Merenja u Optickim Mrezama

7/28/2019 Merenja u Optickim Mrezama

1/31

Optiki komunikacioni sistemi Metode ispitivanja karakteristika

Centar za telekomunikacije, Fakultet tehnikih nauka 7-1

7. Metode ispitivanja karakteristika

optikih vlakana i kablova

7.1 Uvod

Merenje karakteristika optikih vlakana je od viestruke koristi proizvoaima (kojeinteresuju tehnoloki i mehaniki problemi pri proizvodnji optikih vlakana i kablova),korisnicima (koje zanima maksimalno iskorienje prenosa po optikom vlaknu) i sisteminenjerima (koji projektuju optike prenosne sisteme). Pri merenju prenosnih osobinaoptikih vlakana i kablova veoma je vana mogunost otkrivanja mesta oteenja ili prekidaoptikog vlakna.

Prema IEC-u, karakteristike optikih vlakana i kablova koje se mere podeljene su uetiri osnovne grupe:

1. Prenosne i optike karakteristike slabljenje irina propusnog opsega disperzija impulsa granina talasna duina nulta talasna duina profil indeksa prelamanja numeriki otvor (apertura)

2. Geometrijske karakteristike dimenzija jezgra i omotaa

nekoncentrinost jezgra i omotaa eliptinost geometrijske karakteristike pojedinih komponenti kabla (spoljanji prenik

optike ile, centralnog rasteretnog elementa, jezgra kabla, i kabla, kao idebljina cevice sekundarne zatite i plata, itd.)

3. Mehanike karakteristike promena slabljenja optikog vlakna pod dejstvom sile izduenja otpornost optikog kabla na udar, savijanje, pritisak i uvijanje

4. Otpornost na uticaj okoline promena slabljenja zbog promene klimatskih uslova promena slabljenja usled delovanja energetskog polja i nuklearnog zraenja propustljivost vode kod optikog kabla i slino.

Na kratkom rastojanju od mesta prodora svetlosti u optiko vlakno promena njegoveprenosne karakteristike (slabljenje, disperzija) je nelinearna funkcija rastojanja zbog irineulaznog impulsa, opadanja svetlosne snage po eksponencijalnom zakonu i razmeneenergije izmeu modova. To je tzv. prelazni reim. Kada se uspostavi "stacionarno stanje",odnosno linearna zavisnost prenosnih karateristika od duine, onda se moe govoriti odefinisanosti parametara dugih transmisionih linija, na koje ne utiu uslovi prodorasvetlosnog zraka u jezgro optikog vlakna.

Multimodna vlakna podravaju veliki broj prostiruih modova (disperziju zraka), ali

se na kraim rastojanjima javljaju i curei modovi koji remete tanost merenja. Cureadisperzija je posledica prostiranja svetlosnog snopa u mnogo pravaca. Kako se laserskisnop udaljava od izvora, fotoni koji se prostiru pod prevelikim uglom nestaju usled


2/31



refleksije i curenja na granicama optikog vlakna, tako da su na veim rasrojanjima ovimodovi u potpunosti eliminisani. Kako bi se na to kraem rastojanju postiglo"stacionarno stanje" koristi se "mea" modova, odnosno vri se pritiskanje optikogvlakna na hrapavu povrinu, ili se ono savija oko nekog profila odreenog prenika. Ovosavijanje ne treba meati sa savijanjem optikog vlakna pod kritinim uglom koje sesprovodi radi namernog izbijanja fotona iz njega i grubih oitavanja parametara svetlosnogsnopa.

Prenosne osobine optikog kabla zavise od prenosnih osobina ugraenih optikihvlakana i tehnologije kabliranja. Pri merenju karakteristika optikog kabla, uvek se dolazido golog vlakna, i koriste se metode merenja koje se ni malo ne razlikuju od onihkorienih za ispitivanje osobina samog optikog vlakna.

Kabliranje predstavlja proces nanoenja zatitnih omotaa na jedno ili vie optikihvlakana sa primarnom zatitom, kako bi se ona zatitila od delovanja spoljnih faktora(mehanikih, hemijskih i drugih uticaja). Na taj nain se utie na zadnje dve grupekarakteristika po IEC-u.

7.2 Prenosne i optike karakteristike

7.2.1 Merenje slabljenja optikog vlakna

Slabljenje svetlosne snage u optikom vlaknu rezultat je apsorpcije, rasejanja i efekatatalasovoda. Pri merenju ukupnih gubitaka prenosa signala kroz vlakno koriste se dveosnovne metode:

Tehnika odsecanja (cutback technique) - najranije korien metod, koji se zasnivana uporeivanju izmerene svetlosne snage na maloj i velikoj duini, pri istim

uslovima ulaska svetlosnog zraka u optiko vlakno. Metoda povratnog rasejanja povratno rasejanje je osobina optikog vlakna iji je

princip koji je korien kod optikog reflektometra u vremenskom domenu.

7.2.1.1 Merenje slabljenja tehnikom odsecanja

Ovo je destruktivna tehnika koja zahteva pristup na oba kraja optikog vlakna, a samproces merenja sastoji se iz dva merenja svetlosne snage.

Prvo se meri snaga na daljem kraju optikog vlakna, a onda se bez ikakve promene naulaznom kraju preseca vlakno na nekoliko metara od izvora, i ponovo se meri snaga.

Slika 7.1 Blok ema ureaja za merenje metodom odsecanja


3/31



Srednje slabljenje optikog vlakna se izraunava prema izrazu:

a = (10/L) log Pb/Pd (dB/km)

gde su Pd i Pb izmerene optike snage na daljem i blie odseenom kraju optikog vlakna,respektivno, a L - geometrijsko rastojanje izmeu mernih taaka.

Pridravanje redosleda radnji kod primene ove metode veoma je bitno, kako bi seodredila tana koliina energije uneta u optiko vlakno. Takoe je veoma vano ouvanjeistih uslova imisije svetlosnog zraka u optiko vlakno, jer to moe uticati na vrednostizmerenog slabljenja.

Vrednosti slabljenja mogu se ekstrapolirati jedino za optika vlakna u stanjuuravnoteenja, koje se postie ili metodom kontrolisanja numerikog otvora izvora, iveliine zraka, ili primenom "meaa" modova. U sluaju da je indeks prelamanja primarnezatite manji od indeksa prelamanja omotaa, "mea" modova se koristi i na poetku i nakraju optikog vlakna.

7.2.1.2 Metoda unesenih gubitaka

Kod ove metode se najpre meri svetlosna snaga P1, na izlazu iz kratkog referentnogvlakna kojim su povezani optiki izvor i merni ureaj. Posle toga sa na referentno vlakno,

preko konektora, vee ispitivano vlakno i meri njegova izlazna snaga P2. Slabljenje seizraunava prema izrazu:

a = 10 log P1/P2 (dB)

Rezultati se moraju korigovati za vrednost gubitaka na konektorima.

7.2.1.3 Metoda povratnog rasejanja

Ovo je nedestruktivna metoda, kojoj je dovoljan pristup samo jednom kraju optikogvlakna. Jedino ovom metodom se mogu pratiti promene slabljenja du celog vlakna, kao injegovo eventualno oteenje, jer je optiki reflektometar u vremenskom domenu (OTDR)u osnovi optiki radar.

Slika 7.2 Princip povratnog rasejanja

TAKARASEJANJA

GUBICI

GUBICIRASEJANJE

INCINDENTNI SNOP

OMOTA

JEZGRO


4/31



Izvor svetlosnog zraka je poluprovodniki laser velike snage koji periodino aljeimpulse u jezgro optikog vlakna, a njegov zrak usmerava se sistemom soiva i

polupropustljivim ogledalom (eng. beam splitter). Kao detektor povratnog svetlosnogsignala koristi se lavinska foto-dioda (APD), iji se izlazni signal pojaava pre dovoenjana ekran mernog ureaja. Da bi se obezbedio to bolji odnos signal/um vrednosti

povratnog svetlosnog signala se usrednjavaju.

Slika 7.3 Blok ema OTDR-a

7.2.1.3.1 Karakteristike i osobine optikih reflektometara u vremenskom domenu

Optiki reflektometar u vremenskom domenu je postao osnovni merni instrumentsvima koji se bave proizvodnjom i postavljanjem optikih kablova, kao i onima koji se

bave odravanjem optikih linija.

U reflektometru, generator impulsa kontrolie rad optikog izvora, obino je topoluprovodniki laser, koji je modulisan frekvencijom od nekoliko kHz-a (via frekvencija kraa duina koja se meri), i to se zove vreme ponavljanja ubacivanja laserskog impulsa.

Optiki izvor imituje optiki impuls u vlakno, snage od 1mW pa na vie, do 1 W, dok jeduina trajanja impulsa od 3ns do 10 ms.

Duina trajanja laserskog impulsa definie snagu signala, upravo proporcionalno. Uovom sluaju postoji fiziko ogranienje u korienoj snazi, jer moe doi do zasienja

prijemne diode. Korienje snage velikog intenziteta moe izazvati pojavu fenomenanelinearnosti. Vreme ponavljanja emisije laserskog impulsa se odabira tako da omoguujeadekvatno merenje duine.

Usmeravanje laserskog zraka koji se imituje u jezgro optikog vlakna se vri sistemomsoiva i preko Y-kaplera, odnosno preko razdelnika svetlosnog zraka. Povratni signal seodvaja od emitovanog signala direkcionim kaplerom.

Impulsnigenerator

Laserskadioda

Optikidelitelj

Optikovlakno

Optikikonektor

APD: lavinskadioda

Pojaiva

Kolo zausrednjavanje

Katodnace


5/31



Direkcioni kapler se moe izvesti na dva naina: Kapler jednake raspodele polja veliki nivo izolacije, ak do 50 dB. Izvodi se

tako to se optiko vlakno presee pod uglom od 45o i na njega se postavidelimino reflektivni sloj, zatim se preseeni krajevi ponovo spoje, a na njihovspoj se pod pravim uglom spaja tree optiko vlakno.

Razdelnik zraka sa polarizatorskim dejstvom veina razdelnika zraka zavisi odstanja polarizacije upadnog talasa, ova pojava se koristi u OTDR-u kod delenjanepolarisanog signala rasejanja od polarisanog reflektovanog zraka na bliemkraju optikog vlakna.

Kao detektor svetlosti najee se koristi lavinska foto-dioda. Primljeni signal seprosleuje u pojaava i deo za digitalizaciju. Potom se signal prosleuje u jedinicu kojavri akviziciju i usrednjavanje, odnosno postie odreeni odnos signal/um. Ovo se postierepetitivnim uzorkovanjem signala u fiksnom vremenskom razmaku, poevi od nultogtrenutka. Aritmetiko usrednjavanje uzoraka je generisano nisko-propusnim filterom ilinumerikim putem. Potom se koristi vremensko kanjenje kako bi se prelo na sledei

vremenski interval. Na taj nain usrednjiva prelazi ceo signal. Vei broj uzoraka uvremenskom razmaku uslovljava manju efektivnu snagu uma, odn. amplituda uma sesmanjuje sa kvadratnim korenom broja uzoraka.

Posle usrednjavanja signal se transformie logaritamskom funkcijom kako bi se signalkasnije prikazao na ekranu instrumenta, kao kriva povratnog rasejanja. Kriva prikazujeslabljenje, u dB, u funkciji duine, u metrima.Karakteristika optikog vlakna se definie naosnovu analize tako dobijenog povratnog signala predsavljenog na ekranu mernog ureajakrivom koja moe imati nekoliko tipinih oblika prikazanih na slici 7.4:

veliki poetni impuls, koji je rezultat Frenelove refleksije na ulaznom kraju optikogvlakna,

dugaka opadajua kriva, koja je rezultat Rejlijevog rasejanja, prevojne take, koje su izazvane nereflektivnim gubicima u optikom vlaknu (spojevi i

mehaniki uticaji koji nisu doveli do prekida vlakna, ali su doveli do njegovognaprezanja)

manji impulsi du opadajue krive, koji su rezultat manje refleksije u pojedinimtakama (oteenja i nehomogenosti materijala jezgra optikog vlakna, kvalitetnoizvedeni mehaniki spojevi i slino)

impulsi du opadajue krive i na njenom kraju, do kojih dolazi zbog Freneloverefleksije na graninoj povrini jezgro-vazduh (konektorski spojevi, i kraj optikogvlakna).


6/31



Slika 7.4 Izgled krive na ekranu OTDR-a

Slika 7.5 Tipine vrednosti refleksije od pojedinih diskontinuiteta u vlaknu

Povratni signal je rezultat Rejlijevog rasejanja svetlosnog zraka u optikom vlaknu.Kod kvalitetnih optikih vlakana rasejanje je najvei izvor gubitaka.

Srednje slabljenje izmeu dve take na rastojanjima x1 i x2 gde je x2>x1, i dato je izrazom:

asr= -10 [log PD (x2) - log PD(x1)] / 2 (x2 - x1) (dB/km)

Prednosti korienja optikog reflektometra (OTDR-a) su: metoda je nedestruktivna,


7/31



dovoljan je pristup samo jednom kraju optikog vlakna, dobijanje informacija o gubicima du celog vlakna, i mogunost otkrivanja greaka, prekida i spojeva na optikom vlaknu.

Nepovoljne strane korienja ove metode su: nemogunost merenja spektra, nemogunost kontrolisanja raspodele modova, slab povratni signal, to zahteva osetljiviji prijemnik, i

osetljivost na neuniformnost optikog vlakna.

Slika 7.6 Izgled prednje strane OTDR-a

7.2.1.4 Merenje slabljenja na mestu spoja optikih vlakana

Za merenje gubitaka na mestu spoja optikih vlakana koristi se metoda povratnograsejanja (OTDR) zbog mogunosti praenja izgleda krive na mestu spoja. Ovakva merenjase izvode u fabrikama i na terenu.

Fabrika merenja i merenja na terenu se izvode istom opremom te su rezultati vrloslini. Odstupanja u vrednostima koja se mogu izmeriti u fabrikama i na ternu su zbograzliitih prateih uslova merenja. Fabrika merenja se odlikuju velikom ponovljivourezultata, jer su ulazni i izlazni krajevi optikih vlakana koja se spajaju fiksirani za vreme i

posle merenja, pored toga pri fabrikim merenjima u svakom momentu su dostupna obakraja za dodatna merenja. Na terenu se posle spajanja optika vlakna pakuju u spojnice,a esto je onemoguen pristup daljem kraju merenog vlakna te je nemogue izvritidodatna merenja.

Pri merenju slabljenja na spoju postoji mogunost pojave negativnog slabljenja. Ovoje uslovljeno spajanjem dva vlakna ija su jezgra razliitih dimenzija (obe su udozvoljanim granicama). Za odreivanje to tanije vrednosti na spoju neophodno jeizvriti merenje istog spoja sa druge strane vlakna, a vrednost slabljenja na spoju seizraunava kao srednja vrednost izmerena sa oba kraja vlakna.


8/31



Slika 7.7 Izgled krive na ekranu OTDR-a i izgled vlakana pri negativnom slabljenju

7.2.2 Otkrivanje oteenja optikog vlakna

7.2.2.1 Otkrivanje oteenja optikog vlakna primenom OTDR merenja

Najvanija primena merenja OTDR metodom su otkrivanje i lokalizacija oteenja iprekida optikog vlakna. Tanost lociranja greke na kraim rastojanjima (do 300m) zavisiod primenjene irine ulaznog impulsa (odnosno od duine nelinearnog dela kriveslabljenja) i rezolucije, a na veim duinama zavisi od tanosti odreivanja brzine

prostiranja svetlosti kroz optiko vlakno tj. od tanosti unapred odreenog indeksaprelamanja (mogua greka je oko 1%), i tanosti instrumenta . Duina neprekinutog delaoptikog vlakna (L) data je izrazom:

L = (c t) / (2 n1)

gde je t - vremenska razlika izmeu ulaznog impulsa i impulsa odbijenog od mestaoteenja ili prekida vlakna, n1 - indeks prelamanja jezgra optikog vlakna, i c - brzina

prostiranja svetlosti u vakuumu.

Pri merenju u takama koje su prikazane Frenelovim impulsom ili prevojnom takomna krivoj, dodatni problem moe predstavljati bliski (do 10m) izvor poveanog slabljenja,

jer je on maskiran ranijim prikazom na krivoj slabljenja. Na krivoj se to vidi kao jedanizvor, a u stvari ih je dva ili vie na kratkom rastojanju.

Problem se javlja ako je mesto oteenja ili prekida neravna povrina pa ne reflektujedovoljno snage, te ne postoji uoljiv impuls na ulaznom kraju optikog vlakna, nego sekritino mesto odreuje prema prestanku povratnog signala, to je veoma nesigurno. Ova

nesigurnost je izraena pri ispitivanju veoma dugih vlakana (zbog veeg slabljenjaintenziteta reflektovanog signala).

Obzirom da je Rejlijevo rasejanje u funkciji talasne duine koriene svetlosti,pojedine take gde dolazi do lokalnog slabljenja su neprimetne prikorienju talasne duine1310 nm, dok su veoma uoljive pri korienju talasne duine 1550 nm.

ON1 i ON2: numeriki otvori uz ON1 ON2

ON1 ON2

NEGATIVNO

SLABLJENJE

1 2

2-1

1-2

ai i ai su slabljenja na spojevima

a1

a1

a2

a2

a3

a3

1 2

a1 + a1

2A1 =

a2 + a2

2

A2 =

a3 + a3

2A3 =


9/31



Slika 7.8 Zavisnost lokalnog poveanja slabljenja od talasne duine merenja

Takoe, OTDR nije mogue primeniti u nelineranim sredinama, odnosno nadeonicama na kojima su prisutne repetitorske laserske diode ili u sluajevima kadasvetlosni fluks premauje optiki kapacitet kabla (WDM).

7.2.3 Merenje irine propusnog opsega optikog vlakna

Svetlosni impulsi se proiruju i izobliuju kretanjem kroz optiko vlakno zbogdelovanja modalne i hromatske (materijalne i talasovodne) disperzije. Ovo proirenjeimpulsa, tzv. disperzija, dovodi do intersimbolske interferencije. Stepen irenja impulsaodreuje informacioni kapacitet maksimalni digitalni protok, pri emu se ovaj kapacitetobino izraava proizvodom irine propusnog opsega i duine.

Totalna disperzija u optikom vlaknu ima dva glavna izvora: modalnu i hromatskudisperziju. Hromatska disperzija se sastoji od: materijalne i talasovodne (profilne)disperzije.

Modalna disperzija predstavlja vremensko pomeranje istovremeno emitovanihimpulsa koji se prostiru razliitim modovima kroz vlakno. U multimodnim vlaknimadominantan je tip modalne disperzije, jer kanjenja pojedinih talasa (modova) u optikomvlaknu imaju vee vrednosti nego hromatska disperzija.

Hromatska disperzija je dominantan tip u monomodnim vlaknima u kojima se prostiresamo jedan mod, te nema modalne disperzije. Do materijalne disperzije dolazi zbogoptikog izvora, koji emituje svetlost irine nekoliko nm. Iako se kroz vlakno prostire samo

jedan mod, u stvari se prostire nekoliko podmodova. Vremensko pomeranje izmeupodmodova definie materijalnu disperziju. Talasovodna disperzija izazvana je

promenom profila indeksa prelamanja za razliite talasne duine. Na taj nain dolazi dorazliite raspodele energije osnovnog moda u jezgru i omotau vlakna, odn. do pojavepodmodova. Ova pojava dovodi do vremenskog pomeranja podmodova i dovodi dodisperzije.


10/31



Slika 7.9 Krive disperzije

Slika 7.10 Talasovodna disperzija

Multimodno optiko vlakno skokovitog indeksa prelamanja ima irinu propusnog

opsega oko 20 MHzxkm, vlakno gradijentnog indeksa 1 GHzxkm, a monomodna vlaknaoko 100 GHzxkm. Sa poboljanjem tehnologije izrade optikih vlakana i optikihkarakteristika vlakana, irina propusnog opsega se poveava tako da u bliskoj budunostimoemo oekivati mnogo vee vrednosti.

Kako bi se dobila tana predstava o izmerenoj irini propusnog opsega potrebno jedefinisati uslove merenja - korien izvor i geometrijske uslove imisije svetlosnog zraka uvlakno, talasnu duinu na kojoj radi izvor, itd.

Merenje irine propusnog opsega treba da ispuni dva zadatka: da odredi brojnu vrednost disperzije koja e postojati pri realnim uslovima

primene, kako bi se mogao projektovati sistem, i

da se dobije potpuna informacija o irenju i meanju svetlosnih zraka.

Merni ureaj koji se koristi mora da ima razliite karakteristike i mogunosti zavisnood optike veze koja se testira, jer ona odreuje koliki treba da bude amplitudski ifrekventni opseg, odnosno domet ureaja.

7.2.3.1 Merenje disperzije u vremenskom domenu

7.2.3.1.1 Tehnika direktne detekcije

Najlaki nain merenja disperzije impulsa u testiranom optikom vlaknu je slanjekratkog svetlosnog signala (oko 100 ps) sa jedne strane, i merenje irine proirenog


11/31



izlaznog impulsa na drugom kraju. Za monomodna vlakna se koriste veoma brzi detektori,dok se za multimodna vlakna koriste detektori ije su vremenske rezolucije samo reda ns.

Ako se nekom impulsu, koji se prostire du vlakna odreene duine, izmeri disperzijai podeli duinom, dobije se direktno vrednost irenja impulsa u ns/km.

Slika 7.11 Disperzija signala koji se kree kroz optiko vlakno

Pretpostavlja se da impulsni odziv optikog vlakna i ulazni impuls imaju Gausovoblik, tako da se onda irina propusnog opsega izraunava prema trajanju impulsa uvremenskom domenu prema izrazu

B = 0,44 / timp (Hz)

gde je timp vreme odziva vlakna (koje je direktno srazmerno varijansi, tj. efektivnoj irini,impulsnog odziva) za signal koji proe kroz optiko vlakno izraunava se prema izrazu:

22

21 tttimp += (ns)

gde su t1 i t2 irine impulsa ulaznog i izlaznog signala u optiko vlakno merene na polovinimaksimalne amplitude impulsa, respektivno.

Kod ostalih prenosnih sistema koji se ne ponaaju po Gausovom zakonu bilo bipotrebno izvriti konverziju izlaznog i ulaznog impulsa iz vremenskog u frekventni domenFurijeovom transformacijom. Njihovim delenjem dobila bi se prenosna funkcija, koja usebi sadri informaciju o propusnom opsegu.

Najvei nedostatak tehnike direktne detekcije je inertnost fotodetektora, pa se ovomtehnikom mere samo veoma duga vlakna. Sa druge strane, poto irenje impulsa zavisi i odmeanja modova i od slabljenja, koji opet zavise od duine, ne moe se ekstrapolirativrednost disperzije za neku duinu na osnovu vrednosti disperzije za neku drugu duinuoptikog vlakna, tako da se ovom metodom disperzija za vlakna razliite duine trebameriti za svako vlakno ponaosob.

7.2.3.1.2 Metoda kliznog impulsa (viestruke refleksije)

Kako bi se prevazili nedostaci prethodne tehnike razvijen je sistem kliznog impulsa(shuttle pulse).

Krajevi optikog vlakna se naslanjaju na delimino reflektujua ogledala, izmeukojih svetlosni zrak ubaen u vlakno ''klizi'' napred-nazad (svaki put se deo energijereflektuje od odgovarajueg ogledala). Uzorak impulsa se moe uzeti na kraju optikog


12/31



vlakna posle svakih 2N-1 prolazaka, gde je N=1,2,..... . Disperzija se meri tako to seuporeuje irina impulsa koji se uzimaju posle svakog "kruga" odbijanja unutar vlakna.Princip rada je prikazan na slici 7.13.

Broj klizeih impulsa N koji se mogu izmeriti zavisi od amplitudskog (dinamikog)

opsega sistema D. Vai :MIN

MAX

P

PD

2

1log10= gde je P1MAX maksimalna snaga koja se moe

imitovati u vlakno, a P2MIN minimalna snaga koja se moe detektovati fotodetektorom.

Slika 7.12 Blok ema ureaja za merenje disperzije optikog vlakna metodom kliznog impulsa

Slika 7.13 Princip merenja disperzije optikog vlakna metodom kliznog impulsa


13/31



7.2.3.2 Merenje disperzije u frekventnom domenu

Merenje disperzije u frekventom domenu korisno je sistem inenjerima koji projektujui proizvode korisniku opremu.

Za merenje irine propusnog opsega, odnosno disperzije optikog vlakna, postojinekoliko metoda.

Sinusoidalnom modulacijom kontinualnog svetlosnog zraka oko odreenog nivoa nemoe se meriti promena faze sinusoidalno modulisanog signala, osim ako to nije ekstremnisluaj fazne distorzije, ali se zato informacioni kapacitet moe dobiti iz modula prenosnefunkcije. Prenosna funkcija optikog vlakna data je izrazom

H (f) = Piz (f) / Pul (f)gde su Piz i Pul - snage izlaznog i ulaznog optikog signala, respektivno, koje se mere zarazliite frekvencije.

S obzirom da se optika vlakna ponaaju kao nisko-frekventni filter, irina propusnogopsega B odreuje se kao uestanost pri kojoj amplituda signala opadne za 3 dB, odnosnoopadne na polovinu svoje nominalne (jednosmerne, tj. za f= 0) vrednosti. Sa slike 7.14 sevidi da je B = fB.

Treba voditi rauna da padu amplitude optike snage od 3 dB odgovara pad amplitudeelektrine snage za 6 dB, gledano u odnosu na graninu uestanost.

Slika 7.14 Promena amplitude signala pri prolasku kroz optiko vlakno

Prednosti merenja disperzije u frekventnom domenu su: prenosna funkcija optikog vlakna moe se dobiti direktno, bez Furijeove

transformacije podataka dobijenih u vremenskom domenu nije potrebna linearnost fotodetektora preko celog opsega, zbog malog signala

modulacije oko konstantnog nivoa

lake je sinusoidalno modulisati optiki izvor na viim uestanostima, nego napravitiseriju uskih impulsa.

7.2.3.3 Merenje hromatske disperzije

U sluaju optikog vlakna malog propusnog opsega ili u sluaju primene LED diodekao izvora svetlosnog zraenja (koja ima iroki spektar zraenja), uticaj hromatskedisperzije ne moe se zanemariti, pa je za njeno merenje predloeno nekoliko metoda.

Najee primenjivan metod (tehnika direktne detekcije) koristi slanje impulsamonohromatskog svetla razliitih talasnih duina i beleenje razlika trenutaka njihovogstizanja na drugi kraj vlakna. U sluaju upotrebe razliitih izvora, treba ouvati usloveemisije svetlosnog zraka u optiko vlakno.


14/31



Od skoro se primenjuje veoma jednostavna tehnika sa svetlosnim izvorom irokogspektra (LED dioda) koji se sinusno modulie. Ova metoda merenja je poznata kao tehnikaduple demodulacije. Fazna pomeranja do kojih dolazi izmeu razliitih talasnih duinaodabiraju se monohromatorom i mere. Odgovarajua vremenska kanjenja seobraunavaju, a rezultati su veoma precizni, reda nekoliko pikosekundi.

Slika 7.15 Izmerena kriva vrednosti hromatske disperzije

Slika 7.16 Instrument za merenje hromatske disperzije


15/31



7.2.3.4 Merenje modalne polarizacione disperzije

DWDM i 10 Gb/s transmisioni sistemi uinili su modalnu polarizacionu disperziju(PMD) veoma znaajnim paramertrom u industriji opikih vlakana. PMD dominira naddrugim oblicima disperzije pri velikim brzinama komunikacije. U 40 Gb/s sistemima, kaoto je metro, najvaniji parametar optikog vlakna postaje upravo PMD. Odrivanje PMD-

a takoe je veoma bitno u sluajevima kada se postojei optiki kablovi ele koristiti zasisteme sa velikim bitskim brzinama jer pre 1994 proizvoai nisu merili i deklarisaliPMD. Tolerancije kanjenja za 10 Gb/s mreu su tipino 10 ps, a za 40 Gb/s, 2,5 ps.

Postoji nekoliko mernih metoda za odreivanje modalne polarizacione disperzije:

1. Interferometrijski metod (vremenski domen).

2. Merenja impulsnog kanjenja (vremenski domen).

3. RF spektralni odziv (vremenski domen)

4. Metod faznog pomeranja (vremenski domen)

Ove metode su iste kao i kod merenja ostalih oblika disperzije. Nepovoljne su zbogmale rezolucije i ogranienog ospega.

5. Metod fiksnog analizatora (frekvencijski domen). Ovo je prva metoda razvijenaiskljuivo za merenje PMD-a. Zasniva se na analizi transmisionog spektra merenog

pomou analizatora smetenog na izlaz vlakna koje se testira. Ako se upotrebiOTDR mogue je sva merenja obaviti sa jednog kraja kabla. Postoje dve

podvarijante ove metode koje koriste P-OTDR:

skeniranje talasnih duina, za koje se koristi kombinacija podeljivoglasera sa kontinualnim opsegom talasnih duina i mera svetlosne snage.Rezultat mernja je izlazna snaga u funkciji rastojanja i talasne duine zasvaku od ravni polarizacije.

Slika 7.17 Realizacije metode fiksnog analizatora skeniranjem talasnih duina pomou P-OTDR-a

merenje statistike stepena polarizacije, za koju se koristi kombinacijaimpulsnog irokopojasnog lasera i optikog spektroanalizatora. PMD seodreuje indirektno merenjem duine uparivanja h (minimalna duina nakojoj dolazi do meanja modova).


16/31



Slika 7.18 Realizacija metode fiksnog analizatora odreivanjem statistike stepena polarizacije P-OTDR-om

PMD se dobija iz formule

hL

LPMD

/

=

gde je koeficijent bi-refrakcije (relativno kanjenje izmeu najbreg i najsporijegpolarizacionog moda), a L rastojanje. Kada je h malo, postoji znaajno meanje modova iPMD je proporcionalno kvadratnom korenu od L. Kada je h veoma veliko, smanjeno jeuparivanje izmeu brzih i sporih modova i PMD se poveava linearno sa rastojanjem L.

Mane ove metode su dug interval merenja, kompleksna merna oprema i potreba za OTDR-om veoma velike prostorne rezolucije

6. Donsova matrina analiza sopstvenih vrednosti (Jones Matrix Eigenanalysis- JME) (frekvencijski domen). Koristi podeljivi laser za generisanje klizne talasne duine i

polarizator. Omoguuje merenja u femtosekundskom opsegu. Nedostataci su u zametnojobradi podataka i osetljivosti na mehanike uticaje (vibracije), zbog ega merenja odnekoliko desetina minuta mogu biti nepouzdana i njihove rezultate treba obazrivointerpretirati.

7. Generalizovana Poinkareova sferna analiza (Generalized Poincar Sphere Analysis -GPSA), (frekvencijski domen) koja se bazira na polarizacionoj interferometriji i daleko jerobusnija od JME. TIA, ITU i IEC priznaju GPSA kao ekvivalent JME metode. Moguemerenje na svim talasnim duinama istovremeno, to skrauje vreme pojedinane PMDanalize na svega nekoliko sekundi.

Od najveeg znaaja su Donsonova matrina analiza (JME) i Generalizovana

Poinkareova analiza (GPSA), jer one jedine daju prihvatljive rezultate u femtosekunskomopsegu. Pri tome je GPSA daleko pouzdanija i rezultati merenja imaju veu ponovljivost.

7.2.4 Merenje granine talasne duine monomodnog optikog vlakna

Granina talasna duina (cutoff) predstavlja minimalnu talasnu duinu svetlosti prikojoj se kroz monomodno optiko vlakno prostire samo jedan mod. Ukoliko je talasnaduina primenjene svetlosti ispod vrednosti granine talasne duine, onda se kroz optikovlakno moe prostirati vie modova, a ako je iznad nje, onda se prostire samo jedan mod.


17/31



Odreivanje granine talasne duine zasniva se na injenici da se slabljenje viihmodova naglo poveava sa smanjenjem prenika savijanja optikog vlakna, dok je

promena slabljenja aksijalnog moda (moda koji se prostire du ose vlakna) zanemarljiva.To bitno utie na promenu vrednosti podunog slabljenja.

Odreivanje granine talasne duine prema CCITT preporuci G.652 zasniva se namerenju spektralnog slabljenja svetlosnog zraka.

7.2.4.1 Merenje granine talasne duine metodom savijanja

Svetlosni zrak se iz izvora "bele" svetlosti proputa kroz podesivi monohromator kakobi se postigla spektralna irina zraka do 10 nm (na polovini amplitude impulsa svetlosnogzraka). Merenje se obavlja na komadu vlakna duine 2m sa krunim zavojkom

poluprenika krivine 140mm (mernom vlaknu), tako to se snaga na izlazu P1() snima ufunkciji talasne duine u dovoljno irokom opsegu oko oekivane granine talasne duine.U nastavku merenja dodaje se jo jedan komad monomodnog optikog vlakna (testvlakno), koji obrazuje novu petlju najveeg poluprenika 30 mm, i postavlja se iza

prethodno ispitanog komada optikog vlakna. Ova petlja postavlja se radi eliminisanjaprostiranja viih modova. Zatim se meri izlaznasnaga P2(), na isti nain kao i P1().

Slika 7.19 Merenje spektralnog slabljenja

Dodatno slabljenje usled uvoenja nove petlje, tj. odnos prethodno izmerenih izlaznihsnaga, dato je izrazom:

R (l) = 10 log [P1(l)/P2(l)]

gde su P1(l) i P2(l) snage izmerene kada postoji samo prva petlja (pored osnovnog postoje ineki nii modovi), odnosno obe petlje (postoji samo osnovni mod), respektivno.

Granina talasna duina prema definiciji CCITT je ona talasna duina pri kojoj odnossnaga P1() / P2() iznosi 0,1 dB.


18/31



Slika 7.20 Odreivanje granine talasne duine

7.2.5 Merenje nulte talasne duine optikog vlakna

Nulta talasna duina predstavlja onu talasnu duinu pri kojoj je hromatska disperzijajednaka nuli. Moe se meriti istovremeno kad i hromatska disperzija (slika 7.15.). Ovajparametar prenosa je od velike pomoi projektantima i proizvoaima korisnike opreme

pri odreivanju tipa emisione diode, kako bi se disperzije smanjila u to veoj moguojmeri.

7.2.6 Merenje profila indeksa prelamanja optikog vlakna

Pri odreivanju irine propusnog opsega multimodnog optikog vlakna bitnu uloguigra profil indeksa prelamanja. Promena njegove vrednosti moe se meriti i na samomvlaknu i na pretformi (pripremljenom materijalu pre samog izvlaenja vlakna). Postoji viemetoda za merenje profila indeksa prelamanja optikog vlakna: interferometrijski metod poprenog preseka interferometrijski metod uzdunog preseka metod fokusiranja metod skeniranja bliskog polja

metod prelamanja zraka na bliem kraju vlakna metod refleksije na daljem kraju vlakna metod rasejanja

7.2.6.1 Interferometrijski metod poprenog preseka

Ova metoda zahteva isecanje tankog krunog uzorka vlakna ili pretforme koji morabiti uglaan, ravan i veoma precizno izrezan. Svetlost koja se emituje normalno na

povrinu poprenog preseka i prolazi kroz ovaj uzorak se fazno pomera (rezultat debljineuzorka i njegovog indeksa prelamanja) i na izlazu se uporeuje sa osnovnim incidentnim


19/31



svetlosnim zrakom. Rezultat toga je pojava interferentnih pruga, koje odgovaraju izgleduprofila indeksa prelamanja optikog vlakna ili materijala od koga se izvlai optiko vlakno.

Slika 7.21 Nain merenja profila indeksa prelamanja interferometrijskom metodom poprenog preseka

Razlika u indeksima prelamanja jezgra i omotaa se izraunava na osnovu izraza:

n(r) - n2 = S(r)/(D d)

gde je D - razmak izmeu paralelnih ivica interferentnih pruga, d - debljina uzorka, -talasna duina merenog svetla, a S(r) - odstupanje centralne ivice, na rastojanju r, u odnosuna osnovnu liniju.

Slika 7.22 Izgled profila indeksa prelamanja dobijen interferometrijskim metodom poprenog preseka

7.2.6.2 Interferometrijski metod uzdunog preseka

Ova metoda ne zahteva seenje vlakna i njegovu posebnu pripremu. Optiko vlakno sepotopi u tenost kako bi se izbeglo krivljenje zraka i postavi transverzalno ispod uporednogmikroskopa. Svetlost osvetljava vlakno pod pravim uglom (u odnosu na osu vlakna) tako


20/31



da svaki svetlosni zrak prolazi kroz oblasti sa razliitim indeksom prelamanja. Sveukupnaputanja svetlosti se mora izraziti preko integrala, pa se za dobijanje raspodele indeksaprelamanja mora reiti integralna jednaina (Abelova integralna jednaina, Furijeovatransformacija i Beselova funkcija).

Oba interferometrijska metoda su vrlo tana pri odreivanju profila indeksaprelamanja.

7.2.6.3 Metod fokusiranja

Ovaj metod se moe primeniti i na vlakna i na pretforme, a bazira se na injenici da sejezgro optikog vlakna ponaa kao cilindrino soivo za svetlosne zrake koji nailazetransverzalno (pod pravim uglom) u odnosu na vlakno, odnosno njegovu cilindrinu osu z(du koje se inae prenosi svetlost). Vlakno se potapa u fluid odgovarajueg indeksa

prelamanja (da bi se spreilo prelamanje svetlosti na spoljnoj granici omotaa) i osvetljavana prethodno opisan nain. Na ravnoj ploi (ravni posmatranja) dobija se gustina raspodeleoptike snage i na osnovu toga se izraunava raspodela indeksa prelamanja. Reava senumerikim putem integralna jednaina:

( ) ( ) dtrt

tytL

nnrn

a

r

=22

22

Ovaj metod merenja daje veoma tane rezultate, ali je za njegovu primenu potrebnakruna simetrija i otre promene indeksa prelamanja.

Slika 7.23 Nain merenja profila indeksa prelamanja metodom fokusiranja

7.2.6.4 Metod bliskog polja

Kod ovog metoda se na ulaz optikog vlakna postavlja izvor koji pobuuje jezgro takoda ono bude ravnomerno osvetljeno po preniku. Takva pobuda se ostvarujeLambertijanovim izvorom, kojim se obezbeuje da svi modovi u vlaknu budu jednako

pobueni. Na dalji kraj vlakna postavlja se mikroskop pomou koga se skenira raspodelaenergije na izlazu vlakna. Indeks prelamanja n(r) na polupreniku jezgra r vezan je saoptikom snagom bliskog polja (polja na izlazu vlakna) na istom polupreniku r P(r)sledeim izrazom

[n(r) - n2] / [n(0) - n2] = P(r) / P(0)


21/31



gde je n2 - indeks prelamanja omotaa, n (0) i P (0) su indeks prelamanja i optika snaga ucentru jezgra.

7.2.6.5 Metod prelamanja zraka na bliem kraju vlakna

Ova metoda spada meu najinteresantnije, jer se moe koristiti za bilo koju duinuvlakna. Nisu potrebne nikakve posebne pripreme kraja vlakna, ni uslovi istoe, takoe jenepotrebno vriti korekcije zbog modova koji "iscure" iz vlakna (cureih modova). Vlaknose potapa u tenost koja ima indeks prelamanja jednak indeksu prelamanja omotaa.Laserski zrak sa znatno veim numerikim otvorom nego prihvatni ugao vlakna usmeravase na optiko vlakno malog poprenog preseka.

Slika 7.24.a)

Slika 7.24.b)

Slika 7.24Merenje indeksa prelamanja jezgra optikog vlakna metodom prelamanja zraka na bliem kraju vlakna (naslici 7.24.a)

Svetlost koja pada na detektor i koja se meri je ona koja izlazi iz optikog vlakna nanjegovom bliem (ulaznom) kraju. Ova svetlost sastoji se od zraka koji padaju van

prihvatnog ugla vlakna (i prelamaju se iz jezgra u omota), i koji su "izali" iz omotaavlakna. Za odreivanje indeksa prelamanja koriste se samo svetlosni zraci koji su odbijeni,ali ne i oni viih modova koji su izali iz omotaa. Spreavanje dejstva ovih cureih talasase obavlja zaklonom u obliku neprozirnog prstena. Indeks prelamanja jezgra n(r) na mestugde odgovarajui zrak ulazi u jezgro se rauna prema izrazu:

n(r) - n2 = n2cos''min (cos

''min - cos

'max ) [P(a)-P(r)]/P(a)


22/31



gde je P(r) - detektovana optika snaga, P(a) - izlazna snaga merena kada je ulaznisvetlosni zrak fokusiran na omota, ''min minimalan ugao prema osi vlakna pod kojimsvetlosni zrak naputa jezgro, koji je odreen zaklonom za elimisanje viih modova kojiizau iz omotaa, i 'max - maksimalni ugao prema osi vlakna pod kojim upada incidentnisvetlosni zrak, koji je odreen izvorom svetlosti.

Mane ove metode su potreba za izjednaavanjem indeksa prelamanja tenosti iomotaa vlakna, zatim kvalitetan, praktino idealan presek vlakna na bliem kraju i

poznavanje minimalnog ugla prelamanja ''min.

7.3 Geometrijske karakteristike optikog vlakna

Pri spajanju optikih vlakana neophodno je da ona imaju jednake (ili vrlo pribline)geometrijske karakteristike, da bi gubici na spoju bili to manji.

7.3.1 Merenje prenika optikog vlakna

Za potrebe proizvoaa vri se merenje spoljnog prenika optikog vlaknanekontaktnim optikim metodama, i to kao deo procesa proizvodnje.

Za potrebe preraivaa i korisnika optikih vlakana ovo merenje, odn. kontrolapodataka proizvoaa se moe izvesti mikrometrom.

7.3.2 Merenje prenika jezgra optikog vlakna

Kod ovog merenja javlja se problem jednoznanog definisanja jezgra multimodnogoptikog vlakna sa gradijentnim indeksom prelamanja. Postoje dva pristupa reenju ovog

problema: Smatrati da je jezgro ona oblast optikog vlakna za koju je vrednost indeksa

prelamanja vea od predviene vrednosti za omota Smatrati da je jezgro optikog vlakna ona oblast gde je lociran odreen procenat (90 -

95 %) energije koja se prenosi kroz vlakno.

Ako se jezgro vlakna definie prema prvom pristupu onda se njegov prenik moe

meriti pomou svih metoda za merenje profila indeksa prelamanja. Definisanjem jezgraoptikog vlakna prema drugom pristupu merenje se bazira na raspodeli energije u vlaknu, iono ima nedostatak koji se ogleda u tome da ta raspodela energije, odnosno, samo merenje,zavisi od duine vlakna, razliitog slabljenja modova i uslova ubacivanja svetlosnog zrakau vlakno.

Uopteno gledano, prema CCITT-u, merenje jezgra definisanog na prvi nain jeverodostojnije i adekvatnije.

7.3.3 Prenik polja moda

Prenik polja moda je predstavljen takom gde amplituda svetlosnog zraka osnovnog

moda opadne na 1/e ti deo. Prenik polja moda je osnovni parametar definisanja jezgramonomodnog optikog vlakna jer se kroz njega prostire najvei deo snage. Prenik polja


23/31



moda je promenljiv u odnosu na talasnu duinu svetlosti koja se prostire kroz vlakno. to jevia talasna duina svetlosti, prenik polja moda je vei.

Raspodela svetlosnog zraka osnovnog moda u monomodnom optikom vlaknu je bitanfaktor u proceni unetog slabljenja, slabljenja spoja i slabljenju usled savijanja.

7.3.3.1 Metod poprenog pomeranja

Komad optikog vlakna duine 2 m se postavlja u sistem za merenje spektralnogslabljenja. Potom se uzorak prepolovi i polovine se fiksiraj u mikropozicionere, tako da suim vrhovi udaljeni do 10 mikrona. Jedan kraj vlakna se pomera kako bi se dostiglamaksimalna vrednost prenosa svetlosti kroz ovakav sistem. Potom se od tog poloajavlakno pomera i meri se opadanje snage u funkciji radijalnog pomeraja. Svetlosni izvoremituje na jednoj talasnoj duini, za koju se meri prenik polja moda.

Slika 7.25 Odreivanje prenika polja moda metodom poprenog pomeranja

Slika 7.26 Zavisnost prenika polja moda od talasne duine koriene svetlosti

7.3.4 Eliptinost - koncentrinost jezgra i omotaa

Koncentrinost (odn. greka u koncentrinosti) se moe definisati kao razmak izmeucentara jezgra i omotaa. Greke u koncentrinosti mogu se meriti tako to e se merenje

profila indeksa prelamanja jezgra proiriti i na omota. Merenje se vri na nekolikoprenika. Obino se nekoncentrinost javlja u vidu eliptinosti.


24/31



Slika 7.27 Prikaz nekoncentrinosti jezgra i omotaa optikog vlakna

Ekscentritet jezgra optikog vlakna izraunava se prema izrazu

e = (dmax - dmin) 100 / d0 (%)

gde su dmax i d min maksimalna i minimalna vrednost prenika nekoncentrinog jezgra, a d0- nominalna vrednost prenika jezgra optikog vlakna.

Ekscentritet omotaa izraunava se prema formuli

E = (Dmax - Dmin) 100 / D0 (%)

gde su Dmax i D min maksimalna i minimalna vrednost prenika nekoncentrinog omotaa,a D0 - nominalna vrednost prenika omotaa optikog vlakna.

Koncentrinost jezgra i omotaa optikog vlakna izraunava se pomou obrasca

C = x 100 / d (%)

gde je d = (dmax + dmin) / 2, a x je razmak izmeu centara jezgra i omotaa

7.3.5 Metoda etiri koncentrine krunice

Veoma jednostavan metod verifikovanja geometrijskih karakteristika optikog vlaknaje poreenje kontura jezgra i omotaa sa etalonom koji ima etiri krunice, po dve graninevrednosti prenika jezgra i omotaa. Uporeivanje se vri metodama objektivnog

ocenjivanja koje omoguuju analizu slike (npr. videoanalizator). Tehnike bazirane navizuelnom ispitivanju (direktnom posmatranju) ne mogu se smatrati vaeim (iako se upraksi koriste), zato to dozvoljavaju pojavu subjektivne greke pri merenju geometrijskih ioptikih osobina.

7.3.6 Geometrijske karakteristike optikih kablova

Pod ovim se podrazumeva ispitivanje svih ostalih komponenata kabla, osim optikogvlakna. To su geometrijske karakteristike (spoljni i unutranji prenik i debljina zida)cevice sekundarne zatite i plateva postavljenih preko jezgra optikog kabla. Takoe semere spoljni prenici centralnog rasteretnog elementa, optikog kablovskog jezgra. Ovamerenja se vre kao i kod drugih kablova, sa metalnim provodnicima, u kablovskoj

industriji.


25/31



Bitnu karakteristiku optikog kabla predstavlja viak duine vlakna u cevici. Onmora biti toliki da pri termikoj dilataciji sekundarne zatite ne doe do zatezanja optikogvlakna i eventualnih promena njegovih prenosnih karateristika. Sa druge strane ne sme ga

biti previe da pri skraivanju cevice na niskim temperaturama ne doe do prevelikihmikrosavijanja optikog vlakna i promene njegovih prenosnih osobina. Razlike duinevlakna i duine cevice su oko 0,5%, dok razlika duine vlakna i duine kabla nije vea od1%.

Slika 7.28 Armirani optiki kabel

7.4 Mehanike osobine

Pri mehanikim ispitivanjima optikog kabla testiraju se zatitne komponente -

cevica sekundarne zatite, centralni rasteretni element, platevi i armatura. Tokomeksperimenta optiki kabel izlae se razliitim mehanikim naprezanjima, i prati se

promena slabljenja optikog vlakna, odn. da li je dolo do poveanja slabljenja, odn.prekida nekog od vlakana ili vizuelno uoljivog oteenja spoljnog plata optikog kabla.

7.5 Otpornost na uticaj okoline

U zavisnosti od mesta primene optikog kabla, on moe biti izloen razliitimuticajima iz spoljanje sredine - mehanikim, hemijskim, klimatskim, energetskim,nuklearnim i drugim.


26/31



Ispitivanje na dejstvo klimatskih uslova obuhvata izloenost razliitim temperaturnimdejstvima, kao i dejstvima poveane vlanosti, pri emu ne sme doi do poveanjaslabljenja vie nego to je to propisano.

Delovanje energetskog polja i nuklearnog zraenja ogleda se u dejstvu na neistoe iaditive (dopante) koji se nalaze u staklu optikog vlakna, ime se poveava slabljenje.Materijali koji se uobiajeno koriste u kablovskoj inustriji kao zatita optikog vlakna u

kablu, u ovom sluaju imaju malu ulogu, pa je potrebno ugraditi PCS optika vlakna sajezgrom velike istoe, ili koristiti specijalne materijale za zatitu.

Za ispitivanja karateristika optikih vlakana i kabela iz prve dve grupe karakeristika(1. prenosne i optike i 2. geometrijske) po IEC-u postoje instrumenti koji ih meredirektnim ili indirektnim metodama, koje su detaljno opisane u poglavljima 1. i 2. Za oneosobine koje pripadaju drugim dvema grupama (3. mehanike i 4. otpornost na uticajokoline) se uz instrumente za merenje slabljenja (bilo kojom metodom), koriste i dodatneaparature koje omoguuju da optiki kabel bude izloen potrebnom dejstvu bilomehanikih ili nekih drugih uticaja okoline.

Propisi koji definiu vrednosti izmerenih karakteristika, kao i izgled mernog sistema ipomone aparature za merenje tih karakteristika dati su u meunardnim okvirima kroz IECpublikacije, a u okviru Jugoslavije u Glasniku ZJPTT.

7.6 Preporuke za nabavku opreme

Postoji velik broj alata raspoloivih za ispitivanje optikih kablova. Koje testere imernu opremu korisiti, zavisi od tipa posla koji je potrebno odraditi, koliko esto e biti

potrebno testirati optiku mreu i, naravno, od budeta kojim se raspolae. Bitne osobinekoje ukazuju na kvalitet nekog instrumenta mogu biti subjektivno odabrane, ali postoje

parametri koje je neophodno uzeti u obzir, i oni se nalaze u tabelama karakteristika

instrumenta.

Terenska merna oprema trebalo bi da obuhvati:

jednostavne izvore bele svetlosti za identifikaciju vlakana i proveru njihovogkontinuiteta

lokatori prekida optikog vlakna sa laserskim izvorima

optiki set za mernje slabljenja

alati za merenje podunog slabljenja i usklaenosti sa standardima

OTDR instrumenti za dijagnostiku i merenje rastojanja do optikih pojava

7.6.1 OTDR

Za izbor OTDR-a su objektivno bitne karakteristike:Dinamiki opseg,TanostRezolucijaPonovljivost merenjaMogunost automatskog merenja slabljenja na spojuOitavanje u realnom vremenuTalasna duina koriene svetlosti i nain njene izmeneTeina i prenosivost


27/31



Jednostavnost rukovanja i mogunost memorisanja podatakaBrzina usrednjavanjaRobusnost

7.6.1.1 Dinamiki opseg (Dynamic Range)

Dinamiki opseg je odnos maksimalne emitovane snage (P0) i najmanje snage koja semoe detektovati na ulazu prijemnika (Pmin) .

D (dB) = -10 log (P0 / Pmin)

Dinamiki opseg odreuje maksimalnu vidljivu duinu optikog vlakna, i u tabelamakarakteristika se pojavljuje u dve varijante:

oonaj koji ukazuje na to koliko se maksimalno dalek Frenelov impuls na kraju vlaknamoe videti, i odreen je dinamikim opsegom prijemnika,

oonaj koji se odnosi na merenje povratnog rasejanja (backscattering)

Prilikom uporeenja vrednosti dinamikog opsega treba obratiti panju na tanudefiniciju proizvoaa OTDR-a, da li je opseg za jedansmerno ili dvosmerno merenje, nata se odnosi taka definisanja dinamikog opsega i da li je vrednost data u elektrinimili optikim decibelima. Zbog injenice da OTDR-om merimo samo sa jedne strane, te svetlosni signal putuje

u oba smera, pravi opseg merenja instrumenta u jednom pravcu predstavlja polovinudinamikog opsega prijemnika.

Taka definisanja je konektor na prednjem panelu, ali neki proizvoai definiureferentnu taku unutar instrumenta.

Neki proizvoai definiu referentnu taku negde unutar elektro-optikog intarface-a, te zbog gubitaka u interface-u i razlike izmeu dva tipa decibela, se ne dobija

adekvatan podatak o korisnom dinamikom opsegu.

7.6.1.2 Tanost merenja duine (Distance Measurement Accuracy)

Veoma bitna osobina OTDR-a za lociranje dogaaja na optikom vlaknu. Tanostinstrumenta je definisana sa dva parametra:o Sopstvenom tanou samog instrumentao Tanou jednoznano definisanog indeksa prelamanja jezgra optikog vlakna. Poto

je indeks prelamanja promenljiv du vlakna, a operater ga aproksimira nekom

konanom vrednou od samog poetka merenja se unosi sistemska greka.

7.6.1.3 Rezolucija (Resolution)

Rezolucija oitavanja duine (Distance Readout Resolution) definie najmanjuvrednost horizontalnog pokazivanja displeja na instrumentu.

Rezolucija oitavanja gubitaka (Loss Readout Resolution) definie najmanju vrednostvertikalnog pokazivanja displeja na instrumentu

Prostorna rezolucija (Spatial Resolution) ukazuje na sposobnost instrumenta darazlikuje i locira dva prostorno bliska, izolovana dogaaja (oteenja, konekcije i sl.), i

direktno zavisi od irine laserskog impulsa koji se koristi.


28/31



Slika 7.29 Prostorna rezolucija

Savremeniji instrumenti nude mogunost elektronskog maskiranja reflektivnihspojeva te se smanjuje nelinearni deo krive iza Frenelovog impulsa, a istovremeno se

izbegava dovoenje prijemne diode u zasienje.

irok impuls obezbeuje vie energije, za obavljanje merenja na veim duinamavlakna, dok impuls manje irine smanjuje dinamiki opseg, ali poboljava prostornurezoluciju. Sistem akvizicije preko logaritamske konverzije i metoda usrednjavanjadoprinosi rezoluciji i tanosti.

7.6.1.4 Merenje slabljenja OTDR-om

Merenje slabljenja upotrebom OTDR-a je indirektna, i meri se slabljenje rasejane

svetlosne energije du vlakna. Koliina rasejane svetlosti na prijemniku logaritamski opadasa duinom optikog vlakna. Faktori koji utiu na tanost merenja slabljenja su:

o Linearnost ekrana instrumentao Odnos signal/umo Rezolucija oitavanja gubitaka

Vreme oporavka instrumenta od poetnog impulsa je ograniavajui faktor kojiodreuje na koliko bliskoj udaljenosti se mogu vriti tana merenja OTDR-om.

Osobine OTDR-a koje su bitne pri merenju slabljanja na spojevima su:o Jednostavno rukovanje i prenosivosto Brzina radao Mogunost praenja rada u realnom vremenuo Visoka rezolucijao Laka promenljivost talasne duine koriene svetlostio Ponovljivost ispravnog merenja

Savremeni OTDR-i imaju razvijen sistem automatskog merenja slabljenja na spoju,tako da se pozicioniranjem kursora na spoj, obrade podaci krive iz okoline spoja na osnovuega se izraunava vrednost slabljenja na spoju. Na ovaj nain je poveana ponovljivostmerenja slabljenja spoja.

7.6.1.5 Memorisanje i obrada podataka i upravljanje merenjem preko raunara


29/31



Memorisanje izmerenih rezultata je veoma vaan parametar za izbor OTDR-a, jer namprua mogunost obrade rezultata po povratku sa terena. Takoe omoguava arhiviranje ikasnije praenje optikih linija u vremenskim intervalima eksploatacije.

Gotovo svi proizvoai OTDR-a nude svoje software-ske pakete koji olakavajuobradu izmerenih rezultata, njihovo obeleavanje i uporeenje i najee je to za Windowsokruenje.

Automatizacija procesa merenja i upravljanje radom OTDR-a se izvodi preko raunaraprikljuenjem na IEEE 488 interface (GPIB).

Savremeni optiki reflektometri u vremenskom domenu se mogu nai u nekolikoovarijanti:

o Ureaj na koji se prikljuuje mereno vlakno, ima svoj ekran koji prikazuje krivu ikoristi vie talasnih duina svetlosti bez izmene modula, jednim pritiskom na dugmeih menja i ima svoj deo za memorisanje

o Ureaj na koji se prikljuuje mereno vlakno, i koji imaju displej za prikaz duine donajblieg dogaaja uz korienje vie talasnih duina svetlosti bez izmene modula.Da bi se prikazala kriva slabljenja potrebno je ovakav ureaj prikljuiti prekoserijskog interface-a na raunar koji uz odgovarajui software ima ulogu akvizicione

jedinice i ekrana.o Kartica na koju se prikljuuje mereno vlakno, i koja se instalie u laptop koji uz

odgovarajui sofware ima ulogu kompletnog OTDR-a sa prikazom krive slabljenja.

7.6.2 Set za merenje slabljenja

Optiki set za merenje slabljenja je neophodan pri zavrnim merenjima da bi seutvrdilo realno slabljenje izmeu prikljunih konektora korisnike opreme sa obe strane

optike linije.Ovakav set je vaan instrument onima koji se bave odravanjem optikihlinija i proizvodnjom korisnike opreme. Ovakav set se sastoji iz optikog izvora i optikogmeraa snage.

Slika 7.30 Set za merenje slabljenja


30/31



U svrhu merenja apsolutnog slabljenja, najee se koristi set za merenje slabljenjakoji je namenjen za merenja van laboratorije. Stoga su ureaji robusne izrade sa gumiranimspoljnim futrolama zbog rada u razliitim uslovima

Pri izboru setova za merenje neophodno je znati za koje e se tipove vlakana koristiti,jer optiki izvor ima LED diodu koja se koristi za merenja u multimodnim aplikacijama ilaserske diode za merenja u monomodnim aplikacijama. Ostali parametri koji mogu uticati

na izbor ovakvog tipa opreme su:

o Dinamiki opsego Nain promene talasne duine koriene svetlostio Tanost i kalibrisanosto Rezolucija i oitavanje rezultatao Robusnosto Trajanje autonomnog rada i tip baterijeo Veliina

Savremeni optiki izvori i merai snage imaju ugraen sistem za automatsku detekcijutalasne duine, kako bi rezultati bili isparvni. Kod setova koji se koriste za merenje po dvetalasne duine istovremeno se vri ispitivanje po obe (850 nm i 1300 nm za MM vlakna, i1310 nm i 1550 nm za SM vlakna). Takoe su opremljeni sitemom za zvunu detekciju

prikljuenog vlakna, time se olakava pronalaenje vlakna koje se meri u kablovimavelikog kapaciteta.

7.6.3 Optiki izvori

Optiki izvori emituju svetlost standardne talasne duine, koja moe bitikontinualna ili modulisana. Stariji modeli su imali za svaku talasnu poseban izlaz tako dase za promenu talasne duine morao iskljuivati i ponovo ukljuivati optiki konektor.Savremeniji ureaji imaju jedan port za prikljuak na kome se promena talasne duine

svetlosti menja pritiskom na dugme. Za imisiju svetlosti u monomodno vlakno se koristelaserske diode koje emituju svetlost na 1310 nm i 1550 nm, dok se za multimodno vlaknokoristi LED dioda koja emituje svetlost na 850 nm i 1300 nm. Uz ove podatke se ukatalozima mogu pronai i odstupanja talasne duine emitovane svetlosti.

Spektralna irina propusnog opsega je takoe faktor koji se moe pronai u katalozimai olakati izbor instrumenta.

7.6.4 Optiki merai snage

Optiki merai snage detektuju svetlost u irokom opsegu od 780 nm do 1700 nm, te

im je potreban samo jedan port za prikljuak test vlakna. Dinamiki opseg je najeeizraen u dBm. Displej koji slui za oitavanje rezultata je najee rezolucije 0,01 dB, arezultati se prikazuju pomou itiri cifre u dB ili dBm.

Savremeni optiki merai mogu da memoriu 1000 rezultata koji se prikljukom prekoserijskog interface-a mogu obraditi na raunaru radi izdavanja sertifikata o kvalitetu linija.Kod nekih se mogu, prema odreenom standardu, postaviti granice kvaliteta tako da sedobije rezltat PASS ili FAIL u zavisnosti da li su rezultati u zadatim granicama ili nisu.

7.6.5 Novi trendovi kod savremenih mernih instrumenata

U poslednjih nekoliko godina primetan je trend multifunkcionalnih ureaja. esta je

pojava modularnih main-fraim-ova za koje se mogu iskombinovati razliiti prikljuni


31/31


moduli tako da on postane OTDR, set za merenje slabljenja i optiki telefon u jednom, iliMM OTDR, SM OTDR i set za merenje slabljenja za MM ili SM i slino.

Prolo godinji novitet je OTDR koji uz postavljanje odgovarajueg modula moe dase koristi i za merenje hromatske disperzije. Trenutno je to jo uvek jedini ureaj tog tipa,ali se moe oekivati pojava jo nekog proizvoaa sa slinom ponudom.

7.7 Glasnici JPTT

- PTT Vesnik 16/86 Tehniki uslovi za konektore za zavrne kablove samultimodnim optikim vlaknom 50/125/250 mikrona

- PTT Vesnik 23/86 Tehniki uslovi za osnovnu regeneratorsku deonicutelekomunikacionog kabla sa optikim vlaknima

- PTT Vesnik 25/87 Tehniki uslovi za samonosive optike kablove sa noseim

uetom- PTT Vesnik 12/88 Tehniki uslovi za telekomunikacione kablove sa optikim

vlaknima bez metalnih elemenata- PTT Vesnik 13/88 Tehniki uslovi za telekomunikacione kablove sa

multimodnim optikim vlaknima sa gradijentnim indeksom- PTT Vesnik 13/88 i 16/92 Tehniki uslovi za telekomunikacione kablove sa

monomodnim optikim vlaknima- PTT Vesnik 4/89 Tehniki uslovi za zavrne telekomunikacione kablove sa

jednim opikim vlaknom- PTT Vesnik 4/89 Tehniki uslovi za spojnice za nastavljanje telekomunikacionih

kablova sa optikim vlaknima- PTT Vesnik 32/92 Tehniki uslovi za telekomunikacione kablove sa optikim

vlaknima za polaganje po stubovima EE linija- PTT Vesnik 21/87 Uputstvo o merenju optikih karakteristika i karakteristika

prenosa optikih vlakana- PTT Vesnik 23/87 i 6/91 Uputstvo o planiranju optikih kablovskih deonica i

sistema prenosa- PTT Vesnik 4/89 i 32/92 Uputstvo o polaganju i montai optikih kablova- PTT Vesnik 27/90 Uputstvo o obimu ispitivanja pri preuzimanju

telekomunikacionih kablova sa optikim vlaknima- PTT Vesnik 12/91 Uputstvo o merenju na telekomunikacionim linijama sa

optikim kablovima- PTT Vesnik 24/97 Uputstvo o tehnikoj evidenciji meumesnih i spojnih

telekomunikacionih linija sa optikim kablovima- PTT Vesnik 1/98 Uputstvo o organizaciji i zadacima slube odravanjameumesne i mesne mree sa optikim kablovima

Merenja u Optickim Mrezama

Documents

Transcript of Merenja u Optickim Mrezama