Вимірювання втрати у ВОЛЗ
Вимірювання втрат проводяться з метою оцінки якості ВОЛЗ. У більшості випадків втрати випромінювання (а не дисперсія) є основним фактором, що обмежує довжину ретрансляційної ділянки лінії зв'язку.
В даний час розроблена та широко використовується вимірювальна апаратура, що дозволяє не тільки визначати з високою точністю величину повних втрат в лінії (мультиметри), але й розподіл втрат уздовж лінії (оптичні рефлектометри). Однак ці вимірювання, а також їх інтерпретація мають певну специфіку, властиву волоконно-оптичній техніці, і вимагають спеціального розгляду.
Повні втрати a, що вносяться лінією зв'язку довжиною L, складаються з втрат у будівельних довжинах оптичного кабелю qв Lcт, втрат у зварних з'єднаннях волокон acв і втрат у роз'ємних з'єднаннях пігтейлів на кінцях лінії aр. a(дБ) = qв L + (N +1) acв + 2 aр, (1.7) де qв — погонні втрати у волокні (дБ/км), N = L/Lcт — кількість будівельних довжин оптичних кабелів, покладених у лінію, N + 1 – число зварних з'єднань волокон у лінії, Lcт – будівельна довжина оптичного кабелю (рис. 1.12).
Мал. 1. 12. Схема розподілу втрат у ретрансляційній ділянці лінії
Найбільш високі вимоги пред'являються до величини втрат в оптичному кабелі і зварних з'єднаннях волокон (на одну будівельну довжину кабелю припадає приблизно одне зварне з'єднання). Вимоги до величини втрат у роз'ємних з'єднаннях менш жорсткі (їх треба порівнювати з повними втратами лінії). Втрати, які іноді виникають у місцях згинів волокон у пігтейлах, не враховуватимемо.
Оцінимо величину повних втрат у ретрансляційній ділянці лінії завдовжки L = 80 км (типове значення для магістральної лінії без оптичних підсилювачів). Виходитимемо з того, щобудівельна довжина оптичного кабелю дорівнює Lcт = 5 км, а величина втрат у зварних з'єднаннях не перевищує acв = 0.05 дБ (вимоги Ростелекому). Основні втрати лінії виникають через втрат у волокні, їх ми покладемо рівними q = 0.2 дБ/км на l = 1550 нм і q = 0.33 дБ/км на l = 1310 нм (типові значення). Втративши роз'ємні з'єднання покладемо рівними середньому значенню втрат у некаліброваних роз'ємах (aр = 0.3 дБ). Результати оцінок наведено у таблиці № 1.2.
При використанні високоякісного обладнання та дотримання технології монтажу повні втрати в лінії виходять близькими до їхнього номінального значення. Якщо є впевненість, що цих умов дотримано, то можна обмежитися лише вимірюванням повних втрат у лінії за допомогою мультиметра. Мультиметр значно більш простий прилад, ніж рефлектометр, та вимірювання повних втрат у лінії з його допомогою вимагають значно менше часу, ніж вимірювання розподілу втрат у лінії за допомогою рефлектометра. Такий підхід використовується для того, щоб скоротити час монтажу лінії. Однак у випадках, коли немає впевненості у тому, що всі технологічні умови дотримані, необхідно вимірювати розподіл втрат уздовж лінії зв'язку.
Таблиця № 1.2. Розподіл втрат (номінальних) у лінії зв'язку
Втрати в зварних з'єднаннях волокон
Зварювання SM волокон проводиться за допомогою автоматизованих зварювальних апаратів, що здійснюють не лише зварювання волокон, але й оцінку величини втрат у місці з'єднання волокон. Юстування та оцінка величини втрат у місці з'єднання волокон проводяться по зміщенню серцевини волокон, що дозволяє створювати зварні з'єднання з середніми втратами порядку 0.02 дБ. Ця величина можна порівняти з точністю вимірювання втрат у зварних з'єднаннях (
0.01 дБ)як за допомогою рефлектометрів, так і за допомогою мультиметрів. Тобто можна вважати, що у лабораторних умовах SM волокна зварюються майже втрат.
Такі малі втрати в зварних з'єднаннях SM волокон досягаються за умови виконання цілого ряду технологічних вимог: прецизійного налаштування режимів зварювального апарату, використання високоякісного сколювальника (середнє значення кута сколювання торця волокна 0.5°) і ретельного очищення поверхні волокон, що зварюються. Однак при роботі в полі не завжди вдається дотриматися всіх цих технологічних вимог, що призводить до виникнення різноманітних порушень якості зварного з'єднання. На рис. 1.13 наведено типові спотворення зварних з'єднань приблизно так, як вони видно на екрані зварювального апарату.
Мал. 1.13. Зразковий вигляд дефектів зварних з'єднань волокон на екрані автоматизованого зварювального апарату
Як мовилося раніше, на екран автоматизованих зварювальних апаратів виводиться як зображення волокон, а й оцінка величини втрат у зварному соединении. У більшості апаратів вона розраховується за величиною зміщення серцевини волокон, що зварюються. Однак така оцінка не враховує (як видно з рис. 1.13) недосконалості зварної сполуки, що призводить до появи надлишкових втрат. Крім того, так як у загальному випадку діаметри модових плям волокон, що зварюються, не рівні один одному, то надлишкові втрати виникають і при високій якості з'єднання волокон.
Ці втрати (aDw(дБ) = 4.34 (Dw/w)2 (1.4)) пропорційні квадрату відносної різниці діаметрів модових плям волокон, що зварюються. За міжнародним стандартом G.652 відносні варіації діаметра модової плями не перевищують 10%. Вважаючи Dw/w = 0.1, отримуємо aDw(дБ) = 0.043 дБ. Хоча ця величина іменше 0.05 дБ (вимоги Ростелекома), проте немає гарантії, що варіація діаметра волокна практично не перевищить 10 %. Тому остаточний висновок якості зварного з'єднання волокон може бути зроблений тільки після того, як будуть проведені прямі вимірювання втрат в цьому з'єднанні.
Найменших втрат у зварних з'єднаннях волокон вдається досягти при юстуванні по серцевині волокон з корекцією ексцентриситету. В цьому випадку втрати виникають в основному через нерівність діаметрів модових плям волокон, що зварюються. Допуск на діаметр модових плям у більшості провідних компаній-виробників на l=1310 нм становить ±0.5 мкм. Відповідно, у найгіршому випадку діаметри модових плям волокон, що зварюються, можуть відрізнятися на 1 мкм. Втрати при цьому становитимуть величину 0.04 дБ. Компанії Corning та Hitachi зменшили цей допуск до ± 0.4 мкм і, відповідно, знизили ці втрати до 0.025 дБ.
Допуск на діаметр модових плям ± 0.5 мкм відповідає міжнародному стандарту ITU-T G. 652, згідно з яким він не повинен перевищувати 10%. Це означає, що максимальна різниця діаметрів модових плям у волокон різних виробників не перевищує 10 % і, відповідно, втрати, що виникають через це, не перевищують 0.04 дБ. Проте в оптичний кабель, як правило, укладаються волокна якоїсь однієї виробляючої компанії. При з'єднанні будівельних довжин таких кабелів максимальна різниця діаметрів модових плям виходить значно меншою. Так, наприклад, для волокон компанії Hitachi відносна флуктуація діаметра модових плям становить величину лише близько 1 % (рис. 1.14), а втрати, що виникають через це, не перевищують 0.004 дБ.
Насправді середня величина втрат при зварюванні волокон однієї виробляючої компанії становить