Testing Long Haul, High Speed Fiber Optic Networks |
تست فیبر در مسیرهای طولانی و شبکه هایی با سرعت بالا |
افت پراکندگی رنگی،قطبی و طیفی:
(Chromatic Dispersion, Polarization Mode Dispersion and Spectral Attenuation)
یکی از مزایای بزرگ فیبر توانایی رساندن اطلاعات با سرعت بالا در مسیرهای طولانی است. لیزرهای پرقدرت نوری و تقویتکنندههای فیبر نوری این امکان را فراهم میکنند تا انتقال اطلاعات در مسیرهای طولانی به سادگی امکانپذیر گردد. با این حال در فواصل بسیار طولانی، عوامل زیادی در رسیدن اطلاعات به مقصد موثراند. پراکندگی نوری، پراکندگی ناشی از نور طول موجهای مختلف وپراکندگی حالت قطبی عوامل محدود کننده فیبر هستند. انجام تمامی این 3حالت تستهای مختلف برای صحت عملکرد پروژههایی با مسیر طولانی مورد نیاز بوده و باید انجام شود. این تستها تنها تستهای مورد نیاز شبکههایی با ساختار فیبر نوری نیست، تستهای دیگری نیز برای صحت کار این نوع شبکهها مورد نیاز هستند که میتوانید از لینک زیر آنها را مشاهده کنید. http://www.thefoa.org/tech/ref/OSP/test.html
پراکندگی رنگی:
(Chromatic Dispersion)
پراکندگی نوری در تارهای نوری تک حالته (SM) با طول موجها و سرعتهای مختلف ایجاد میشود. نسبت سرعت نور در محیطهای مختلف را نسبت به سرعت نور در خلاء ضریب شکست مینامند. ضریب شکست برای فیبر نوری 1.45 میباشد که در این صورت سرعت حرکت نور در فیبر نوری 3/2 سرعت نور در خلاء است. اما شاخص شکست نور و در نتیجه سرعت نور در فیبر یک تابع از طول موج نور است. و همه ما میدانیم که از شکست نور منشور بهوجود میاید و نور را در طیفهای رنگی مختلف میبینیم. اکثر منابع مورد استفاده در مسافتهای طولانی در لینکهای فیبر نوری فرستندههای لیزری هستند که از طیف رنگی بسیار کمی برخوردارند، و طول موج آنها برای فیبر بهینه شده است. هر دو این عوامل پراکنگی رنگی نور در بستر فیبر را به حداقل رسانده است اما نمیتواند کامل آن را از بین ببرد.
چه عواملی باعث پراکندگی رنگی میشوند:
دو عامل باعث پراکندگی رنگی میشوند:1-پراکندگی رنگی نور در مواد.2-پراکندگی رنگی نور در گستره موج. پراکندگی نور با توجه به شاخص شکست در مواد مختلف ایجاد میشود. شیشه در این مورد بیشترین طول موج را دارد. نگاهی به نمودار زیر تنوع شاخص شکست را در تمام طول موجهایی که فیبر نوری آنها را پشتیبانی میکند نشان میدهد. تنها چند درصد از آنها در مسیرهای بسیار طولانی قابلیت استفاده را دارند.
پراکندگی گستره موج:
(Waveguide Dispersion)
در فیبرهای تک حالته(SM) پراکندگی گستره موج کمی پیچیده تر است. طول موج نور کمی بزرگتر از قطر هسته است. حرکت نور در برخی طول موجها بزرگتر از قطر هسته میباشد. طول موج مناسب باعث حرکت درست نور در قطر مناسب و هسته مرکزی فیبر بوده و طول موجهای بزرگتر با قطر بیشتری در فیبر حرکت میکنند. بنابراین بخشی از نور در هسته فیبر و بخشی دیگر در لایه بالایی هسته(Clad) حرکت میکند. از آنجا که شاخص هسته با ضریب شکست بالاتری نسبت به روکش ساخته شده است، نور با سرعت بیشتری نسبت به رویه در هسته حرکت میکند. طول موجهای بزرگتر به دلیل داشتن قطر بزرگتر بیشتر در Clad حرکت میکنند و به همین دلیل از پراکندگی بیشتری برخوردار خواهند بود.
پراکندگی در فیبرهای مختلف:
نوع فیبرهای مختلف و انواع طول موجها این امکان را فراهم میکند تا بتوان با انتخاب فیبر مناسب و طول موج مورد نیاز پراکندگی رنگی را به حداقل برسانیم. اهمیت پراکندگی رنگی در طول موجهای مختلف سبب شده تا فیبرهای تک حالته مختلفی برای رفع نیاز برنامههای کاربردی و طول موجهای مختلف ساخته و توسعه بیابند. در جدول زیر لیستی از انواع تارهای موجود و در حال استفاده ذکر شده است.
Description | ITU Spec. | Application |
Standard Single mode Fiber | G.652 | Original SM fiber, optimized for 1310 nm, OK for use at 1550 |
Low Water Peak Fiber | G.652 | Processed to reduce water absorption at 1400 nm for DWDM |
Dispersion-Shifted Fiber | G.653 | Optimized for 1550 nm |
Cutoff Shifted Fiber | G.654 | Optimized for low loss at 1500 to 1600 nm for long haul submarine cables |
Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber | G.655 | Optimized for 1550 nm, DWDM |
Wideband Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber | G.656 | Wideband, DWDM from 1460 to 1625 nm |
جبران خسارات ناشی از پراکندگی نوری:
همانطور که قبلا ذکر شد ویژگی پراکندگی نوری را در فیبر میتوان توسط انتخاب تار مناسب و طول موج مناسب نسبت به برنامه کاربردی مورد نیاز به حداقل رساند. والبته یکی از روشهای تخصصی جبران خسارات ناشی از پراکندگی نوری در فیبر روش گریتینگ براگ است، اما این روش به دلیل داشتن هزینه بالا استفاده محدودتری دارد.
تست پراکندگی رنگی:
چندین روش قابل استفاده برای تست CD در فیبر وجود دارد. همه این تستها در طول موجهای مختلف، سرعت نسبی ارسال سیگنال از منبع فرستنده تا گیرنده را مورد تجزیه و تحلیل برای محاسبه پراکندگی نوری (نانومتر/کیلومتر) قرار میدهند. علاوه بر این روش تست OTDR نیز استفاده میشود. در این روش دادههای بدست آمده در چند طول موج را کنار هم گذاشته و CD را محاسبه میکند. در این روش فقط از یک سر فیبر آن را تست میکنند. همه این روشها از استانداردهای بینالمللی مختلفی برای محاسبه و تجزیه و تحلیل فیبر برخوردار هستند.
Standards | Description |
IEC 60793-1-42 | Measurement methods and test procedures—chromatic dispersion |
ITU-T G.650.1 | Definitions and test methods for linear, deterministic attributes of singlemode fiber and cable |
TIA FOTP-175-B | Chromatic dispersion measurement of single-mode optical fibers |
GR-761-CORE | Generic criteria for chromatic dispersion test sets |
Phase Shift Method
Pulse Delay Method
OTDR Test Method
پراکندگی قطبی:
(Polarization Mode Dispersion)
قطبیت پدیده ایست حاصل از سفر نور در یک رسانه به عنوان یک موج. بعضی از مواد مانند فیبر نوری برای یک موج نوری زوایای شکست مختلفی دارند که به آن شاخص شکست دوگانه میگویند. شاخص دوگانه به آن معنی است که نور با سرعتهای مختلف و در جهتهای مختلف حرکت میکند. بنابراین در سادهترین تجسم، PMD در فیبر شبیه نقاشی زیر است که در آن پراکنگی قطبی سفر هر جزء از نور با سرعتهای مختلف آمده است. مقدار PMD در نقاط مختلف فیبر متفاوت است و همه اینها باعث ایجاد تاخیر در رسیدن نور به مقصد میشود.
دو دلیل برای بوجود آمدن PMD در فیبر وجود دارد. شکست دوگانه مواد و شکست دوگانه گستره موج، شکست دوگانه گستره موج بر اثر تغییر شکل هندسی هسته فیبر به شکل بیضی بوجود میآید. وشکست دوگانه مواد عمدتا به دلیل ایجاد استرس بر روی فیبر پدیدار میشود.
Waveguide Birefringence
Material Birefringence
PMD یک مسئله پیچیده در نصب فیبر نوری است. در یک فیبر با مسیر طولانی هر یک از موارد فوق به طور ناخواسته بوجود میآید. (تغیرات ناشی از استرس و یا یکی از حالات ایجاد دوگانگی در گستره موج). ویا در یک فیبر هوایی ممکن است PMD با توجه به عواملی مثل سرعت باد و دما به شکل قابل توجهی تغییر کند. PMD باعث ایجاد خطا در گسترش پالس و یا دریافت سیگنالهای الکتریکی میشود. و همینطور مقدار PMD با گذشت زمان تغییر میکند و در حدود 1 تا 3 دسی بل به آن اضافه میگردد. و متاسفانه هیچ طرح قابل اعتمادی برای جبران خسارت حاصل از PMD وجود ندارد. بنابراین تنها راه حل، بروز رسانی آزمونها و تستهای PMD مطابق با استاندارد است.
تست (PMD):
بطور کلی برای شبکههایی با سرعت بالای 2.5 گیگابایت در ثانیه یکی از حساسترین تستها تست PMD است. از آنجا که PMD با گذشت زمان تغیر میکند این تست در زمان تولید انجام شده و پس از نصب نیز برای مقاسه انجام میشود. در شبکههایی با مسیر طولانی و سرعت بالا این تست در طول زمانهای مختلف نیز تکرار میشود. تجهیزات اندازهگیری گوناگونی برای تجزیه و تحلیل حالت قطبی وجود دارد که بعضی از آنها فقط در زمان تولید و در کارخانه مورد استفاده قرار میگیرند و برخی بعد از نصب، که البته اساس همه این تستها یکی میباشد. (یک منبع نوری و یک واحد اندازهگیری)
در جدول زیر شرح روشها و استانداردهای مربوط به آن آمده است.
Description | Test Method | Standards |
PMD for single-mode optical fibers by the Fixed Analyzer method | Extrema Counting (EC) Fourier Transform (FT) |
FOTP-113 |
PMD measurement for single-mode optical fibers by Stokes parameter measurements | Jones Matrix Eigen-analysis (JME) Poincaré Sphere Analysis (PSA) |
FOTP-122 |
PMD measurement for single-mode optical fibers and cable assemblies by Interferometry |
Traditional Interferometry(TINTY) General Interferometry (GINTY) |
FOTP-124 |
Guideline for PMD and DGD measurement in single-mode fiber optic components and devices | FOTP-196 | |
Measurement methods and test procedures—polarization mode dispersion | Fixed Analyzer measurement method (EC / FT) Stokes evaluation method (JME / PSA) Interferometry method (TINTY) |
IEC 60793-1-48 |
Portable PMD test sets used for analyzing single-mode fiber | GR-2947-CORE | |
Definitions and test methods for statistical and nonlinear attributes of single-mode fiber and cable |
Stokes parameter evaluation technique (JME & PSA) State of Polarization method (SOP) Interferometric methods ( TINTY & GINTY) Fixed Analyzer technique (EC / FT / Cosine Fourier Analysis) |
ITU-T G.650.2 |
تست PMD آسان نیست، نیاز به تکرار دارد. از آنجا که PMD تغییر میکند ممکن است بیین روشهای مختلف تست 10تا 20 درصد اختلاف وجود داشته باشد. کمیته استاندارد جهانی همه این روشها را مجاز میداند اما عدم درک از بوجود آمادن حالت قطبیت و تغییر PMD مقایسه بین آزمونها و تحلیل آنها را دشوار میکند، مخصوصا در تارهای پیر و قدیمیتر. تحلیل و محاسبه PMD در بازه زمانی مختلف باید بسیار هوشمندانه و واقعی باشد.
میرایی طیفی:
(Spectral Attenuation)
با پیشرفت در ساخت تارهای نوری تارهای LWPF ساخته شد که امکان انتقال طول موج 1260تا 1675 نانومتر را دارند. و نیز در میرایی طیفی بالاتر امکان انتقال طول موج 1244تا 1383 نانومتر را فراهم میکنند.
از آنجا که ممکن است در پروژهها از منابع نوری با میرایی طیفی CWDM استفاده کنیم تحلیل تارهای در دسترس، با لیزری با توان 1260تا1670 نانومتر ضریب میرایی حدود 2دسیبل/کیلومتر را دارند، درصورتی که تارهای LWPF ضریب میرایی حدود 4/0 دسیبل/کیلومتر دارند.
مطالب فوق از سایت FOA ترجمه شده و در اختیار شما عزیزان قرار گرفته است. به امید پیشرفت روزافزون این مرز و بوم درتمامی زمینه های مهندسی.
مرتضی سلطانی