Потери в соединениях оптических волокон

Потери в соединениях оптических волокон

Ключевые слова: сети абонентского доступа, пассивные оптические сети, волоконно-оптические кабели, соединения оптических волокон, виды потерь в соединениях оптических волокон.

В последние годы сети доступа (СД) являются наиболее динамичным сегментом телекоммуникационной отрасли. Они непосредственно связаны с предоставлением операторских услуг абонентам, поэтому СД хорошо окупаются даже в условиях неблагоприятной экономической ситуации. В отличие от транспортных сетей в СД только начинается переход на оптические технологии в фиксированной связи. Одной из наиболее популярных оптических технологий для сетей доступа является PON (Passive Optical Network) — создание разветвленной сети без активных компонентов — на пассивных оптических разветвителях. При строительстве PON сетей широко используются различные виды соединений оптических волокон (ОВ) как разъемные, так и неразъемные. Потери возникающие в процессе монтажа сети в конечном счете и определяют качество функционирования системы в целом. Однако далеко не всегда соединения оптических волокон выполняются с должным качеством. Проанализированы наиболее распространенные причины возникновения дополнительных потерь в соединениях ОВ, связанные с несоблюдением технологий монтажа соединителей, применением неисправных скалывателей ОВ, запыленностью помещения и халатностью монтажников. Показана связь между нарушениями технологии выполнения соединений и величинами дополнительных вносимых и возвратных потерь в механических соединителях ОВ. Опред елены пути снижения дополнительных потерь в некоторых типах оптических коннекторов и механических соединителях с иммерсионным гелем.

Зубилевич А.Л.,

доцент кафедры НТС МТУСИ

Колесников ВА,

доцент кафедры НТС МТУСИ

Труханов А.В.,

инженер компании ”3М Россия"

Наибольшее количество разъемных и неразъемных соединений оптических волокон (ОВ) требуется при монтаже сетей абонентского доступа построенных по наиболее популярной оптической технологии PON (Passive Optical Network).

Ее идея заключается в построении сети доступа с большой пропускной способностью при минимальных капитальных затратах. Это решение предполагает создание разветвленной сети (преимущественно древовидной топологии) без активных компонентов — на пассивных оптических разветвителях [3,4]. Информация для всех пользователей передается одновременно с временным разделением каналов от головной станции — оптического линейного терминала (OLT, Optical Line Terminal) — до оконечных оптических сетевых блоков (ONU, Optical Network Unit) [ 5 ]. Передача и прием в обоих направлениях производятся, как правило, по одному оптическому волокну, но на разных длинах волн. В прямом потоке (от абонента к станции) используют длину волны 1310 нм, а в обратном (от станции к абоненту) — 1550 нм.

При строительстве PON сетей широко используются технологии соединения оптических волокон [1] такие как: сварка оптического волокна; механические неразъемные соединения оптических волокон; разъемные соединения с помощью оптических коннекторов.

Сварка оптического волокна позволяет добиться наилучших показателей по затуханию среди всех технологий соедине-

ния оптического волокна. Механические неразъемные соединители оптических волокон хотя и вносят большие затухания в линию, являются более простой в использовании технологией, а также более дешевой. Механические соединители оптических волокон можно разделить на две категории: с прямым контактом (РС); с использованием иммерсионного геля.

Коннекторы типа РС используются внутри помещений и там, где нужно частое переподключение (кроссы). А механические соединители с гелем наоборот снаружи помещений, где не нужны частые переподключения, но нужны дешевые неразъемные соединения.

При установке механического соединителя (МС) с иммерсионным гелем при не соблюдении инструкции или при других незапланированных обстоятельствах может возникнуть воздушная прослойка. Это приведет к сильному возрастанию вносимых соединителем потерь. Неправильная форма скола или царапины на волокне также приведут к возрастанию затухания.

Основными причинами возникновения дополнительных потерь в некоторых типах соединений ОВ являются: возникновение воздушного зазора между волокнами; неправильная форма скола оптического волокна и появлении царапин; попадание частиц пыли, грязи на соединение.

Различные случаи соединения оптических волокон в МС показаны на рис. 1.

При нормальных условиях волокна находятся в физическом контакте в случае РС соединения. Воздушная прослойка — отсутствует.

РС-контакт МС с иммерсионным гелем

Р ОВ “ (j Иммерсионными гель ОВ £j| ОВ 1

Воздух Воздух Неправильный скол

Р ОВ ОВ (j “ .. 06 і S о аз

Им мерс ион» ыый гель Иммерсионными гель

Рис.1. Варианты соединения ОВ в механических соединителях

T-Comm, #8-2013

S1

В соединении с иммерсионным гелем возможна небольшая воздушная прослойка, которая заполнена этим гелем. Двумя важнейшими параметрами механических соединителей являются вносимые потери и возвратные потери.

Согласно рекомендации [2] вносимые потери в механическом соединении оптических волокон определяются как:

Таблица 1

Затухания и возвратные потери коннекторов типа РС

А =-101е

где Рвх — мощность оптического сигнала на входе соединения; Рвьк — мощность оптического сигнала на выходе соединения.

На рис. 2 изображены 4 фактора, вызывающих вносимые потери.

ров ЫРС типа БС, производства компании 3М. Вначале были измерены затухания при стандартном соединении коннекторов. Затем на коннекторы была нанесена комнатная пыль с помощью кисточки и проведены измерения вносимых и обратных потерь. Измерения проводились на длине волны в 1550 нм. Результаты! приведены! в табл. 2.

Таблица 2

Затухания и возвратные потери в коннекторах типа ЫРС при наличии частиц пыли

Рис. 2. Факторы вызывающие вносимые потери: а — зазор между волокнами; Ь — угловое рассогласование; с — радиальное рассогласование; d — различие в диаметрах модовых пятен

Оптические возвратные потери в механическом соединении (в английской аббревиатуре — 01^1.) — это отношение оптической мощности, вернувшейся назад (к источнику излучения) к мощности, введенной в систему источником [2]:

Р

= 10^-^, дБ,

Ревед

где Ротр — мощность отраженного оптического сигнала; Рввед — мощность оптического сигнала на выходе источника излучения.

Для исследования величины вносимых потерь от величины воздушной прослойки в РС коннекторах были взяты 10 коннекторов ЫРС типа БС, производства компании 3М [6]. Вначале были измерены затухания при стандартном соединении коннекторов. Измерения проводились на длине волны в 1550 нм. Далее путем неплотной фиксации коннектора в гнезде удалось добиться воздушной прослойки в 0,1мм. После чего были повторно измерены вносимые и обратные потери. Результаты измерений приведены в табл. 1.

Из таблицы 1 видно, что величина как вносимых, так и возвратных потерь с появлением воздушной прослойки возрастает критически. Наличие воздушной прослойки несовместимо с корректной работой сети.

Для исследования величины вносимых и возвратных потерь при попадании частиц грязи в РС коннекторах были взяты 10 коннекто-

№ Затухание, дБ Возвратные потери, дБ

I 0,72 -38

2 0,94 -37

3 0,87 -32

4 1,02 -27

5 1,16 -21

6 0,89 -36

7 0,95 -36

8 0,97 -27

9 1,2 -28

10 0,76 -32

Из таблицы 2 видно, что при попадании частиц грязи на соединение как возвратные, так и вносимые потери значительно возрастают. Такая величина потерь не совместима с нормальной работой сети.

Для исследования величины вносимых и возвратных потерь при попадании частиц грязи в РС неразъемных соединениях были взяты 10 механических соединителей НЬИок , производства компании 3М. Вначале были измерены затухания при стандартном соединении. Измерения проводились на длине волны в 1550 нм. Далее механические соединители были открыты, одно из волокон было вынуто и протерто спиртом, затем вынутое волокно вновь заводилось в МС, но не доводилось до контакта со вторым волокном, тем самым обеспечивалась воздушный зазор между волокнами, но на одном из волокон сохранялся иммерсионный гель. Затем повторно проводились измерения вносимых и обратных потерь. Результаты измерений приведены в табл. 3.

Вносимые потери в этом случае возрастали до величин порядка 10 дБ. Затухания такого порядка на МС не совместимы с нормальным функционированием системы.

Дефектный скол волокна может возникнуть при неисправном скалывателе, например, если его уронили. Также повреждение волокна после его скалывания может произойти, если при вводе волокна в механический соединитель его торцом задеть за край соединителя, а также, если при изъятии волокна из скалывателя задеть им за нож. Правильный и дефектный сколы ОВ приведены на рис. 3.

52

Т-Сотт, #8-2013

Таблица 3

Потери в механических соединителях с иммерсионным гелем при возникновении воздушного зазора

№ L = 0 L = 0,1 мм

Затухание, дБ Возвратные потери, дБ Затухание, дБ Возвратные потери, дБ

1 0,07 -40 9,45 -17

2 0,05 -45 8,56 -18

3 0,09 -41 9,63 -14

4 0,04 -48 7,84 -15

5 0,10 -46 8,96 -16

6 0,09 -42 9,65 -15

7 0,11 -44 8,96 -18

8 0,08 -47 9,45 -17

9 0,07 -49 8,21 -16

10 0,05 -47 9,62 -18

производства компании 3М. Одно волокно скалывалось при стандартных условиях, второе скалывалось с помощью ножниц, что приводило к дефектному сколу второго волокна. Затем повторно измерены вносимые и возвратные потери на этих соединителях. Результаты приведены в табл. 4.

Результаты последнего теста имеют очень широкий разброс по величине вносимых потерь и довольно стабильные показатели по возвратным потерям. Это говорит о том, что вносимые потери в данном эксперименте полностью зависят от качества скола второго волокна. Возвратные потери находятся на относительно низком уровне благодаря наличию иммерсионного геля.

Рис. З. Ооединения волокон при правильном и неправильных сколах

Таблица 4

Потери в МС при дефектном сколе одного из волокон

№ Затухание, дБ Возвратные потерн, дБ

1 0,32 -37

2 3,21 -35

3 2,32 -41

4 1.26 -38

5 2,8 -36

6 2,95 -32

7 6,32 -35

8 5,32 -34

9 2,58 -39

10 7,31 -37

При нормальном соединении между волокнами существует небольшой зазор, заполненный иммерсионным гелем. При соединении волокон с дефектно сколотым волокном образуется большой зазор между волокнами и это приводит к резкому возрастанию вносимых и возвратных потерь. Для исследования величины вносимых и возвратных потерь при дефектном сколе были взяты 10 МС НЫок,

Выводы

Проведен анализ измеренных величин вносимых и возвратных потерь в механических соединителях в случаях: образования воздушного зазора в PC коннекторах; попадание грязи на механическое соединение; образования воздушной прослойки в МС с иммерсионным гелем; выполнения дефектного скола волокна. Во всех случаях увеличение как вносимых, так и возвратных потерь было критичным. Такие случаи могут возникать при монтаже механических соединителей при несоблюдении технологии монтажа МС, неисправном скалывателе, сильной запыленности помещения и неаккуратности персонала.

Литература

1. Портнов Э.Л. Оптические кабели связи и пассивные компоненты волоконно-оптических линий связи. М.: Горячая линия — Телеком, 2007. — 464 с.

2. Рекомендация ITU-T L.36.

3. Рекомендация ITU-T G.983.1 (01/2005) Оптические системы широкополосного доступа, базирующиеся на пассивной оптической сети (PON).

4. Рекомендация ITU-T G.984.2 (03/2003) Пассивные волоконнооптические сети с поддержкой гигабитных скоростей передачи (GPON): Спецификация зависимого от физической среды (PMD) уровня.

5. Алексеев Е.Б. Оптические сети доступа. Учебное пособие — М: ИПК МТУСИ, 2005. — 140 с.

6. http:/solutions.3mrussia.ru.

Losses in the connections of optical fibers Zubilevich A.L., Kolesnikov VA, MTUCI, Truhkanov A.V., "3M Russia" Abstract

In recent years, the access network (AN) are the most dynamic segment of the telecommunications industry. They are directly connected with the provision of operator services to subscribers, so the Boaid is well pay off even in the conditions of the unfavorable economic situation. In contrast to the transport networks to the Board only begins the transition to optical technologies in fixed-line communications. One of the most popular optical technologies for access networks is the PON (Passive Optical Network) — the creation of an extensive network without active components — on the passive optical splitters. During the construction of the PON networks are widely used various types of connections of optic fibers (OF) as plug, and one-piece. Losses arising in the process of installation of the network ultimately determine the quality of the functioning of the system as a whole. However, not always the connection of the optical fibers are carried out with due quality. This paper analyses the most common causes of additional losses in the connections of the OF, connected with non-observance of technology of installation of connectors, the use of faulty cleavers OF, dust of the room and the negligence of the installers. Shows the relationship between violations of the technologies of connection and the additional insertion and return loss in mechanical connectors OF Identified ways to reduce further losses in some types of optical connectors and mechanical connectors with immersion gel.

Keywords: customer access networks, passive optical networks, optical fiber cables, connection of the optical fibers, the types of losses in the connections of the optical fibers.

T-Comm, #8-201З

S3