Misure di attenuazione nelle fibre ottiche
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Misure su cavi a fibre ottiche Requisiti di misura Parametro esempio strumento Potenza ottica Output delle sorgenti, livello di ricezione del segnale Power meter Attenuazione o perdita Fibre, cavi, connettori Power meter e source, o Optical Loss Test Set (OLTS) retroriflessione o Optical Return Loss (ORL) OTDR Lunghezza d’onda Analizzatore di spettro ottico Backscatter attenuazione, lunghezza, locazione dei guasti OTDR Locazione dei guasti OTDR Banda / dispersione Bandwidth tester Power Meter Il power meter può essere utilizzato per misurare la potenza di una sorgente disponendo di una sorgente, si può misurare l’attenuazione di un cavo (insertion loss) la maggior parte delle misure di potenza sono nel range 10 dBm - 40 dBm i sistemi analogici CATV (cable TV) o DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) possono avere potenze sino a 30 dBm (1 Watt – laser classe 4) i power meter sono calibrati a 3 lunghezze d’onda standard: 850 nm, 1300 nm, 1550 nm la tipica incertezza di misura é 5% (0.2 dB) Le sorgenti Le sorgenti sono LED o Laser 665 nm per fibre ottiche in plastica 850 nm o 1300 nm per fibre multimodali 1310 nm o 1550 nm per fibre monomodali OTDR - Optical Time-Domain Reflectometer = 850, 1300 nm per multimodo =1300, 1550 nm per monomodo Dinamica monodirezionale: multimodo 25 dB, 1310 nm, 1 s monomodo 40 dB, 1550 nm, 20 s monomodo 26 dB, 1550 nm, 1 s Impieghi dell’OTDR Misure di attenuazione locazione di rotture, giunti e connettori fornisce display grafici sullo stato delle fibre i cavi possono essere misurati da un solo lato Backscatter Una piccola quantità di luce é diffusa all’indietro verso la sorgente dalla fibra stessa lo Scattering di Rayleigh è causato dalle disomogeneità della matrice vetrosa della fibra e provoca una diffusione del segnale in ogni direzione, anche all’indietro (retrodiffusione o backscattering) giunti meccanici nel caso di vetro e aria e coppie di connettori producono riflessioni maggiori verso la sorgente (riflessione di Fresnel) se un impulso luminoso incide sulla superficie di separazione di due mezzi con indici di rifrazione differenti, una frazione di energia viene riflessa all’indietro (circa il 4% dell’energia incidente). Backscatter Potenza ottica incidente Retrodiffusione Il segnale retrodiffuso è 1/1000 del segnale diffuso in tutte le direzioni Diffusione Scattering di Rayleigh Scattering di Rayleigh: le disomogeneità intrinseche della fibra (di dimensioni molto minori della lunghezza d’onda) inducono diffusione del segnale in tutte le direzioni, anche all’indietro (retrodiffusione o backscattering). n = 1.0 (aria) ~4% n = 1.5 (nucleo) n n2 PR 1 n1 n2 2 Riflessione di Fresnel Riflessione di Fresnel: se la luce incide sulla superficie di separazione di due mezzi con indici di rifrazione diversi, parte dell’energia é riflessa ( 4% nel caso vetro aria, 14 dB). Schema dell’OTDR Elaborazione dati DISPLAY Sorgente laser Accoppiatore direzionale Fibra da misurare Ricevitore/fotodiodo Pbackscatter x ρ Δτ P0 e α x Pricevuta x Pbackscatter x e α x ρ Δτ P0 e 2 α x 5 log10 Pricevuta x 5 log10 ρ Δτ P0 10 log10 e α x 5 log10 ρ Δτ P0 AdB x K x α 10 log10 e Schema dell’OTDR Diodo laser Accoppiatore direzionale Connettore OTDR Generatore impulsivo Alla fibra sotto test Convertitore A/D fotorivelatore Amplificatore OTDR Display dB/km C D A E B F Distanza (km) A RIFLESSIONE DI TESTA; B L’ATTENUAZIONE E’ DATA DALLA PENDENZA DELLA CURVA; C EVENTO RIFLESSIVO (GIUNTO MECCANICO) D EVENTO NON RIFLESSIVO (GIUNTO A FUSIONE O CON ADATTATORE DI INDICE) E RIFLESSIONE DI FINE FIBRA; F RUMORE OTDR – modalità di operazione OTDR invia in fibra un impulso, misura il ritardo degli echi (al riguardo, un connettore Ultra Physical Contact – UPC - ha un return loss di 50 dB, un connettore Angled Physical Contact – APC- di 70 dB), e ne calcola la distanza X X v T c T 2 2n c 3 10 8 m/s n indice di rifrazione (tipicamente 1.48 per fibre SM) T tempo di ritardo La potenza retrodiffusa dello scatter di Rayleigh dipende dalla lunghezza d’onda (diminuisce come 1/4), dal tipo di fibra, e dalla durata dell’impulso) Lunghezza d’onda Attenuazione tipica 850 nm (MM 50 m ) 2.7 dB/km 1300 nm (MM 62.5 m) 0.7 dB/km 1300 nm (MM 50 m ) 0.5 dB/km 1310 nm 0.35 dB/km 1550 nm 0.22 dB/km OTDR – range dinamico & range di misura Range dinamico è la differenza tra livello iniziale di backscatter e livello del rumore (noise floor), dopo una media (averaging) di 3 minuti; si può specificare per rumore di picco o per rumore rms (root mean square); range di misura è la differenza tra livello iniziale di backscatter e livello a cui l’attenuazione di giunti a fusione (tipica 0.5 dB) si può misurare accuratamente. Backscattering iniziale da connettore OTDR Range di misura Giunto 0.5 dB distanza Range dinamico (picco) Range dinamico (rms) OTDR – range dinamico & range di misura Range dinamico e range di misura dipendono dalla durata dell’impulso; maggiore è la durata dell’impulso, minore è l’attenuazione di backscatter, maggiore è il range dinamico; inoltre, poiché l’attenuazione di backscatter dipende anche dalla lunghezza d’onda e dal tipo di fibra, la capacità di misura in distanza di OTDR dipende dalla durata dell’impulso, dalla lunghezza d’onda e dal tipo di fibra chiaramente, la distanza massima di misura si ottiene dividendo il range dinamico (in dB) per l’attenuazione della fibra (in dB/km); ad esempio, a 1550 nm si ha un range dinamico di 30 dB; l’attenuazione della fibra di 0.23 dB/km; pertanto, la massima distanza misurabile è 30/0.23 = 130.4 km. OTDR – influenza della durata dell’impulso A parità di condizioni, la massima distanza misurabile aumenta (linearmente) con la durata dell’impulso; però, maggiore è la durata dell’impulso, maggiore è lo spazio che l’impulso “occupa” sulla fibra; un impulso di durata T, dal momento che incontra una riflessione, anche di dimensione longitudinale infinitesima, perviene in ricezione nell’intervallo tt+T, quindi la distanza relativa sulla fibra è c 3 10 8 m/s v t ΔT - v t c ΔT n indice di rifrazione ΔX 2 2n t tempo di ritardo a inizio riflessione ΔT durata impulso ad esempio, un impulso di 10 ns corrisponde a (31081010-9)/(21.48) 1 m; un impulso di 1 s corrisponde a (3108110-6)/(21.48) 100 m. OTDR – influenza della durata dell’impulso Impulso 50 ns Impulso 20 ns Impulso 200 ns OTDR – modalità media (averaging) Per misurare accuratamente l’attenuazione dei giunti, è necessario mediare (averaging); l’operazione di media può essere definita in tre modi la media si traduce in ridotto rumore sulla traccia, ottenendo così un posizionamento più accurato dei marker; più rumorosa è la traccia, più medie sono necessarie; l’ampiezza dell’impulso può anche essere aumentata per ridurre il rumore (aumentando il rapporto segnale/rumore), dipendendo però dalla spaziatura degli eventi riflessivi. OTDR - Lunghezze d’onda di misura Lunghezze d’onda utilizzate 850 – 1300 nm multimodali 1310 – 1550 nm monomodali Alle lunghezze d’onda maggiori: l’attenuazione è minore lo Scattering di Rayleigh è minore la sensibilità alle attenuazioni da curvatura (bending loss) è maggiore alle lunghezze d’onda minori: l’attenuazione è maggiore lo scattering di Rayleigh è maggiore la sensibilità alle attenuazioni da curvatura (bending loss) è minore Tipi di OTDR Full-size (complesso, costoso) Mini-OTDR (minori prestazioni) Fault Finder (semplice, indica la distanza dal guasto) Cable Tracer Visuali e Fault Locator Visuali (VFL) Cable tracer è come una semplice lampadina utilizza una sorgente LED o Laser per inviare più luce nella fibra utile per testare la continuità della fibra o per verificare che è connessa la fibra giusta con sorgenti molto luminose si può trovare la rottura cercando una luminosità attraverso il jacket la luce visibile percorre solo 3 5 km sulla fibra. Fiber Identifier Piega la fibra per rivelare la luce può essere utilizzato sulle fibre “live” senza interrompere il servizio può rivelare uno speciale tono modulato inviato sulla fibra Microscopio Utilizzato per ispezionare le facce “levigate” di fibre e connettori particolarmente durante i processi di eliminazione della resina epossidica Attenuatori Simula l’attenuazione di un lungo tratto di fibra attenuatori variabili consentono di testare una rete per verificare quanta ulteriore attenuazione può essere tollerata può utilizzare gap, bending (curvatura) o filtri ottici Livelli di potenza ottica Tipi di rete Telecom Lunghezza d’onda (nm) 1330, 1550 Range di potenza (dBm) +3 - 45 Telecom DWDM 1550 +20 - 30 Dati 665, 790, 850, 1300 1300, 1550 -10 - 30 CATV +10 - 6 I rivelatori sono semiconduttori in silicio, germanio o arseniuro di gallio e indio. Test di fibre ottiche Prima dell’installazione test di continuità con cable tracer o VFL (Fault Locator Visuale) misurare l’attenuazione col metodo del cut-back Test per l’attenuazione dei connettori Inserire il connettore Questo test dà la perdita tipica di un tipo di connettore Optical Return Loss (ORL) nei Connettori Una “coppia” di interfacce vetro aria per connettori non a contatto fisico senza gel index-matching 4% riflettanza – perdita di 0.3 dB, ORL 14 dB connettori PC (Physical Contact) possono avere una riflettanza dell’1%, ovvero un ORL di 20 dB molto meno coi migliori connettori PC, 40 dB con connettori angolati sino a 60 dB la riflettanza può essere un problema in sistemi monomodali ad elevato bit rate. Test Base per l’attenuazione dei cavi Misurare la potenza in uscita dalla fibra di lancio poi aggiungere il cavo da testare questo test utilizza solo un connettore – avvolgere il cavo per testare l’altro lato Fibra di lancio Splitter ottici Splittano i segnali luminosi da una fibra in due fibre Gli accoppiatori possono splittare o combinare Si può anche splittare 1 a M o combinare M a 1 Accoppiatori MxN Realizzazione degli accoppiatori tensione tensione Avvolgimento delle fibre tensione tensione Fusione o rammollimento delle fibre tensione tensione tapering delle fibre Wavelength Division Multiplexer La luce entrante da sinistra contenente due lunghezze d’onda è separata, in lunghezza d’onda, nelle due fibre sulla destra é possibile anche la combinazione dei due segnali richiede tecniche e apparecchiature speciali per essere testato Amplificatori per fibre ottiche Amplificano i segnali senza conversione in elettrico complessi da testare, richiedono speciali apparecchiature. Switch a fibre ottiche Commuta agevolmente le lunghezze d’onda durante i test di canali multipli Datalink a fibre ottiche La figura mostra un link monodirezionale la maggior parte delle reti è bidirezionale (full duplex) con due link che operano in direzioni opposte. trasmettitore Driver di sorgente LED o Laser connettore ricevitore fotodiodo cavi Bit Error Rate La potenza ricevuta deve essere entro il range operativo una potenza troppo bassa porta ad elevati BER (insufficiente rapporto segnale /rumore) una potenza troppo alta satura il rivelatore portando anch’essa ad elevati BER in tal caso si devono utilizzare attenuatori Affidabilità (Reliability) Una volta installati, i sistemi in fibra ottica dovrebbero operare per lungo tempo i cavi possono essere spezzati in modo accidentale contrassegnare i luoghi dove sono interrati i cavi interrare un nastro di “marcatura” sopra il cavo utilizzare jacket di colore opportuno (arancio o giallo) per i cavi indoor Incertezze Livelli assoluti di potenza: 5% o 0.2 dB attenuazione (Insertion loss): 0.5 dB o più OTDR: fino a qualche dB riflessione (Optical return loss): 1 dB o più sebbene i meter mostrino letture con centesimi di dB, queste non significano nulla ! ad esempio, una attenuazione di 2.13 dB potrebbe essere rimisurata come 2.54 dB Incertezze dell’OTDR Dead zone niente può essere misurato nei primi 100 metri, all’incirca (la distanza esatta dipende dalla durata dell’impulso) risoluzione in distanza due eventi troppo vicini non possono essere risolti anche questo dipende dalla durata dell’impulso. Errore nella misura della distanza nell’OTDR Velocità della luce nelle fibre può non essere quella che l’OTDR si aspetta, con distorsione nella lettura delle distanze (s = vt/2 v = c/n); ad esempio, con G.652 = 1310 nm n = 1,4670 = 1550 nm n = 1,4675 = 1650 nm n = 1,4678 L’OTDR misura lunghezze delle fibre che sono normalmente 1% 2% maggiori delle lunghezze del cavo. OTDR Ghost Impulso iniziale Picco riflessivo (saturato) Ghost alla lunghezza doppia del cavo 700 m di cavo Solo rumore Riflessioni secondarie appaiono al doppio della reale lunghezza del cavo l’impiego di “gel index-matching” elimina i ghost
![4 OAS e OTDR [modalità compatibilità]](http://s1.studylibit.com/store/data/007555523_1-763e443d2d36091180b3603a39b6297c-300x300.png)
