Parametry optických kabelů s jednovidovými vlákny v praxi

Optické vlákno je vlnovod velmi vysoké kvality, schopný přenášet elektromagnetické vlnění o frekvenci kolem 
200 tisíc GHz .
Výzkum z hlediska užití optických vláken v telekomunikacích začal v 70. letech. Postupně bylo zjištěno, že fyzikální vlastnosti skla umožňují užití přenosových oken na vlnových délkách 850, 1310 a 1550 nm.
Došlo k rozvoji mnohovidových vláken, kde se v jádru o průměru 0,06 mm šíří více módů světla na vlnové délce 850 a 1310 nm. 

Obrovský rozmach však zaznamenala především jednovidová vlákna, kde se v jádru vlákna o průměru 0,008 mm šíří jeden mód světla s vlnovou délkou kolem 1310 a 1550 nm.

Na tato jednovidová vlákna se zaměříme v dnešním příspěvku. Jsou nejčastěji využívány pro dlouhé trasy a velké přenosové rychlosti v telekomunikacích, buzeny v převážné míře polovodičovým laserem pro zmenšení disperze.

Pro optické přenosy lze užít i jiné materiály než sklo. Obchodně je nabízen kabel z perfluorovaného amorfního polymeru s hodnotou útlumu 0,3 dB/km na vlnové délce 1300 nm.


Základní měřené parametry

Útlum - je definován jako úbytek optického výkonu při průchodu optického záření vláknem. Jeho velikost je nejčastěji udávána jako koeficient útlumu dB/km.

Chromatická disperze - je způsobena tím, že se každá spektrální složka přenášeného signálu šíří jinou rychlostí a dorazí na konec vlákna v jiném čase. To se projeví rozšířením impulsu a snížením možnosti jeho vyhodnocení. Nejčastěji udávaným koeficientem chromatické disperze D je ps/km.nm. Chromatická disperze je tedy spektrálně závislá a daná materiálem vlákna z výroby.

Geometrické parametry - jejich tolerance a homogenita podél vlákna mají významný vliv na celkový útlum trasy a dosah spoje. Přední výrobci zaručují tolerance 0,0005 mm pro průměr vidového pole, 0,001 mm pro průměr pláště, 1% pro nekruhovost pláště a 0,0008 - 0,001 mm pro excentricitu jádro-plášť.

Při výběru vlákna je třeba brát v úvahu především koeficient chromatické disperze, protože útlum prakticky všech typů vláken je již blízko teoretické hranice. 

Typy vláken

Mezi základní typy vláken patří:

Vlákno ITU G.652 - nejčastěji se skokovým profilem indexu lomu. Koeficient D Nabývá nulové hodnoty okolo 1310 nm, na 1550 nm je kolem 18 ps/km.nm.

Vlákna s posunutou disperzní charakteristikou - nulová hodnota D je na 1550 nm, nejčastěji má trojúhelníkový profil indexu lomu.

Vlákna s plochou disperzní charakteristikou ITU G.653 - mají ve spektru 1310 až 1550 zaručenu nízkou hodnotu D, nejčastěji pomocí vícevrstvého profilu indexu lomu, mají však o cca 10% zvýšený útlum a jejich výroba je náročná. Od užití těchto vláken se postupně upouští.

Vlákna s nenulovou chromatickou disperzí ITU G.655 - mají ve spektru od 1540 do 1565 nm k nule se blížící hodnotu D. Prakticky se v nich slučují vlastnosti vláken výše uvedených typů. 

Rovněž kabelů existuje široká škála, lze vybírat z mnoha typů v závislosti na konkrétním záměru a i z hlediska budoucího využití. Odhadovaná životnost kabelů je kolem 30 let.

Značení optického kabelu s jednovidovými vlákny

dle ČSN EN 60617-10, s uvedením počtu a rozměrů vláken.

Konstrukce optických kabelů

Dnes se vyrábí kabely nejrůznějších typů, často až s několika stovkami vláken. Liší se jednak typy a uložením vláken a jednak způsobem konstrukce:
- dielektrický nebo s metalickým párem,
- stínící fólie nebo klasický pancíř,
- nehořlavý, zvýšená chemická odolnost, zvýšená odolnost proti hlodavcům,
- úložný, závěsný, uložený v zemním lanu, ovíjený kolem zemního lana, ve fázovém vodiči, podmořský s vloženými zesilovači.

Měření na optických vláknech

Rovněž měření optických vláken prošlo bouřlivým vývojem z hlediska metod a přístrojů. Základním a nejdůležitějším požadavkem při montáži a měření vláken je pečlivost, čistota a přesné dodržování stanovených postupů. 

Hodnoty chromatické disperze a průměru vidového pole jsou dány z výroby, postačují tedy údaje v příslušné dokumentaci. Základním měřením je měření útlumu. Zde se nejčastěji užívá metoda vložných ztrát, kdy se k trase připojujeme pomocí spojovacího modulu (varianty A1 - jeden modul až A3 - tři moduly). V praxi se zpravidla užívá metoda A1, protože má nejméně optických prvků v referenci. 

Vlákno se měří na obou vlnových délkách (1310 a 1550 nm).

Zkušenosti z praxe pro toto měření byly shrnuty do deseti zásad:
1) Zvolit jednu variantu A1 až A3.
2) Měřit vždy stejným postupem.
3) Po nastavení vysílací úrovně kontrolovat vazbu spojující modul - vysílač.
4) Při manipulaci s moduly dávat pozor na ostré ohyby.
5) Přemisťuje se měřič výkonu, zdroj zůstává na místě.
6) Chránit měřič výkonu před teplotními rozdíly, pozor na orosení.
7) Během jednoho měření používat stejné moduly a adaptéry.
8) Měřicí vlákna a konektory musí být tytéž jako v trase (typ, výrobce, dodávka).
9) Neužívat měřicí moduly k ničemu jinému - mají referenční kvalitu.
10) Vždy velmi pečlivě čistit konektory a adaptéry.

Existuje řada přístrojů nejrůznějších typů od jednoúčelových pro orientační měření až po plně automatizované, pracující na obou vlnových délkách bez přemisťování, zapisující výsledky do předepsaného protokolu.