Р уководитель сектора телекоммуникаций Контрольно-измерительное оборудование Agilent Technologies
Листвин A.B. Листвин В.Н.
Рефлектометрия оптических волокон
Москва • 2005
ББК 32.889
Книга представляет собой пособие для инженерно-технических работников, занимающихся строительством и эксплуатацией волоконно-оптических линий связи. В ней приведены характеристики оптических импульсных рефлектометров, характеристики современных типов одномодовых оптических волокон и описаны методики измерения основных параметров волокон, определяющих качество линии связи. Четкий и понятный язык, большое количество иллюстраций и численных примеров делает ее полезной не только для опытных специалистов, но и для студентов только начинающих знакомится с этой технологией.
А. В. Листвин, В. Н. Листвин
РЕФЛЕКТОМЕТРИЯ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН Л63 – М.: ЛЕСАРарт, 2005. 208 с, ил.
Лицензия ИД № 01913 от 1 июня 2000 года
© 2005 А. В. Листвин, В. Н. Листвин
ISBN 5-902367-03-4 © 2005 Издательство «ЛЕСАРарт», оформление
О ГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ..........................................................................................................................................................................5
Предисловие авторов ........................................................................................................................................................6
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ .....................................................................................................................................................7
ПОТЕРИ СВЕТА В ОДНОМОДОВЫХ ВОЛОКНАХ ....................................................................................................7
§ 1. Типы оптических волокон .................................................................................................................................7
§ 2. Спектр оптических потерь.................................................................................................................................9
§ 3. Потери в изогнутых волокнах ...................................................................................................................... 12
§ 4. Потери в месте соединения волокон ........................................................................................................ 14
§ 5. Измерение потерь с помощью оптических тестеров........................................................................ 17
ОПТИЧЕСКИЕ ИМПУЛЬСНЫЕ РЕФЛЕКТОМЕТРЫ (OTDR) ........................................................................... 19
§ 6. Принцип действия OTDR ................................................................................................................................. 19
§ 7. Назначение OTDR ................................................................................................................................................ 21
§ 8. Типы OTDR .............................................................................................................................................................. 24
2 ................................................................................................................................................................................................. 27
ХАРАКТЕРИСТИКИ OTDR.............................................................................................................................................. 27
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ OTDR ........................................................................................................................................ 27
§ 1. Динамический диапазон.................................................................................................................................. 27
§ 2. Оценка динамического диапазона ............................................................................................................. 30
§ 3. Рабочий диапазон................................................................................................................................................ 33
§ 4. Отношение сигнал/шум................................................................................................................................... 35
§ 5. Шумы в начале рефлектограммы ............................................................................................................... 39
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАЗРЕШЕНИЕ ...................................................................................................................... 42
§ 6. Мертвые зоны для событий........................................................................................................................... 42
§ 7. Мертвые зоны по затуханию ......................................................................................................................... 44
ПРИМЕНЕНИЯ OTDR........................................................................................................................................................ 47
ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ ....................................................................................................................................................... 47
§ 1. Методика измерения длины волокна ...................................................................................................... 47
§ 2. Инструментальные ошибки .......................................................................................................................... 48
§ 3. Типичные ошибки оператора ....................................................................................................................... 49
§ 4. Методические ошибки...................................................................................................................................... 52
§ 5. Разрешающая способность при измерении длины ........................................................................... 55
§ 6. Определение места повреждения волокон............................................................................................ 57
ИЗМЕРЕНИЕ ПОТЕРЬ ...................................................................................................................................................... 60
§ 7. Измерение полных и погонных потерь ................................................................................................... 60
§ 8. Измерение потерь в сростках волокон .................................................................................................... 62
§ 9. Влияние мертвых зон........................................................................................................................................ 65
§ 10. Ошибки из-за флуктуации диаметра модового пятна .................................................................. 66
§ 11. Двухсторонний анализ рефлектограмм ............................................................................................... 68
§ 12. Измерения на двух длинах волн ............................................................................................................... 70
§ 13. Метод шлейфа .................................................................................................................................................... 72
§ 14. Применение согласующего кабеля.......................................................................................................... 74
ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ ................................................................................................. 76
§ 15. Методика измерения коэффициента отражения ............................................................................ 76
§ 16. Ошибки измерений .......................................................................................................................................... 79
§ 17. Измерение обратных потерь (ORL) ......................................................................................................... 83
ИЗМЕРЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКОН...................................................................... 86
МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЛОКОН .............................................................................................. 86
§ 1. Разрывная прочность ........................................................................................................................................ 86
§ 2. Статическая усталость...................................................................................................................................... 90
§ 3. Долговечность волокон ................................................................................................................................... 92
ИЗМЕРЕНИЕ НАТЯЖЕНИЯ ВОЛОКОН .................................................................................................................... 96
§ 4. Метод бриллюэновской рефлектометрии ............................................................................................. 96
§ 5. Бриллюэновский анализатор (BOTDA) .................................................................................................... 99
§ 6. Бриллюэновский рефлектометр (BOTDR)........................................................................................... 100
§ 7. Точность измерения натяжения волокна ........................................................................................... 102
Приложение А.................................................................................................................................................................. 106
А1. Сварные соединения волокон .................................................................................................................... 106
А.2. Ответвители 2x2............................................................................................................................................... 108
А.З. Оптические разъемы ...................................................................................................................................... 112
А.4. Оперативное подключение волокон ..................................................................................................... 116
А.5. Технология оконцовывания волокон ................................................................................................... 119
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ............................................................................................................................................................. 121
Спецификации современных моделей оптических рефлектометров .......................................... 121
Предисловие
Уважаемый читатель, перед Вами вторая книга специалистов компании "Вэлком". Она продолжает тему детального описания физических процессов в оптических волокнах, которой была посвящена первая книга, и раскрывает перед нами мир измерений физических параметров современных оптических сетей.
В настоящее время все большее внимание уделяется вопросам увеличения пропускной способности и надежности сетей передачи данных, а значит и вопросам измерения качества систем передачи. Основная доля магистральных сетей построена по
технологии волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Все большее развитие получает и технология пассивных оптических сетей PON (Passive Optical Networks). Оптика находит
применение в построении локальных вычислительных сетей и высокоскоростных сетей уровня Metro. Все перечисленные технологии предъявляют как общие, так и специфические
требования тестирования. Основным методом измерения физических параметров подобных сетей является рефлектометрия.
Данной тематике посвящено немало работ в западной и отечественной литературе. Вместе с тем, до настоящего момента существовала насущная необходимость в книге,
которая объединяла в себе вопросы проведения практических измерений и описание факторов влияющих на получение корректных результатов.
В книге подробно рассмотрены современные типы оптических рефлектометров и их основные характеристики, такие как динамический и рабочий диапазон, пространственное разрешение. Описаны основные понятия – релеевское рассеяние, мертвая зона по затуханию
и событию, приведены методики измерения длины оптической линии, потерь и коэффициента отражения, а также типичные ошибки оператора. Практическую ценность представляет раздел с описанием критериев выбора необходимого динамического
диапазона рефлектометра в зависимости от требуемого разрешения, величины потерь на
событие и общего затухания линии.
В целом, перед нами прекрасное практическое пособие, ориентированное на широкий круг специалистов и, в первую очередь на тех, кто занимается вопросами построения и эксплуатации современных оптических линий связи.
А.И. Бегишев
Р уководитель сектора телекоммуникаций Контрольно-измерительное оборудование Agilent Technologies
Предисловие авторов
Рефлектометрические измерения являются важнейшей составной частью работ, проводимых при монтаже и эксплуатации волоконно-оптических линий связи, так как с их помощью определяется качество этих линий. Цель этой книги состоит в том, чтобы рассмотреть основы теории и практики измерений основных параметров волоконно- оптических линий связи, которые в настоящее время выполняются с помощью оптических импульсных рефлектометров (OTDR). Эти вопросы обычно рассматриваются в описаниях к оптическим рефлектометрам, где основное внимание уделяется изложению методов измерений. В этой же книге акцент сделан на объяснение физики, лежащей в основе этих методов. Не все формулы, фигурирующие в тексте, строго выводятся, так как их вывод часто затрудняет восприятие материала, но зато они сопровождаются подробными комментариями.
Строительство линий связи ведется в России неослабевающим темпом, охватывая при этом новые регионы и привлекая к строительству новых специалистов зачастую мало знакомых с волоконно-оптической техникой. Как показывает опыт, наибольший интерес вызывают вопросы, связанные с проведением оптических измерений, особенно тех, которые выполняются с помощью рефлектометров. Для того чтобы разобраться в основах рефлектометрических измерений, необходимо не только понимание того, как функционирует оптический импульсный рефлектометр, но и понимание специфики распространения света в одномодовых волокнах.
Книга явилась результатом курса лекций по волоконной оптике, читавшихся в течение нескольких лет строителям оптических линий связи. Наша предыдущая книга:
«Оптические волокна для линий связи» была посвящена применению оптических волокон.
В этой же книге рассмотрена специфика оптических измерений в линиях связи. Как и предыдущая, эта книга может служить справочным пособием для специалистов, которые
хотели бы пополнить и систематизировать свои знания в волоконной оптике. Материал изложен, как мы надеемся, достаточно просто и может быть хорошим введением для тех, кто только начинает знакомиться с этой технологией. Авторы книги - сотрудники компании
«ВЭЛКОМ», представляющей на российском рынке телекоммуникационное оборудование,
волокна и кабель ведущих зарубежных и отечественных производителей.
К омпания «ВЭЛКОМ»
Тел. (495) 504-08-65, факс (495) 504-08-62
E- mail: info@velcom.ru,
http://www.velcom-t.ru
1
О СНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
В настоящее время контроль качества волоконно-оптических линий передачи осуществляется путем измерения в них потерь света. Для этих целей разработана аппаратура, позволяющая находить не только полные потери в линии (оптические тестеры), но и распределение потерь и коэффициентов отражения вдоль линии (оптические рефлектометры). В локальных линиях, учитывая их малую протяженность (1...2 км), можно ограничиться измерением полных потерь с помощью оптических тестеров. Этот метод измерения потерь является эталонным, так как в нем измеряется непосредственно доля мощности, поглощенная в волокне (метод облома волокна и метод вносимых потерь). Однако с помощью оптических тестеров можно измерить только полные потери в линии передачи и при этом необходимо еще иметь доступ одновременно к обоим концам волокна, что сложно осуществить в магистральных линиях.
В магистральных линиях стремятся, чтобы регенерационные участки линии получились максимально длинными, что позволяет уменьшить число ретрансляторов и
снизить стоимость обслуживания линии. При этом существенно возрастают требования к
надежности линии и величине потерь в ней. В этом случае недостаточно измерить полные потери в линии, а необходимо измерить еще потери в строительных длинах оптических
кабелей, в сростках волокон и в оптических разъемах. Причем проводить эти прецизионные измерения приходится в полевых условиях. В настоящее время сделать это можно только с помощью оптического импульсного рефлектометра (OTDR – Optical Time Domain Reflectometer).
Контроль величины потерь в строительных длинах оптических кабелей и в сварных соединениях волокон важен не только для минимизации полных потерь в линии, но ещё и
потому, что он позволяет, хотя и косвенно, судить о надежности линии, срок службы
которой около 25 лет. Потери могут превысить заданное значение на каком-нибудь участке линии, чаще всего, из-за избыточного натяжения волокон в кабеле, наличия дефекта в
сварном соединении волокон или сильного изгиба волокон в муфте. В этом случае нельзя быть уверенным в том, что этот участок линии не будет в дальнейшем быстро деградировать и не возникнет аварийная ситуация в результате обрыва волокон в линии. Все такие участки должны быть выявлены и исправлены ещё на стадии монтажа линии.
В этой главе мы приведем основные сведения о потерях света в одномодовых волокнах и об устройствах для измерения потерь: оптических тестерах и оптических
импульсных рефлектометрах (OTDR).
Раздел I
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 210; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!