Kalibracije

Naprave povezane z optičnimi vlakni

Naše storitve

Optične komunikacije so močno spremenile telekomunikacijsko industrijo in so postale najprimernejša izbira pri postavitvi širokopasovnega interneta ali za postavitev zahtevnejših podatkovnih omrežij zaradi številnih prednosti v primerjavi z bakrenimi kabli:

  • Optični kabli imajo veliko večjo pasovno širino kot bakreni kabli (tj. mogoča je mnogo višja hitrost prenosa, celo več kot 10 GB/s).
  • Zaradi manjših izgub so možne večje razdalje prenosa (npr. najdaljša priporočena razdalja za bakrene vodnike je 100 m, medtem ko lahko z optičnimi vlakni dosežemo prenos več kot 10 GB/s pri dolžini 40 km in več).
  • Optična omrežja zmanjšujejo težave zaradi časovnega zamika signala v primerjavi s kabelskim internetom.
  • Optični kabli so odporni na elektromagnetne motnje, zato so primerni za okolja z močnim električnim šumom. Primerna so tudi za komunikacijo z opremo v oklopljeneni sobi, kjer med EMC testiranjem nastaja močno elektro-magnetno polje. Poleg tega svetlobni signali iz enega vlakna ne motijo komunikacije v drugih vlaknih znotraj istega optičnega kabla.
  • Optična vlakna so manjša in lažja v primerjavi z bakrenimi žicami (npr. 30-krat manjši presek v primerjavi z bakrenim vodnikom), zato je mogoče v optični kabel z danim premerom spraviti več optičnih vlaken.
  • Optična vlakna imajo običajno daljšo življenjsko dobo (tudi več kot 100 let).
  • Optični kabli so varnejši, saj ne oddajajo elektro-magnetnih signalov, zato oddajanja ni mogoče prestreči, medtem ko vsak poskus prodiranja skozi stekleni kabel povzroči “puščanje svetlobe”, kar vodi do opaznega poslabšanja kvalitete komunikacije, kar se zlahka zazna. Optične komunikacije omogočajo tudi daljše razdalje prenosa, zato je mogoča namestitev strojne preme in elektronike na enem osrednjem mestu, za razliko od sistemov na osnovi bakrenih vodnikov, kjer je potrebno opremo namestiti na več lokacijah.
  • Optična vlakna cenejša od bakrenih žic, saj so narejena iz silicijevega dioksida (tj. SiO2), ki je zelo pogost material.
  • Optična vlakna imajo veliko natezno trdnost, so fleksibilna, se zlahka upogibajo in so odporna na večino korozivnih materialov.

Kljub prednostim v primerjavi z bakrenimi vodniki, imajo optični kabli tudi nekaj pomanjkljivosti:

  • Optična vlakna so bolj krhka in občutljiva na poškodbe v primerjavi z bakrenimi vodniki. Vlaken se ne sme zvijati ali upogniti pretesno.
  • Optična vlakna je težko spajati.
  • Optična vlakna so dražja za namestitev, saj jih morajo namestiti strokovnjaki.
  • Vlakna so manj robustna od bakrenih žic.
  • Optični kabli so majhni in kompaktni, zato so lažje pretrgajo ali poškodujejo med montažo ali gradbenimi dejavnostmi.

V splošnem obstajajo tri vrste optičnih kablov:

  • Enorodna optična vlakna imajo manjši premer jedra (9 mm) in omogočajo širjenje svetlobe z le eno valovno dolžino. To znatno zmanjša odboj svetlobe in zmanjša slabljenje. Enorodna optična vlakna so na splošno nekoliko dražja kot večrodna optična vlakna. Pogosto se uporabljajo v mrežah za komunikacijo na daljših razdaljah.
  • Večrodna optična vlakna imajo večji premer jedra kot enorodna vlakna, kar omogoča več poti in več valovnih dolžin za prenos svetlobe. Večrodna optična vlakna so na voljo v premerih 50 μm in 62,5 μm Običajno se uporabljajo za komunikacije na krajših razdaljah. Glede na spreminjanje lomnega količnika v jedru vlakna jih delimo na Step-Index Multimode Fiber in Graded-Index Multimode Fiber.
  • Plastična optična vlakna so optična vlakna z velikim jedrom s stopničasto spremembo lomnega količnika v jedru vlakna in tipičnim premerom vlakna 1 mm. Večji premer omogoča lažji zajem večje količine svetlobe iz virov in konektorjev. Konektorji na plastičnih optičnih vlaknih ne potrebujejo visoke natančnosti, zato so cenejši, bolj trpežni in enostavnejši za namestitev. Plastična optična vlakna so priporočljiva za aplikacije, ki ne zahtevajo velike pasovne širine na velikih razdaljah.

Valovne dolžine pri optičnih komunikacijah se običajno gibljejo od 800 nm do 1600 nm, vendar so najpogostejše valovne dolžine 850 nm, 1300 nm in 1550 nm. Večrodna optična vlakna običajno delujejo pri 850 nm in 1300 nm, tj. pri kratkih valovnih dolžinah, medtem ko so enorodna vlakna optimizirana za 1550 nm in 1310 nm (manj pogosto), tj. za dolgo valovno dolžino. Poleg različnih valovnih dolžin se pri optičnih vlaknih srečamo tudi z najrazličnejšimi konektorji. Najpogostejši so Bionic konektor (zastarel), standardni konektor SC, Ferrule Core konektor FC, ST konektor, SMA konektor, Lucent konektor LC, Plastic Fiber Optic Cable konektor, Enterprise Systems Connection konektor ESCON, Fiber Distributed Data Interface konektor FDDI, Opti-Jack konektor, LX-5 konektor, Volition konektor, MT-RJ konektor, MU konektor, MT konektor in E2000 konektor. Konektorji so na voljo tudi z različno poliranimi ploskvami, kar vpliva na povratne izgube konektorja (tj. povraten odboj svetlobe). Konektorji so na voljo kot UPC konektorji, angl. Ultra Physical Contact, ki so obarvani modro ali APC konektorji, angl. Angled Physical Contact/Angled Polish Connector, ki so obarvani zeleno. Slednji imajo ploskev jedra odrezano pod kotom 8°, kar  zmanjša povratne optične izgube. UPC in APC konektorji zaradi različnega kota ploskve jedra niso zamenljivi, zato je potrebno konektorje pred priklopom temeljito preveriti.

Meroslovje na področju optičnih vlaken je podobno meroslovju na RF&MW področju. Svetlobo generira optični laserski vir, zanj najpomembnejši parametri pa so valovna dolžina optična moč in linearnost. To je zelo podobno kot pri funkcijskih in signalnih generatorjih na RF&MW področju, kjer sta glavna parametra frekvenca in generirana moč (napetost). Svetloba se prenaša skozi optična vlakna, optične razdelilnike in optične atenuatorje, ki delujejo kot električni kabli, delilniki moči in atenuatorji na RF&MW področju; v obeh primerih je slabljenje najpomembnejši parameter. Optična moč se meri z optičnim merilnikom moči, na podoben način kot z odjemniki mikrovalovne moči na RF&MW področju. Optično omrežje je mogoče diagnosticirati z optičnim reflektometrom v časovnem prostoru OTDR (angl. optical time domain reflectometer), ki ima podobno funkcijo kot vektorski analizator VNA (angl. vector network analyzer). Nenazadnje je potrebno posebno pozornost nameniti različnim tipom konektorjev (zlasti za UPC in APC konektorje) in čistoči kontaktov. Po drugi strani je potrebno na RF&MW področju posebno pozornost nameniti globini pinov konektorja, kot tudi različnim tipom konektorjev (npr. konektorja N-tipa za 50 Ω in 75 Ω sta videti zelo podobno, vendar imajo pini konektorjev različne dimenzije).

Na SIQ kalibriramo optične laserske vire, optične merilnike moči, optična vlakna, optične atenuatorje in optične reflektometre OTDR. Kalibracija je mogoča na merilni opremi, ki deluje pri valovni dolžni 1310 nm in 1550 ns in temelji na enorodnih 9 μm optičnih vlaknih s FC/PC ali SC/PC konektorji.

Optični laserski vir

Najpomembnejši parameter pri kalibraciji laserskega vira je absolutni nivo optične moči, ki ga lahko pomerimo pri različnih nivojih (linearnost) z uporabo referenčnega optičnega merilnika moči. Optično moč lahko izmerimo v območju od 0 dBm do –90 dBm.

Optični merilniki moči

Absolutno točnost merilnikov optične moči kalibriramo po primerjalni metodi z uporabo referenčnega merilnika optične moči. Drug pomemben parameter je linearnost merjenja nivoja optične moči, ki ga kalibriramo z uporabo referenčnega optičnega slabilnika. Točnost merjenja optične moči (linearnost) lahko izvedemo v območju med 0 dBm in –90 dBm.

Optični atenuatorji in optična vlakna

Glavni parameter, ki ga kalibriramo, je slabljenje vlakna ali atenuatorja in (inkrementalno in stopničasto) slabljenje optičnih stopenjskih atenuatorjev. Slabljenje lahko izmerimo v območju od 0 dB do 90 dB s primerjalno metodo (negotovosti od 0,15 dB do 0,17 dB) ali z metodo na osnovi referenčnega stopenjskega optičnega atenuatorja v območju od –1,4 dB do –60 dB (negotovost 0,06 dB). Kalibriramo lahko tudi optično dolžno optičnega vlakna v kolikor je znan njegov lomni količnik (kalibriramo lahko dolžine vlaken od 0,1 km do 100 km).

Optični reflektometri v časovnem prostoru (OTDR)

OTDR je instrument, ki lahko meri razdaljo do določenih dogodkov (npr. do konektorjev, spojev ali napak), lahko pa meri tudi slabljenje v optičnih vlaknih. To naredi tako, da v optično vlakno pošlje pulz laserske svetlobe in nato v periodičnih časovnih intervalih izmeri povratno razpršeni signal iz vlakna. Sipanje svetlobe je lahko Rayleighovo sipanje na mikro delcih v optičnih vlaknih ali Fresnelova odboj na stiku različnih materialov na poti svetlobnega pulza (konektorji, spoji itd.). Ob poznavanju lomnega količnika vlakna in na podlagi časa prejetja odbitega signala se lahko izračuna tudi razdalja do opazovanega dogodka. Nivo prejetega signala je sorazmeren slabljenju vlakna, zato lahko OTDR meri tudi slabljenje vlakna. Tipični parametri, ki jih kalibriramo, so:

  • izgube v območju A, ΔSA (tipična vrednost za optična vlakna je ± 3 dB na km, kalibracija je mogoča v območju od 0 km do 35 km)
  • napaka odmika začetne razdalje, ΔL0, je prikazana vrednost razdalje na priključku OTDR (v idealnem primeru bi morala biti prikazana razdalja 0)
  • napaka prikaza razdalje, ΔSL, je napaka gradienta razdalje (izmerimo jo lahko pri razdaljah od 5 km do 35 km)
  • kalibracija skale slabljenja (kalibracija skale slabljenja se uporablja za določitev točnosti merjenja izgub ΔSA OTDR za nivoje moči F v režimu povratnega razprševanja OTDR-ja)
  • mrtvo območje dogodka (mrtvo območje dogodka, angl. event deadzone, je običajno določeno za 1 μs široke pulze in odbojnost –35 dB, razen če ni drugače navedeno v specifikacijah)
  • mrtvo območje slabljenja (mrtvo območje slabljenja, ang. attenuation deadzone, je določeno kot razlika med začetkom odboja svetlobe do točke, kjer se signal vrne v sled povratnega razprševanja svetlobe)
  • dinamični razpon (Dinamični razpon označuje sposobnost OTDR-ja, da meri dolga vlakna in s tem majhne signale povratnega sipanja. Določen je kot razlika med ekstrapoliranim začetkom sledi povratnega sipanja in nivojem šuma. Dinamični razpon je izražen v dB za izgubo vlakna v eni smeri.)