X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Волоконно-оптическая линия связи предназначена для передачи информации. Основными компонентами такой линии являются: передатчик с устройством ввода излучения в волоконный световод (ВС), кабель волоконно-оптический, представляющий собой один или несколько волоконных световодов в защитных оболочках, приемник сигналов. Кроме того применяются соединители (коннекторы), предназначенные для соединения ВС между собой. Распространение света в ВС основано на явлении внутреннего полного отражения (ПВО). Это явление было известно еще в XIX веке. Первые стеклянные волокна без оболочки были изготовлены в 20-х годах прошлого столетия, однако фактически развитие волоконной оптики начинается только в 70-е годы, когда использование оболочечного слоя привело к значительному улучшению характеристик световодов. С того момента как в 1970 году в США фирмой "Кернинг Гласе" было создано оптическое волокно с ослаблением около 20 дБ/км, т. е. в 100 раз на 1 км, началось развитие волоконно-оптических линий связи [1-2].

Первоначально передача информации по волоконно-оптическим кабелям использовалась только в научно-исследовательских разработках, вскоре были проложены линии связи между автоматическими телефонными станциями в городах, а затем началось строительство междугородных и международных оптических кабельных магистралей. В последнее десятилетие массово строят морские и океанские межматериковые линии связи. С другой стороны, волоконные кабели используются также в локальных сетях связи, для объединения нескольких суперкомпьютеров в вычислительные кластерные комплексы. С развитием интерактивного видео оптические волоконные линии протянутся практически к каждому персональному компьютеру или к «интеллектуальному» телевизору.

ВС в виде жгутов и одиночных нитей применялись и раньше, однако, из-за относительно высоких потерь (>1000 дБ/км) их использование ограничивалось некогерентной передачей света на расстояния порядка метра. Резкое снижение уровня потерь дало мощный импульс к расширению областей применений ВС, а это стимулирует, в свою очередь, совершенствование технологии изготовления и разработку ВС новых типов, имеющих нужные, специально подобранные характеристики.

Основной целью данной работы является ознакомление с механизмом и основными источниками потерь в волоконно-оптических линях связи, изучение способов измерения этих потерь.

Измерения потерь проводятся в основном для оценки качества ВОЛС. Очень часто случаи потери излучения являются основным фактором, ограничивающим длину промежуточного участка линии связи.

Потери в линии связи – важнейшая характеристика, определяющая ее работоспособность. Следовательно, потери в волоконных световодах являются одними из факторов, ограничивающих дальность передачи информации без использования ретрансляторов. При типичных значениях мощности источников сигнала и чувствительности приемников по отношению к слабым сигналам в волоконно-оптических линиях связи считаются допустимыми потери 99,9% мощности.

Полные потери в волоконно-оптической линии связи складываются из:

потерь на затухание света при распространении по ВС, потерь на изгибах

потерь на соединениях световодов и на других пассивных элементах линии связи

потерь на ввод излучения в ВС

Методы измерения потерь в ВОЛС.

При производстве и эксплуатации оптического волокна необходимо вести постоянный мониторинг потерь, так как данная характеристика является одним из определяющих факторов в волоконных линиях связи, посредством которых осуществляется передача большей части информации в настоящий момент. Одним из наиболее распространенных методов измерения потерь является рефлектометрия [3]. Главной особенностью этого способа является то, что при исследовании линии связи можно получить распределение потерь по всей длине волокна. Также для исследования линий связи с помощью рефлектометра необходим всего один свободный торец волокна, что позволяет вносить минимальные изменения в оптическую линию.

Другим не менее важным методом является метод измерения пропускания света волокном, который возможно реализовать двумя способами: методом среза и методом вносимых потерь.

При измерении коэффициента затухания волокна наибольшую точность измерений дает метод среза. В этом методе тестируемый длинный отрезок волокна подключается к источнику излучения, а выходной конец волокна подключается к специальному входу приемника для не оконцованного волокна. Проводятся измерения мощности на приемнике, затем на небольшом расстоянии от передатчика осуществляется срез волокна, свободный конец короткого волокна подключается к приемнику и измеряется мощность. В этом случае условия ввода не изменяются. Кроме того, вся мощность, выходящая из свободного конца волокна, попадает на приемник. Это обеспечивает устранение погрешностей на ввод и вывод излучения. Недостатком метода среза является необходимость работы со свободным не оконцованным волокном, а также то, что нарушается целостность линии.

Избежать неудобств работы с не оконцованным волокном позволяет модифицированный метод среза [2]. В соответствии с модифицированным методом среза, измеряемое устройство соединяют с источником оптического излучения и измерителем мощности. Измеряют мощность излучения p₁ . Затем осуществляют срез соединительных волокон на расстоянии порядка 1 м от источника оптического излучения и от измерителя оптической мощности. Свободные концы волокон от источника и измерителя сваривают между собой. Измеряют мощность излучения p₀. Величина потерь, вносимых тестируемым устройством, вычисляется по формуле: . Как уже упоминалось, метод среза требует изменения длины волокна, поэтому используется в основном при измерении потерь в опытных образцах волокон и в случаях, где нарушение целостности линии допустимо. Так, более привлекательным с практической точки зрения является более простой метод измерения потерь – это метод вносимых потерь. Здесь вначале измеряется величина опорной мощности. Затем между измерителем оптической мощности и источником оптического излучения вставляется тестируемое волокно и измеряется величина прошедшей мощности.

Погрешность измерений этим методом связана с трудностью контроля потерь в местах подключения источника излучения и приемника к тестируемому устройству. Особенно большая погрешность (до 0,3 дБ) возникает при подключении с использованием разъемных соединений (коннекторов). Использование сварных соединений для подключения источника и приемника позволяет существенно (более чем на порядок) снизить погрешность измерений.

К дополнительным потерям относятся: потери на вводе и выводе излучения; потери, связанные с нарушениями геометрической формы ОВ и случайно расположенными структурными дефектами; изгибные потери; потери в соединениях строительных длин; потери, вызванные недостатками монтажа [4].

Затухание ограничивает максимальное расстояние, на которое можно передать сигнал без регенерации. Затухание ограничивает также минимальное расстояние, на которое можно передать сигнал без принятия дополнительных мер по снижению его уровня. Максимально допустимое затухание в линии определяется параметрами передающего и фотоприемного устройства.

Таким образом, при выполнении сертификационных измерений ВОЛС очень важно соблюдать правила получения эталона и тестовые процедуры при измерении оптических потерь, предусмотренные производителем тестирующего продукта. Нарушение требований по подключению тестовых перемычек, использование шнуров ненадлежащего качества и элементарная грязь на разъемных соединениях способны вносить дополнительные потери 0.5 дБ и более. Значение имеет даже время, которое прошло после включения сертификационного тестера для оптики: к тестированию можно приступать только через 10-15 минут после включения, чтобы источники прибора вышли на стабильный режим излучения. Все эти требования приводятся в инструкциях к измерительному оборудованию, их надо соблюдать.

Список литературы.

Волоконная оптика, сборник статей. М.: ВиКо, 2002.

Листвин А.В., Листвин В.Н., Швырков Д.В. Оптические волокна для линий связи. М.: ЛЕСАРарт, 2003.

Козанне А., Флере Ж., Мэтр Г., Руссо М. Оптика и связь.- М.: Мир, 1984.

Листвин В.Н., Наний О.Е. Волокно, оптическое, В сб. Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов. М.: 2010.- с.54-55.

Код для цитирования: Скопировать