### Лекция 4. Стандарты на оптические волокна

Основные положения Rec. G.652 ITU-T

Одномодовое волокно для применений в линиях связи с длиной волны нулевой дисперсии вблизи 1310 нм. Оно оптимизировано для работы на длинах волн в районе 1310 нм, а также может быть использовано для работы на длинах волн в районе 1550 нм (для которых оно не оптимизировано).

Волокно оптимизируется не только по длине волны нулевой дисперсии, но и по потерям. Волокно с длиной волны нулевой дисперсии вблизи 1310 нм будет оптимизировано по потерям для работы на длинах волн в районе 1550 нм, если длину волны отсечки сместить в район 1550 нм. Такое волокно соответствует Rec. G.654.

Характеристики волокон

Номинальный диаметр модового пятна должен находится в районе 9...10 мкм. Вариации диаметра модового пятна не должны превышать 10 % от его номинального значения.

Примечания:

1. Величина 10 мкм обычно используется для волокон с согласованной оболочкой, а величина 9 мкм для в волокон с депрессированной оболочкой. Однако при выборе специфицированной величины диаметра модового пятна нет необходимости руководствоваться конструкцией волокна.

2. Средняя величина диаметра модового пятна может отличаться от его номинальной величины, но не должна выходить за 10 % интервал.

Относительные флуктуации диаметра модового пятна волокна вытянутого из одной заготовки, как правило, не превышает 1..2 %.

Диаметр оболочки

Рекомендуемая величина номинального диаметра оболочки 125 мкм. Вариации диаметра оболочки не должны превышать d= 2 мкм.

Практически у всех SM волокон эта величина не превышает d= 1 мкм.

Не концентричность модового пятна

Рекомендуемая величина не концентричности (эксцентриситета) модового пятна не должна превышать 1 мкм.

Эллиптичность

Эллиптичность модового пятна (номинально круглого), как правило, невелика, так что она практически не влияет на потери в волокнах и в местах их стыковки. Поэтому нет необходимости рекомендовать допустимую величину эллиптичности. Обычно нет и необходимости контролировать величину этой эллиптичности.

В «некачественных» волокнах эллиптичность модового пятна приводит к появлению потерь в сварных соединениях волокон. Эти потери можно уменьшить, выставив волокна так, чтобы оси эллиптичных модовых пятен были параллельны между собой.

Эллиптичность оболочки должна быть меньше 2 %.

Длина волны отсечки

Различают два типа длины волны отсечки:

а) Длина волны отсечки в волокне λ с, измеренная в соответствии с рекомендациями RTM метода (для важнейших параметров одномодовых волокон).

б) Длина волны отсечки в кабеле λ сс (волокна в кабеле) в развернутом состоянии измеренная в соответствии с рекомендациями RTM метода (для важнейших параметров оптических кабелей).

RTM (reference test method Rec. G.650) - метод тестирования, в котором характеристики определенного класса оптических волокон или оптических кабелей измеряются в строгом соответствии с определением этих характеристик. Измерения выполняются точным и воспроизводимым методом, имеющим непосредственное отношение к применению волокон или оптических кабелей.

Связь между значениями λс и λсс зависит от параметров волокна, конструкции кабеля и условий измерений. Точное соотношение между λс и λсс рассчитать трудно, хотя можно утверждать, что обычно выполняется условие λсс < λс. Правильный выбор значения λ с или λ сс должен гарантировать, что одномодовый режим выполнялся для минимальной рабочей длины волны и минимального расстояния между соединениями оптического кабеля. Добиться выполнения этого условия можно двумя альтернативными способами:

1) Потребовать, чтобы выполнялось условие: 1100 нм < λс < 1280 нм
2) Потребовать, чтобы максимальная величина λсс была порядка 1260-1270 нм

Примечания:

1. Между минимальной рабочей длиной волны и максимально возможной λсс должен быть достаточно большой пробел.
2. Чтобы избежать появления модовых шумов и быть уверенным, что одномодовый режим в волокне выполняется для всех расстояний между соединениями волокон, необходимо отобрать волокна с достаточно малой длиной волны отсечки. Для выполнения этих условия в самом худшем случае необходимо, чтобы измеренная RTM методом (G.650) максимальная длина волны отсечки λ с не превышала 1240 нм.
3. Необходимости, чтобы выполнялись одновременно оба эти условия, нет. Более предпочтительно специфицирование по λсс, так как в этом случае уверенность, что для оптического кабеля выполняется условие одномодовости больше. Если нет возможности измерить λсс, например, из-за того, что укладка оптического кабеля не удовлетворяет требованиям, предъявляемым при измерении λсс в RTM методе, то длина волны отсечки в оптическом кабеле определяется по λс.

Примечания:

1. Если длина волны отсечки определяется по λсс , то λс может быть и больше 1240 нм.
2. Если длина волны отсечки определяется по λс, то не требуется определять величину λсс.
3. Если длина волны отсечки определяется по λсс, то λс может быть и больше минимальной рабочей длины волны. Так происходит потому, что при укладке волокон в кабель и инсталлировании его в линию связи длина отсечки уменьшается. Причем для самого короткого участка между соединениями волокон λсс уменьшается на столько, что оказывается меньше минимальной рабочей длины волны.
4. Если пользователь выбирает спецификацию по λсс, то ему необходимо убедиться, что требования для λсс выполнены.

Проблемы с определением одномодового режима, возникают потому, что в качестве критерия используется не теоретическая, а эффективная длина волны отсечки. Теоретическая длина волны отсечки λт находится из условия, что NA =2.4. При λ > λт выполняется условие V < 2.4: волокно любой длины поддерживает только одну моду. Величина λт зависит только от радиуса сердцевины а и числовой апертуры волокна NA и не зависит от длины волокна и не меняется при укладке волокна в кабель.

Эффективная длина волны отсечки зависит от длины волокна и от технологии укладки его в кабель. Это более сложный критерий применяют для того, чтобы уменьшить потери в основной моде. Эти потери тем меньше, чем больше параметр V. Казалось бы, увеличивать параметр V больше 2.4 нельзя, так как появится вторая мода. Однако у второй моды (при V ~ 2.4) диаметр модового пятна намного больше, чем у основной, вторая мода высвечивается на изгибах волокна и в достаточно длинном волокне остается только одна мода.

Для того чтобы быть уверенными в том, что волокно, оптимизированное для работы на длине волны 1310 нм, может применяться при работе на длинах волн в районе 1550 нм, надо убедиться, что приращение потерь на длине волны 1550 нм, при намотке 100 витков волокна на оправку радиусом 37.5 мм, не превышает 1.0 дБ.

Примечания:

1. 100 витков примерно соответствует числу изгибов оптического кабеля на длине ретрансляционного участка. Радиус намотки в 37.5 мм соответствует общепринятому минимальному радиусу изгиба, при котором ещё не возникает повреждений из-за статической усталости волокон.
2. Если по каким либо причинам число витков, намотанных при тестировании, немного меньше 100 (но не меньше 40), то величина потерь, используемая в качестве критерия, должна быть пропорционально меньше.
3. Если радиус изгиба волокон в линии, например, в местах соединений волокон меньше 37.5 мм (например, 30 мм), то критерий, что при намотке 100 витков волокна на оправку потери не превышают 1.0 дБ, должен применяться, соответственно, к меньшему радиусу.
4. Рекомендации на величину приращения потерь при изгибе волокна относятся к процессу инсталляции волокон. Приращение потерь в волокне из-за скрутки при их укладке в кабель учитывается при соответствующей спецификации.
5. Для удобства проведения рутинных измерений вместо намотки 100 витков можно ограничиться несколькими витками меньшего радиуса. В этом случае при выборе диаметра петли и числа витков надо стремиться к приращению потерь около 1 дБ, как и при намотке 100 витков на оправку радиусом 37.5 мм.

При укладке оптического кабеля в грунт с вечной мерзлотой он может претерпеть столь сильные деформации, что сигнал на длине волны 1550 нм практически полностью затухнет. В таком случае следует использовать волокно, оптимизированное для работы на длине волны 1550 нм (Rec. G.654)

Элементарные кабельные участки

Элементарный кабельный участок обычно состоит из нескольких сваренных между собой строительных длин оптического кабеля. Полные потери в нем определяются не только потерями в строительных длинах оптического кабеля, но и в сварных соединениях волокон и в разъёмах. Причем эти потери имеют статистическую природу, что необходимо учитывать при экономических расчетах.

Величина полных потерь в элементарном кабельном участке определяется с помощью следующих параметров:

αn – коэффициент затухания n-го волокна

Ln – длина n-го волокна

m – число строительных длин

аs – средняя величина потерь в сварных соединениях

х – число сварных соединений

аc – средняя величина потерь в разъёмах

у – число разъёмов

Необходимо иметь запас по потерям, учитывающий возможные изменения (дополнительные сварные соединения, увеличение длины участка, старение, температурные вариации и т.д.).

Потери в разъемах подсоединяемого оборудования не учитываются.

При расчете бюджета потерь в системе необходимо учитывать не только средние значения потерь, но и их стандартные отклонения.

Величина полной хроматической дисперсии (в пс/нм) определяется через значения коэффициентов дисперсии строительных длин кабелей.