Misure su cavi a fibre ottiche

Parametroesempiostrumento Potenza otticaOutput delle sorgenti, livello di ricezione del segnale Power meter Attenuazione o perditaFibre, cavi, connettoriPower meter e source, o Optical Loss Test Set (OLTS) retroriflessione o Optical Return Loss (ORL) OTDR Lunghezza d’ondaAnalizzatore di spettro ottico Backscatterattenuazione, lunghezza, locazione dei guasti OTDR Locazione dei guastiOTDR Banda / dispersioneBandwidth tester Requisiti di misura

Power Meter  Il power meter può essere utilizzato per misurare la potenza di una sorgente  disponendo di una sorgente, si può misurare l’attenuazione di un cavo (insertion loss)  la maggior parte delle misure di potenza sono nel range 10 dBm  - 40 dBm  i sistemi analogici CATV (cable TV) o DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) possono avere potenze sino a 30 dBm (1 Watt – laser classe 4)  i power meter sono calibrati a 3 lunghezze d’onda standard: 850 nm, 1300 nm, 1550 nm  la tipica incertezza di misura é 5% (0.2 dB)

Le sorgenti  Le sorgenti sono LED o Laser  665 nm per fibre ottiche in plastica  850 nm o 1300 nm per fibre multimodali  1310 nm o 1550 nm per fibre monomodali

OTDR - Optical Time-Domain Reflectometer = 850, 1300 nm per multimodo =1300, 1550 nm per monomodo Dinamica monodirezionale: multimodo  25 dB, 1310 nm, 1  s monomodo  40 dB, 1550 nm, 20  s monomodo  26 dB, 1550 nm, 1  s

Impieghi dell’OTDR  Misure di attenuazione  locazione di rotture, giunti e connettori  fornisce display grafici sullo stato delle fibre  i cavi possono essere misurati da un solo lato

Backscatter  Una piccola quantità di luce é diffusa all’indietro verso la sorgente dalla fibra stessa  lo Scattering di Rayleigh è causato dalle disomogeneità della matrice vetrosa della fibra e provoca una diffusione del segnale in ogni direzione, anche all’indietro (retrodiffusione o backscattering)  giunti meccanici nel caso di vetro e aria e coppie di connettori producono riflessioni maggiori verso la sorgente  (riflessione di Fresnel) se un impulso luminoso incide sulla superficie di separazione di due mezzi con indici di rifrazione differenti, una frazione di energia viene riflessa all’indietro (circa il 4% dell’energia incidente).

Diffusione Retrodiffusione Potenza ottica incidente Scattering di Rayleigh Scattering di Rayleigh: le disomogeneità intrinseche della fibra (di dimensioni molto minori della lunghezza d’onda) inducono diffusione del segnale in tutte le direzioni, anche all’indietro (retrodiffusione o backscattering). Riflessione di Fresnel n =  1.5 (nucleo) ~ 4 % n = 1.0 (aria) Riflessione di Fresnel: se la luce incide sulla superficie di separazione di due mezzi con indici di rifrazione diversi, parte dell’energia é riflessa (  4% nel caso vetro aria,  14 dB). Il segnale retrodiffuso è  1/1000 del segnale diffuso in tutte le direzioni Backscatter

Elaborazione dati DISPLAY Sorgente laser Ricevitore/fotodiodo Accoppiatore direzionale Fibra da misurare Schema dell’OTDR

Generatore impulsivo Diodo laser Accoppiatore direzionale Connettore OTDR Alla fibra sotto test Convertitore A/D fotorivelatore Amplificatore

OTDR Display A RIFLESSIONE DI TESTA; B L’ATTENUAZIONE E’ DATA DALLA PENDENZA DELLA CURVA; C EVENTO RIFLESSIVO (GIUNTO MECCANICO) D EVENTO NON RIFLESSIVO (GIUNTO A FUSIONE O CON ADATTATORE DI INDICE) E RIFLESSIONE DI FINE FIBRA; F RUMORE A C E F Distanza (km) B D  dB/km

OTDR – modalità di operazione OTDR invia in fibra un impulso, misura il ritardo degli echi (al riguardo, un connettore Ultra Physical Contact – UPC - ha un return loss di  50 dB, un connettore Angled Physical Contact – APC- di  70 dB), e ne calcola la distanza X La potenza retrodiffusa dello scatter di Rayleigh dipende dalla lunghezza d’onda (diminuisce come 1/ 4 ), dal tipo di fibra, e dalla durata dell’impulso) Lunghezza d’ondaAttenuazione tipica 850 nm (MM 50  m ) 2.7 dB/km 1300 nm (MM 62.5  m) 0.7 dB/km 1300 nm (MM 50  m ) 0.5 dB/km 1310 nm0.35 dB/km 1550 nm0.22 dB/km

OTDR – range dinamico & range di misura  Range dinamico è la differenza tra livello iniziale di backscatter e livello del rumore (noise floor), dopo una media (averaging) di 3 minuti;  si può specificare per rumore di picco o per rumore rms (root mean square);  range di misura è la differenza tra livello iniziale di backscatter e livello a cui l’attenuazione di giunti a fusione (tipica 0.5 dB) si può misurare accuratamente. distanza Backscattering iniziale da connettore OTDR Giunto 0.5 dB Range di misura Range dinamico (picco) Range dinamico (rms)

OTDR – range dinamico & range di misura  Range dinamico e range di misura dipendono dalla durata dell’impulso;  maggiore è la durata dell’impulso, minore è l’attenuazione di backscatter, maggiore è il range dinamico;  inoltre, poiché l’attenuazione di backscatter dipende anche dalla lunghezza d’onda e dal tipo di fibra,  la capacità di misura in distanza di OTDR dipende dalla durata dell’impulso, dalla lunghezza d’onda e dal tipo di fibra  chiaramente, la distanza massima di misura si ottiene dividendo il range dinamico (in dB) per l’attenuazione della fibra (in dB/km);  ad esempio, a 1550 nm si ha  un range dinamico di 30 dB;  l’attenuazione della fibra di 0.23 dB/km;  pertanto, la massima distanza misurabile è 30/0.23 = km.

OTDR – influenza della durata dell’impulso  A parità di condizioni, la massima distanza misurabile aumenta (linearmente) con la durata dell’impulso;  però, maggiore è la durata dell’impulso, maggiore è lo spazio che l’impulso “occupa” sulla fibra;  un impulso di durata T, dal momento che incontra una riflessione, anche di dimensione longitudinale infinitesima, perviene in ricezione nell’intervallo t  t+T, quindi la distanza relativa sulla fibra è ad esempio,  un impulso di 10 ns corrisponde a (3  10 8  10  )/(2  1.48)  1 m;  un impulso di 1  s corrisponde a (3  10 8  1  )/(2  1.48)  100 m.

OTDR – influenza della durata dell’impulso Impulso 20 ns Impulso 50 ns Impulso 200 ns

OTDR – modalità media (averaging)  Per misurare accuratamente l’attenuazione dei giunti, è necessario mediare (averaging);  l’operazione di media può essere definita in tre modi  la media si traduce in ridotto rumore sulla traccia, ottenendo così un posizionamento più accurato dei marker;  più rumorosa è la traccia, più medie sono necessarie;  l’ampiezza dell’impulso può anche essere aumentata per ridurre il rumore (aumentando il rapporto segnale/rumore), dipendendo però dalla spaziatura degli eventi riflessivi.

OTDR - Lunghezze d’onda di misura  Lunghezze d’onda utilizzate  850 – 1300 nm multimodali  1310 – 1550 nm monomodali  Alle lunghezze d’onda maggiori:  l’attenuazione è minore  lo Scattering di Rayleigh è minore  la sensibilità alle attenuazioni da curvatura (bending loss) è maggiore  alle lunghezze d’onda minori:  l’attenuazione è maggiore  lo scattering di Rayleigh è maggiore  la sensibilità alle attenuazioni da curvatura (bending loss) è minore

Tipi di OTDR Full-size (complesso, costoso) Mini-OTDR (minori prestazioni) Fault Finder (semplice, indica la distanza dal guasto)

Cable Tracer Visuali e Fault Locator Visuali (VFL)  Cable tracer è come una semplice lampadina  utilizza una sorgente LED o Laser per inviare più luce nella fibra  utile per testare la continuità della fibra  o per verificare che è connessa la fibra giusta  con sorgenti molto luminose si può trovare la rottura cercando una luminosità attraverso il jacket  la luce visibile percorre solo 3  5 km sulla fibra.

Fiber Identifier  Piega la fibra per rivelare la luce  può essere utilizzato sulle fibre “live” senza interrompere il servizio  può rivelare uno speciale tono modulato inviato sulla fibra

Microscopio  Utilizzato per ispezionare le facce “levigate” di fibre e connettori  particolarmente durante i processi di eliminazione della resina epossidica

 Simula l’attenuazione di un lungo tratto di fibra  attenuatori variabili consentono di testare una rete per verificare quanta ulteriore attenuazione può essere tollerata  può utilizzare gap, bending (curvatura) o filtri ottici Attenuatori

+10  , 1550CATV -10  , 790, 850, 1300 Dati , 1550 Lunghezza d’onda (nm) Range di potenza (dBm)Tipi di rete +20  - 30 Telecom DWDM +3  - 45 Telecom Livelli di potenza ottica I rivelatori sono semiconduttori in silicio, germanio o arseniuro di gallio e indio.

Test di fibre ottiche  Prima dell’installazione  test di continuità con cable tracer o VFL (Fault Locator Visuale)  misurare l’attenuazione col metodo del cut-back

Test per l’attenuazione dei connettori Inserire il connettore Questo test dà la perdita tipica di un tipo di connettore

Optical Return Loss (ORL) nei Connettori  Una “coppia” di interfacce vetro aria per connettori non a contatto fisico senza gel index-matching  4% riflettanza – perdita di 0.3 dB, ORL 14 dB  connettori PC (Physical Contact) possono avere una riflettanza dell’1%, ovvero un ORL di 20 dB  molto meno coi migliori connettori PC, 40 dB  con connettori angolati sino a 60 dB  la riflettanza può essere un problema in sistemi monomodali ad elevato bit rate.

Test Base per l’attenuazione dei cavi  Misurare la potenza in uscita dalla fibra di lancio  poi aggiungere il cavo da testare  questo test utilizza solo un connettore – avvolgere il cavo per testare l’altro lato Fibra di lancio

Splitter ottici Splittano i segnali luminosi da una fibra in due fibre

Gli accoppiatori possono splittare o combinare Si può anche splittare 1 a M o combinare M a 1

Accoppiatori MxN

Realizzazione degli accoppiatori tensione Avvolgimento delle fibre Fusione o rammollimento delle fibre tapering delle fibre

Wavelength Division Multiplexer  La luce entrante da sinistra contenente due lunghezze d’onda è separata, in lunghezza d’onda, nelle due fibre sulla destra  é possibile anche la combinazione dei due segnali  richiede tecniche e apparecchiature speciali per essere testato

 Amplificano i segnali senza conversione in elettrico  complessi da testare, richiedono speciali apparecchiature. Amplificatori per fibre ottiche

Commuta agevolmente le lunghezze d’onda durante i test di canali multipli Switch a fibre ottiche

Datalink a fibre ottiche  La figura mostra un link monodirezionale  la maggior parte delle reti è bidirezionale (full duplex) con due link che operano in direzioni opposte. trasmettitore ricevitore connettore cavi LED o Laser fotodiodo Driver di sorgente

Bit Error Rate La potenza ricevuta deve essere entro il range operativo  una potenza troppo bassa porta ad elevati BER (insufficiente rapporto segnale /rumore)  una potenza troppo alta satura il rivelatore portando anch’essa ad elevati BER  in tal caso si devono utilizzare attenuatori

Affidabilità (Reliability)  Una volta installati, i sistemi in fibra ottica dovrebbero operare per lungo tempo  i cavi possono essere spezzati in modo accidentale  contrassegnare i luoghi dove sono interrati i cavi  interrare un nastro di “marcatura” sopra il cavo  utilizzare jacket di colore opportuno (arancio o giallo) per i cavi indoor

Incertezze  Livelli assoluti di potenza: 5% o 0.2 dB  attenuazione (Insertion loss): 0.5 dB o più  OTDR: fino a qualche dB  riflessione (Optical return loss): 1 dB o più  sebbene i meter mostrino letture con centesimi di dB, queste non significano nulla !  ad esempio, una attenuazione di 2.13 dB potrebbe essere rimisurata come 2.54 dB

Incertezze dell’OTDR  Dead zone  niente può essere misurato nei primi 100 metri, all’incirca (la distanza esatta dipende dalla durata dell’impulso)  risoluzione in distanza  due eventi troppo vicini non possono essere risolti  anche questo dipende dalla durata dell’impulso.

Errore nella misura della distanza nell’OTDR  Velocità della luce nelle fibre  può non essere quella che l’OTDR si aspetta, con distorsione nella lettura delle distanze (s = v  t/2 v = c/n);  ad esempio, con G.652  = 1310 nm n = 1,4670  = 1550 nm n = 1,4675  = 1650 nm n = 1,4678  L’OTDR misura lunghezze delle fibre che sono normalmente 1%  2% maggiori delle lunghezze del cavo.

OTDR Ghost Impulso iniziale 700 m di cavo Picco riflessivo (saturato) Solo rumore Ghost alla lunghezza doppia del cavo  Riflessioni secondarie appaiono al doppio della reale lunghezza del cavo  l’impiego di “gel index-matching” elimina i ghost