СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ОПТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ В РАЗЪЕМНОМ СОЕДИНЕНИИ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН
METHOD OF OPTICAL POWER LOSS DETERMINATION IN DETACHABLE INTERCONNECTION OF OPTICAL FIBERS

Изобретение относится к волоконно-оптической технике связи и может быть использовано для оперативного определения потерь оптической мощности в разъемных соединениях оптических волокон (ОВ), в том числе при выполнении монтажа устройств коммутации линейного тракта волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП), а также аудите состояния разъемных соединений устройств коммутации в рамках проведения планово-профилактических работ в процессе технической эксплуатации ВОЛП.
Известен рефлектометрический способ [1, 2] определения потерь оптической мощности на стыке ОВ, заключающийся в том, что на ближнем конце к ОВ подключают оптический рефлектометр обратного рассеяния во временной области и измеряют характеристику обратного рассеяния ОВ со стороны ближнего конца (условно в направлении «А→Б»), на которой снимают показания рефлектометра по потерям оптической мощности на исследуемом стыке в направлении «А→Б», затем к ОВ с противоположной стороны подключают рефлектометр, вновь измеряют характеристику обратного рассеяния, по которой снимают показания рефлектометра по потерям оптической мощности на исследуемом стыке в направлении «Б→А», после чего определяют результирующее значение потерь оптической мощности на исследуемом стыке как среднее арифметическое показаний рефлектометра в направлениях «А→Б» и «Б→А». Данный способ является универсальным и позволяет измерять указанный параметр передачи как разъемных (ОВ оконцованы волоконно-оптическими коннекторами, соединенными в волоконно-оптическом адаптере соответствующего типа), так и неразъемных (сварные соединения и стыки, выполненные с помощью механических соединителей) соединений ОВ. Однако при измерении потерь оптической мощности на стыке ОВ рефлектометрический способ требует выполнения двусторонних измерений, что увеличивает трудоемкость работ и время их выполнения. Кроме того данный способ не позволят корректно определять вносимые потери на стыках ОВ, в случае, если протяженность хотя бы одного из этой пары ОВ составляет менее 400 м [3], и в целом, учитывают максимальную разрешающую способность оптических рефлектометров обратного рассеяния во временной области, не позволяет проводить измерение потерь оптической мощности на стыке ОВ, находящемся в мертвой зоне от предыдущей неоднородности, в том числе от подключения переднего разъема рефлектометра к ОВ [1, 2]. Все это существенно ограничивает, а в ряде случаев - непосредственно исключает возможность применения рефлектометрического способа для определения потерь оптической мощности в отдельном разъемном соединении заданного порта оконечного устройства коммутации одного элементарного кабельного участка (ЭКУ) ВОЛП. В частности, при непосредственном подключении оптического рефлектометра через волоконно-оптический патчкорд к тестируемому разъемному соединению порта этого оконечного устройства коммутации для оперативного определения вносимых потерь, например, при проведении монтажа или аудита состояния портов устройств коммутации ЭКУ ВОЛП.
«А→Б»
«А-Б»
0
«А-Б»
«Б-А»
«Б-А»
0
«Б-А»
Известен способ измерения затухания на смонтированном ЭКУ ВОЛП, выполняемый с помощью комплекта оптического тестера [4-7], состоящего из источника оптического излучения и измерителя оптической мощности, заключающийся в том, что предварительно осуществляется калибровка этого комплекта, при которой выход источника оптического излучения с помощью так называемого эталонного волоконно-оптического патчкорда подключается непосредственно ко входу измерителя оптической мощности, либо и к выходу источника оптического излучения, и ко входу измерителя оптической мощности подключается по эталонному патчкорду, соединяемым через эталонный волоконно-оптический адаптер, и далее снимается опорное значение уровня мощности оптического сигнала ро, после чего источник оптического излучения без нарушения условий ввода через второй коннектор эталонного патчкорда подключается к соответствующему порту оконечного устройства коммутации с одного конца тестируемого ОВ ЭКУ ВОЛП, а измеритель оптической мощности - с другого либо через новый патчкорд при калибровке по схеме с одним эталонным патчкордом, либо через уже подключенный к лицевой розетке измерителя мощности второй эталонный патчкорд при калибровке по схеме с двумя эталонными патчкордами, далее снимается показания уровня мощности в данном направлении, например, «А→Б» р и оценивается затухание ЭКУ в данном направлении как α=р-p, после чего источник и измеритель мощности оптического излучения меняются местами, при этом эталонные патчкорды не отключаются от разъемов лицевой панели источника и измерителя, снимаются показания уровня мощности в обратном направлении «Б→А» p, также оценивается затухание ЭКУ в этом направлении α=p-p и определяется результирующее значение потерь ОВ на смонтированном ЭКУ как среднее арифметическое значений затухания в направлениях «А→Б» и «Б→А». Формально данный способ при использовании схемы калибровки с одним эталонным патчкордом может быть использован для оценивания вклада в итоговое значение потерь волоконно-оптического адаптера и второго патчкорда, а при схеме калибровки с двумя эталонными патчкордами - отдельного волоконно-оптического адаптера, либо каскадного соединения третьего и более патчкордов и соответствующего количества волоконно-оптических адаптеров. Однако данный способ также требует выполнения двусторонних измерений, что увеличивает трудоемкость работ и время их выполнения и в принципе исключает возможность проведения измерения коэффициента отражения на отдельно взятом разъемном соединении ОВ. Кроме того, как было указано выше, данный способ предназначен для выполнения измерения результирующих потерь на всем смонтированном ЭКУ ВОЛП при его паспортизации [7, 8] и не позволяет определить потери оптической мощности в отдельном разъемном соединении заданного порта смонтированного оконечного устройства коммутации ЭКУ ВОЛП.
Известен бесконтактный способ определения потерь в разъемном соединении ОВ с применением активного центрирования [9], заключающийся в том, что тестируемый коннектор помещают в управляемую автоматизированную систему прецизионного активного микропозиционирования с установленным в ней опорным волоконно-оптическим коннектором соответствующего типа на выходе опорного патчкорда, при этом вход этого опорного патчкорда соединяется с выходом Y-разветвителя, ко входу которого подключен источник оптического излучения, а второй выходной порт Y-разветвителя - непосредственно ко входу фотоприемника первого комплекта измерителя оптической мощности с выходом, соединенным непосредственно с ПЭВМ / контроллером управления, при этом ОВ, инсталлированное в волоконно-оптический коннектор, также оконцовано волоконно-оптическим разъемом соответствующего типа и подключено ко фотоприемнику второго комплекта измерителя оптической мощности, выход которого также соединен с ПЭВМ / контроллером управления, на первом этапе ПЭВМ путем сопоставления уровней мощности оптического сигнала регистрируемого первым и вторым комплектами измерителей оптической мощности осуществляет прецизионное центрирование опорного и тестируемого ОВ коннекторов с сохранением воздушного зазора между торцами феррул не менее 5 мкм, определяется значение вносимых потерь на этом соединении с зазором, после чего по соответствующей методике осуществляется пересчет полученного значения на теоретическое значение потерь для центрированного разъемного соединения этих же коннекторов, но выполненного без каких либо продольных и осевых рассогласований. Данный способ требует обязательного наличия второго волоконно-оптического коннектора на втором конце ОВ с тестируемым разъемом, что существенно ограничивает его применение для определения потерь в разъемном соединении заданного порта смонтированного оконечного устройства коммутации ЭКУ ВОЛП.
Известен способ оценивания качества разъемного соединения на основе анализа состояния торцевой поверхности феррула волоконно-оптического коннектора, заключающийся в том [10], что с помощью комплекта видеодиагностики снимается изображение торца феррула тестируемого коннектора, далее на основе соответствующей методики проводится зонирование этого изображения, например, в соответствие с ратифицированным измерительным стандартом IEC 61300-3-35 [10], на 4 области - «А» («критическая» - сердцевина), «В» (оболочка), «С» («клеевая» зона - граница оболочка/феррул) и «D» (контактная зона ферула), оценивается площадь загрязнения в пределах каждой зоны, в отдельных случаях также идентифицируется характер загрязнения (царапины, сколы, грязь и пр.), после чего на основании результатов проведенного анализа зонированного торца феррула на соответствие определенным критериям, например, регламентированным в рамках упомянутого стандарта IEC 61300-3-35 [10], делается заключение о прохождении («PASS») или, напротив, не прохождении («FAIL») этого исследуемого коннектора тест видеодиагностики. При этом данный способ не предполагает проведение оценивания непосредственно значения потерь оптической мощности в разъемном соединении ОВ, выполненном с этим волоконно-оптическим коннектором.
Известна модификация предыдущего подхода - способ определения вносимых потерь в разъемном соединении ОВ [11, 12] на основе анализа изображения торцевой поверхности феррула волоконно-оптического коннектора, заключающийся в том, что также на первом этапе с помощью комплекта видеодиагностики снимается изображение торцевой поверхности феррула, которое затем разбивается на концентрические области с интервалом не менее 2.5 мкм и далее проводится оценка весового коэффициента ограничения поля основной моды, который представляет собой отношение суммы произведений общей площади загрязнения торца феррула в пределах i-ой зоны на радиальное распределение поля основной моды к сумме произведений площади i-ой зоны на радиальное распределение поля основной моды, которое в данном способе описывается функцией Гаусса, при этом далее полученное значение весового коэффициента сопоставляется с предварительно построенной полиномиальной кривой второго порядка с эмпирически подобранными интерполяционными коэффициентами, в результате которого определяется искомое значение вносимых потерь. Однако данный способ предназначен для определения потерь на разъемном соединении только одномодовых ОВ (ООВ), что существенно ограничивает область применения способа для разъемных соединений пары ОВ другого типа.
Сущностью предлагаемого изобретения является расширение области применения, а именно возможность определения потерь оптической мощности в разъемном соединении как пары однотипных ОВ (например, пары ООВ одной действующей рекомендации ITU-T, или пары многомодовых ОВ (MOB) одной категории TIA/ISO), так и пар разнотипных ОВ (ООВ разных рекомендаций ITU-T, MOB разных категорий ISO/IEC, либо пары ООВ-МОВ / МОВ-ООВ, в зависимости от направления передачи оптического излучения с выхода источника), в том числе портов смонтированных оконечных устройства коммутации ЭКУ ВОЛП. Эта сущность достигается за счет того, что, согласно заявляемому способу определения потерь оптической мощности в разъемном соединении ОВ, предварительно создают базу данных эталонных изображений торцевой поверхности феррула волоконно-оптического коннектора заданного типа с инсталлированным ОВ соответствующего типа из заданной пары одно- или разнотипных ОВ, каждому из которых присваивается уникальный идентификатор; для каждого эталонного изображения торцевой поверхности феррула волоконно-оптического коннектора с присвоенным уникальным идентификатором определяют действительное значение вносимых потерь оптической мощности для разъемного соединения этой пары ОВ, при определении которого выполняется условие прохождения теста чистоты всей торцевой поверхности феррула второго коннектора с инсталлированным вторым ОВ из этой пары; эталонными изображениями, присвоенными им идентификаторами и значениями потерь заполняют базу данных; снимают изображение торцевой поверхности феррула тестируемого волоконно-оптического коннектора с инсталлированным ОВ, сопоставляют его с эталонными изображениями базы данных торцевых поверхностей феррула волоконно-оптического коннектора с ОВ этого же типа, находят по совокупности соответствующих критериев и признаков наиболее близкое к изображению торцевой поверхности феррула тестируемого волоконно-оптического коннектора эталонное изображение из базы данных, ставят ему в соответствие персональный идентификатор этого эталонного изображения и далее соответствующее ему искомое значение потерь оптической мощности.
Сопоставление заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ обеспечивает возможность определения потерь оптической мощности в разъемных соединениях, в том числе, портов смонтированных оконечных устройства коммутации ЭКУ ВОЛП, пары не только ООВ, но и MOB, а также разнотипных ОВ - например, ООВ-МОВ или МОВ-ООВ, ООВ неодинаковых рекомендаций ITU-T и MOB неодинаковых категорий TIA/ISO, с учетом направления передачи оптического излучения. Для этого необходимо сформировать описанную выше специализированную базу данных эталонных изображений торцевой поверхности волоконно-оптических коннекторов с инсталлированным ОВ соответствующего типа с присвоенными уникальными идентификаторами и соответствующими им значениями потерь оптической мощности. Изобретение может быть реализовано в любой вычислительной системе, например в ПЭВМ, на сервере и т.п.
ЛИТЕРАТУРА
1. Understanding OTDRs. - GN Nettest, 2000. - 70 p
2. Листвин, A.B. Рефлектометрия оптических волокон / А.В. Листвин, В.Н. Листвин. - М.: ЛЕСАРарт, 2005. - 208 с.
3. РД 45.180 - 2001. Руководящий документ отрасли. Руководство по проведению планово-профилактических и аварийно-восстановительных работ на линейно-кабельных сооружениях связи волоконно-оптической линии передачи.
4. ANSI/TIA/EIA-526-7 Optical power loss measurements of installed single-mode fiber cable plant. - OFSTP-7.
5. ANSI/TIA/EIA-526-14 A Optical power loss measurements of installed mul-timode fiber cable plant. - OFSTP-14.
6. РД 45.190 - 2001. Руководящий документ отрасли. Участок кабельный элементарный волоконно-оптической линии передачи. Типовая программа испытаний.
7. ГОСТ 53245-08. Системы кабельные структурированные. Монтаж основных узлов системы. Методы испытания, 2008 г.
8. РД 45.156 - 2000. Руководящий документ отрасли. Состав исполнительной документации на законченные строительством линейные сооружения магистральных и внутризоновых ВОЛП.
9. Patent WO2016033139 (A1), IPC Classification G01M 11/00, G02B 6/38. Non-contact method of measuring unsertion loss in optical fiber connectors using active alignment / Elkins II R.B. Sutherland J.S., Zambrano E.A., Corning Optical Comm. LLC, USA. - No WO 2015 US 46854/20150826, publication date 03.03.2016.
10. IEC 61300-3-35. International standard, fiber optic interconnecting devices and passive components. Basic test and measurement procedures.
11. Berdinskikh Т., Huang S.Y., Tkalec H., Wilson D. H., Zhang F. Standardizing cleanliness for fiber optic connectors cuts costs, improves quality // J. Global SMT & Packaging. - 2006. - 6-7 (June/July). - P. 10-12.
12. Berdinskikh Т., Huang S.Y., Hughes M., Tkalec H., Wilson D. Development of cleanliness specification for single-mode connectors with 1.25 and 2.5 mm ferrules [Электронный ресурс]: International Electronics Manufacturing Initiative. IEC Meeting, Quebec City, October 16, 2006. - Режим доступа http://thor.inemi.org/webdownload/newsroorn/Presentations/IEC_2006/Cleanliness-Specification_IEC_Oct_2006.pdf, свободный. - Загл. с экрана.