Факторы и причины, вызывающие дополнительные затухания

В общем виде величина потерь в сварках может быть представлена как:

где - суммарная величина потерь в сварке;

- потери из-за осевого рассогласования модовых полей равного диаметра;

- потери из-за разницы диаметра модовых ролей;

- затухание из-за потери угловой юстировки осей ОВ;

- общие потери из-за некруглости модовых полей;

- потери из-за разницы показателей преломления.

Применение современного сварочного оборудования позволяет практически свести к нулю потери из-за осевого рассогласования (). Выясним влияние других составляющих на .

Рассмотрим потери из-за разницы диаметров модовых полей (). Изучение параметров и характеристик различных ОВ показывает, что разброс величины диаметра модового поля для длин волн = 1,3 или 1,55 мкм может составлять от 10,5 до 21,7%. Такое рассогласование приводит к появлению потерь от 0,05 до 0, 25 дБ.

Рассмотрим составляющую потерь угловой юстировки осей (), при использовании сварочных аппаратов не компенсирующих это рассогласование. Углы между осями сердцевины волокна 0,5; 1,0; 1,5 и дают приращение потерь (затухание) соответственно в 0,08; 0,34; 0,77 и 1,50 дБ. Необходимо заметить, что путем соответствующей подготовки торцов ОВ при скалывании можно уменьшить потери. При сварке необходимо обеспечить наименьший угол между плоскостями торцов волокон (не более ). В этом случае величина потерь не превысит 0,08дБ.

Составляющая () учитывает влияние некруглости модового поля. По предварительным оценкам, она не превышает 0,05 дБ.

Существенное влияние на общую величину потерь может оказывать , если ОВ имеет разброс по показателям преломления сердцевины и оболочки или если свариваются волокна, отличающиеся по показателям преломления сердцевины (при ремонте или вставке кабеля другой марки).

На рисунке 4.9 показана схема перехода излучения из сердцевины с большим показателем преломления в сердцевину с меньшим показателем преломления ().

Рисунок 4.9. Схема перехода излучения при сварном соединении ОВ

В этом случае , , и , а угол падения на границе «сердцевина-оболочка» второго ОВ. Следовательно, он не обеспечивает полного внутреннего отражения, что приводит к появлению составляющей излучения, проникающей через оболочку волокна (высветка, сопровождающаяся повышенными оптическими потерями мощности, которая усуглубляется многократным отражением луча от границы «сердцевина-оболочка» под углом ).

Из рассмотренного выше видно, что наибольший вклад в суммарную величину потерь может внести составляющая . Однако практические результаты показывают, что наибольшей и стабильной величиной являются потери из-за разницы показателей преломления.

Для точной ориентации и фиксации оптического волокна в соединителе используется специальный наконечник, от качества которого в значительной степени зависит качество оптического соединения в целом. В большинстве соединителей используются керамические наконечники. Керамика (окись циркония) имеет коэффициент теплового расширения, близкий по своему значению к коэффициенту расширения стекла, что гарантирует стабильность соединения во всем температурном диапазоне от - 40 до +. В процессе монтажа ОВ фиксируется во внутреннем отверстии наконечника.

В соединяемом состоянии торцы стыкуемых волокон прижимаются друг к другу с определенным усилием (обычно 8 - 12 Н). Возникающая эластичность деформации приводит к появлению так называемому физическому контакту (РС) и снижению Френелевского отражения. Таким образом, вносимые потери на этом соединении сравнительно малы и не зависят от климатических колебаний, что особенно важно при соединении одномодовых волокон.

Обратное отражение - это второй параметр при рассмотрении соединителей. Он обусловлен отражением луча в точке контакта ОВ. Необходимо максимально снижать его значение. Для РС-соединителей рекомендованное значение потерь на обратное отражение не менее 35 дБ. Один из способов достижения таких показателей - закругление концов волокон при калибровке (рисунок 4.10).

Уменьшение отражения при соединении двух закругленных волокон происходит по двум причинам. Во-первых, соединяемые волокна в этом случае контактируют более плотно, что уменьшает Френелевское отражение. Во-вторых, при скруглении концов волокон отсутствует обратное отражение к источнику.

Отражение обычно происходит в сторону, при этом отраженное излучение покидает волокно.

Скругляющая полировка сколов может найти применение в многомодовых системах. Например, в некоторых локальных сетях система должна обеспечить отсутствие передачи сигнала (молчание) между пакетами информации. Молчание указывает на отсутствие передачи информации по каналу и открывает возможность для передачи станцией следующего пакета. При достаточно сильном отраженном сигнале в сети ситуация может быть интерпретирована как невозможность передачи следующего пакета и работа станции будет прервана.

Другой подход к уменьшению возвратных потерь - полировка скола волонка под некоторым углом, что так же приводит к отражению света в оптическую оболочку и удалению его из волокна.

Было разработано несколько вариантов такой полировки, соответствующих различным уровням допустимых возвратных потерь:

нормальная полировка (РС) до - 30дБ;

суперполировка (super PC) до - 40 дБ;

ультраполировка (ultra PC) до - 50 дБ;

полировка под углом к оптической оси АРС (HRL - 10) более - 70дБ.

Типичные вносимые дополнительные потери сигнала для одномодового волокна - 0,2 дБ; для многомодового - 0,4 дБ. Максимально допустимые потери до 0,5 дБ для одномодового волокна и 0,6 дБ для многомодового волокна.

Рисунок 4.10. Возвратные потери при скруглении краев

В случае, когда требуется обеспечить значение обратных потерь не хуже 55 дБ, используют АРС-соединение (Angled Physical Contact). АРС-соединители имеют, так же как и РС-соединители, округлую форму торца наконечника. Основное отличие состоит в том, что контактная поверхность в данном случае имеет наклон в или от перпендикуляра (рисунок 4.11).

Рисунок 4.11. Ориентация угловых торцов АРС-соединителей

Такая конструкция обеспечивает затухание на обратном отражении не менее 60 дБ.

Эксцентриситет (неконцентричность) - один из параметров, непосредственно влияющих на величину вносимых потерь. Возможны три разновидности этого параметра:

1. несовпадение оси внутреннего отверстия в наконечнике с помощью самого наконечника;

2. смещение ОВ во внутреннем отверстии наконечника;

3. отклонение сердцевины ОВ от его оси.

Максимальное суммарное отклонение возможно в случае, когда все три отклонения складываются в одном направлении.

Рисунок 4.12. Сложение различных видов неконцентричности в наконечнике

Для компенсации негативного влияния эксцентриситета применяются различные способы регулировки (настройки) соединителей. Из существующих сегодня на мировом рынке различают две основные технологии. Первая, при так называемой «активной» регулировке - «активном центрировании» сначала определяют точное расположение сердцевины ОВ, после чего ее механически смещают как можно ближе к номинальному центру наконечника. При этом все же сохраняется некоторое остаточное отклонение (эксцентриситет). При второй технологии - «калибровке» сначала определяют квадрант, в котором расположена сердцевина ОВ, после чего наконечник определенным образом ориентируют и фиксируют в корпусе соединителя. В данном случае не применяется физическое (механическое) воздействие на ОВ.

Для первой - активной технологии необходимо, чтобы наконечник соединителя полностью или частично состоял из материала, способного мягко деформироваться. Это обеспечивает возможность продавить ОВ в сторону центральной оси наконечника.

Вторая технология регулировки имеет ряд преимуществ, прежде всего потому, что в этом случае используются стандартные наконечники. Более того, эта технология стандартизирована и используется большинством ведущих производителей оптических разъемов. Таким образом, обеспечивается совместимость основных типов представленных на рынке стандартных калиброванных разъемов. Необходимо также отметить, что в случае соединения разъема, отрегулированного по первой технологии, с разъемом, отрегулированным по второй технологии, теряется эффект и смысл самой настройки.

Для калибровки соединителей необходимо в начале вклеить ОВ в наконечник и отшлифовать торец. Далее полученный наконечник стыкуется с «эталонным» соединителем, который также называют «мастер-соединителем». Параметры «мастер-соединителя» оговорены в спецификациях IEC. Вращая изготовленный наконечник вокруг продольной оси, определяют его положение относительно эталонного, при котором достигается наименьший уровень вносимых потерь, после чего наконечник фиксируется в корпусе соединителя. Наконечник может быть вставлен в корпус соединителя в одном из четырех положений (со смещением вокруг оси на ). Таким образом, результирующее смещение сердцевины ОВ от продольной оси наконечника располагается в строго определенном квадранте торцевой поверхности (рисунок 4.13).

Рисунок 4.13. Методы настройки

а) обычный или центрированный наконечник;

б) специфицированное положение сердцевины в «мастер-соединителе»;

в) калиброванный наконечник.

Следующие диаграммы демонстрируют статическое распределение значений вносимых потерь для обычных и калиброванных соединителей при случайной стыковке, которая обычно происходит на практике (рисунок 4.14).

Рисунок 4.14. Плотность распределения значений вносимы потерь при случайных соединениях (любого с любым) по спецификации 0,5 дБ для соединителей: 1 - калиброванных; 2 - некалиброванных

В настоящее время в мире стандартизировано более 20 типов разъемных оптических соединителей. Но на практике администрации связи различных стран останавливают свой выбор лишь на нескольких типах, так как наличие в сети связи соединителей разных типов может привести к сложностям при проведении измерений, вызовет необходимость использования гибридных адаптеров. Это усложнит эксплуатацию ВОЛС.

Полный набор одномодовых и многомодовых волоконно-оптических соединительных компонентов включает в себя оптические разъемы (коннекторы), розетки (адаптеры) для стыковки разъемов, гильзы КДЗС, пигтейлы и соединительные кабели. Все изделия соответствуют международным стандартам и проходят контроль качества.

Сертификат соответствия Госкомсвязи РФ | ОС - 1 - ОК - 125

Пример вносимых потерь оптическими адаптерами

Технические характеристики оптических соединителей различных типов и разных производителей несколько отличаются, но все они лежат в определенных пределах.

Заключение

электромагнитный волокно излучение затухание

В данном дипломном проекте исследовались факторы и причины, вызывающие дополнительные затухания, а также степень их влияния на величину дополнительных затуханий. В ходе подробного анализа причин дополнительных затуханий, приведены зависимости и их количественные оценки; дана классификация причин дополнительного затухания.

Были конкретно рассмотрены внешние и внутренние причины дополнительных затуханий, а также вносимые дополнительные потери на соединениях оптических волокон.

При исследовании внешних причин дополнительных затуханий рассматривалось атмосферно-климатическое и механическое воздействие, а также влияние внешних электромагнитных полей и радиации на ОК. Подробно рассмотрено влияние разряда молнии на ОК и как следствие - явление поворота плоскости поляризации, явление двойного лучепреломления в результате эффектов Керра и Фарадея.

При исследовании механических воздействий приведены зависимости величины дополнительного затухания от радиуса изгиба, продольного растяжения, поперечного сжатия и угла осевого закручивания ОВ.

Особое внимание было уделено вопросу вносимых затуханий при соединении ОВ, так как он играет важную роль в строительстве и эксплуатации ВОЛП.

Были рассмотрены различные виды рассогласований при соединении ОВ и даны количественные оценки дополнительных затуханий для многомодовых ОВ с градиентным и ступенчатым профилем показателя преломления.

Также рассмотрены одномодовые РС- и АРС-соединители и методы настройки (калибровки) соединителей.

При подробном исследовании сварного соединения ОВ было выявлено, что наибольшую и стабильную величину составляет затухание из-за разницы показателей преломления.

В конце работы рассмотрен вопрос контроля надежности ОВ с помощью бриллюэновской рефлектометрии, которая, в отличие от обычной рефлектометрии, позволяет оценить напряжение волокна в ОК, влияющее на его надежность и долговечность.

Список литературы

1. Бутусов М.М., Верник С.М., Галкин С.Л. и др. Волоконно-оптические системы передачи: Учебник для ВУЗов под редакцией Гомзина В.Н. - М.: Радио и связь, 1992 г. - 416 с.

2. Верник С.М. и др. Оптические кабели связи: Учебное пособие для техникумов. - М.: Радио и связь, 1988 г. - 144 с.

3. Волоконно-оптические датчики: под редакцией Т. Окоси, перевод с японского - Л. Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1990 г.

4. Гриднев И.М. Волоконно-оптические линии связи: Учебное пособие для ВУЗов - 2-е изд., переработанное и дополненное. - М.: Радио и связь, 1990 г. -224 с.

5. Гроднев И.И. Эффект скрутки оптических волокон. - Электросвязь, №9, 1992 г.

6. Гроднев И.И., Срапионов В.А., Творемирова Т.А. Лазерная связь по оптическим кабелям: Учебное пособие. - М.: ВЗЭИС, 1985 г. - 56 с.

7. Дональд Дж. Стерлинг. Техническое руководство по волоконной оптике. - перевод с английского под редакцией М. Кузьмина. - «ЛОРИ», 1998 г.

8. Кауфман М., Сидман А.Г. Практическое руководство по расчетам схем в электронике: Справочник в 2 т. Перевод с английского под редакцией Покровского Ф.Н. - М.: Энергопромиздат, 1993 г. -288 с.

9. Конструкции, прокладка, соединение и защита оптических кабелей связи. МСЭ, 1994 г.

10. Мурадян А.Г. и др. Оптические кабели многоканальных линий связи. - М.: Радио и связь, 1987 г. - 200 с.

11. Орир Дж. Физика: перевод с английского, М.: Мир, 1981 г. - 288 с.

12. Ригер В., Коняев В.А. Одномодовые соединители: критерии выбора. // Вестник связи, №11, 1997 г.

13. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика: Учебное пособие - 2-е издание, переработанное - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982 г. - 496 с.

14. Соколов С.А. Эффекты Керра и Фарадея в оптическом кабеле. // Электросвязь, №3, 1996 г.

15. Спиридонов В.Н., Седух Д.А. Контроль надежности оптических кабелей. // Вестник связи, №5, 1999 г.

16. Трофимов Т.И. Курс физики: Учебное пособие для ВУЗов - 2-е издание, переработанное и дополненное - М.: Радио и связь, 1990.

17. Шаталов О.М., Стрельченко А.А. Издержки сварки оптических волокон. // Вестник связи, №3, 1997 г.

18. Шуберг М., Вильгельми Б. Введение в линейную оптику. Ч. 1. - М.: Мир, 1973 г. - 244 с.

19. Яровский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике: 3-е изд., испр. - М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. лит., 1990 г. - 624 с.

20. Каток В.Б. Волоконно-оптичнi системи зв'язку. Киiв, 1998 г. -288 с.

Размещено на Allbest.ru