تست فیبرنوری در مسیرهای طولانی و شبکه های 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 تقویت-کننده های فیبر نوری این امکان را فراهم می کنند تا انتقال اطلاعات در مسیرهای طولانی به سادگی امکان پذیر گردد. با این حال در فواصل بسیار طولانی، عوامل زیادی در رسیدن اطلاعات به مقصد موثراند. پراکندگی نوری، پراکندگی ناشی از نور طول موج-های مختلف وپراکندگی حالت قطبی عوامل محدود کننده فیبر هستند. انجام تمامی این 3حالت تست های مختلف برای صحت عملکرد پروژه هایی با مسیر طولانی مورد نیاز بوده و باید انجام شود. این تست ها تنها تست های مورد نیاز شبکه هایی با ساختار فیبر نوری نیست، تست های دیگری نیز برای صحت کار این نوع شبکه ها مورد نیاز هستند که می توانید از لینک زیر آنها را مشاهده کنید.
پراکندگی رنگی
(Chromatic Dispersion)
پراکندگی نوری در تارهای نوری تک حالته SM با طول موج ها و سرعت های مختلف ایجاد می شود. نسبت سرعت نور در محیط های مختلف را نسبت به سرعت نور در خلاء ضریب شکست می نامند. ضریب شکست برای فیبر نوری 1.45 می باشد 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 به وجود می اید و نور را در طیف های رنگی مختلف می-بینیم. اکثر منابع مورد استفاده در مسافت های طولانی در لینک های فیبر نوری فرستنده های 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: • -پراکندگی رنگی نور در مواد. • -پراکندگی رنگی نور در گستره موج. پراکندگی نور با توجه به شاخص شکست در مواد مختلف ایجاد می شود. شیشه در این مورد بیشترین طول موج را دارد. نگاهی به نمودار زیر تنوع شاخص شکست را در تمام طول موج هایی 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 موج ها بزرگتر از قطر هسته میباشد. طول موج مناسب باعث حرکت درست نور در قطر مناسب و هسته مرکزی فیبر بوده و طول موج های 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 موج های بزرگتر به دلیل داشتن قطر بزرگتر بیشتر در Clad حرکت میکنند و به همین دلیل از پراکندگی بیشتری برخوردار خواهند بود.
پراکندگی در فیبر های مختلف
نوع فیبرهای مختلف و انواع طول موج ها 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 موج های مختلف سبب شده تا فیبرهای تک حالته مختلفی برای رفع نیاز برنامه های کاربردی و طول موج های 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 Singlemode 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

جبران خسارات ناشی از پراکندگی نوری
همانطور که قبلا ذکر شد ویژگی پراکندگی نوری را در فیبر می توان 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 تست ها در طول موج های 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 داده های 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 روش ها از استانداردهای بین المللی 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
تست فیبر نوری تست فیبر نوری تست فیبر نوری تست فیبر نوری تست فیبر نوری تست فیبر نوری تست فیبر نوری

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 می گویند. شاخص دوگانه به آن معنی است که نور با سرعت های مختلف و در جهت های مختلف حرکت می کند. بنابراین در ساده ترین تجسم، PMDدر فیبر شبیه نقاشی زیر است که در آن پراکنگی قطبی سفر هر جزء از نور با سرعت های مختلف آمده است. مقدار PMDدر نقاط مختلف فیبر متفاوت است و همه اینها باعث ایجاد تاخیر در رسیدن نور به مقصد می شود.
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 می آید. وشکست دوگانه مواد عمدتا به دلیل ایجاد استرس بر روی فیبر پدیدار می شود. PMD یک مسئله پیچیده در نصب فیبر نوری است. در یک فیبر با مسیر طولانی هر یک از موارد فوق به طور ناخواسته بوجود می آید. (تغیرات ناشی از استرس و یا یکی از حالات ایجاد دوگانگی در گستره موج). ویا در یک فیبر هوایی ممکن است PMDبا توجه به عواملی مثل سرعت باد و دما به شکل قابل توجهی تغییر کند. PMDباعث ایجاد خطا در گسترش پالس و یا دریافت سیگنال های الکتریکی می شود. و همینطور مقدار PMDبا گذشت زمان تغییر می کند و در حدود 1 تا 3 دسی بل به آن اضافه می گردد. و متاسفانه هیچ طرح قابل اعتمادی برای جبران خسارت حاصل از PMDوجود ندارد. بنابراین تنها راه حل، بروز رسانی آزمونها و تست های PMDمطابق با استاندارد است.
تست (PMD)
بطور کلی برای شبکه هایی با سرعت بالای 2.5 گیگابایت در ثانیه یکی از حساس ترین تست ها تست PMDاست. از آنجا که PMDبا گذشت زمان تغیر میکند این تست در زمان تولید انجام شده و پس از نصب نیز برای مقاسه انجام می شود. در شبکه-هایی با مسیر طولانی و سرعت بالا این تست در طول زمان های مختلف نیز تکرار می شود. تجهیزات اندازه گیری گوناگونی برای تجزیه و تحلیل حالت قطبی وجود دارد که بعضی از آنها فقط در زمان تولید و در کارخانه مورد استفاده قرار می گیرند و برخی بعد از نصب، که البته اساس همه این تست ها یکی می باشد. (یک منبع نوری و یک واحد اندازه گیری)
تست PMDآسان نیست، نیاز به تکرار دارد. از آنجا که PMDتغییر میکند ممکن است بیین روش های مختلف تست 10تا 20 درصد اختلاف وجود داشته باشد. کمیته استاندارد جهانی همه این روش ها را مجاز میداند اما عدم درک از بوجود آمادن حالت قطبیت و تغییر PMDمقایسه بین آزمونها و تحلیل آنها را دشوار میکند، مخصوصا در تارهای پیر و قدیمی تر. تحلیل و محاسبه PMDدر 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 1244 تا 1383 نانومتر را فراهم میکنند.
از آنجا که ممکن است در پروژه ها از منابع نوری با میرایی طیفی CWDMاستفاده کنیم تحلیل تارهای در دسترس، با لیزری با توان 1260 تا 1670 نانومتر ضریب میرایی حدود 2 دسی بل/کیلومتر را دارند، درصورتی که تارهای LWPFضریب میرایی حدود 0.4 دسی-بل/کیلومتر دارند.
مطالب فوق از سایت FOAترجمه شده و در اختیار شما عزیزان قرار گرفته است. به امید پیشرفت روزافزون این مرز و بوم در تمامی زمینه های مهندسی. مرتضی سلطانی
http://www.thefoa.org/tech/ref/testing/test/CD_PMD.html

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)
 
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