Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana

Transcript

1 1 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana Za pripremu ove vežbe, podrazumeva se da su studenti upoznati sa materijalima sa predavanja. Posebnu pažnju treba posvetiti poglavljima: IV. Degradacija signala u optičkim vlaknima (OT4_disperzija) Standardni bakarni provodnici (UTP unshielded twisted pair i STP shielded twisted pair) sve su manje u stanju da podmire potrebe za velikim informacionim kapacitetom, pa je realizacija pristupnih mreža korišćenjem optičkih vlakana sve više prisutna. Čak se i manja preduzeća odlučuju za instalaciju full-optic mreže ili češće, za hibridno rešenje kod koga se osnova (backbone) realizuje optičkim vlaknom, a radne stanice (PC ili drugi terminali) povezuju bakarnim kablovima. U cilju određivanja performansi mreže neophodno je izvršiti karakterizaciju korišćenih optičkih vlakana. Pod karakterizacijom se pre svega podrazumeva određivanje slabljenja optičke veze (linka) na radnoj talasnoj dužini. Kako se u okviru jedne veze može koristiti proizvoljan broj segmenata optičkog vlakna koji su međusobno spojeni, bilo permanentnim spojevima, bilo konektorima, i kako na slabljenje unutar vlakna utiču i spoljni faktori, potpunu karakterizaciju linka moguće je izvršiti tek nakon polaganja (instalacije) vlakna, odnosno optičkog kabla. U slučaju prekida ili oštećenja optičkog vlakna potrebno je izvršiti merenja koja omogućavaju određivanje pozicije na kojoj je došlo do prekida i samim tim što je moguće bržu i jeftiniju intervenciju. U ovoj vežbi biće predstavljena dva uređaja za testiranje optičkih vlakana: OTDR Optical Time Domain Reflectometer (FTB 100B kanadske firme EXFO) i uređaj za merenje insertion loss-a (LANTEK 7 američke firme IDEAL). OTDR se koristi za proveru ispravnosti instaliranih komponenti i detekciju mesta prekida vlakana. Svoj rad bazira na merenju intenziteta reflektovane i unazad rasejane svetlosti. Kako se svetlost reflektuje od poslednjeg elementa u linku, nije moguće dobiti informaciju o slabljenju koje on unosi, pa je nemoguće utvrditi ukupno slabljenje između dva priključka mreže. Za određivanje ukupnih gubitaka, što predstavlja osnovni parametar kvaliteta linka, koriste se uređaji za merenje insertion loss-a. OTDR Optical Time Domain Reflectometer OTDR je optoelektronski instrument koji karakterizaciju optičkog vlakna zasniva na merenju povratnog rasejanja do kojeg dolazi pri prostiranju optičkog impulsa kroz vlakno. Standardna SiO 2 optička vlakna, iako mnogo kvalitetnija od običnog stakla, ipak sadrže Slika 1: Rasejanje svetlosti u optičkom vlaknu određen stepen nečistoća, usled čega dolazi do varijacija indeksa prelamanja (slika 1). Na mestu promene indeksa prelamanja dolazi do refleksije (odbijanje) i refrakcije (prelamanje) svetlosti, što dovodi do rasejanja svetlosti u svim pravcima, a jedan deo svetlosti se prostire u povratnom smeru ka izvoru.

2 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana 2 Za vlakno sa uniformnim slabljenjem, intenzitet detektovane svetlosti u OTDR-u opada sa dužinom vlakna. Intenzitet rasejane svetlosti zavisi od talasne dužine i srazmeran je sa λ -4 (Rejlijevo (Rayleigh) rasejanje). Ukoliko vlakno sadrži oštećenja i/ili postoje promene sredine (konektori, splajsevi, pojačavači, krajevi vlakna, itd.) menja se intenzitet povratno rasejane svetlosti. OTDR periodično šalje optičke impulse dovoljno velike snage u vlakno koje se testira, a zatim meri intenzitet reflektovanih impulsa. Merenjem proteklog vremena između poslatog i primljenih impulsa, instrument određuje fizički položaj u vlaknu gde je došlo do refleksije. Karakteristike optičkog linka dobijaju se nakon analize nivoa snage, trajanja i oblika impulsa reflektovane svetlosti. Slika 2: (a) Osnovne komponente i (b) izgled OTDR uređaja. Osnovne komponente svakog OTDR-a su izvor svetlosti (laserska dioda) koji emituje svetlost u vlakno i prijemnik (najčešće APD lavinska fotodioda) koji detektuje intenzitet reflektovane svetlosti, kao i oblik reflektovanog impulsa. Pored toga, OTDR sadrži i mikroprocesor za obradu podataka, memoriju u kojoj se dobijeni podaci čuvaju zbog kasnije obrade i displej koji omogućava uvid u rezultate merenja neposredno nakon njihovog izvršenja. Procesor kontroliše sve elemente sistema, određuje sekvencu rada i prikazuje rezultate merenja. On podešava amplitudu, trajanje i učestanost poslatih svetlosnih impulsa. Impulsi veće snage (veće amplitude i/ili dužeg trajanja) služe za ispitivanje osobina vlakna na većim rastojanjima, odnosno omogućavaju veći opseg merenja. Slabiji impulsi (manje amplitude i/ili kraćeg trajanja) omogućavaju bolju rezoluciju i koriste se za ispitivanje karakteristika vlakna bliže njegovom početku, gde je i pozicioniran OTDR. Na displeju procesor formira grafik (OTDR trace) na kome se prikazuje zavisnost relativne reflektovane snage (odnosa reflektovane i referentne snage, P refl/p base) u db od rastojanja. U zavisnosti od proizvođača, za referentnu snagu P base može se usvojiti emitovana snaga P in (odnos je uvek manji od 1, odnosno 0 db), inicijalna reflektovana snaga (odnos iznosi 0 db na početku vlakna i nadalje se smanjuje) ili snaga šuma (odnos je veći od 0 db dok god postoji vlakno i pada na 0 db iza kraja vlakna). Jedina razlika između ovih pristupa leži u poziciji tačke y = 0 db, dok relativne promene reflektovane snage (uključujući i nagib), ostaju iste. Nagib formirane krive (slika 3(b)) opisuje osnovnu karakteristiku vlakna: slabljenje u funkciji od rastojanja. Svako odstupanje od osnovnog OTDR grafika (prave linije) naziva se događajem i rezultat je refleksije na diskontinuitetima (splajsevima, konektorima, naprslinama, lomovima, prevojima mestima gde dolazi do savijanja vlakna ili krajevima vlakna). Slika 3: (a) Povratno rasejanje i (b) izgled odgovarajuće OTDR krive

3 3 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana Sva slabljenja na OTDR-u beleže se kao pozitivne vrednosti, jer bi negativno slabljenje zapravo označavalo pojačanje! U skladu sa tim, refleksije su date kao negativne vrednosti, što je ekvivalentno povećanoj snazi reflektovane svetlosti. Većina događaja unosi dodatnu refleksiju što dovodi do pojave pikova na OTDR krivi. Ti pikovi imaju vrednost od 50 db (slaba refleksija, nizak pik) do 20 db (jaka refleksija, visoki pik). Na osnovu oblika i visine reflektovanih pikova vrši se tumačenje događaja. Osnovni OTDR grafici Povratno rasejanje Povratno rasejanje je fundamentalna karakteristika svakog optičkog vlakna. OTDR meri intenzitet rasejane svetlosti ka laserskom izvoru i na osnovu njega formira grafik (trace). Vreme potrebno da svetlost od izvora stigne do određene tačke u vlaknu i vrati se nazad pretvara se u rastojanje prikazano na x-osi, dok se na y-osi prikazuje relativna snaga povratne svetlosti u db. Svetlost koja se prostire duž uniformnog dela vlakna (bez splajseva i konektora) ravnomerno se rasejava na nesavršenostima i defektima koji su sastavni deo vlakna i rezultat su postojeće tehnologije izrade. Iako se svetlost rasejava u svim pravcima, za snimanje karakteristike vlakna bitan je onaj deo koji se vraća nazad do OTDR-a, zbog čega se i naziva povratno rasejanje. Snaga povratno rasejane svetlosti opada sa rastojanjem od OTDR-a jer je lasersko zračenje koje stiže do posmatrane tačke oslabljeno za onu svetlost koja se već rasejala u prethodnom delu vlakna. Linearni pad relativne snage u db, zapravo predstavlja eksponencijalni pad reflektovane snage u W. Granična površ vazduh staklo Frenelova (Fresnel) refleksija je još jedan uzrok pojave povratne svetlosti, a javlja se kada svetlost naiđe na razdvojnu površinu između medijuma sa različitim indeksima prelamanja. Kod optičkog vlakna, svetlost se reflektuje od spoja staklo vazduh, što se dešava na početku i kraju vlakna, na konektorima i splajsevima koji nisu idealni i između kojih gotovo uvek postoje vazdušni džepovi (slika 4(a)). Ako intenzitet svetlosti P in pada normalno na graničnu površ dva medijuma, reflektovana snaga P refl iznosi: n n 2 fiber air P refl Pin (1) nfiber nair gde su n air i n fiber indeksi prelamanja vazduha i vlakna (staklo). Idealan kraj vlakna, reflektuje oko 4% upadne svetlosti. Pošto krajevi vlakna nisu idealno ispolirani i normalni na osu vlakna, reflektovana snaga teži ka mnogo manjoj vrednosti. Frenelova refleksija dovodi do pojave pikova na OTDR krivoj (slika 4(b)), jer se Slika 4: (a) Razdvojna površ staklo vazduh. (b) OTDR kriva za segment vlakna sa tri mehanička splajsa.

4 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana 4 mnogo više svetlosti vraća nazad u odnosu na slučaj kada postoji samo povratno rasejanje. Konektori Konektori predstavljaju spoj dva fibera koji se, nakon instalacije, može proizvoljan broj puta rastaviti i opet sastaviti. Zbog te osobine koriste se na razdvojnim ormarima (Patch Panel) kao i za vezivanje test opreme za vlakna. Konektor se sastoji iz kućišta oblika cilindra (slika 5) koje obično sadrži i oprugu za povećanje aksijalnog pritiska na vlakna koja se spajaju. Refleksija koju unosi konektor može imati vrednost do 15%, i zavisi od vazdušnog procepa između vlakana, načina sečenja i kvaliteta poliranja krajeva vlakna. Slika 5: Sastavni delovi konektora Slika 6: (a) Spoj dva vlakna čiji su krajevi zasečeni pod uglom. (b) Oblik OTDR krive za različite tipove konektora Konektori sa fizičkim kontaktom fibera (PC physical contact) koriste se kada su vlakna veoma dobro ispolirana i skoro da nema vazdušnog procepa između njih. Specijalnu grupu čine i super PC konektori za smanjenje refleksije sa veoma kvalitetnom obradom krajeva fibera. U slučaju da su krajevi vlakna ispolirani pod određenim uglom (Angled PC konektori), u reflektovanoj svetlosti javiće se modovi koji se ne prostiru dugo kroz vlakno (slika 6(a)) pa se reflektovana svetlost gubi iz vlakna, što smanjuje povratno reflektovanu svetlost. Na slici 6(b) prikazana je refleksija za sve opisane oblike konektora, a u cilju poređenja prikazana je i refleksivnost dobro ispoliranog kraja vlakna. Tipične vrednosti reflektovane snage za opisane tipove konektora kreću se između 70 i 35 db. Dobro ispoliran kraj vlakna unosi slabljenje od 25 do 14 db. Fuzioni splajs Splajs predstavlja permanentni spoj dva vlakna. Najčešće se koristi pri instalaciji mreže ili pri restauraciji već postojeće mreže kada je potrebno zameniti deo kabla zbog oštećenja. Fuzioni splajs nastaje zatapanjem (izrazito kratkotrajno zagrevanje) dva ravno isečena kraja vlakna i od svih načina spajanja on unosi najmanje gubitke. Na slici 7 prikazani su fuzioni splajsevi i karakteristična OTDR kriva. Moguća su tri događaja: slabljenje, bez promene i pojačanje. Uobičajeno fuzioni splajs unosi veoma malo slabljenje od 0.03 do 0.2 db. Pri spajanju dva vlakna sa različitim karakteristikama, razlika u koeficijentima rasejanja može dovesti do malog pojačanja povratnog signala, koje se kreće od 0.03 do 0.07 db. Slučaj bez promene OTDR krive javlja se pri idealnom poravnanju i spajanju dva vlakna ili pri kompenzaciji slabljenja i pojačanja. Slika 7: (a) Fuzioni splajs i (b) odgovarajuća OTDR karakteristika.

5 5 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana Pored fuzionog postoji i mehanički splajs kojim se dva vlakna specijalnim kućištem povezuju, a prostor između njih se popunjava gelom koji ima isti indeks prelamanja kao i sama vlakna. Međutim, iako je mehanički splajs jeftiniji od fuzionog, ima lošije karakteristike (veće slabljenje), pa se ređe koristi. Mikro- i makrosavijanja fibera Iako optička vlakna mogu da izdrže veća naprezanja, savijanje vlakna može dovesti do degradacije performansi sistema, pogotovo na većim talasnim dužinama. Takođe, nakon nekog vremena rada usled termičkog skupljanja i širenja vlakna može doći i do njegovog pucanja na mestu savijanja. Savijanja se mogu javiti pri instalaciji kabla (nepravilno polaganje) ili zbog objekata kao što je kamenje u zemlji, koji mogu uticati na kabl nakon ukopavanja. Pored toga, savijanje se može javiti i ako se neki objekat obilazi sa nedovoljno velikim prečnikom krivine. Rizik od pucanja vlakna zbog savijanja povećava se pri manjim temperaturama ili pri dodatnim spoljašnjim naprezanjima kabla. Degradacija performansi prenosa je posledica neispunjenja uslova totalne unutrašnje refleksije. Naime, pri savijanju kabla, svetlost pada na razdvojnu površinu između jezgra i omotača pod manjim uglom od graničnog i deo svetlosti se gubi. Posledica toga je smanjenje odnosa signal/šum na prijemu ispod dozvoljenog što dovodi do netačne interpretacije poslatog bita. Zbog toga se mora voditi računa da prečnik savijanja bude veći od minimalno propisane vrednosti date u tehničkoj specifikaciji vlakna. Ovaj tip savijanja se naziva makrosavijanje. Gubici usled savijanja rastu sa povećanjem talasne dužine svetlosti. Na primer, zbog savijanja će se javiti tri puta veći gubici na talasnoj dužini od 1550 nm u odnosu na 1310 nm, dok će porast gubitaka na 1625 nm biti čak 9 puta veći. Ova osobina se koristi kako bi se utvrdio razlog gubitaka, jer konektori i splajsevi (za razliku od savijanja) unose iste gubitke bez obzira na talasnu dužinu. Na slici 8(a) prikazani su rezultati merenja gubitaka na pomenute tri talasne dužine, pri poluprečniku savijanja vlakna od 1 cm. Na talasnoj dužini od 1310 nm gubici gotovo da uopšte ne postoje, na 1550 nm oni su jedva 2 db, ali na 1625 nm gubici su vidljivi i iznose čak 6 db. Na slici 8(b) prikazana je OTDR kriva, na kojoj se jasno uočava razlika između makrosavijanja i fuzionog splajsa. Slika 8: (a) Testiranje kabla na savijanje pomoću tri različite talasne dužine i (b) Poređenje makrosavijanja i fuzionog splajsa na OTDR krivoj. Pored zavisnosti od talasne dužine, na gubitke usled savijanja utiče i temperatura. Sa njenim smanjenjem gubici usled savijanja postaju izraženiji i ta osobina se koristi za predviđanje rada sistema pri niskim temperaturama. Mikrosavijanje predstavlja malo odstupanje razdvojne površine jezgro omotač od prave linije, čak i kada je vlakno postavljeno duž ose. Nastaje u toku proizvodnje samog vlakna. Karakteristika mikrosavijanja veoma je slična fuzionom splajsu (slika 9(a)).

6 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana 6 Kraj vlakna Slika 9: (a) Mikrosavijanje. (b) Uticaj kraja vlakna na OTDR krivu. Oblik kraja vlakna ima veoma veliki uticaj na oblik OTDR krive. Ravno isečeno i ispolirano vlakno reflektuje svetlost kao što je već opisano za razdvojnu površ vazduh staklo, dok nedovoljno obrađeno, iskrzano, ili odlomljeno vlakno skoro da ne vraća svetlost nazad u vlakno. Poređenje je prikazano na slici 9(b). Slika 10: Tipična OTDR kriva: (1) konektor OTDR-a; (2) fuzioni splajs (slabljenje); (3) mehanički splajs; (4) fuzioni splajs (pojačanje); (5) makro-savijanje; (6) kraj vlakna. Slika 11: Princip formiranja OTDR krive.

7 7 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana Parametri rada OTDR-a Širina impulsa i usrednjavanje Širina impulsa, odnosno njegovo trajanje, određuje maksimalno rastojanje za koje se može izvršiti merenje, kao i rezoluciju OTDR-a. Impulsi dužeg trajanja su u stanju da detektuju događaje na većem rastojanju, dok kraći impulsi omogućavaju razlikovanje dva prostorno bliska događaja. Operateri sa više iskustva mogu podešavanjem širine impulsa da izvrše što tačnije merenje za određenu konfiguraciju linka. Trajanje impulsa (širina) Domet Tabela 1: Karakteristike OTDR-a za različite širine impulsa. Kratki Srednji Dugački 10 ns do 50 ns (1 m do 5 m) Najmanja energija i domet 100 ns do 1 μs (10 m do 100 m) Srednja energija i domet 4 μs do 20 μs (400 m do 2 km) Najveća energija i domet Rezolucija Najveća Srednja Najmanja Usrednjavanje je proces formiranja jedne OTDR krive za testirano vlakno, pri čemu je izvršen veći broj merenja (svako merenje daje jednu krivu, a konačna karakteristika dobija se usrednjavanjem). Ovim postupkom smanjuje se uticaj šuma i popravlja se uočljivost događaja sa malim gubicima (slika 12). Usrednjavanje povećava i tačnost merenja, kao i domet za datu širinu impulsa. Mrtva zona događaja Slika 12: Efekat usrednjavanja Minimalno rastojanje nakon jednog registrovanog događaja posle kog OTDR može tačno da odredi položaj drugog događaja naziva se mrtva zona događaja (D e). Ona prvenstveno zavisi od širine impulsa. Ukoliko je impuls isuviše širok, tako da obuhvata istovremeno dva događaja zajedno sa segmentom linka između njih, OTDR će registrovati samo jedan događaj, dok će se drugi nalaziti u mrtvoj zoni prvog događaja (slika 13). Smanjivanjem širine impulsa omogućava se razlučivanje dva bliska događaja, odnosno povećava se rezolucija merenja. Mrtva zona slabljenja i efekat repa Rastojanje iza registrovanog događaja nakon kojeg OTDR može tačno da meri slabljenje naziva se mrtva zona slabljenja. Naime, usled događaja dolazi do refleksije optičkog Slika 13: Mrtva zona događaja

8 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana 8 Slika 14: (a) Mrtva zona slabljenja i (b) efekat "repa" impulsa koji stiže na detektor OTDR-a. Ako je intenzitet impulsa veliki, detektor može otići u zasićenje, i potrebno je vreme da bi se detektor oporavio i pouzdano merio sledeći gubitak. Drugim rečima, deo krive koji odgovara vlaknu nakon nekog događaja postaje vidljiv tek nakon mrtve zone slabljenja za taj događaj. Mrtva zona slabljenja je mnogo duža od mrtve zone događaja. Ukupna dužina ove zone je jednaka širini impulsa plus repu koji predstavlja vreme oporavka detektora. U standardnom OTDR-u, impuls širine 4 m može imati rep i od 60 m. Primera radi, ako se fuzioni splajs nalazi na tridesetak metara od razvodnog ormara on neće biti detektovan od strane OTDR-a. Dinamički opseg Dinamički opseg predstavlja odnos snage reflektovanog signala prema šumu na poziciji na kojoj je lociran OTDR. On određuje dužinu vlakna koje OTDR može testirati i kvalitet detekcije događaja koji unose malo slabljenje. Dinamički opseg zavisi od parametara OTDR-a. Povećanjem širine impulsa povećava se i energija povratnog signala, dok se dovoljnim brojem usrednjavanja smanjuje nivo šuma, čime se povećava dinamički opseg. Međutim, ovo zahteva kompromis na štetu drugih parametara merenja, jer se smanjuje rezolucija merenja, zbog povećanja mrtve zone događaja i slabljenja. Takođe, povećava se i vreme testiranja, jer je potrebno usrednjavanje više krivih. Optimizacija parametara merenja Optimizacija merenja izvršava se podešavanjem parametara merenja na osnovu dužine i slabljenja vlakna koje se testira. Neophodno je napraviti kompromis kako bi se test izvršio u racionalnom vremenskom intervalu: Širina impulsa povećanjem širine impulsa više energije se prostire kroz vlakno, čime se povećava domet merenja, ali i vreme oporavka detektora nakon ulaska u zasićenje. Period vremenski interval između slanja dva laserska impulsa. Povećavanjem ovog intervala omogućava se da impuls stigne do kraja vlakna i nazad pre nego što se pošalje Slika 15: Uticaj širine impulsa na merenje

9 9 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana naredni impuls, ali se sa druge strane produžava vreme testiranja. Usrednjavanje broj akvizicija koje se koriste za usrednjavanje. Što ih je više smanjuje se uticaj šuma, ali se povećava trajanje merenja, jer se pored vremena potrebnog za jedno snimanje povećava i procesorsko vreme obrade podataka. Duži linkovi koji sadrže konektore, mehaničke ili fuzione splajsove čija međusobna rastojanja nisu velika postavljaju dva protivrečna zahteva: veliko rastojanje merenja i veliku rezoluciju. U slučaju da se koriste duži impulsi videće se kraj vlakna, ali se neće detektovati prostorno bliski događaji. Ako se OTDR prebaci na kratke impulse, povećaće se rezolucija, ali uređaj više nije u stanju da detektuje kraj vlakna (slika 15). Testiranje fibera u toku rada Sve veća brzina prenosa informacija uslovila je da optičke mreže rade blizu maksimuma svog kapaciteta, a značaj svakog vlakna raste sa brojem podataka koje prenosi. To je dovelo do potrebe testiranja živih vlakana (vlakna koja u toku testiranja prenose informacije). Pri polaganju kablova, obično se postavlja mnogo veći broj vlakana od potrebnog, jer se očekuje da će potrebe mreže rasti. Takođe, neka od neiskorišćenih vlakana treba da posluže za kasnija testiranja. Međutim, veoma često je mreža u toj meri iskorišćena da više ne postoje slobodna vlakna. Zbog toga, savremeni OTDR uređaji koriste više izvora svetlosti kako bi se omogućilo testiranje na talasnim dužinama koje se ne koriste u saobraćaju. Najveća prednost je što tada nije potrebno prekidati saobraćaj, čime se postiže velika ušteda. Sistem se može testirati na 1550 nm (ako se za saobraćaj koristi 1310 nm) ili na 1625 nm, pri čemu test na 1625 ima dodatnu prednost jer se može koristiti i za detekciju savijanja. Tehnologija multipleksiranja po talasnim dužinama (Wavelength Division Multiplexing, WDM) obezbeđuje mehanizam za testiranje vlakna van opsega korišćenih talasnih dužina bez prekidanja saobraćaja kroz vlakno. Često se WDM konekcije trajno instaliraju, kao bi vlakno moglo da se testira u bilo kom trenutku, a u poslednje vreme se one uključuju u originalnu konfiguraciju sistema. FTB 100B Mini OTDR FTB 100B Mini OTDR proizvodi kanadska firma EXFO i namenjen je testiranju optičkih vlakana na terenu. Slika 16: (a) Izgled osnovnog prozora Advanced moda, (b) Izgled dela potprozora OTDR u okviru Advanced ekrana Podešavanje pretpostavljene dužine vlakna, širine impulsa, intervala akvizicije, kao i izbor talasne dužine na kojoj se snima trace, vrši se direktno iz ekrana Advanced na OTDR kartici čiji je izgled prikazan na slici 16(b). Pokretanje akvizicije počinje pritiskom na taster Start. U prvih 5 sekundi, određuju se

10 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana 10 karakteristike vlakna, kako bi se odredila optimalna dužina trajanja impulsa za datu dužinu vlakna. Zatim počinje prikupljanje podataka, po čijem završetku sledi analiza, nakon koje se prikazuje trace na ekranu OTDR-a, a u kartici Event moguće je dobiti opis događaja na prikazanom trace-u (slika 17). Slika 17: Analiza događaja na učitanom trace-u U slučaju učitavanja više trace-ova svaki se prikazuje drugom bojom. Događaji se obeležavaju brojem, pri čemu se numeracija vrši od početka vlakna prema kraju. Na kartici Event prikazuje se tabela sa događajima koja sadrži sledeća polja (slika 17): Type: Tip događaja označen nekim od standardnih simbola. Number: Redni broj događaja. Deonica između dva događaja se ne numeriše, već se u zagradama upisuje dužina te deonice. Loc.: Rastojanje između OTDR-a (ili događaja koji je proglašen za start span) i posmatranog događaja. Loss: Gubitak za svaki događaj ili deonicu. Ovaj gubitak izračunat je u vreme snimanja trace-a. Refl.: Reflektovana snaga za svaki reflektujući događaj. Att.: Slabljenje za svaki segment vlakna između dva događaja. Cumul.: Ukupni gubici od početka fibera (ili događaja koji je proglašen za span start) do posmatranog događaja. Kartica Measure omogućava korisniku kontrolu nad izborom segmenta linka na kom se izračunava slabljenje i sadrži markere za obeležavanje određenih tačaka na trace-u. Postoje četiri markera (a, A, B, b), pri čemu se analizira samo segment između A i B: rastojanje između njih, gubici na A B segmentu, kao i ORL (Optical Return Loss) između A i B i na celom fiberu. Merenje se sprovodi na sledeći način: markerima A i B obeleže se dve tačke (neposredno ispred i iza događaja), marker a se postavi na početak linearne deonice koja se nalazi ispred posmatranog događaja, a marker b na kraj linerane deonice koja se nalazi iza posmatranog događaja (slika 18). Gubici se izračunavaju korišćenjem dve različite metode za procenu nagiba segmenata a A i B b i oba se prikazuju na displeju: prvi metodom 4 tačke, a drugi metodom najmanjih kvadrata (LSA least square approximation). Rezultat se dobija kao razlika reflektovanih snaga između segmenta a A (nivo snage neposredno pre događaja) i segmenta B b (nivo snage neposredno posle događaja). Postoji i Zoom alatka koja služi za prikazivanje samo dela trace-a i olakšava postavljanje markera i/ili analizu bliskih događaja.

11 11 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana Tipovi događaja na trace-u Slika 18: Merenje gubitka koji unosi događaj i izgled displeja. Span start predstavlja početak fibera. Uobičajeno je da je to prvi događaj na trace-u. Span end ima sličnu funkciju kao i span start, s tim što predstavlja kraj fibera. Continuous Fiber. Ukazuje da je izabrano rastojanje pri akviziciji kraće nego što je dužina fibera, pa treba izabrati veće rastojanje. Takođe je moguće i da je došlo do prekida testiranja pre nego što se stiglo do kraja fibera. Izgled trace-a za ovaj događaj prikazan je na slici 19(a). Slika 19: (a) Događaj Continuous Fiber (b) Izgled trace-a za slučaj kada je nemoguće snimiti karakteristike vlakna do njegovog kraja. End of Analysis ukazuje da širina impulsa nije bila dovoljna da se stigne do kraja vlakna ili da je odnos signal šum bio suviše nizak da bi se obezbedio integritet merenja, što znači da je neophodno povećati širinu impulsa kojim se vrši testiranje (slika 19(b)). Slika 20: (a) Non Reflective Fault (b) Reflective Fault.

12 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana 12 Non-Reflective Fault ukazuje na nagli pad povratno rasejanog signala, i na trace-u je predstavljen diskontinuitetom, a posledica je splajsa, mikro- ili makrosavijanja (slika 20(a)). Reflective Fault je izraziti pik na trace-u (slika 20(b)) i posledica je nagle promene indeksa prelamanja u linku, usled čega se (zbog Frenelove refleksije) povećava intenzitet povratnog zračenja. Ukazuje na prisustvo konektora, mehaničkih splajseva ili nekvalitetnih fuzionih splajseva. Positive Fault. Ovaj događaj je posledica prividnog pojačanja (slika 21(a)) usled različitih koeficijenata Rayleigh-ovog povratnog rasejanja dva splajsem spojena vlakna. Launch Level. Prikazuje nivo signala ubačenog u fiber prema referentnom nivou snage. U slučaju na slici 21(b), referentna snaga je snaga šuma. Slika 21: (a) Događaj Positive Fault (b) Nivo signala ubačenog u fiber. Fiber Section označava deo fibera između dva događaja za koji se specificira slabljenje u db/km. Merged Reflective Fault ukazuje da postoji više uzastopnih reflektujućih događaja na malom rastojanju. Prikazuje se zbirna reflektansa, kao i reflektansa događaja od koji se Merged Reflective Fault sastoji, slika 22. Ukupni gubici (Δ db) izračunavaju se pomoću dve prave linije, pri čemu se prva crta fitovanjem (metodom najmanjih kvadrata) krive kroz deonicu fibera koja prethodi zbirnom događaju, a druga linija kroz deonicu koja sledi poslednji reflektujući događaj u zbirnom događaju. Slika 22: Merged Reflective Fault Echo označava da je posle događaja koji proglašen za kraj fibera, otkriveno još reflektujućih događaja. Na slici 23(a) prikazan je uzrok koji dovodi do pojave Echo-a. Naime, na kraju fibera impuls se reflektuje ka OTDR-u. Međutim, deo ovo reflektovanog zračenja se odbija od drugog konektora i vraća ka kraju fibera, gde se opet reflektuje i kreće ka OTDR-u. Kada detektor OTDR-a detektuje ovo zračenje, on ga proglašava za Echo, jer zbog proteklog vremena između slanja i prijema impulsa,

13 13 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana Slika 23: Događaji: (a) Echo i (b) Possible Echo odgovara događaju koji je na većem rastojanju od dužine fibera. Rastojanje Echo-a od kraja fibera jednako je rastojanju drugog konektora od kraja fibera. Possible Echo. Ovaj događaj ukazuje na postojanje reflektujućeg događaja koji može poticati od realne promene na fiberu (npr. konektor) ili je posledica dvostruke refleksije na događaju koji je u blizini izvora (OTDR-a). Slika 23(b) prikazuje mogući scenario: inicijalni optički impuls pogađa treći konektor, vraća se nazad do OTDR-a od koga se odbija, opet pogađa treći konektor i stiže na detektor OTDR-a. Posible Echo će se nalaziti na rastojanju koje odgovara dvostrukom rastojanju trećeg konektora od OTDR-a. U opštem slučaju, da bi neki događaj bio proglašen za Echo ili Possible Echo, njegovo rastojanje od izvora mora biti jednako zbiru i/ili razlici međusobnih udaljenosti između postojećih reflektujućih događaja. Merenje slabljenja na optičkim vezama Insertion Loss Nakon instalacije optičke mreže potrebno je izvršiti merenje gubitaka propisano određenim međunarodnim standardom. Prema ISO/IEC standardu, testiranje optičkog linka predstavlja merenje slabljenja optičkog zračenja. Slabljenje optičkog zračenja duž vlakna koje se testira na engleskom se naziva insertion loss (IL). Ukupno slabljenje (atenuacija) se prema standardu računa pomoću sledećih formula: Slabljenje Linka = Slabljenje Kabla + Slabljenje Konektora + Slabljenje Splajseva Slabljenje Kabla (db) = Koeficijent Slabljenja Kabla (db/km) Dužina (km) Vrednosti tipičnih Koeficijenata Slabljenja Kabla date su u tabeli. Slabljenje Konektora (db) = Broj Konektora Slabljenje Po Konektoru (db) Maksimalna dozvoljena vrednost Slabljenja Po Konektoru iznosi 0.75 db. Slabljenje Splajseva (db) = Broj Splajseva Slabljenje Po Splajsu (db) Maksimalna dozvoljeno Slabljenje Po Splajsu ima vrednost od 0.3 db. Tabela 2: Koeficijenti slabljenja kabla za različite tipove optičkih kablova i različite talasne dužine. Tip optičkog kabla Talasna dužina (nm) Koeficijent Slabljenja (db/km) Multimodno 62.5/125 µm Multimodno 50/125 µm Monomodno

14 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana 14 Ukupno slabljenje linka ne uključuje nijedan aktivan ili pasivan uređaj koji nije kabl, konektor ili splajs, kao što su na primer: optički bypass prekidači, sprežnjaci, repetitori ili pojačavači. Navedene formule daju maksimalnu dozvoljenu insertion loss vrednost optičkog linka koji se testira i ta vrednost se naziva Loss Budget. Poželjno je da izmerena IL vrednost bude što manja, a ako je veća od proračunate link nije prošao test i potrebno je otkloniti uzrok veće vrednosti IL-a od dozvoljene. U tu svrhu se koristi već opisani OTDR test, jer je on u stanju da odredi gubitak koji unosi svaka pasivna komponenta u linku, kao i položaj problematične komponente. Međutim, kao što je ranije napomenuto, OTDR test ne može da odredi insertion loss vrednost, jer nije u stanju da vidi slabljenje koje unosi poslednji konektor u linku. Zbog toga, standard ne uključuje merenje ODTR-om. Teorijske osnove insertion loss merenja Insertion loss (IL) definiše se kao količnik emitovane optičke snage P TX na ulazu u link (DUT device under test) i detektovane snage na izlazu iz njega P RX (slika 24): P P TX IL (2) RX Slika 24: Ilustracija merenja Insertion loss-a Definisan na ovaj način, insertion loss koji ima vrednost 2 pokazuje da 50% emitovane snage stiže do prijemnika. Češće se ovaj odnos predstavlja u decibelima: IL(dB) P log 10 P TX 10 (3) tako da insertion loss od 2 postaje 3 db. Pri proračunu insertion loss-a potrebno je uzeti u obzir i gubitke koje unose konektor kojim se povezuje predajnik sa kablom koji se testira i konektor koji povezuje kabl i prijemnik. Zbog toga se vrši kalibracija test opreme pre merenja kako bi se odredio kalibracioni koeficijent K CAL, koji figuriše u modifikovanoj jednačini (3): Merenje snage koju predajnik emituje (P TX), a zatim povezivanje predajnika, vlakna i prijemnika radi merenja snage na izlazu (P RX) jeste vrlo nepraktična i zahtevna procedura za određivanje IL-a. Zbog toga se češće primenjuje procedura prikazana na slici 25. Pre nego što se svetlost iz izvora uvede u testirano vlakno (DUT), određeni mali procenat optičkog zračenja se odvaja i vodi direktno na detektor (monitor). Za poznat odnos snage koja se uvodi u vlakno koje se testira (P TX) i snage koja se vodi direktno na RX PTX IL ( db) 10log10 KCAL' (4) PRX Slika 25: Merenje insertion loss-a praćenjem dela emitovane snage u vlakna monitor (P MON), praćenjem P MON se u svakom trenutku indirektno prati i P TX. Gubici se određuju merenjem snage na izlazu iz DUT (P RX) i poređenjem sa P TX. Međutim, i ovakav pristup određivanja insertion loss-a zahteva kalibraciju kako bi se odredio odnos P TX i P MON. Procedura kalibracije sastoji se iz zamene uređaja koji se testira (DUT) sa uređajem za koji su poznati gubici (IL REF). Snimanjem snage na izlazu iz vlakna (P RX),

15 15 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana može se odrediti snaga na ulazu, P TX = P RX IL REF, a zatim i odnos P TX/P MON koji predstavlja kalibracionu konstantu K CAL (slika 26): P RX KCAL ILREF (5) PMON Slika 26: (a) Kalibracija pri testiranju vlakna metodom praćenja dela emitovane snage u vlakno i (b) merenje insertion loss-a kalibrisanom aparaturom. Nakon kalibracije, insertion loss testiranog vlakna određuje se merenjem optičke snage na izlazu vlakna i dela snage koju emituje predajnik korišćenjem sledeće jednačine: IL P (6) MON DUT ( db) 10log 10 KCAL PRX LANTEK 7 uređaj za testiranje fiberoptičkih linkova merenjem insertion loss vrednosti LANTEK 7 je višenamenski sistem za testiranje ispravnosti računarskih mreža. Sastoji se od dva prenosiva kontrolna uređaja (Handset-a) i mnoštva modula koji omogućavaju merenja na bakarnim i optičkim kablovima. Objedinjavanje mogućnosti testiranja i optičkih i bakarnih kablova u okviru jednog uređaja je veoma poželjno, jer većina današnjih mreža nisu sve optičke (all optic), već se glavni saobraćaj prenosi optičkim kablovima, a izvodi ka pojedinačnim terminalima bakarnim kablovima. Na slici 27 prikazani su Display Handset (DH) i Remote Handset (RH). DH predstavlja komandnu jedinicu i njom se zadaju parametri testa, vrši memorisanje rezultata, izvode automatski i manuelni testovi, i drugo. DH se obično vezuje na konektore Slika 27: (a) Display Handset i (b) Remote Handset test sistema LANTEK 7. smeštene na razvodnom ormaru (Patch Panel). Razvodni ormar je vrsta skretnice kojom se vrši preusmeravanje saobraćaja sa kabla višeg ranga (na primer centralni backbone cable) na kabl nižeg ranga (na primer ka računarima). Sa druge strane, RH se priključuje na zidne konektore koji su namenjeni za pojedinačno povezivanje računara u mrežu i njime se određuje krajnja tačka linka koji se testira. Pre početka testiranja jednog ili više optičkih vlakana neophodno je izvršiti prilagođavanje parametara uređaja željenom testu. Zatim je potrebno izabrati tip vlakna i talasnu dužinu na kojoj se vrši testiranje, što se postiže izborom Fiber Optics opcije u okviru glavnog menija, a zatim izborom jedne od ponuđenih opcija (slika 28(a)). Izabrana vrednost se mora poklapati sa modulom koji se postavlja na uređaj. Test se izvodi na dve talasne dužine. DH emituje svetlost na prvoj talasnoj dužini (npr. 850 nm), a RH na drugoj (npr nm). Oznaka MM (odnosno SM) pored talasne dužine označava da li se testira monomodno ili multimodno vlakno.

16 Vežba 1: Karakterizacija optičkih vlakana 16 Slika 28: (a) Izbor odgovarajućeg testa optičkog vlakna. (b) Unos odgovarajuće vrednosti za Loss Budget. Nakon izbora talasne dužine potrebno je izračunati maksimalno dozvoljeno slabljenje - Loss Budget, koji predstavlja graničnu vrednost gubitaka duž optičkog vlakna. Ukoliko su gubici na testiranom optičkom vlaknu veći od Loss Budget-a, vlakno ne prolazi test. Određivanje Loss Budget-a obavlja se iz ekrana Fiber Optics\Cable Type (slika 28(b)) pritiskom na funkcijski taster koji se nalazi ispod oznake Budget, u ovom slučaju je to taster F1. Nakon pritiska tastera F1 otvara se novi ekran gde se može uneti vrednost za Loss Budget i to za svaku talasnu dužinu na kojoj je moguće vršiti merenje. U slučaju da ta veličina nije unapred poznata, LANTEK 7 ima mogućnost njenog izračunavanja, što se postiže unosom dužine kabla i slabljenja po km, broja splajseva i slabljenja po splajsu, broja konektora i slabljenja po konektoru. Testiranje vlakana pomoću uređaja LANTEK 7 Pre obavljanja testa nad željenim vlaknom neophodno je izvršiti kalibraciju samog uređaja. Kalibracija je proces kojim se izračunava kolike gubitke unose konektori i kablovi kojima se povezuje testirano vlakno i LANTEK 7 i kalibraciju je potrebno vršiti svaki put kada se menjaju moduli i Patch kablovi pomoću kojih se obavlja merenje. Proces kalibracije je prikazan na slici 29(a). Emitujuća strana DH (Tx) vezuje se na prijemnu stranu RH (Rx) i obrnuto. Zatim se iz glavnog menija aktivira ikona Field Calibration. Pritiskom na taster Start pokreće se proces kalibracije, koji je potpuno automatizovan. Nakon završetka, na ekranu se ispisuje da li je kalibracija bila uspešna ili ne. Ukoliko nije uspela, potrebno je očistiti konektore i proveriti da li je sve dobro spojeno, a zatim ponovo ponoviti postupak kalibracije. Nakon kalibracije može se pristupiti testiranju optičkih vlakana (slika 29(b)). Slika 29: (a) Način povezivanja DH i RH prilikom procesa kalibracije, (b) Konfiguracija pri izvođenju testa nad optičkim vlaknima.