Приведены технические характеристики источников
и приемников оптического излучения, оптических тестеров и
импульсных рефлектометров. <...> Другими словами, ВОСП —
это совокупность оптических устройств и оптических линий передачи для создания, обработки и передачи оптических сигналов. <...> При
этом оптическим сигналом служит модулированное оптическое излучение лазера или светодиода. <...> Промежуточные станции оптической системы передачи могут
быть представлены различными устройствами электронными регенераторами, оснащенными оптическими конверторами, электронными мультиплексорами с доступом к определенному числу каналов,
оптическими усилителями, служащими для ретрансляции оптических сигналов оптическими мультиплексорами с формированием доступа к отдельным оптическим каналам. <...> Излучение с разными длинами волн, несущее для каждой длины волны свою информацию, вводится в один волоконный световод
с помощью специального устройства — мультиплексора, усиливается оптическим усилителем и распространяется по волоконной линии
связи. <...> Профиль показателя преломления волоконного световода
где µ1 и µ2 — магнитная проницаемость сердечника и оболочки соответственно; ε1 и ε2 — диэлектрическая проницаемость сердечника
и оболочки. <...> Это название особенно хорошо закрепилось за параболическим профилем, имеющим u = 2,
оптические волокна с таким профилем имеют технически очень хорошие характеристики передачи света. <...> С увеличением радиуса сердцевины волокна величина V растет,
а с увеличением длины волны уменьшается. <...> Чем меньше разность ∆n = n1 − n2 , тем при большем
радиусе световода обеспечивается одномодовый режим. <...> Как видно из таблицы, только одна одномодовая волна HE11
не имеет критической частоты. <...> где V — нормированная частота; α — радиус сердцевины волокна;
n1 —показатель преломления сердцевины волокна; n2 — показатель
преломления оболочки; λ — длина волны оптического сигнала. <...> Одной из основных характеристик <...>
Методы_и_средства_измерения_параметров_оптических_телекоммуникационных_систем.pdf
Методы_и_средства_измерения_параметров_оптических_телекоммуникационных_систем_(1).pdf
Субботин Е. А.
Москва
Горячая линия - Телеком
2013
Стр.1
УДК 621.372.8
ББК 32.88
С89
Р е ц е н з е н т ы : доктор техн. наук, профессор
доктор техн. наук, профессор
Субботин Е. А.
С89
Методы и средства измерения параметров оптических
телекоммуникационных систем. Учебное пособие для
вузов. – М.: Горячая линия–Телеком, 2013. – 224 с: ил.
ISBN 978-5-9912-0304-3.
Систематизированы обширные сведения в области методов
и средств измерений параметров систем и устройств связи оптического
диапазона. Рассмотрены вопросы метрологического
обеспечения и сертификации средств измерений параметров
волоконно-оптических систем передачи информации. Особое
внимание уделено измерениям в волоконно-оптических линиях
передачи. Приведены технические характеристики источников
и приемников оптического излучения, оптических тестеров и
импульсных рефлектометров. Пособие подготовлено в соответствии
с ФГОС 3-го поколения.
Для студентов старших курсов, обучающихся по направлению
210700 – «Инфокоммуникационные технологии и системы
связи».
ББК 32.88
Учебное издание
Субботин Евгений Андреевич
Методы и средства измерения параметров
оптических телекоммуникационных систем
Учебное пособие для вузов
Редактор Ю. Н. Чернышов
Компьютерная верстка Ю. Н. Чернышова
Обложка художника В. Г. Ситникова
Подписано к печати 28.10.2012. Формат 60×88 1/16.
Усл. печ. л. 14. Изд. № 12304. Тираж 500 экз. (1-й завод 200 экз.)
ISBN 978-5-9912-0304-3
© Е. А. Субботин, 2012
© Издательство «Горячая линия–Телеком», 2012
;
Ю
.
В. В. Л
е
б
е
дянцев
А. П
а
ль
чун
А
дрес изда
тельства
в И
н
тер
н
ет WWW
.
TECH
B
O
O
K
.
RU
Стр.2
Введение
Интенсивный прогресс волоконно-оптических телекоммуникационных
технологий невозможен без достижений измерительной
техники, развитие которой, с одной стороны, зависит от достижений
теории передачи информации, физической и квантовой оптики, математического
моделирования информационных, физических и технологических
процессов, физики и технологии волоконно-оптических
и полупроводниковых элементов, схемотехники, микроэлектроники,
а с другой — влияет на их развитие, являясь базой, без
которой невозможен прогресс ни в одной области техники. Следует
также отметить, что повышение качественных показателей предоставляемых
телекоммуникационных услуг обусловливает необходимость
в высокоточных средствах измерений как при выходном
контроле оптических компонентов, так и в процессе эксплуатации
волоконно-оптических систем передачи.
В настоящее время в ряде вузов страны ведется подготовка специалистов
по физике и технике оптической связи. Однако до настоящего
времени отсутствуют учебники и учебные пособия, в которых
была бы сосредоточена вся необходимая информация по методам и
средствам измерения в оптических телекоммуникационных системах.
Информация подобного характера разрознена и мало доступна
студентам. Из большого объема сведений, имеющихся в современной
технической литературе, отобрана лишь та информация, которая,
на наш взгляд, позволяет оценить состояние и тенденцию развития,
а также сделать правильный выбор средств измерений. Такой
подход определил структуру и содержание настоящего учебного пособия.
Его материал условно можно разделить на три, казалось бы,
самостоятельные части, включающие:
• методы и средства измерений в волоконно-оптических линиях
передачи;
• методы и средства измерений в волоконно-оптических системах
передачи;
• метрологическое обеспечение и сертификация средств измерений
параметров волоконно-оптических систем передачи информации.
На
самом деле эти разделы тесно связаны между собой, так как
обеспечивают комплексное понимание задач и предмета измерений
параметров систем и устройств связи оптического диапазона.
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 Физические основы передачи информации по волоконно-оптическим
линиям ïåðåäà÷è. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1. Структурная схема оптической системы передачи . . . .
1.2. Основные параметры оптических волокон . . . . . . . . . . . .
1.2.1. Оптические параметры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
4
4
8
8
1.2.2. Волновые параметры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.3. Собственные затухания в оптических волокнах . . 12
1.2.4. Дополнительные затухания в оптическом кабеле . 16
1.3. Дисперсия оптического волокна. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.1. Модовая дисперсия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.3.2. Хроматическая (частотная) дисперсия . . . . . . . . . . . 23
1.3.3. Поляризованная модовая дисперсия . . . . . . . . . . . . . . 29
1.4. Полоса пропускания оптического волокна . . . . . . . . . . . . 30
Контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2. Классификация и технологии измерений в волоконнооптических
системах ïåðåäà÷è. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1. Основные понятия и определения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2. Виды измерений в волоконно-оптических системах передачи
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3. Основные виды и характеристики контроля в волоконно-оптических
системах передачи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3. Измерения параметров волоконно-оптических линий
ïåðåäà÷è. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.1. Назначение и виды измерений в волоконно-оптических
линиях передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2. Методы и средства измерения затухания . . . . . . . . . . . . . 50
3.2.1. Метод двух точек. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.2.2. Метод обрыва . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.3. Метод вносимых потерь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.2.4. Измерение приращения затухания при воздействии
внешних факторов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Стр.221
222
Оглавление
3.2.5. Измерение переходного затухания. . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.2.6. Метод обратного рассеяния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.2.7. Приборы для измерения затуханий в оптических
кабелях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.3. Методы и средства измерения полосы пропускания и
дисперсии оптических волокон. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.3.1. Измерение межмодовой дисперсии . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.3.2. Измерение хроматической дисперсии. . . . . . . . . . . . . . 85
3.3.3. Измерение поляризационной модовой дисперсии. . 91
3.4. Измерение профиля показателя преломления . . . . . . . . 102
3.4.1. Метод сканирования отражения от торца . . . . . . . . . 103
3.4.2. Метод исследования пространственного распределения
излучения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.4.3. Метод рефракции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
3.4.4. Интерферометрические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
3.4.5. Метод фокусировки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
3.5. Измерение числовой апертуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
3.5.1. Метод «трех колец» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
3.5.2. Метод ближней зоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.5.3. Метод дальней зоны. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
3.5.4. Метод калиброванного зазора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
3.6. Измерение длины волны отсечки одномодовых волокон
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
3.7. Измерение диаметра поля моды одномодовых световодов
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
3.8. Измерение электрического сопротивления наружной
оболочки оптического кабеля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
3.9. Измерение геометрических и механических характеристик
оптических волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4. Мониторинг разветвленных волоконно-оптических
сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.1. Задачи и методы мониторинга волоконно-оптических
линий передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.2. Принципы построения и сравнительный анализ систем
мониторинга. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.2.1. Общие требования к системам мониторинга . . . . . . 137
4.2.2. Специальные требования для систем RFTS корпоративных
сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.2.3. Общие принципы построения систем мониторинга 139
4.2.4. Функции систем мониторинга . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Стр.222
Оглавление
223
4.2.5. Сравнительный анализ систем мониторинга ВОК 146
4.3. Организация проведения ремонтно-восстановительных
работ по результатам мониторинга. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.3.1. Основные положения по технологии проведения
ремонтно-восстановительных работ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.3.2. Планово-профилактические работы наЛКСВОЛП
151
4.3.3. Технология выполнения ППР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.3.4. Аварийно-восстановительные работы . . . . . . . . . . . . . 153
4.3.5. Технология проведения АВР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5. Методы измерения параметров оптического стыка систем
передачи SDH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.1. Классификация и основные параметры оптических стыков
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.2. Общие вопросы измерений параметров оптических стыков
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
5.3. Измерения в точке соединения станционного и линейного
кабеля в оптической цепи на передаче [Пд(S)] . . . 166
5.3.1. Измерение спектральных характеристик. . . . . . . . . . 166
5.3.2. Измерение уровня мощности оптического излуче5.4.
Измерения между точками соединения станционного и
линейного кабеля в оптической цепи на передаче и на
приеме. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
5.4.1. Измерение диапазона перекрываемого затухания . 169
5.4.2. Измерение суммарной дисперсии. . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5.4.3. Измерение затухания отражения кабельного оборудования
и коэффициента дискретного отражения между
точками Пд(S) и Пр(R). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
ния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.3.3. Измерение коэффициента гашения и характеристик
формы оптического сигнала на передаче. . . . . . . . . . . . 167
5.3.4. Измерение фазового дрожания оптического сигнала
168
5.5. Измерение параметров в эталонной точке Пр(R) . . . . . 172
5.5.1. Измерение уровня чувствительности . . . . . . . . . . . . . . 172
5.5.2. Измерение уровня перегрузки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.5.3. Измерение коэффициента отражения приемного
устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.5.4. Измерение допустимого фазового дрожания оптического
сигнала. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.5.5. Измерение коэффициента передачи фазового дрожания
регенератора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Стр.223
224
Оглавление
5.5.6. Определение дополнительных потерь оптического
тракта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6. Метрологическое обеспечение и сертификация средств
измерений параметров волоконно-оптических систем
передачи информации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
6.1. Задачи и структура метрологической службы отрасли 180
6.2. Задачи метрологического обеспечения измерений параметров
волоконно-оптических систем передач . . . . . . 182
6.3. Правила разработки и использования в отрасли методик
выполнения измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
6.4. Порядок сертификации СИЭ в отрасли «Связь». . . . . . 189
6.5. Технические основы метрологического обеспечения . . 191
Контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Глоссарий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
Список сокращений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
Список обозначений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
Приложение А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
Приложение Б. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
Приложение В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
Приложение Г. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
Стр.224