Давно известно, что условия ввода оптических мод в волокно – важный критерий, влияющий на затухание и рабочую полосу длин волн в современных кабельных системах. Поскольку объем информации, передаваемый по локальным сетям, неуклонно растёт, для удовлетворения спроса необходимо сокращать возникающие потери. Это привело к увеличению внимания минимизации вносимых потерь в многомодовых кабелях, компонентах и проходных разъемах. Например, стандарт IEEE 10 Гбит/с на коротких дистанциях ~ 300 м (10GBASE-S) определяет максимальную потерю канала в 2,6 дБ, включая 1,5 дБ для потери на коннекторах. Так, например, прямая линия с двумя входами имеет максимально допустимые потери для каждого соединения 0,75 дБ.
Самый большой вклад в расхождения в измерениях потерь заключается в том, что разные источники света могут иметь очень разные модовые условия ввода. Потери в соединениях могут варьироваться на несколько десятых дБ в зависимости от модового распределения. К счастью, органы по стандартизации и поставщики оборудования отреагировали на эту проблему, предоставив спецификации запуска, которые могут обеспечить точность измерения ~ 0,08 дБ, что составляет примерно одну десятую максимально допустимых потерь на соединитель.
Вносимые потери
Многомодовые волокна (ММ) имеют много преимуществ по сравнению с одномодовыми (SM) волокнами в случаях передачи информации на коротких дистанциях, где благодаря большому диаметру сердцевины и числовой апертуре гораздо легче осуществлять соединения/ сварку. Также такие волокна менее чувствительны к несовершенствам стыковки и чистоте коннектора.
Вносимые потери (IL) – важнейший параметр в современных телекоммуникациях. Бесчисленное количество статей описывает различия в измерениях вносимых потерь в многомодовых оптоволоконных кабелях и разъемах. Если вы измеряете потерю кабеля, используя два источника света с разными условиями введения мод, вы получите разные результаты.
Здесь важно отметить, что вышесказанное не говорит о ТОЧНОСТИ измерения вносимых потерь. При измерении мощности точность определяется рядом факторов, таких как стабильность источника света, точность и чувствительность по длине волны, качество эталонных коммутационных шнуров, шум в электронике детектора и т. Д. точность измерения может быть очень хорошей. Разница в потерях, измеренных здесь, является реальной; потери в волокне/кабеле на самом деле зависят от модового распределения и затухания.
Модовое распределение и стандарты
Что подразумевается под модовым распределением? Из-за электромагнитных свойств оптическое излучение распространяется в многомодовом волокне по определенным траекториям, называемым модами. В стандартном волокне с сердцевиной 50 мкм и окном прозрачности на 850 нммогут распространяться ~ 380 мод. Если все возможные моды в оптоволокне заняты, волокно называется «полностью заполненным». Однако на практике этого никогда не происходит. В любом волокне свет, распространяющийся по модам высших порядков, следует по пути, близкому к внешней части сердцевины волокна, делая его чувствительным к потерям при изгибе волокна или при небольших смещениях, таких как на разъемы или соединения. Напротив, моды «низкого порядка» остаются близко к центру сердцевины и имеют гораздо меньшие потери. Таким образом, с помощью этого простого анализа становится ясно, что если свет, который попадает в волокно, содержит много энергии в модах высшего порядка, то к тому времени, когда свет пройдет по волокну, на выходе он потеряет больше энергии, чем волокно. где присутствуют только моды «низкого порядка».
Наглядный пример:
Заполненное волокно
Распространение мод низших порядков в ММ волокне
Равномерное распределение мод для минимизации потерь
Однако, есть достаточно простое и эффективное решение. Как следует из вышесказанного, измеренные потери зависят от баланса между модами низшего и высшего порядка, присутствующих на входе в волокно. И если на всех участках используется одинаковое модовое распределение ввода, измерения потерь сразу становятся намного более последовательными. Это привело к меньшему количеству дискуссий между производителями волокон, изготовителями кабелей и монтажниками систем, а также меньшим количеством проблем в помещениях конечного пользователя.
Потери при стыковке волокон при наличии мод высших порядков
Потери при стыковке волокон с модами низших порядков
Измерения модового распределения
Без всяких сомнений для стандартизации модового распределения требуется научиться измерять последнее. Для этого было предложено множество решений за несколько последних лет. Индустрия телекоммуникаций ввела такой параметр как “Encircled flux” (ЕС) – определяющий заполнение по мощности от центра волокна к его краю. Двумерная карта обрабатывается для вычисления оптической мощности или потока излучения, начиная с оптического центра волокна.
Для успешной реализации этого метода требуется высококачественная оптическая система визуализации торца и оборудование для детектирования света, а также регулируемая калибровка оптического увеличения. К счастью, в настоящее время коммерчески доступно оборудование, соответствующее всем международным стандартам, что позволяет проводить точные измерения Encircled Flux в режиме реального времени.
Измеритель EF (Encircled Flux meter), модового распределения в волокне
В то время как точное и повторяемое измерение EF является краеугольным камнем точного измерения потерь, на практике очень важны удобные методы достижения соответствия EF непосредственно на местах. Производители испытательного оборудования усердно работали над производством испытательного оборудования, соответствующего требованиям EF, но также доступны универсальные решения, например, ModCon от Arden Photonics. ModCon преобразует выходные данные из любого источника в совместимый «EF-совместимый» ввод излучения.
Контроллер распределения мод в волокне серии ModCon
Контроллер распределения мод в волокне ModCon
В настоящее время действуют международные стандарты, определяющие требования к модовому вводу для измерения многомодовой кабельной установки. Например, IEC61280-4-1, который детально определяет Encircled Flux, необходимый для измерения кабельных систем. Он определяет модовые условия ввода как серию верхних и нижних пределов в различных радиальных положениях. В то время как производители кабельных систем и производители испытательного оборудования прилагают все усилия, чтобы обеспечить соответствие своего измерительного оборудования, монтажники и пользователи нуждаются в быстрых и простых способах убедиться, что они совершают корректное подключеня и тестирования и вводе в эксплуатацию установленных систем. Чтобы позаботиться об этом, были разработаны коммерчески доступные модовые контроллеры, которые будут производить помогать соблюдать условия ввода излучения из любого источника.
Итак, в целом, отрасль сделала важный шаг к тому, чтобы многомодовые волоконно-оптические системы могли и впредь обеспечивать экономически эффективные решения в приложениях с короткой связью и высокой пропускной способностью. Международные усилия в течение ряда лет привели к выпуску соответствующих стандартов, и в настоящее время имеется коммерчески доступное оборудование для измерения и контроля модовых условий ввода.
АО «ЛЛС» является официальным дистрибьютором компании Arden Photonics на территории Российской Федерации и стран Таможенного Союза, и предлагает наиболее выгодные условия поставки продукции, полную техническую поддержку, а также поставку образцов.
