Наименование возвратных потерь.

OTDR могут поддерживать наименование возвратных потери совместно с измерением обратного рассеяния.

Для того чтобы представить ясное и чёткое изображение состояния волоконно-оптической линии, информация об обратном рассеянии опускается, и на экране отображаются только возвратные потери ??? коэффициент отражения.

Общие возвратные потери в зависимости от длины кабеля L(в км.) можно определить :

(3)

Определим общие возвратные потери для отрезков одномодового оптоволоконного кабеля длиной 1м, 1км, 10км, и 100км, с коэффициентом ослабления 0,19 дБ/км на длине волны λ =1550 мкм

Рис.1. Расчётная зависимость ORL от дистанции

4.1.1. 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. 2. Основные типы потерь в волокне

Полное затухание определяется:

α = α _с + α _к + α _п + α _р + α _д (дБ/км) (4)

Потери на поглощении α_п 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 (5)

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 (6)

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 (7)

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. 3.

1,5

3

2

1

0,3

0,4 4

4

п

о

т

е

р

и

(дБ)

п

о

т

е

р

и

(дБ)

D

D

λ

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

NA=0,15

8

Рис.3. 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 (8)

α_λ=-10lg (9)

α_S=10lg (10)

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. 4.

α_F=-10lg дБ (11)

n₁

n

n₁

S

Рис. 4. 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

Оптические соединители, механические соединения и трещины в ОВ обычно приводят как к затуханию ,так и отражению. Затухание, в свою очередь, определяется по изменению уровня характеристики обратного рассеяния. Величина отражения (часто задаваемое как затухание отражения) определяется по амплитуде отражения, превышаемого характеристику обратного рассеяния.

- “Мёртвая зона”- это расстояние от начала отражения до точки, где затухание сигнала приемника возвращается к линии обратного рассеяния с точностью 0,5дБ.

Это соответствует точке , в которой OTDR может снова измерить затухание и потери, поскольку для этих измерений необходимо использовать характеристику обратного рассеяния.

-“Мертвая зона”- это расстояние от начала отражения до точки где происходит снижение искажения характеристики на 1,5 дБ

От вершины импульса отражения. В этой точке уже может быть идеализированно другое отражение , однако потери и затухание не могут быть измерены.

-“Мёртвая” зона известна также как разрешение по двум точкам OTDR , поскольку она определяет минимальное расстояние , на котором могут быть измерены два близко расположенных друг к другу объекта. Желательно , чтобы OTDR имея как можно более короткую “мёртвую” зону.

“Мёртвая” зона или разрешение по двум точкам

“Мёртвая” зона всегда появляется в результате отражения соединителя вначале кабеля или от любого другого отражающего объекта в лини.

-В то время, как динамический диапазон определяет максимально измеряемую длину волокна, “Мёртвая” зона определяет , насколько короткие длины кабеля или несколько близко расположенные друг к другу объекты могут быть измерены OTDR.