VŠB-TU Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra telekomunikační techniky. Optoelektronika. Protokol č.: 1Datum:

Transkript

1 Optoelektronika Protokol č.: 1Datum: Název: Měření útlumu optických vláken a kabelů u SM a MM Vypracoval: Tomáš Škařupa Spolupracoval: - login: SKA0092 login: - 1 Zadání měření A. Měření útlumu rychlo-spojky Nejprve proveďte zapojení dle obrázku a). Proveďte referenci (referenci si zapište) a přes optickou rychlo-spojku propojte dvě vlákna o stejných rozměrech dle obrázku b). B. Měření útlumu spojky fiber-lock Nejprve proveďte zapojení dle obrázku a). Proveďte referenci (referenci si zapište) a přes optickou spojku fiber-lock propojte dvě vlákna o stejných rozměrech dle obrázku b). C. Měření útlumu optického sváru Nejprve proveďte zapojení dle obrázku a). Proveďte referenci (referenci si zapište). Svařte dvě vlákna o stejných rozměrech a zapište si údaj o útlumu dle obrázku b)

2 2 Schéma zapojení A. Měření útlumu rychlo-spojky Obrázek 1 Schéma zapojení: měření útlumu pomocí rychlo-spojky B. Měření útlumu spojky fiberlok Obrázek 2 Schéma zapojení: měření útlumu pomocí fiber-locku C. Měření útlumu optického sváru Obrázek 3 Schéma zapojení: měření útlumu optického sváru - 2 -

3 3 Teoretický úvod Při projektování tras je snahou, aby se v opakovacích úsecích objevovalo co nejméně množství spojek. Každé spojení optického vlákna zvyšuje celkový útlum optické trasy a navíc zvětšuje i pravděpodobnost vzniku možné poruchy. Z těchto důvodů se v tvárnicových tratích místních sítí zatahují nebo zafukují optické kabely do trubek HDPE.[2] Spojování optických vláken Spojovacími součástkami označujeme prostředky pro spojování a připojování vláknových světlovodů. Vazební součástky slouží k zajištění přenosu optického signálu mezi dvěma nebo více součástkami, popřípadě obvod pro přenos a zpracování optické informace. Podle konstrukčního provedení rozdělujeme spojovací součástky na trvalé, zajišťující nepřetržité spojení optických vláken, a na rozebíratelné, umožňující jejich opakované spojení a rozpojení. [1] I. Spojení nerozebíratelné 1. Tavné svařování Tavné svařování je založeno na principu permanentního spojení materiálu obou spojovaných optických vláken. Toto spojení patří mezi nejkvalitnější a vyznačuje se malým vloženým útlumem od 0,01 až do 0,05dB. Tento druh spojování je velmi drahý na pořizovací náklady. Svařování se realizuje nejčastěji roztavením obou vláken pomocí elektrického oblouku. Při svařování jsou vlákna posunována proti sobě, aby se zamezilo zužování jejich průměru. Výsledek tohoto úkonu je důležitý pro kvalitu sváru a bývá kontrolován automaticky přístroji s mikroprocesorem. Před samotným svařením vláken musíme odstranit sekundární a posléze i primární ochranu. Odstranění primární ochrany musí být dokonalé. Následuje zalomení konců vláken pomocí zalamovačky. Úhel lomu s osou vlákna by měl být větší než 89. Pro kvalitní zalomení vlákna používáme speciální jednoúčelové mechanické lámačky (děličky), pro jednodušší zalamování vláken slouží kleštičky. Kvalita svaru je závislá na kvalitě zalomení. Kontrolu při vytváření sváru můžeme dělat pomocí mikroskopu nebo na obrazovce svařovacího přístroje. Při vzdálenosti zhruba 20µm mezi vlákny dochází k vlastnímu svařování. Po nastavení konců vláken, svařovací přístroj začne vlákna přitlačovat k sobě s přesahem asi 15µm. Následně se provádí zkouška pevnosti a velikosti útlumu sváru. Následně je nutné obnovit primární ochranu vlákna pomocí speciálního silikonu. Sekundární ochranu nahradíme například pomocí samosmrštitelné plastikové dutinky.[1] - 3 -

4 Obrázek 4 použita svářečka při měření v OK 2. Mechanické spojky 3M Fibrlok Pevná rychlospojka Fibrlok od společnosti 3M je vhodná pro spojování SM i MM vláken s nominálním průměrem vlákna do 125 µm a s průměrem ochrany 250µm do 900 µm. Výrobce uvádí minimální životnost 30 let. Útlum odrazu méně než 35dB při teplotě - 40 C až 80 C. Vložený útlum je pod 0,1dB. Design využívá přesného kovového elementu umístěného v obalu z umělé hmoty s aretačním uzávěrem (viz Obr. 5).[1] Obrázek 5 fibrlok - 4 -

5 Obrázek 6 ukázka zapojení fibrloku z měření II. Rozebíratelné spojení Mezi rozebíratelné spojení optických vláken patří optické konektory. Určené výhradně pro časté rozpojovaná spojení dvou či více vláken. U dnešních konektorů se hodnota vloženého útlumu pohybuje kolem 0,15 až 1,5dB. Útlum zpětného odrazu se pohybuje okolo 14 až 75dB. Nejčastěji používané konektory u nás jsou FC, ST, E2000, SC, LC. Při výrobě konektoru požadujeme, aby ferule byla co nejpřesnější. Ta se do daného tvaru vybrušuje manuálně nebo pomocí strojů. Kompletní složení optického konektoru je zobrazeno na Obr. 7. Mezi hlavní materiály pro výrobu ferulí patří keramika, kov a kompozitní plast. [1] Obrázek 7 složení optického konektoru - 5 -

6 Obrázek 8 rychlo-spojka Na obr. č 8 lze spatřit zapojení rychlospojky při ověřování, zda je optické vlákno zapojené správně a vede světelný paprsek. Z displeje lze vyčíst, že vysílací výkon je pro λ 1310nm 21,46dB a pro λ 1550 nm je výkon 43,59 db. Lze usoudit, že dochází k velkému útlumu a tak se celý spoj musel opětovně rozebrat, OV znova zalomit a vyčistit a opět opatrně zasadit do rychlospojky, aby se vlákno nezlomilo

7 4 Naměřené hodnoty a grafy Vzorce Útlum (A) se spočítá jako A(dB)= - 10*log (P out /P in ) nebo A db) P ( dbm) - P ( dbm) 4.1 Rychlo-spojky ( in out Tabulka 1 hodnoty při použití rychlospojky výkon [db] měření 1310 nm 1550 nm 1 17,77 19, ,95 19,3 3 18,75 20, ,69 13, ,72 12,57 6 9,99 12,6 7 10,04 12, ,04 12, ,11 12, ,09 12,53 průměrná hodnota 12,62 14,702 směrodatná odchylka 3,84 3,39 referenční hodnota λ Nestihl jsem si zapsat referenční hodnotu, ale dle výstupních výkonů lze usoudit, že při tomto měření vznikl nejhorší útlum při porovnání se svářečkou a fibrlokem. λ - 7 -

8 4.2 Fibrlock měření Tabulka 2 hodnoty naměřené při využití fibrloku přímý směr výkon [db] opačný směr výkon [db] λ λ λ λ 1310 nm 1550 nm 1310 nm 1550 nm 1 5,3 4,66 5,72 8,08 2 5,32 4,89 5,62 7,3 3 5,41 5,13 5,57 7,69 4 5,25 4,95 5,57 7,24 5 5,19 4,48 5,6 7,46 6 5,14 5,07 5,64 8,38 7 5,3 5,32 5,57 8,11 8 5,14 5,32 5,62 9,02 9 5,16 5,38 5,43 7, ,23 5,42 5,62 7,3 průměrná hodnota 5,24 5,06 5,60 7,83 směrodatná odchylka 0,09 0,32 0,07 0,57 referenční hodnota 0,93 1,08 0,93 1,08 Průměrná hodnota průměrných hodnot pro λ =1310 Útlum: Průměrná hodnota průměrných hodnot pro λ =1550 Útlum: Výsledný útlum je nevyhovující a neskutečně velký a byl způsobem špatným zapojením optického vlákna do fibrloku

9 4.3 Svářečka VŠB-TU Ostrava Vlákno jsem svařoval celkem 3x. Při první svařování jsem docílil útlumu dle svářečky 0,04dB, při druhém sváření jsem docílil útlumu 0,24 db (velmi vysoká hodnota, při níž dokonce svářečka vydávala výstražný tón, že se ji daný svar nelíbí). Při posledním pokusu byl útlum 0,15dB. (sice se jedná o vysokou hodnotu útlumu, ale z časových důvodů jsem provedl měření u tohoto svaru) měření Tabulka 3 Hodnoty ze svářečky přímý směr výkon [db] opačný směr výkon [db] λ λ λ λ 1310 nm 1550 nm 1310 nm 1550 nm 1 1,23 5,1 1,07 4,69 2 1,14 4,72 1,12 4,85 3 1,16 4,85 0,96 4,65 4 1,18 4,9 0,98 4,65 5 1,41 4,99 0,94 4,62 6 1,57 5,1 1 4,66 7 1,16 4,83 0,95 4,67 8 1,15 4,77 1,01 4,66 9 1,22 4,8 1,13 4, ,22 4,85 0,97 4,71 průměrná hodnota 1,24 4,89 1,01 4,70 směrodatná odchylka 0,14 0,13 0,07 0,09 referenční hodnota 1,13 4,83 1,13 4,83 Průměrná hodnota průměrných hodnot pro λ =1310 Útlum: Průměrná hodnota průměrných hodnot pro λ =1550 Útlum: Vypočítaný útlum 0,03 db a 0,02 db se liší od útlumu zobrazeného na display svařovačky, který byl 0,15dB

10 Graf P [db] Graf výstupního výkonu 12,62 14, ,125 5,42 6,445 4, λ [nm] Svářečka Fibrlok Rychlospojka graf 1 Výstupní výkon

11 5 Zhodnocení a závěr Cílem tohoto měření bylo vyzkoušet si práci s optickou svářečkou a dalšíma optickýma spojovacíma součástkami. Měření probíhalo ve dvou hodinách kvůli časové náročnosti. Dle očekávání nejmenší útlum (A) se objevil na optické svářečce A= 0.02 db při λ 1310 nm a A= 0,03dB při λ 1550 nm. Nejhorších výsledků se dosáhlo na rychlospojce, u které jsem málem přišel o nervy, protože mi přibližně hodinu trvalo, než jsem správně napojil do koncovek OV a byl schopen měřit výstupní výkon menší jak 20 db. Měření se mi velmi líbilo, bylo to poprvé, co jsem se dostal do kontaktu s optickými spojovacími součástkami. Měření pro mě bylo maličko složitější, protože jsem pracoval sám a ne ve dvojici

12 Odkazy: [1] OPTICKÉ SPOJE A JEJICH VLIV NA PŘENOS [online]. Brno, 2011 [cit ]. Dostupné z: %20jejich%20vliv%20na%20p%C5%99enos.pdf?sequence=2. Bakalářská. VUT v Brně. [2] ING. BC. PRAVDA, Pavel, MĚŘENÍ ÚTLUMU OPTICKÉHO VLÁKNA [online]. Brno, 2011 [cit ]. Dostupné z: