.webp)
Волоконно-оптический кабель, который легче, меньше и гибче медного, может передавать сигналы с большей скоростью и на большие расстояния. Однако на производительность волоконно-оптической передачи может влиять множество факторов. Потери в волокне — незначительная проблема, и ее решение является приоритетной задачей для каждого инженера.
Свет, распространяющийся по оптическому волокну, теряет мощность с расстоянием. Потеря мощности зависит от длины волны света и от материала, из которого распространяется свет. Для кварцевого стекла наиболее сильно ослабляются более короткие длины волн (см. рис. 1). Наименьшие потери происходят на длине волны 1550 нм, которая обычно используется для передачи на большие расстояния.
Передача света по оптоволокну не является на 100% эффективной. Этому есть несколько причин, включая поглощение света сердцевиной и оболочкой (вызванное наличием примесей) и утечку света из оболочки. Когда свет отражается от границы раздела оболочка/сердцевина, он фактически проходит небольшое расстояние внутри оболочки, прежде чем отразиться обратно. Это приводит к затуханию (снижению сигнала) до 2 дБ/км для многомодового волокна . Например, при таком уровне затухания, если свет пройдет более 10 км по кабелю, до следующего конца дойдет только 10% сигнала.
Величина затухания для данного кабеля также зависит от длины волны. На рисунке 1 показан профиль затухания для двух основных типов волокна: многомодового и одномодового кабеля (подробно описанных ниже). Пик поглощения на длине волны 1000 нм обусловлен особенностями одномодового волокна, а пик на длине волны 1400 нм — следами воды, остающимися в волокне в качестве примеси. Из-за этого пика поглощения воды используются две стандартные длины волны для одномодового волокна: 1310 нм и 1550 нм. 1310 нм является стандартом уже много лет, и только сейчас наблюдается тенденция к использованию 1550 нм, вызванная необходимостью увеличения расстояний между ретрансляторами.
Потери мощности света в оптическом волокне измеряются в децибелах (дБ). В технических характеристиках оптоволоконных кабелей потери в кабеле выражаются как затухание на 1 км длины в дБ/км. Это значение умножается на общую длину оптического волокна в километрах, чтобы определить общие потери в волокне в дБ.
Потери света в оптическом волокне обусловлены рядом факторов, которые можно разделить на внешние и внутренние потери:
● Внешний
● Потери на изгиб
● Потери в местах соединения и разъемах
● Внутренний
● Потери, присущие волокну
● Потери, возникающие в процессе изготовления волокна
Рисунок 1. Рабочие длины волн оптического волокна.
● Отражение Френеля
Потери на изгибе. Потери на изгибе возникают при изгибах волоконно-оптического кабеля, радиус которых меньше минимального радиуса изгиба кабеля. Потери на изгибе также могут возникать в меньшей степени из-за таких факторов, как:
● Резкие изгибы сердцевины волокна
● Смещения в несколько миллиметров или менее, вызванные дефектами буфера или оболочки.
● Некачественная установка
Эти потери мощности света, называемые микроизгибом, могут суммироваться до значительной величины на больших расстояниях.
Потери в местах соединения и разъемах. Потери в местах соединения происходят во всех точках соединения. Механические соединения обычно имеют самые высокие потери, как правило, от 0,2 до более 1,0 дБ, в зависимости от типа соединения. Сварочные соединения имеют меньшие потери, обычно менее 0,1 дБ. Потери в 0,05 дБ или менее обычно достигаются при использовании качественного оборудования и опытной бригады сварщиков. Высокие потери могут быть обусловлены рядом факторов, в том числе:
● Плохое качество расщепления
● Несоосность волоконных сердечников
● Воздушный зазор
● Загрязнение
● Несоответствие показателей преломления
● Несоответствие диаметра сердечника — это лишь некоторые из проблем.
Потери в оптоволоконных разъемах обычно составляют от 0,25 до более 1,5 дБ и в значительной степени зависят от типа используемого разъема. К другим факторам, влияющим на потери в соединении, относятся:
● Грязь или загрязнения на разъеме (очень распространенная проблема)
● Неправильная установка разъема
● Повреждена поверхность разъема
● Плохой писец (расщепление)
● Несоответствие волоконных сердечников
● Неправильное расположение волоконных сердечников
● Несоответствие показателей преломления
Потери, присущие волокну. Потери света в волокне, которые невозможно устранить в процессе изготовления, обусловлены примесями в стекле и поглощением света на молекулярном уровне. Потери света из-за изменений оптической плотности, состава и молекулярной структуры называются рэлеевским рассеянием. Лучи света, сталкиваясь с этими изменениями и примесями, рассеиваются во многих направлениях и теряются.
Поглощение света на молекулярном уровне в волокне происходит главным образом из-за примесей в стекле, таких как молекулы воды (OH-). Проникновение молекул OH- в оптическое волокно является одним из основных факторов, способствующих увеличению затухания сигнала в волокне при старении. Молекулярное резонансное поглощение в кварцевом стекле (SiO2) также вносит свой вклад в некоторые потери света.
На рисунке 1 показано суммарное затухание в волокне из кварцевого стекла и три рабочих диапазона волокон: 850, 1310 и 1550 нм. Для передачи на большие расстояния используются диапазоны 1310 или 1550 нм. Диапазон 1550 нм имеет несколько меньшее затухание, чем 1310 нм. Связь на длине волны 850 нм распространена в системах связи на меньших расстояниях и с меньшими затратами.
Потери, возникающие в процессе изготовления волокна. Неровности в процессе производства могут привести к потере световых лучей. Например, изменение диаметра сердцевины на 0,1% может привести к потере 10 дБ на километр. Для минимизации потерь необходимо поддерживать высокую точность на протяжении всего процесса производства волокна.
Френелевское отражение. Френелевское отражение происходит на любой границе среды, где изменяется показатель преломления, в результате чего часть падающего светового луча отражается обратно в первую среду. Хорошим примером этого явления является конец волокна. Свет, распространяющийся из воздуха к сердцевине волокна, преломляется в сердцевине. Однако часть света, около 4 процентов, отражается обратно в воздух. Количество отражаемого света можно оценить, используя следующую формулу:
В месте соединения волоконно-оптического кабеля отраженный свет легко виден на графике, полученном с помощью оптического рефлектометра временной области ( OTDR ). Он проявляется в виде большого восходящего пика на графике. Этот отраженный свет может создавать проблемы при использовании лазера, поэтому его количество следует свести к минимуму.
Отражённую мощность света можно уменьшить, используя более качественные разъёмы. Разъёмы с обозначениями «PC» (физический контакт) или «APC» (угловой физический контакт) предназначены для минимизации этого отражения.
Как уменьшить потери в оптическом волокне?
Для обеспечения того, чтобы выходная мощность находилась в пределах чувствительности приемника и оставляла достаточный запас для снижения производительности со временем, крайне важно уменьшить потери в оптическом волокне. Ниже приведены некоторые распространенные подходы к проектированию и установке волоконно-оптических линий связи.
Еще ни один комментарий не опубликован.