Курсовая работа (т): Измерение оптической мощности и вносимых потерь оптического кабеля

при короткой длине волны некоторые фотоны поглощаются за пределами i-области фотодиода;

происходит снижение чувствительности вследствие промежуточной рекомбинации;

любые отражения от поверхности или внутри фотодиода уменьшают чувствительность.

Последний фактор очень важен, так как отражения могут создавать значительные погрешности при измерении оптической мощности и вносимых потерь. Так, чистый InGaAs имеет показатель преломления, равный 3,5, что приводит к 31% отражений, для уменьшения которых обычно используются антиотражательные, например, четвертьволновые однослойные покрытия. Они уменьшают уровень отражений до 1% в пределах ограниченного диапазона длин волн. Если такой уровень отражений необходим в более широком диапазоне длин волн, используют многослойные покрытия. Следует отметить, что в некоторых случаях наблюдается периодическая структура отражений, что приводит к возникновению трудно устранимых оптических помех.

1.3 Источники оптической мощности

Существует три разновидности источников оптической мощности:

1. Лазерный диод. Он излучает свет, спектр которого заключен в узком диапазоне 1-5нм. Такой спектр близок к монохроматическому, т.е. имеющему единственную основную (центральную) длину волны. Однако чаще всего с каждой стороны центральной длины волны имеется несколько отчетливых всплесков на дополнительных длинах волн. Лазерные диоды наиболее часто применяются для измерений протяженных одномодовых волокон с потерями, превосходящими 10 дБ. Для измерений многомодового волокна лучше использовать светодиодный источник, особенно на коротких длинах волн и при небольшой протяженности кабеля. Уровень мощности излучения источников с лазерными диодами составляет от -6 дБм до +3 дБм (в волокне). В некоторых случаях эта величина может выходить за указанные пределы, например в источниках излучения приборов, предназначенных для кабельного телевидения <#"891901.files/image002.gif">

Рис. 2.1 - Четыре главных вида внешних потерь в соединителе :

а) потери при угловом смещении;

б) потери при радиальном смещении;

в) потери при осевом смещении;

г) потери из-за френелевского рассеяния на неоднородностях

Некачественная полировка торцов волокон, а также трение, возникающее при многократном переподключении соединителей (имеющих физический контакт), может привести еще к одному типу потерь - потерь, связанных с рассеянием на микротрещинах.

Обычно суммарные потери в соединителе составляют до 0,3-0,4 дБ для одномодового и многомодового волокон. При этом, естественно, более жесткие требования предъявляются к качеству одномодового соединителя.

Таблица 2.1. - Уровни потерь, вносимых элементами волоконно-оптических систем

2.2 Общий метод измерения вносимых потерь

оптический мощность волоконный фотодиод

Процесс измерения вносимых потерь представляет два последовательно выполняемых этапа. На первом проводится калибровка, то есть измеряется эталонная мощность или мощность на входе тестируемого элемента. На втором этапе в разрыв соединения вводится тестируемый элемент и измеряется мощность на его выходе. Величину ослабления проходящего через элемент оптического излучения (то есть вносимые им потери) определяют как отношение измеренных значений мощности, выраженное в дБ.

Нужно учитывать, что разные типы элементов отличаются типом оптических входов и выходов (оптическими портами), требующим использовать различные методы измерений. Как правило, порты оптических элементов представляют собой два оконцованных коннектором оптоволоконных шнура. Однако существует множество других типов портов, из которых в настоящее время наиболее распространены порты со шнурами с оголенным волокном и прикрепленные к корпусу элементы фланцевые коннекторы. Помимо конструктивных особенностей оптические элементы отличаются и размерами оптических портов.

2.3 Методы измерения вносимых потерь

Для измерения вносимых потерь в оптической кабельной линии применяется несколько методов. В основном используется метод тестирования с использованием одной эталонной перемычки, который рекомендуется также и для тестирования оптической кабельной линии в СКС.

Метод обрыва. Этот метод применяется для измерения потерь в оптических кабелях до их прокладки и оконцевания коннекторами. Он основан на сравнении уровня мощности на выходе длинного тестируемого отрезка кабеля с уровнем, измеренным на его коротком участке, который получается путем обрыва кабеля в начале измеряемого образца [3, с.156]. Другими словами, сначала измеряется уровень P2 на выходе строительной длины кабеля. Затем волокно обрывают вблизи источника и измеряют P1 на этом коротком участке. Этот метод считается более точным, но он требует качественной подготовки торцов волокна и строгого соблюдения правил измерения.

Рис. 2.2. - Измерение потерь методом обрыва

а - измерение полных потерь в измеряемом устройстве

б - обрыв волокна вблизи источника

Место обрыва волокна

в - измерение введенной в измеряемое волокно мощности

Метод сравнения (сличения). Используется для определения потерь в кабеле. Сигнал от источника при помощи равноплечного ответвителя делится на два канала, один из которых подается непосредственно на измеритель и служит реперным уровнем, а второй вводится в оптический кабель и затем на вход того же измерителя [3, с.138]. Разница значений мощности между первым и вторым каналами дает величину потерь в кабеле. Достоинство метода - высокая точность, так как исключается влияние флуктуаций выходной мощности источника с течением времени.

Метод сопряжения волокон. Применяется для определения потерь в кабеле с числом волокон не менее трех. Источник и приемник подключаются к волокнам кабеля на одной стороне линии [3, с.119]. На другой стороне линии волокна поочередно стыкуются между собой, так что сигнал, пришедший с первой стороны по одному волокну, возвращается обратно по другому волокну этого же кабеля.

Метод легко распространить на любое количество волокон. Его преимущество заключается в проведении всех измерений с одной стороны кабеля. Для тестирования кабелей на линиях большой протяженности можно пользоваться одним комплектом приборов (источник и измеритель). Легко повторить измерения в обратном направлении. Ограниченная точность измерений этим методом обусловлена разбросом потерь на стыковке волокон с другой стороны кабеля. Поэтому метод используется при достаточной длине световодов в кабеле, когда вкладом этой погрешности можно пренебречь.

ВЫВОДЫ

Мы убедились, что роль потерь при эксплуатации оптического кабеля имеет большое значение, ведь их величина определяет способность волокон справляться с трансляцией потока передаваемой информации на необходимое расстояние, в том числе при усложнении структуры сети или увеличении скорости работы передающих систем. Знание величины потерь необходимо для контроля запаса кабельной системы на ремонт и модернизацию. При прокладке кабеля знание затухания мощности передаваемого сигнала в оптических волокнах имеет огромное значение, ведь от этого впоследствии зависит способность среды распространения света передавать сигналы без искажения на большие расстояния. Поэтому процедура тестирования кабеля после его получения с завода-изготовителя очень важна, так же как и контроль потерь при инсталляции.

Потери оптической мощности (затухание) - это уменьшение светового сигнала, распространяющегося в среде по мере увеличения пройденного расстояния, включающее в себя все потери, возникающие при передаче. Поэтому понятно, что даже небольшой выигрыш по затуханию при инсталляции кабеля приведет к значительному увеличению пропускной способности волокна, поскольку уменьшение потерь эквивалентно увеличению оптической длины кабеля, а также снижению верхней границы его полосы пропускания [2, с.185]. В предельных случаях решающую роль может приобрести даже небольшое снижение потерь, составляющее сотые доли децибел. Поэтому в высокоскоростных системах передачи точное знание затухания в кабеле и компонентах кабельной системы является определяющим для оценки его работоспособности и определения запаса оптической среды по скорости передачи и бюджету потерь. Кроме того, при расчете оптической кабельной системы, особенно в локальных сетях небольшой протяженности, необходимо точно знать влияние среды распространения сигнала на энергетические возможности приемопередающей аппаратуры, т.е. правильно оценить влияние передаваемых сигналов на приемник и передатчик.

В современном мире проблемы передачи информации, в том числе и на большие расстояния, играет достаточно существенную роль. Связано это с вопросами автоматизации общества и резким увеличением пользователей, желающих подключиться к той или иной передающей системе.

Человек прилагает массу усилий, чтобы обеспечить беспрепятственный, а главное, в достаточной степени скоростной доступ. И в этом отношении наибольших успехов достигли разработчики волоконных оптических линий связи. В литературе их можно встретить под аббревиатурой ВОЛС.

Такой процесс как построение оптических сетей <http://ezvyazok.com/svarka-optovolokna> по своей сути обеспечивают следующие особенности волоконно-оптических линий связи:

высокая несущая частота, которая составляет порядка 10 в 14 степени Гц, что позволяет обеспечить широкополосность необходимых оптических сигналов;

практически отсутствие затухания в волоконной линии, средний показатель оказывает порядка 0,25 ДБ на километр;

скорость передачи данных в идеале составляет порядка 10 в 12 степени;

практически полное отсутствие природных затуханий, а это играет существенную роль, так как перепады температур, влажности существенно влияют на состояние, как изоляции, так и возможности передачи данных;

оптические линии достаточно устойчивы к внешним помехам, что особенно актуально в городских условиях, где фон присутствует всегда, в любое время дня;

время эксплуатации нормального волоконно-оптического волокна может составлять 25, а то и 30 лет;

ВОЛС состоит из стекла, а это дает возможность монтировать оптоволоконное волокно, точнее, линии из него, можно монтировать по классическим электрическим линиям.

Не последним фактором, а может быть и основным, является тот факт, что волоконные оптические линии постоянно дешевеют.

В заключение необходимо отметить, что даже самые передовые технологии в любом случае должны монтировать и обслуживать исключительно профессионалы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.      Бейли Д. Райт Э. Волоконная оптика: теория и практика [Текст] / Д. Бейли Э. Райт - М.: КУДИЦ - ПРЕСС, 2008. - [ стр. 151-172 ]

2.      Скляров О.К. Волоконно-оптические сети и системы связи [Текст] / О. К. Скляров - СПб.: Лань, 2010. - [ стр. 165-240 ]

3.      Фриман Р. Волоконно оптические системы связи [Текст] / Р. Фриман -

М.: Техносфера, 2003.- [ стр. 103-177, 235-288 ]