Кроме того, такое поведение зависимостей говорит о большем числе мод в световоде.
Рис. 3. Зависимость пропускания волокна от радиуса стержня при постоянном числе витков
Таким образом,определили влияние макроизгиба на потери в оптическом волокне,исследуя влияния деформаций на пропускание оптического волокна и разветвителя, используямногомодовое волокно.
333
3.Заключение
Вданной статье показан метод расчета критического радиуса изгиба, представлены результаты измерений для простого волокна в зависимости от числа витков при разных радиусах.
Литература
1.Воронцов А. С. и др. Оптические кабели связи российского производства. Справочник. М.: Эко-Трендз, 2003. - 288 с.
2.Семенов С. Л. Долговечность оптического волокна // Фотон-экспресс. № 5,2003. - С, 28-29.
3.Мурадян А. Г. и др. Оптические кабели многоканальных линий связи. М.: Радио и связь,
1987.-200 с.
4.Андрушко Л. М. и др. Волоконно-оптические линии связи: Учеб.пособие для вузов. М.: Радио и связь. 1985. - 136 с.
Курмансейт Даная Геннадиевна
магистрант Кафедры инфокоммуникационных технологий и систем связи Сибирского государственного университета телекоммуникации и информатики, (630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86) тел. 8-700-777-11-98, e-mail: dgkurmanseit@gmail.com
Горлов Николай Ильич
д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Линии связи» Сибирского государственного университета телекоммуникации и информатики, действительный член Метрологической академии.
Effect macrobend loss in the optical fiber
D.Kurmanseit, N. Gorlov
The article deals with the influence of mechanical stress on the fiber optic cable and fiber itself, leading to an increase in additional losses due to bending of the cable, the technique of calculating the radius of the bend fiber-optic cable by mechanical action
Keywords: optical fiber, optical fiber cable, macrobends, microbending.
334
[ |
( |
|
) ] |
|
|
|
(2) |
||||
|
|||||
где n0 – показатель преломления в центре волокна.
Рис. 1. Потери из-за макроизгибов
Второй вид потерь из-за изгибов называют «микроизгибами». Микроизгиб принимает форму очень маленького резкого изгиба (излома) кабеля. Микроизгибы могут быть вызваны несовершенством оболочки, волнистостью поверхности сердечника/оболочки, крошечными трещинами волокна и внешними силами. Внешние силы могут возникнуть из-за тяжелых острых предметов, положенных поперек кабеля, или из-за ущемления кабеля при его протягивании через плотную трубку. Как и в случае с макроизгибами, световой луч будет падать под углом меньше критического и проникать в оболочку. Это показано на рис. 2 [1].
Потери на микроизгибах оцениваются по формуле 3:
( ) |
(3) |
|
где h - высота (радиус) микроизгиба; а - радиус сердцевины ОВ; 2b - диаметр ОВ по оболочке; N - число микроизгибов; – относительная разница коэффициентов преломления.
Макроизгибы волокна появляются в процессе их скрутки по длине кабеля и при намотке на барабан. Потери обусловлены вытеканием или излучением направляемых мод и становятся недопустимо большими при уменьшении радиуса кривизны изгиба до критических значений. Критический радиус изгиба волокна приближенно рассчитывается по формуле 4:
( |
) |
(4) |
|
|
где n1, n2 - показатели преломления сердцевины и оболочки; λ - длина волны применяемого излучения.
Рис. 2. Потери из-за микроизгибов
336
Характерные места изгибов оптических кабелей (ОК) во внешней сети телекоммуникационных станций показаны на рис. 3. Кроме спиралеобразного изгиба в самом кабеле, другие самые существенные изгибы волокон происходят в многочисленных местах сращивания или разветвления кабелей и в различных внутристанционных распределительных щитах. Технология, применяемая в точках разветвления и распределения, идентична технологии, применяемой в соединительных муфтах на самой трассе кабеля[2].
Рис. 3. Места изгибов оптических кабелей на внестанционных участках оптических сетей.
3. Исследования зависимости потерь на «макроизгибах» от числа витков
Таким образом, целесообразно обсудить основные моменты этой проблемы и связанные с ней тенденции несколько более подробно. Для этого на кафедре «МЭС» были проведены исследования зависимости потерь на макроизгибах от числа витков для разных диаметров макроизгибов. Для чего использовались 6 патчкордов, намотанных на две катушки с диаметрами D=29,2мм и D=16,1мм с разным количество витков (N=2; 4; 6). Для исследования зависимости потерь на макроизгибов от числа витков для разных диаметров макроизгибов использовались два метода измерения потерь: метод светопропускания и метод обратного рассеяния.
3.1 Исследования зависимости потерь на макроизгибов методом светопропускания
Для измерения потерь, вносимых макроизгибами, методом светопропускания использовался оптический тестер, состоящий из двух источников излучения, работающих на длинах волн 1,31 мкм и 1,55 мкм, и одного фотоприемного устройства, работающего на этих длинах волн. Источник излучения и фотоприемное устройство подключались к концам патч- корда, намотанного на катушку. Далее рассчитывались общие потери волокна путем вычитания из мощности, регистрируемой на фотоприемном устройстве, мощность источника излучения. Считая, что все потери кроме потерь на макроизгибах остаются постоянными, то изменение общих потерь волокна, намотанного на катушку, отражает изменениям потерь на макроизгибах. Результаты измерения методом светопропускания представлены в таблице 1.
337
4. Заключение
Таким образом, радиус изгиба оптического кабеля при его стационарной прокладке существенно влияет на его эксплуатационные характеристики. Изгиб кабеля вызывает соответственно изгиб оптического волокна, которое при определенных условиях может негативно отреагировать на данное механическое воздействие, увеличив потери на прохождение сигнала, или в крайнем случае разрушится. Изгибные деформации во многом определяют срок службы оптических волокон. Из всего этого следует что при прокладке кабеля необходимо уделять особое внимание макроизгибам, которые могут внести значительные потери, что может ограничить длину регенерационного участка. Особо потери на макроизгибах сказываются в L-диапазоне, который является перспективным для передачи информации.
Литература
1.Дэвид Бейли, Эдвин Райт. Волоконная оптика. Теория и практика/Пер. с англ. — М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2006. — 320с.
2.P. Matthijsse, G. Kuyt, фирма Draka Comteq Fibre (Германия), Влияния изгибов оптических
волокон на их характеристики. – Наука и техника №4, 2005. — 17-22 с.
Марутин Артем Анатольевич
Магистрант кафедры «Многоканальной связи» УрТИСИ ФГОБУ «ВПО» СибГУТИ, (620000, Екатеринбург, ул. Репина, 15) тел. 8-902-44-505-64, e-mail: art91-adsl@mail.ru
Influence of angles attenuation in optical cables
A.A. Marutin
This article describes the concept of bends in the optical fiber. Conducting further research based on the loss «macrobends» the number of turns. To investigate the dependence of losses on macrobend the number of turns for different diameters macrobend Two methods were used for measuring losses: light transmission method and the method of inverse scattering.
Keywords: optic cable (OC), signal attenuation curves of optical fibers, multimode fiber, мacrobends, microbending.
340