Работа с оптическим волокном: введение для начинающих

Содержание:

1. Основы работы с оптоволокном
2. Резерв оптоволоконного кабеля и свободные волокна
3. Распределительные боксы, розетки и патч-панели
4. Зачистка волоконно-оптического кабеля
5. Подготовка оптоволокна к сварке
6. Как правильно скалывать волокна
7. Сварка волокон
8. Измерения затухания в оптоволокне
9. В заключение

Переход от медной к волоконно-оптической технологии означает необходимость в новых инструментах и навыках. Помимо получения некоторых теоретических знаний, установщики должны улучшить свои навыки ручного труда, поскольку работа с оптоволокном требует другого, более внимательного подхода. 

Основы работы с оптоволокном

Как и в случае с другими типами кабельных систем, процесс установки волоконно-оптической системы можно разделить на три основных этапа:

• прокладка кабелей
• установка разъемов и пассивных компонентов
• установка и настройка активных устройств

Способ прокладки кабелей важен для затухания передаваемых оптических сигналов. Каждый кабель содержит одно или несколько волокон. Тип волокна определяет минимальный радиус изгиба, однако установщик не должен путать минимальный радиус изгиба отдельного волокна и самого кабеля. Минимальный радиус изгиба кабеля обычно равен 20х его диаметр. Минимальный радиус изгиба одиночного волокна зависит от его стандарта, например:

• 30 мм для волокон G.652D
• 10 мм для волокон G.657A1
• 7,5 мм для волокон G.657A2

В случае систем FTTH (Fiber To The Home) рекомендуемым стандартом является G.657A2 с наименьшим минимальным радиусом изгиба. Это значительно облегчает работу установщика и сводит к минимуму проблемы, связанные с увеличением затухания сигнала из-за резких изгибов (прямые углы и т. д.). 

При прокладке кабелей не допускается превышение максимального тягового усилия. В отличие от коаксиальных кабелей или кабелей витой пары, локализовать неисправности в оптоволокне непросто, если у установщика нет дорогостоящего устройства - рефлектометра. 

Подключение и настройка активных оптических устройств несложны, в целом процедуры аналогичны тем, которые применяются в сетях LAN на основе кабелей UTP. Однако установщик должен помнить о двух важных моментах:

1. ИК-лазерный свет невидим для человеческого глаза, но может быть очень вредным - все подключения должны выполняться до включения каких-либо устройств.
2. Оптические устройства и разъемы требуют высоких стандартов чистоты - любая грязь увеличивает затухание в оптическом канале.

Большинство проблем, с которыми сталкиваются начинающие установщики, возникают при подключении оптоволокна. Вот несколько практических советов, которые являются общими для всех техник сварки (сварка плавлением, механическая сварка, склеивание и полировка). Мы надеемся, что они помогут некоторым людям начать свою работу с оптоволоконными технологиями.

Резерв оптоволоконного кабеля и свободные волокна

Установщик может заранее подумать и проинформировать инвестора / заказчика о том, что некоторые запасные отрезки кабеля и несколько дополнительных волокон в каждом кабеле могут решить многие проблемы в будущем.

Для одного канала точка-точка требуется два волокна, а при использовании технологии WDM - одно волокно. Когда, например, нужно четыре волокна, разумнее использовать 8-волоконный кабель, чем "минимальный" четырехволоконный (популярные оптические кабели обычно имеют 2, 4, 8, 16, 24 ... волокна). Волоконно-оптические кабели дешевы, но стоимость повторной установки может быть высокой, и ее следует избегать, поэтому гораздо лучше иметь запасные волокна для будущих нужд или просто в качестве резервного на случай выхода из строя одного волокна.

Рис1. Оставленный запас кабеля. Дополнительная длина кабеля хранится в запасной стойке (или боксе) для хранения кабеля, закрепленной на стене.

Настоятельно рекомендуется оставить дополнительную длину оптоволоконного кабеля на запасной стойке - обычно около 10 метров или около того. Дополнительное затухание незначительно по сравнению с затуханием, вызываемым сращиваниями и соединениями. В будущем резерв кабеля может решить проблемы, вызванные неожиданными ситуациями (новое расположение сервера, необходимость изменить путь кабеля и т. д.). Имея запас кабеля, установщик может вносить изменения без дополнительных затрат, которые потребуются в случае прокладки нового кабеля.

Распределительные боксы, розетки и патч-панели

Как упоминалось ранее, кабели и волокна имеют соответствующие минимальные радиусы изгиба. Самым простым и быстрым решением для защиты соединений и оконечных устройств кабеля / оптоволокна является использование подходящих распределительных боксов с кассетами для кабелей и волокон. Они обеспечивают правильное расположение кабелей и волокон и предотвращают случайное повреждение волокон в местах соединения и заделки.

• Оптическая розетка - это небольшая пластиковая коробка, которая устанавливается в помещении абонента и предназначена для ввода в помещение оптического волокна (ОВ), хранения некоторого его запаса и вывода сигнала на оборудование клиента.

• Оптическая патч-панель - обычно используется в 19-дюймовых стоечных системах для организации кроссового поля. Внутри патч-панели есть сплайс-кассета для разводки и сохранения волокон. На лицевой панели есть в основном от 8 до 48 посадочных места для адаптеров типа SC/LC.

• Оптические боксы - в отличии от патч-панелей предназначены для наружной установки, защищают ВОК от климатических и механических воздействий и исполняют роль хранилища сварных соединений и определенного его запаса  Для обеспечения последней функции оптические PON-боксы оснащаются сплайс-кассетами и кросс-адаптерами.

Зачистка волоконно-оптического кабеля

Защитные слои оптических кабелей могут быть сняты с помощью обычных инструментов, таких как ножи, кусачки, приспособления для снятия изоляции. Конечно, установщик должен внимательно следить за оголенными волокнами. Весь кабель с оболочкой и защитными покрытиями необходимо вставить в патч-панель или бокс и прикрепить к ней - использовать для этого извлеченные волокна нельзя.

1. Внутренний кабель - оболочка LSZH, волокна в буферах 0,9 мм.
2. Универсальный кабель - гелевая центральная трубка, оболочка LSZH, волокна 0,25 мм.
3. Внешний кабель - центральная труба, заполненная тугелем, оболочка из ЛПЭНП, волокна 0,25 мм.

Если это наружный кабель с гелем внутри, необходимо очистить волокна изопропиловым спиртом от защитного геля перед тем, как вставить конец кабеля в коробку. В случае кабелей, армированных арамидной нитью, ее необходимо удалить. Для этой операции требуются специальные ножницы для резки кевлара. Эти специально сконструированные инструменты с лезвиями из закаленного материала обеспечивают хорошие результаты и долговечны. Использование обычных ножей или ножниц в большинстве случаев не даст желаемого эффекта и может быть опасным для оптических волокон (в основном из-за дополнительной силы, необходимой для отделения пряжи).

Конструкция лезвий ножниц для кевлара - специальные зубчики позволяют разрезать твердые и прочные арамидные волокна.

Подготовка к сварке

Этот этап работы самый сложный. Рабочее место должно содержаться в чистоте, а установщик, оснащенный необходимыми инструментами, должен использовать их точно и эффективно.

Первый шаг - подготовка конца волокна

Извлеченные волокна обычно имеют диаметр 0,9 мм (900 мкм) или 0,25 мм (250 мкм). Они состоят из нескольких слоев, которые (от центра): сердцевина, оболочка, буфер, защитное покрытие.

В зависимости от типа волокна диаметр сердцевины составляет 62,5 / 50 мкм (многомодовый) или 9 мкм (одномодовый). Оболочка имеет диаметр 125 мкм и буфер 250 мкм. Это новейшее покрытие для гелевых кабелей, окрашенное в соответствии со стандартом GB13993.3-2001. В случае других кабелей защитное покрытие обычно имеет толщину 0,9 мм и имеет соответствующий цвет. Волокна этого типа используются в распределительных кабелях. Инструмент для снятия защитных слоев называется стриппер. 

Стриппер используется для снятия буферного и защитного слоев перед скалыванием.

Независимо от метода сварки / соединения конечная толщина волокна должна составлять 125 микрометров как в случае одномодовых, так и в случае многомодовых волокон. Итак, лучший выбор - универсальный инструмент, способный снимать лишние слои с волокон разного диаметра.

Стриппер имеет три отверстия. Первый снимает буферное покрытие 250 мкм с оптического волокна 125 мкм. Второе отверстие снимает буферное покрытие толщиной 900 мкм до покрытия толщиной 250 мкм. Третье отверстие используется для снятия оболочки толщиной 2-3 мм до буферного покрытия 900 мкм. Длину отрезанного 125 мкм волокна следует выбирать в зависимости от метода сварки и типа скалывателя.

Второй этап - очистка волокна

После подготовки конца волокна необходимо очистить его от грязи и пыли, оставшихся после снятых покрытий. Для этого настоятельно рекомендуется использовать изопропиловый спирт (IPA). Этиловый спирт оставит отложения. То же касается и салфеток - они должны быть безворсовые.

Очиститель на основе растворителя IPA и безворсовые салфетки также используются для очистки лицевой поверхности наконечника после полировки.

Третий этап - скалывание волокон

Правильно подготовленное и очищенное волокно можно расколоть. Для этого были разработаны специальные точные скалыватели. Раскол - самый важный шаг для обеспечения качественной сварки и низкого затухания соединения. Есть огромное количество разных моделей, включая как обычные ручные скалыватели, так и высокоточные скалыватели волокон. Сейчас наиболее популярными является все же 2 вариант. 

Пример роботы скалывателя:

Работа с высокоточными скалывателями: 

Сварка волокон

Правильно подготовленные концы волокон можно сращивать различными способами, например, сращивание оплавлением, механическое сращивание, склеивание и полировка.

Сращивание дуговой сваркой производится на специальных сварочных аппаратах, которые сплавляют концы волокон вместе с помощью электрической дуги. Этот метод обеспечивает наилучшие результаты, но оборудование может быть слишком дорогим для небольших монтажных компаний и индивидуальных установщиков.

Механическая сварка выполняется с использованием специальных пластиковых футляров для позиционирования концов волокон. Оптический гель, который также используется в устройствах, снижает эффект неточных разрезов и возможный зазор между торцами волокон. Такой метод не может похвастаться такими же результатами как оптоволоконный сварочный аппарат и в наше время используется достаточно редко.

В каждом методе длина оголенного волокна должна соответствовать техническим характеристикам сварочного аппарата или механического сварочного аппарата. В противном случае соединение может вызвать значительное затухание, которое уменьшит дальность связи или даже сделает передачу данных невозможной. 

Сращивания волокон являются хрупкими, поэтому их необходимо надлежащим образом защищать. По окончании сварки место стыка следует защитить термоусаживающейся гильзей. Лучше всего поместить волокна в специальные боксы. В большинстве распространенных монтажных боксах нет специальных отсеков для стыков, но внутри них легко установить дополнительные кассеты, предназначенные для этого.

Используя механические соединения, установщик может проверить качество соединений на основании «утечек» света. Например источник излучения MT3111m предназначен для тестирования одномодовых и многомодовых оптоволоконных кабелей и соединений с наконечниками 2,5 мм. Он излучает видимый свет (650 нм), а его выходная мощность достаточна для проверки даже 5-километровых линий связи.

Используя визуальный локатор неисправностей, установщик может обнаружить типичные проблемы, которые обычно не видны. Механические дефекты часто обнаруживаются на концах волокон и являются результатом неправильного обращения с кабелем во время установки.

Измерения затухания в оптоволокне

По завершении оптической системы установщик должен измерить затухание в оптических соединениях. Измерения потерь оптической мощности в оптоволоконных сетях, выполняемые с помощью измерителей оптической мощности, возможны только в том случае, если источник света откалиброван и стабилен. Недопустимо измерять затухание на оптическом пути с использованием активных устройств, таких как модули SFP, медиаконвертеры и т. д. Недостаточная точность и стабильность источников света, встроенных в эти устройства, не позволяет проводить надежные измерения, а погрешность может достигать 1 дБ или около того.

Измерение оптического пути: кабель длиной x км, два сращивания и два пигтейла с разъемами - общее затухание 0,4 дБ

На приведенной выше диаграмме показана типовая конфигурация измерения с оптическим лазерным источником GRANDWAY и измерителем оптической мощности. Любые измерения следует проводить в том же окне передачи, которое будет использоваться в оптической системе.

Измерения затухания на оптических путях в первую очередь позволяют проверить качество монтажных работ. Но это не единственная причина для снятия мерок. С практической точки зрения знание затухания на оптических путях может быть необходимо для определения необходимости использования оптических аттенюаторов.

Активные волоконно-оптические устройства характеризуются двумя основными параметрами: выходной мощностью передатчика и чувствительностью приемника (в случае приемопередатчиков WDM одно устройство одновременно является передатчиком и приемником).

В случае коротких линий связи (например, в зданиях) устройства с высокой выходной мощностью могут перегрузить или даже разрушить приемное оборудование. Точное измерение затухания в оптическом тракте позволяет установщику предсказать, следует ли и какой тип аттенюатора использовать в данном случае. Аттенюатор уменьшает амплитуду или мощность сигнала без существенного искажения его формы.

В заключение

В этой статье мы описали основы, которые должен знать каждый, кто собирается работать с оптоволокном. Кроме того, рассмотрели основное оборудование, что может понадобиться.  Сращивание оптоволокна - неизбежное занятие в любой оптоволоконной установке. Выбор правильного метода сварки не только сэкономит вам деньги, но и повысит эффективность вашего бизнеса. И не забудьте проверить волокно на затухание после завершения сварки. 

Волоконно-оптические кабели - дело хрупкое. Одно плохое сращивание - все, что нужно, чтобы свести к минимуму производительность вашего оптоволоконного кабеля, поэтому будьте осторожны с этим процессом и придерживайтесь основных правил.