УМК Специальные волоконные световоды Тема 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ КВАРЦЕВЫХ

Реклама
УМК
Специальные волоконные
световоды
Тема 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ КВАРЦЕВЫХ
ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ
Обзор основных характеристик
Определение
1
Эффект
Затухание
Затухание
[dB/km]
[dB/km]
Потери
Потериэнергии
энергии
по
всей
длине
по всей длинелинка
линка
2
Дисперсия
Дисперсия
Расширение
Расширениеимпульса
импульса
ииослабление
ослаблениесигнала
сигнала
3
Числовая
Числовая
апертура
апертура(NA)
(NA)
[-]
[-]
Потери
Потерина
насоединениях
соединениях
LED/Laser
LED/Laser
fiber
fiber
fiber

fiber
fiber  fiber
fiber
fiber
e.g.
e.g.APD*
APD*
Ограничение
Длина
Длиналинка
линка
Полоса
Полосапропускания
пропускания
&&
длина
длиналинка
линка
Характеристики
Характеристики
соединения
соединения
* Лавинный фотодиод
2
Многомодовое волокно
(Ступенчатый
индекс)
n1
n2
n1
n1 n2
Число Мод M = 0.5x(π xdxNA/λ)2
Профиль
показателя
преломления
(Ступенчатый индекс)
Примечание: ~ 680 Moд при NA = 0.2, d = 50 µm и λ = 850nm
~ 292 Moд при NA = 0.2, d = 50 µm и λ = 1300nm
3
Модовая дисперсия
(ступенчатный
индекс)
4
Меандры
Деформированные Импульсы
Тип импульса на
Источнике
Тип импульса на
Приемнике
Многомодовое волокно
(Сглаженный
индекс)
n1
n2
n1
n1 n2
Число Мод M = 0.25x(π xdxNA/λ)2
Профиль
показателя
преломления
(Сглаженный индекс)
Примечание: ~150 Moд при NA = 0.2, d = 50 µm и λ = 1300 nm
5
Модовая дисперсия в
многомодовом
волокне
Меандры
Форма импульса на
передающей стороне
6
Деформированные Импульсы
Форма импульса на
приемной стороне
Дисперсия
•
Результатом дисперсии является расширение узкого входного импульса,
который распространяется вдоль оптического волокна.
L2
L1
Входной
импульс
7
Импульс после L1
Импульс после L2
Одномодовое
волокно
n1
n2
n1
n1
Пример: n1 =1.4570 и n2 = 1.4625
n2
Профиль
показателя
преломления
(Ступенчатый индекс)
8
Волоконно-оптическая
теория
Выходной сигнал
Вносимый сингал
n1
n2
Многомод
ступенчатый
r
n1
n2
Многомод
r
градиентный
n1
n2
r
9
Одномод
Виды дисперсии
Многомодовое
волокно
Модовая
Модовая
дисперсия
дисперсия
10
Одномодовое
волокно
Хроматическая
Хроматическая
дисперсия
дисперсия
[ps/km
[ps/km**nm]
nm]
Поляризационная
Поляризационная
Модовая
Модоваядисперсия
дисперсия
PMD
PMD
[ps/√(km)]
[ps/√(km)]
PMD для одномодового оптического
волокна
Задержка
(PMD)
„медленная ось “ ny
y
x
11
„быстрая ось“ nx< n y
Затухание многомодовых волокон
Затухание [dB/km]
3.5
5.
Окно
Релеевское рассеяние (~ 1/λ 4 )
2.5
4.
Окно
SiOH-поглощение
1.5
800
12
3.
Окно
2.
Окно
1.
Окно
950
1000
1200
1240
1400
1440
1600
Длина волны [nm]
Затухание одномодовых волокон
Зависимость коэффициента затухания от длины
волны одномодового оптического волокна
13
Спектральная чувствительность
детекторов
14
Спектр излучения лазера и LED
LED
(светодиод)
Спектральная
плотность
LASER
+5 до -10дБмВт
от -15 до
-25дБмВт
60-100нм
λ
15
1-5нм
λ
Обзор различных покрытий для
волокна
Плотный буфер
Плотно прилегает; из термопластика.
Полу-плотный буфер
Воздушная прослойка в несколько
сотых долей миллиметра.
- легче снимается вторичное покрытие
- минимальные потери из-за микроизгибов
Пустотелый буфер
Воздушная прослойка в несколько
десятых долей миллиметра.
Прослойка обычно заполнена
водоотталкивающим гелем.
16
Оптическое волокно
Плотный буфер
Гелеподобный компаунд
или другой материал
Оптическое волокно
Буфер
Гелеподобный компаунд
Оптическое волокно
Пустотелый буфер
Соединения волокон
•
Существуют три 3 способа соединения оптических волокон:
– Разъемное соединение
напр. разъем
– Квази-разъемное соединение
напр. mechanical splice
– Не разъемное соединение
напр. сварное соединение
•
Какой способ использовать зависит от:
– надежности или требований к соединению
– требуемой или необходимой гибкости
– стоимости
17
Неразъемное соединение
• Принцип работы
– Очищенные и сколотые волокна совмещаются друг с
другом торцами как можно плотнее в сварочном
аппарате (по возможности без горизонтальных или
вертикальных смещений). Свариваются. Затем,
сварное соединение защищается так называемой
гильзой защиты сварного соединения.
Direction
18
Квази-разъемное соединение
– Принцип работы
• Два качественно сколотых волокна совмещаются торцами.
• Для улучшения характеристик место соединения между двумя
волокнами заполняется гелем.
• Рисунок
Гель
Волокно
19
Волокно
Разъемное соединение
• Принцип работы
– Коннектор / адаптер / коннектор
• Существует несколько типов соединений, отличающихся
способом полировки наконечника и своими
параметрами (RL, IL). Это:
• Плоский контакт
• Physical Contact (PC)
• Angled Physical Contact (APC)
20
Обзор
Criteria's
Detachable2
Quasi – Detachable
Not – Detachable
Insertion lossα
s in [dB]
0,05 <α
s < 0,75
0,1 < α
s < 0,5
0,05 <α
s < 0,2
Return lossα
R in [dB]
15 < α
R < 80
α
R < 40
α
R < 80
Mounting on field
Appropriate
Appropriate
Appropriate
Repeated disconnect and connect
Very simple, without equipment
expensive, high-quality equipment
Simple, simple equipment and
and without the need of qualified
and need of very high qualified
qualified personnel needed.
personnel
personnel.
ca. 500 - 2000Pcs. Cycles
Not
Very high
Reliability /Lifespan
Costs
• Equipment
medium
high
• Initial Installation
• Repeated disconnect and connect very low
Alignmentprincipe
Pins / sleeve (mech.)
low
high
low
high
low
high
V – groove (mech.)
Substance conclusive
Fiber contact
Immersion between
separation-surfaces
Substance conclusive
As usually a Physical Contact
2
Dependent on the Connector Type and polishing (PC,
PC
SPC
UPC
APC ( HRL)
21
SPC, UPC, APV = HRL)
Physical Contact, Return loss of approximately 30 dB, can be reached by manual polishing
Super Physical Contact, Return loss of approximately 40dB, can be reached by machine polishing
Ultra Physical Contact, Return loss of approximately 50 dB, can be reached by machine polishing
and optical testing of the fiber positioning
Angle Physical Contact (High Return Loss), Return loss of approximately 60 dB,
can be reached by machine polishing (
usualyl R. 8° Angle Polished)
Технология совмещения – Цилиндрическая
гильза
Допустимое отклонение
Материалы
Наконечник 2.4990 - 2.4995
Втулка
2.4995 - 2.5000
Наконечник железо, карбид вольфрама
Втулка
железо, карбид вольфрама
Волокно
Наконечник
22
Втулка
Наконечник
Технология совмещения - Эластичная гильза
Допустимое отклонение
Mатериалы
Наконечник 2.4985 - 2.4995 мм
Гильза
Gauge Retention Force 2.9 5.9 N
Гильза
Наконечник Керамика (Circonia)
Карбид Вольфрама
Гильза
Керамика (Circonia)
Берилливоя бронза
Волокно
Наконечник
23
Гильза
Наконечник
Новые технологии
совмещения –
V-образный канал
Материалы
V- обр. желобСиликоновая подложка
Центровщик Карбид вольфрама
Центровщик
24
Волокно V - обр. желоб
Вносимые потери внутренние
Разницей в:
Диаметра ядер
Численных
Апертура
Профилей
показателя
преломления
25
Θ
Θ
Вносимые потери Внешние
Относительное
позиционирование:
Горизонтальное
несовпадение
волокон
Осевой наклон
26
Вносимые потери внешние
Неплотное
прилегание
4% отражение на каждом конце = 0.36 dB потерь
Подготовка поверхности волокна:
Шероховатость
поверхности
Угол
27
λ /4
0.2°
Зазор между сердцевинами
–
нет физического контакта
Параметры передачи
Вносимые потери
Обратные потери
4% Отражение на каждой стороне
приводит к потерям в 0.36 dB
28
< 1.0 dB
~ 15 dB
Торцы наконечников –
Сферический контакт
Параметры передачи
радиус 5 - 12 мм
29
Вносимые потери
Обратные потери
< 0.5 dB
> 35 dB
Угловой сферический физический
контакт
Передаточные характеристики
Радиус 5 – 12мм
Угол 8 - 12°
30
Вносимое затухание < 0.3 dB
Возвртные потери > 60 dB
SC-RJ коннектор
SFF коннектор с размерами как у RJ45
Керамический наконечник -> Хорошо известный на рынке
Высокая плотность портов, примерно в 2 раза с Duplex SC
Многомодовые и одномодовые
Обратная совместимость с SC
Один тип коннектора + адаптер
Соответствие спецификациям ISO/IEC 11801 и TIA/EIA 568A
SCcompact (or SC-RJ) основан на SC коннекторе
(согласно с CECC 86265-xxx, IEC 60874-14)
Возможно соединение с SC Simplex
Типичное вносимое затухание : < 0.2dB.
31
Затухание и
мощность
0 dB
100%
3 dB
1/2
6 dB
1/2
50%
25%
Затухание
A = 10 x log (Pin / Pout)
[dB]
Расстояние [km]
32
Затухание канала
связи
Предполагаемое затухание ВО канала связи
ATT = α xL + ASxNS + ACxNC
α :
L :
AS:
NS:
AC:
NC:
33
Затухание кабеля [dB/km]
Длина кабеля km]
Затухание на соединении [dB]
Число соединений
Вносимые потери коннектора [dB]
К-во конекторов
Измерение затухания /
принципы
Передатчик
Приемник
Приемник
Передатчик
Разъем
Разъем
Измерение обратных отражений (OTDR)
OTDR
OTDR
Разъем
34
Разъем
•
Какой метод
использовать?
Измерение затухания:
– всегда при оконечивании кабелей
– для измерения затухания линка
• Измерение обратных отражений:
– когда на линке есть ВО муфты
– для кабелей длиной более 200 м
– для сложных линков
– для обнаружения повреждений
35
Принцип измерения
затухания мощности
Калибровка
Передатчик
Измерение
Передатчик
36
Значение = 100% → Затухание = 0
Приемник
Значение = x% → Затухание = y
Приемник
Принцип измерения затухания
мощности
37
Принцип измерения затухания
мощности
38
Принцип измерения затухания
мощности
39
Принцип измерения мощности
передатчика
40
Принцип измерения
принимаемой мощности
41
Optical Time Domain Reflectometer
(OTDR)
Генератор
импульсов
Источник
света
Расщепляющее
зеркало
FO
t
Измерение
задержки
Приемник
Рефлектограмма
оптический сигнал
электрический сигнал
42
OTDR измерительная
процедура
Импульс света распространяется по оптическому волноводу.
OTDR
Импульс света частично отражается на неоднородностях.
OTDR
Отраженный импульс принимается OTDR.
OTDR
43
Пример OTDR рефлектограммы
44
Типичные и стандартизованные
значения затуханий
•
•
•
•
•
•
•
Сварное соединение
Типичное:
MM:
approx. 0.05 dB
SM:
approx. 0.10 dB
В соответствии со стандартом (ISO 11801):
MM:
0.3 dB
SM:
0.3 dB
•
•
•
•
•
•
•
Разъемное соединение (IL / RL)
Типичное :
MM:
RL: 30 dB IL: approx. 0.3 dB
SM
RL: 45 dB IL: approx. 0.1 - 0.2 dB
В соответствии со стандартом (ISO 11801):
MM:
RL: 20 dB IL: 0.75 dB
SM:
RL: 35 dB IL: также как для MM
45
Скачать