Основные данные по ВОЛС для проектирования систем телекоммуникаций
Оптическое волокно позволяет организовывать связь без регенераторов (повторителей сигнала) до 120 км у одномодовых и до 5 км у многомодовых кабелей.
В качестве сигналов в оптических кабелях используются не электрические импульсы, а моды (световые потоки). Стенки центральной жилы - диэлектрики и имеют отражающие свойства стекла, благодаря которым световые потоки распространяются внутри кабеля.
Одномодовые и многомодовые волокна
Принято разделять оптоволоконные волокна (кабеля и пачкорды) на два типа:
Одномодовые (Single Mode), сокращённо: SM;
Многомодовые (Multi Mode), сокращённо: MM.
При этом оба типа имеют свои преимущества и недостатки, а значит каждый из них может быть использован для реализации различных целей.
Одномодовые оптические волокна (SM)
8/125, 9/125, 10/125 - это маркировка одномодовых оптоволоконных пачкордов. Первая цифра в маркировке - диаметр центральной жилы, а вторая - это диаметр оболочки. Стоит отметить, что диметры ВОЛС (волоконно-оптической линии передач) измеряются в мкм (микрометрах).
В одномодовом кабеле используют сфокусированный узконаправленный лазерный луч с диапазоном световых волн 1,310-1,550 мкм (1310-1550 нм).
Благодаря тому, что диаметр центральной жилы достаточно мал, световые моды двигаются в ней практически параллельно центральной оси. Поэтому в волокне практически отсутствуют искажения сигнала, а малое затухание позволяет передавать оптический импульс на расстояния до 120 км без регенерации на скоростях до 100 Гбит/с и выше.
Различают одномодовые оптические волокна:
С несмещённой дисперсией (стандартное, SMF);
Со смещённой дисперсией (DSF);
И с ненулевой смещённое дисперсией (NZDSF).
Многомодовые оптические волокна (MM)
Многомодовое волокно со ступенчатым коэффициентом
Многомодовое волокно с градиентным коэффициентом
Многомодовые волокна имеют маркировку, например, 50/125 или 62,5/125. Это говорит о том, что диаметр центральной жилы может быть 50 или 62,5 мкм, а диметр оболочки такой же, как и у одномодового типа - 125 мкм.
В многомодовом кабеле используют рассеянные лучи от светодиодов или лазера с диапазоном световых волн 0,85 мкм - 1,310 мкм (850-1310 нм).
Из-за того, что диаметр центральной жилы многомодового патч-корда больше, чем у одномодового, количество путей для распространения световых модов увеличивается. Сразу несколько световых потоков двигаются по различным траекториям, отражаясь от зеркальной поверхности центральной жилы.
Однако, многомодовые волокна со ступенчатым коэффициентом преломления имеет достаточно высокую межмодовую дисперсию (постепенное расширение оптического луча в результате отражений), что ограничивает расстояние передачи сигнала до 1 км и скорость передачи до 100 - 155 Мбит/с. Рабочая длина волны, как правило, 850 нм.
Многомодовые волокна с градиентным коэффициентом преломления характеризуются меньшей межмодовой дисперсией вследствие плавного изменения показателя преломления в волокне. Это позволяет передавать оптический сигнал на расстояния до 5 км со скоростью до 155 Мбит/с. Рабочая длина волны - 850 нм и 1310 нм.
Отличия одномодовых и многомодовых оптических волокон
В одномодовом и многомодовом оптоволокне достаточно важную роль играет затухание сигналов. Этим и обусловлено малое рабочее расстояние многомодовых волокон (1-5 км). Несмотря на то, что казалось бы, по многомодовому кабелю движется больше световых потоков, пропускная способность таких кабелей и патч-кордов ниже, чем у одномодовых.
Узконаправленный (одномодовый) луч в одномодовых волокнах затухает в несколько раз меньше, чем рассеянный (многомодовый) в многомодовых волокнах, что позволяет увеличивать расстояние (до 120 км) и скорость передаваемого сигнала.
Оптические коннекторы
Оптический разъем, или коннектор (Optical Connector) - это недорогой и эффективный способ коммутации оптоволоконных кабелей. Он обеспечивает надежное соединение и целостность передаваемых пакетов.
Сегодня на рынке присутствует большое количество различных типов коннекторов для ВОЛС. Все они имеют различные параметры и назначение. Стыковку двух одинаковых либо разных коннекторов производят при помощи оптического адаптера.
Различные типы оптических коннекторов имеют разную форму и технологию соединения. Также при производстве таких разъемов могут быть использованы различные материалы, будь то металлы или полимеры.
Основные типы оптических коннекторов (разъёмов)
Коннекторы SC
SC-наиболее популярные оптические разъёмы.
Корпус разъёма SC выполнен из пластика, в поперечном сечении - прямоугольный. Подключение и отключение данного коннектора производятся линейно, в отличие от коннекторов FC и SC, в которых подключение вращательное. Благодаря этому, а также специальной «защёлке», обеспечивается достаточно жёсткая фиксация в оптической розетке. Разъёмы SC используются, в основном, на стационарных объектах. По цене несколько дороже разъёмов FC и SC.
Синим цветом маркируются одномодовые SC-разъёмы, серым цветом - многомодовые разъёмы, зелёным цветом - одномодовые разъёмы с классом полировки APC (со скошенным торцом).
Коннекторы LC
Оптический разъём LC внешне похож на разъём SC, но меньше него по размерам, благодаря чему при помощи LC-разъёмов легко реализуются кроссовые оптические соединения высокой плотности. Фиксация в оптической розетке осуществляется при помощи защелки.
Коннекторы FC
Разъёмы FC выполнены из керамической сердцевины и металлического наконечника. Фиксация в оптической розетке происходит за счёт резьбового соединения. Разъёмы FC обеспечивают низкий уровень потерь и минимум обратных отражений, а благодаря надёжной фиксации используются для организации связи на подвижных объектах, сетях связи железных дорог и других ответственных применениях.
Коннекторы ST
Разъёмы ST характеризуются простотой и надежностью в эксплуатации, легкостью установки и относительно невысокой ценой. Внешне похожи на разъёмы FC, но, в отличие от FC, в которых фиксация в розетке осуществляется при помощи резьбового соединения, разъёмы ST относятся к разряду BNC-коннекторов (соединение осуществляется при помощи разъёма байонет). ST-разъёмы чувствительны к вибрации и применяются с этими ограничениями.
Разъёмы ST используются, в основном, для подключения оптического оборудования к магистральным линиям и в локальных вычислительных сетях.
Коннекторы DIN
Разъём DIN похож на разъём FC, но имеет меньшие размеры. Керамический сердечник диаметром 2,5 мм, выступает за пределы пластикового корпуса, который, в свою очередь, имеет фиксатор, препятствующий вращению сердечника вокруг своей. Разъёмы DIN часто используются в измерительном оборудовании.
Коннекторы Е-2000
Е-2000 - один из наиболее сложных оптических разъёмов. Подключение и отключение осуществляется линейно (push-pull), а открытие - посредством специальной вставки-ключа. Поэтому, ошибочно вынуть такой коннектор практически не представляется возможным.
Разъёмы E-2000 имеют в своей конструкции специальные заглушки, которые автоматически закрывают торец разъёма при его отключении от оптической розетки, благодаря чему исключается попадание пыли внутрь.
Разъёмы Е-2000 отличает высокая надежность и плотность монтажа. Квадратное сечение разъёма обеспечивает лёгкую реализацию дуплексных соединений.
Разъемы с увеличенной плотностью монтажа
Коннекторы MT-RJ
Разъёмы MT-RJ изготавливаются в виде дуплексных пар.
Коннекторы VF-45 (SJ)
Хвостовик разъёма наклонён примерно под углом от плоскости соединения волокон. Разъём VF-45 (SJ) оборудован самозащёлкивающейся противопылевой шторкой.
Коннекторы MU
Аналог разъёма SC, меньший по размерам. Центратор - керамический, диаметром 1,25 мм, остальные части пластиковые.
Цвета оптических коннекторов (разъёмов).
FC и ST - никелированная латунь
SC и LC дуплексный или симплексный многомодовый - бежевый или серый
SC и LC дуплексный или симплексный одномодовый - синий
SC/APC симплексный (simplex) - зеленый
Классы полировки оптических коннекторов
Пожалуй, главными характеристиками оптических разъемов являются вносимое затухание и обратное отражение. Оптическое затухание оказывает более сильное влияние на качество сигнала, чем обратное отражение.
Показатель обратного затухания зависит, прежде всего, от поперечного отклонения сердцевин соединяемых оптических волокон.
Полировка оптических разъёмов обеспечивает плотность соединения оптических волокон друг с другом и уменьшает воздушный зазор, что, в свою очередь, уменьшает обратное отражение сигнала.
Существует 4 класса полировки: PC, SPC, UPC и APC.
Полировка PC, SPC, UPC:
РС (Physically Contact)
К классу PC относятся коннекторы ручной полировки, а также разъёмы, изготовляемые по клеевой технологии. Скорость применения - до 1 Гбит/с.
SРС (Super Physically Contact)
Механическая полировка торцов оптических коннекторов. Обеспечивает более плотное прилегание и использование в системах со скоростями более 1,25 Гбит/с.
UPC (Ultra Physically Contact)
Автоматическая полировка. Плоскости соединяемых коннекторов прилегают ещё более плотно, чем в PC и SPC, поэтому такие коннекторы используются в системах передачи информации со скоростями 2,5 Гбит/с и выше.
Полировка APC (Angled Physically Contact):
Контактная поверхность данных разъёмов скошена на 8 - 12 градусов от перпендикуляра. Такой способ шлифовки применяется для снижения уровня энергии отраженного сигнала (не менее 60 дБ). Коннекторы АРС используются только совместно с другими коннекторами APC и не могут применяться в соединении с другими видами коннекторов (PC, SPC, UPC). Отличаются зеленой маркировкой пластиковых наконечников.
Виды оптических патчкордов
Симплексные (SX) и дуплексные (DX) патчкорды
Оптические патчкорды могут быть симплексными (на одно соединение) и дуплексными (на два соединения).
 |
 |
||
| Патчкорд SC-SC simplex (SX) | Патчкорд SC-SC duplex (DX) |
Переходные патчкорды
Для перехода с одного типа оптического коннектора на другой служат переходные оптические патчкорды. Необходимость их применения возникает достаточно часто, при коммутации оборудования различного назначения и производства. Для этого переходные патчкорды оконцовываются разными оптическими коннекторами: например, с одного конца - LC, с другого конца - FC.
Переходные патчкорды бывают симплексными и дуплексными.
Цвета патчкордов
Оболочка оптических патчкордов отличается, взависимости от типа оптического волокна, и имеет цвет:
- жёлтый - для одномодового волокна;
- оранжевый - для многомодового волокна с диаметром 50 мкм;
- синий, чёрный - для многомодового волокна с диаметром 62,5 мкм.
Отличия от общепринятой цветовой маркировки могут быть при изготовлении дуплексных патчкордов.
Маркировка оптических патчкордов
Обычно, в маркировке оптических патчкордов указывается:
- тип коннекторов: обычно SC, FC, LC, ST, MTRJ;
- тип волокна: одномодовое (SM) или многомодовое (MM)
- класс полировки: PC, SPC, UPC или APC;
- количество волокон: одном (simplex, SX) или два (duplex, DX);
- диаметр светопроводящей сердцевины и буфера: обычно 9/125 у одномодовых патчкордов и 50/125 или 62,5/125 у многомодовых патчкордов;
- длина патчкорда.
Рост числа эксплуатируемых портов, скоростей и дальности передачи информации требует новых подходов к организации подключения портов оборудования и СКС. Один из подходов - использование разъемов типа LC, которые выпускаются в разнообразных конструктивных исполнениях. Однако не все они эффективны в условиях высокой плотности монтажа пассивных и активных портов.
Разъем LC
Оптический интерфейс типа LC (Lucent Connector) - один из самых широко используемых сегодня типов разъемных соединителей. Разъем был представлен рынку в 1996 г. компанией Lucent Technologies и получил признание специалистов благодаря ряду преимуществ, которые получает пользователь в реальных условиях эксплуатации конечного пассивного и активного оборудования наряду с использованием SFP-трансиверов. По оценкам аналитиков, на сегодня по всему миру установлено более 60 млн коннекторов LC. В настоящее время около 30 компаний официально обладают лицензией на производство данного типа интерфейса.
Среди главных преимуществ оптического соединителя LC - возможность разместить дуплексный оптический порт на той же площади, что и медный порт RJ45 (рис. 1), к тому же в соединителе LC используется схожий механизм фиксации защелкой.
В первоначальном варианте исполнения оптическая розетка LC имела посадочные размеры, равные размерам отверстия под медную розетку, что допускало «повторное использование» существующих медных коммутационных панелей и их комбинирование.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Ограниченность доступных площадей в машинных залах ЦОДов и общий рост числа единиц активного оборудования на единицу площади зала привели к появлению более эффективного - с точки зрения размеров, энергопотребления и охлаждения - активного оборудования. В свою очередь это заставило производителей структурированных кабельных систем адаптировать свои решения для размещения большего количества пассивных оптических портов за счет внедрения новой малогабаритной дуплексной розетки LC (так называемый тип SC foot print), посадочные размеры которой совпадают с размерами стандартной симплексной розетки SC (рис. 2).
Плотность или удобство
Появление малогабаритной дуплексной розетки LC позволило повысить плотность монтажа за счет более тесного расположения портов на коммутационной оптической панели. Сегодня на одном стандартном юните высоты можно разместить до 48 дуплексных розеток LC. С точки зрения инфраструктуры ЦОДа это означает, например, возможность существенно сократить количество используемых юнитов в стойке с активным оборудованием, сделать коммутационное поле компактнее. Однако с эксплуатационной точки зрения остается нерешенным вопрос удобства обслуживания подключаемых оптических разъемов LC. Именно здесь большинству производителей СКС так и не удалось существенно продвинуться в технологическом плане.
Удобство эксплуатации любого разъемного соединения в общем случае подразумевает, что можно получить свободный доступ к оптическому разъему, не затрагивая соседние, уже подключенные соединители. Эта проблема особенно критична в условиях высокой плотности монтажа, которая сегодня характерна для центральных коммутационных оптических кроссов, а также при подключении целого ряда типов сетевых коммутаторов или маршрутизаторов.
Не секрет, что еще несколько лет назад специалисты отделов эксплуатации крайне негативно воспринимали интерфейс LC, ссылаясь на то, что он имеет крайне малые размеры в сравнении с привычным соединителем SC, что его сложно извлечь из розетки (часто производители СКС предлагали даже использовать специальный инструмент, облегчающий эту операцию), что образуется «борода» из перепутанных патчкордов, так как защелки разъемов все время цепляются за кабель, усложняя процесс извлечения оптического шнура.
Поскольку плотность подключений в случае LC выше в два и более раза по сравнению с другими соединителями (например, SC), а конструктивное исполнение защелки разъема LC и медного разъема RJ45 реализовано сходным образом, то в условиях подключенных шнуров доступ к защелкам существенно ограничен (рис. 3, а). Думаю, большинство специалистов хорошо помнят лучший инструмент для обслуживания дуплексных подключений LC - обычный пинцет.
Разработчики и производители оптических разъемов LC, приняв во внимание это ограничение, внесли конструктивные изменения в форму защелки (рис. 3, б). Разнообразные варианты исполнения, предлагаемые разными производителями, предполагают, например, создание дополнительной площадки для нажатия на защелку разъема (площадка является частью либо корпуса разъема, либо дуплексной клипсы), увеличение полезной рабочей площади защелки либо усложнение геометрии ее поверхности, чтобы нажатие на защелку разъема срабатывало более эффективно.
Наличие дополнительной площадки упрощает доступ к защелкам разъема и уменьшает перепутывание оптических шнуров. С другой стороны, в силу особенностей деформации полимерного материала и малых размеров защелки невозможно обеспечить равномерный нажим на защелки в дуплексном варианте исполнения соединителя LC. Обычно это вызывает залипание дуплексного разъема при отключении, когда одна защелка сработала, а вторая нет. Наряду с дополнительными затратами времени и сил это может привести к разрушению корпуса разъема из-за несимметричной боковой нагрузки.
Среди интересных, нестандартных решений, имеющихся на рынке, следует отметить конструктивное исполнение разъема LC с так называемой обращенной защелкой (рис. 4). Сохраняя полную совместимость с розетками стандартного исполнения, такая конструкция разъема обеспечивает хороший доступ к защелкам за счет увеличенной площадки, снижает вероятность перепутывания оптических шнуров из-за того, что кабель оптического шнура зацепится за защелку. Кроме того, в дуплексном исполнении благодаря конструкции используемой клипсы прикладываемое усилие равномерно распределяется на обе защелки.
Гибкие хвостовики
Один из альтернативных подходов, повышающих удобство обслуживания разъемных соединений LC в условиях высокой плотности монтажа, - использование укороченных гибких хвостовиков (рис. 5). Производители, предлагающие такие решения, сообщают о том, что реализуется удобный доступ к оптическим портам и что возможна безопасная выкладка коммутационных шнуров даже в условиях ограниченного пространства между плоскостью установки оборудования и дверью шкафа.
Отметим, однако, что использование укороченного тела разъема и/или гибкого хвостовика тем не менее не решает вопрос удобства доступа к защелкам самого разъема.
Конструкция LC-HD
С точки зрения эксплуатации разъемных соединений представляет особый интерес возможность комбинировать высокую плотность подключений, свойственную интерфейсу LC, с вариантом фиксации push-pull интерфейса SC. В этом случае доступ к защелкам разъемов, особенно в дуплексном исполнении, вообще не требуется. На рынке сегодня представлена такая конструкция (рис. 6) под торговой маркой LC-HD (предмет действующего патента), где аббревиатура HD означает High Density.
Производитель, сохранив полную совместимость со стандартными розетками LC и трансиверами SFP/SFP+, создал решение для организации высокой плотности подключений как на коммутационных панелях, так и на картах/лезвиях активного оборудования. Главная его особенность - использование специальной клипсы, благодаря которой вообще нет необходимости в доступе к защелкам разъемов.
Предлагаемое конструктивное решение одинаково эффективно работает в случаях горизонтальной и вертикальной ориентации розеток LC или оптических трансиверов, например на лезвиях тяжелого многопортового коммутатора (рис. 7).
Прикладывая к защелкам разъемов равномерное и симметричное усилие, пользователь может подключить или отключить дуплексный разъем от порта коммутатора практически вслепую - это типичная ситуация, например, при использовании лезвий с сверхплотным монтажом трансиверов.
Немного о перспективах
И в заключение хочется обратить внимание на особый вид оптического дуплексного интерфейса - mini-LC. Это решение возникло как следствие попытки увеличить плотность монтажа трансиверов на лезвии коммутатора. Характерной его особенностью является уменьшенное расстояние между геометрическими центрами разъемов - 5,25 мм вместо 6,25 мм для стандартного исполнения. Соответствующие изменения были внесены и в конструкцию трансиверов, которые получили название mini-SFP.
По-видимому, практическое будущее такого решения пока неочевидно, хотя целый ряд производителей оптических разъемов заявил о доступности для заказа разъемов mini-LC и коммутационных шнуров на их основе. В любом случае данное решение не может быть адаптировано в рамках законченной кабельной системы, так как не выполняется требование совместимости и универсальности кабельной проводки по отношению к активному оборудованию различных вендоров в машинном зале ЦОДа.
В целом же разработчики и производители пассивных компонентов находятся только в самом начале пути, и безусловно, новые интересные инженерные решения еще будут представлены вниманию рынка.
Оптические разъемные соединения волокон (их часто называют оптическими разъемами или коннекторами (connectors)) обеспечивают многократные (500…1000 циклов) соединения/разъединения волокон. На рынке существует большое количество специализированных разъемов в двух типоразмерах: стандартном и миниатюрном. Наиболее распространены три типа стандартных разъемов: FC, ST, SC и шесть типов миниатюрных разъемов: MT-RJ, LC, VF-45, LX-5, Opti-Jack, SCDC-SCQC.
Наиболее высокие требования к качеству разъемов предъявляются при соединении одномодовых волокон, где в основном используются стандартные разъемы типа: FC, ST, SC. Разъемы типа FC ориентированы на применение в линиях дальней связи и в сетях кабельного телевидения. Это единственный тип разъема, рекомендованный для применения на подвижных объектах, так как он лучше других выдерживает вибрацию и удары.
Основным недостатком FC разъемов является то, что он обеспечивает меньшую плотность монтажа, чем разъемы ST и SC. Для закрепления разъема FC в розетке необходимо закрутить накидную металлическую гайку с резьбой. В тоже время разъем типа ST крепится к розетке с помощью байонетной гайки, а разъем SC еще проще - с помощью пластмассовой защелки. Однако разъемы типа ST и SC обладают менее жесткой конструкцией, чем разъемы типа FC и рекомендованы только для стационарных объектов. Минимальную же плотность монтажа (почти в 2 раза меньшую) обеспечивают миниатюрные разъемы. Среди них на сегодняшний день наиболее популярны разъемы MT-RJ и LC. Они применяются преимущественно с многомодовыми волокнами в локальных вычислительных сетях, где особенно велика потребность в увеличении плотности монтажа.
Рассмотрим более подробно конструкцию разъемного соединителя для FC разъемов. В ней содержатся все принципиально важные решения, используемые в соединителях с разъемами другого типа. Конструктивно разъемный соединитель представляет собой два разъема и соединительную розетку. Оптические волокна вклеены в керамические наконечники разъемов диаметром 2.5 мм (в миниатюрных разъемах диаметр наконечника 1.25 мм). Разъемы центрируются в розетке с помощью плавающего центратора в виде разрезной втулки из керамики для одномодового волокна или из бронзы для многомодового волокна. Наконечники разъемов прижимаются друг к другу в центраторе с помощью пружин и, таким образом, место соединения волокон механически развязано относительно корпуса розетки. Фиксация разъемов в розетке может быть резьбовой (FC), байонетной (ST) и замковой (SG).
Торцевые поверхности волокон в оптических разъёмах имеют сферическую форму с радиусом закругления 10…25 мм для PC разъёмов (PC – Physical Contact) и 5…12 мм для АРС разъемов (АРС – Angled Physical Contact). В соединенном состоянии торцы стыкуемых наконечников прижимаются друг к другу с определенным усилием (обычно 8…12 Н). Возникающая при этом эластичная деформация наконечников приводит к появлению оптического контакта (рис. А. 13).
Рис. А. 13. Схема образования оптического контакта в месте соединения наконечников разъемов PC и АРС.
Две поверхности считаются находящимися в оптическом контакте, если расстояние между ними много меньше длины волны света. При этом чем меньше расстояние между этими поверхностями, тем меньше будет и величина отраженного от них света. Качество оптического контакта определяется качеством шлифовки и последующей полировки торцевой поверхности волокон. Для PC разъёмов ETSI рекомендует величину коэффициента френелевского отражения от места оптического контакта менее – 35 дБ. Стандартная шлифовка, как правило, обеспечивает – 40 дБ.
Многие поставщики оптических коммутационных шнуров предлагают разъёмы со специальной шлифовкой, обеспечивающие коэффициент отражения менее – 55 дБ. Это так называемые разъёмы Супер- и Ультра-PC. На практике такая шлифовка оказывается беспо-лезной, так как буквально после нескольких подключений коэффициент отражения увеличивается до величины, свойственной обычному PC разъёму. Происходит это из-за неизбежного появления пыли и микроцарапин на торцевых поверхностях разъёмов.
Поэтому, когда требуется коэффициент отражения не хуже - 55 дБ, разумнее использовать АРС разъемы. В АРС разъёмах нормаль к контактной поверхности наклонена к оси наконечника под углом 8° (рис. А. 13). В такой конструкции коэффициент отражения не превышает - 60 дБ как в соединенном, так и в разъединенном состоянии. В соединенном состоянии типичным является значение от –70 до –80 дБ.
Таким образом, в PC и АРС разъёмах только ничтожно малая часть излучения отражается от места соединения торцов волокон. Поэтому потери, вызванные отражением света, пренебрежимо малы. Если пренебречь так же потерями, возникающими из-за дефектов на торцах волокон, то основной причиной, вызывающей потери в месте соединения разъемов, является смещение сердцевин соединяемых волокон относительно друг друга вследствие эксцентриситета (неконцентричности) как самих волокон, так и деталей крепления разъёма (рис. А.14).
Рис А. 14. Сложение разных видов неконцентричности в наконечнике
Оценим допустимую величину смещения сердцевин волокон исходя из того, что потери в разъемах, в соответствии рекомендациями ETSI, не должны превышать 0.5 дБ. Зависимость этих потерь от величины смещения сердцевин d описывается формулой: ?d(дБ) = 4.34 (2 d/w)2. Учитывая, что диаметр модового поля w ? 10 мкм, получаем, что величина смещения сердцевин друг относительно друга должна быть меньше 1.7 мкм.
Потери принято относить к одному определенному разъёму (несмотря на то, что измеряемой величиной являются потери в месте соединения двух разъемов). Так можно делать, когда потери в месте соединения разъемов обусловлены только смещением сердцевин волокон и один разъём при этом образцовый (его также называют материнским или мастер-разъёмом). Образцовый разъем А выделен среди других разъёмов тем, что в нем ось сердцевины волокна совпадает с номинальным центром разъёма (рис. А. 15).
Рис. А. 15. Местоположение сердцевины волокна в наконечниках: (а) – в типовом (некалиброванном) разъёме и (б) – в образцовом разъеме А.
Все измерения при изготовлении оптических шнуров выполняются только относительно образцового разъёма. Данные именно этих измерений и указываются в каталогах всех производителей, а также на упаковке готовых изделий. Но при использовании оптических шнуров типовой разъём стыкуется не с образцовым разъёмом, а с таким же типовым разъемом (любой с любым). В таких соединениях смещения сердцевин получаются больше почти в 1.5 раза, а потери (в дБ) увеличиваются при этом примерно в 2 раза (рис. А. 16).
Рис. А. 16. Гистограмма распределения потерь, вносимых при соединении типовых (некалиброванных) разъемов (любого с любым).
Для компенсации негативного влияния эксцентриситета применяются различные способы регулировки (настройки) разъемов. Наибольшее распространение получила технология, в которой используется образцовый разъём Б (со смещенной сердцевиной во-локна). В образцовом разъёме Б сердцевина волокна смещена относительно номинального центра (параметры оговорены в спецификации IЕС) примерно на половину радиуса зоны возможных отклонений сердцевины (рис. А. 17).
Рис. А. 17. Местоположение сердцевины волокна в наконечниках: (а) – в некалиброванном разъеме и (б) – б образцовом разъеме Б.
Потери в месте соединения наконечников стандартного разъёма и образцового разъема Б, как легко видеть из рис. А. 17, будут изменяться при вращении одного из наконечников вокруг продольной оси. Своих экстремальных значений эти потери достигают в положениях, где совпадают азимуты их сердцевин. Таким образом, имеется возможность при изготовлении разъёма настраивать его на минимум потерь. Для этой цели (только в разъемах типа FC) имеется специальный ключ.
Настройка разъёма осуществляется следующим образом. Вращая изготовленный наконечник вокруг продольной оси, определяют его положение относительно образцового, при котором достигается наименьший уровень вносимых потерь, после чего наконечник фиксируется в корпусе разъёма. Наконечник может быть вставлен в корпус разъема в одном из четырех положений (со смещением вокруг оси на 90°). В результате сердцевина волокна попадает в строго определенный (относительно корпуса разъёма) квадрант торцевой поверхности (рис. A. 17). При соединении откалиброванных таким способом разъёмов (любого с любым) потери получаются в среднем примерно в два раза меньше (рис. А. 18).
Рис.А.18. Гистограмма распределения потерь вносимых при соединении калиброванных разъемов (любого с любым).
Достоинство этого способа настройки разъёмов, кроме эффективного уменьшения потерь (таблица № А.1), заключается также и в том, что используются стандартные наконечники, и что стоимость таких калиброванных разъёмов увеличивается незначительно. Этот способ настройки специфицирован IЕС и поддержан большинством крупных производителей, что обеспечивает совместимость и взаимозаменяемость изготавливаемых ими разъёмов.
Таблица № А.1. Потери, вносимые при соединении разъёмов.
В настоящее время на телекоммуникационных сетях в Европе наиболее часто применяются некалиброванные разъемы со специфицированным значением вносимых потерь (относительно образцового разъёма) не более 0.5 дБ. Однако поскольку с ростом числа телекоммуникационных сетей возрастает и количество точек соединений, то для снижения величины полных потерь все чаще применяются калиброванные разъёмы.
В настоящее время существует множество оптических разъемов, отличающихся размерами и формами, методами крепления и фиксации. Выбор типа оптического коннектора зависит от используемого активного оборудования, задач монтажа ВОЛС и требуемой точности.
Классификация оптических разъемов в целом одинакова и основана на следующих параметрах:
- стандарт коннектора (разъема);
- тип шлифовки;
- тип волокна (одномодовое или многомодовое);
- тип коннекторов (одинарный или дуплекс).
В результате различных комбинаций всех этих типов получается огромное множество модификаций коннекторов и адаптеров. На картинке ниже приведены далеко не все из них.
Что означают все эти буквы?
Возьмем для примера типичную маркировку оптического патчкорда: SC/UPC-LC/UPC MultiMode Duplex .
- SC и LC - это типы коннекторов. Здесь мы имеем дело с патчкордом-переходником, так как на нем установлены два разных типа разъемов;
- UPC - тип шлифовки;
- Multimode - вид волокна, в данном случае многомодовое волокно, оно также может быть обозначено аббревиатурой MM . Одномодовое маркируется как SinglеMode или SM ;
- Duplex - два разъема в одном корпусе, для более плотного расположения. Противоположный случай - Simplex , один коннектор в одном корпусе.
Типы оптических разъемов
В настоящее время наиболее распространены три типа оптических разъемов: FC , SC и LC .
FC
Разъемы FC , как правило, используются в одномодовых соединених. Корпус разъема выполнен из никелированной латуни. Резьбовая фиксация позволяет обеспечить надежную защиту от случайных разъединения.
- подпружиненное соединение, за счет чего достигается "вдавливание" и плотный контакт;
- металлической колпачок обеспечивает прочную защиту;
- коннектор вкручивается в розетку, а значит, не может выскочить, даже если случайно дернуть;
- шевеление кабеля не влияет на соединение.
Однако плохо подходит для плотного расположения разъемов - необходимо пространство для вкручивания/выкручивания.
SC
Более дешевый и удобный, но менее надежный аналог FC. Легко соединяется (защелка), разъемы могут располагаться плотно.
Однако пластиковая оболочка может сломаться, а на затухание сигнала и обратные отражения влияют даже прикосновения к коннектору.
Данный тип разъемов используется наиболее часто, но не рекомендован на важных магистралях.
Тип разъема SC используется как для многомодового волокна, так и одномодового. Диаметр наконечника 2,5 мм, материал - керамика. Корпус коннектора выполнен из пластика. Фиксация коннектора осуществляется поступательным движением с защелкиванием.
LC
Уменьшенный аналог SC. За счет малого размера применяется для кроссовых соединений в офисах, серверных и т.п. - внутри помещений, там где требуется высокая плотность расположения разъемов.
Диаметр наконечника разъема 1,25 мм, материал - керамика. Фиксация разъема происходит за счет прижимного механизма - защелки, аналогично разъему типа RJ-45, которая исключает непредвиденное разъединение.
При использовании дуплексных патчкордов возможно соединение коннекторов клипсой. Используется для многомодовых и одномодовых волокон.
Автор разработки этого типа коннектора - ведущий производитель телекоммуникационного оборудования, Lucent Technologies (США) - изначально прогнозировал своему детищу судьбу лидера рынка. В принципе, так оно и есть. Особенно учитывая то, что этот тип разъема относится к соединениям с повышенной плотностью монтажа.
ST
В настоящее время ST коннектор широко не применяется из-за недостатков и возросших потребностей по плотности монтажа. Фиксация коннектора происходит за счет поворота вокруг оси, подобно BNC разъему.
Типы полировки (шлифовки) оптоволоконных разъемов
Шлифовка или полировка оптоволоконных разъемов служит для обеспечения идеально плотного соприкосновения сердечников оптоволокна. Между их поверхностями не должно быть воздуха, так как это ухудшает качество сигнала.
На данный момент используются такие типы полировки, как PC , SPC , UPC и APC .
PC
PC — Physical Contac . Прародитель всех остальных видов полировки. Разъем, обработанный методом PC (в том числе вручную), представляет собой скругленный наконечник.
В первых вариациях полировки был предусмотрен исключительно плоский вариант коннектора, однако жизнь показала, что плоский вариант дает место воздушным зазорам между световодами. В дальнейшем торцы коннекторов получили небольшое закругление. В класс PC входят заполированные вручную и изготовленные по клеевой технологии коннекторы. Недостаток данной полировки заключается в том, что возникает такое явление как «инфракрасный слой» — в инфракрасном диапазоне происходят негативные изменения на торцевом слое. Данное явление ограничивает применение коннекторов с такой полировкой в высокоскоростных сетях (>1G).
Обратите внимание, на рисунке видно, что соединение коннекторов с плоским торцом чревато, как упоминалось ранее, возникновением воздушной прослойки. В то время как скругленные торцы соединяются более плотно.
Данный тип полировки может применяться в сетях небольшой дальности, предполагающих небольшую скорость передачи данных.
SPC
SPC — Super Physical Contact . По сути та же PC, только сама полировка является более качественной, т.к. она уже не ручная, а машинная. Также был сужен радиус сердечника и материалом наконечника стал цирконий. Дефекты полировки конечно снизить удалось, однако проблема инфракрасного слоя осталась.
UPC
UPC- Ultra Physically Contact . Данная полировка осуществляется уже сложными и дорогими системами управления, в результате чего проблема инфракрасного слоя была устранена а параметры отражения значительно снижены. Это дало возможность коннекторам с данной полировкой применяться в высокоскоростных сетях.
UPC - почти плоский (но не свосем) разъем, который производится с применением высокоточной обработки поверхности. Дает отличные показатели отражательной способности (по сравнению с PC и SPC), поэтому активно применяется в высокоскоростных оптических сетях.
Коннекторы с этим типом разъема чаще всего - синие.
APC
АРС — Angled Physically Contact . На данный момент считается, что наиболее действенным способом снижения энергии отраженного сигнала является полировка под углом 8-12°. Такая полировка поверхности дает самые лучшие результаты. Обратные отражения сигнала практически сразу покидают покидают оптоволокно, и благодаря этому снижаются потери. В таком исполнении отраженный световой сигнал распространяется под большим углом, нежели вводимый в волокно.
Один из заключительных этапов монтажа ВОЛС - это разводка и подключение входящего оптоволоконного кабеля непосредственно в точке назначения: в серверной, дата-центре и т.д. Для этого кабель заводится в оптический кросс и волокна подсоединяются к разъемам. На этом этапе используется такая группа, как оптические компоненты - это , пигтейлы, и всякого рода зажимы. Их также объединяют под названием пассивное оптоволоконное оборудование .
Пигтейл - это кусок оптического кабеля, оконцованный коннектором только с одной стороны.
Патчкорд имеет коннекторы на обоих концах, типы разъемов при этом могут отличаться (переходной патчкорд) или быть одинаковыми (соединительный).
Оптический адаптер - это, собственно, розетка, в которую подключается пигтейл или патч-корд.
Что важно учитывать?
Может показаться, что на стадии подключения коннектора в оптический адаптер нет ничего сложного. Как воткнуть вилку в розетку. Однако, нет.
Давайте посмотрим хотя бы с точки зрения технологии. Что представляет собой комплект - патчкорд/пигтейл + адаптер? Это стыковка двух оптических волокон, толщина которых примерно равна толщине человеческого волоса. При этом сдвиг соединения даже на 1 микрон вызывает потерю мощности.
То есть кроссовое соединение должно обеспечить:
- идеально точное соприкосновение сердечников (оптоволокна);
- защиту этого идеального соприкосновения от внешних влияний - сдвигов, возникновения воздушного зазора и т.п.;
- механическую защиту волокон при многократном соединении-разъединении;
- механическую защиту кабеля в коннекторе при изгибе, выдергивании и т.д.
В частности, именно поэтому создано столько типов оптических коннекторов. Каждый производитель стремился создать идеальный разъем именно под свое оборудование.
Но это еще не все сложности
Для обеспечения точного соединения наконечники оптических коннекторов не должны иметь трещин (если трещина пересекает оптоволокно, такой коннектор заменяется), не должны быть пыльными и грязными. Даже если вы просто прикоснулись к нему пальцем - след нужно тщательно вытереть спиртовой салфеткой. Каждая пылинка, загрязнение и т.д. - это ослабление, затухание сигнала, обратные отражения.
Поэтому оптические коннекторы регулярно протираются спиртом, а розетки - продуваются сжатым воздухом или очищаются специальными палочками.
На рисунке справа - наконечник коннектора после прикосновения пальца и после очистки.
Механическая прочность соединений обеспечивается в каждом типе разъемов по-разному, но в основном это:
- особо прочный материал наконечника коннектора - керамика, металлокерамика;
- защитные пластиковые и металлические колпачки над разъемами;
- защелки и фиксаторы положения как в оптических адаптерах, так и в "вилках";
- кевларовые и другие армирующие нити под оболочкой отрезка кабеля, ведущего к разъему.
Виды оптических патчкордов, пигтейлов, адаптеров
Классификация оптических пигтейлов, патчкордов и адаптеров в целом одинакова и основана на следующих параметрах:
- стандарт коннектора (разъема);
- тип шлифовки;
- тип волокна - многомодовое или одномодовое;
- тип коннекторов - одинарный иди дуплекс.
В результате различных комбинаций всех этих типов получается огромное множество модификаций коннекторов и адаптеров. На этой картинке далеко не все:
Что означают все эти буквы?
Возьмем типичную маркировку оптического патчкорда. К примеру, .
- SC и LC - это типы коннекторов. Здесь мы имеем дело с патчкордом - переходником, так как два разных типа разъема;
- UPC - тип шлифовки;
- Multimode - вид волокна, здесь многомодовое волокно, еще может быть обозначено аббревиатурой MM. Одномодовое маркируется как SinglеMode или SM;
- Duplex - два разъема в одном корпусе, для более плотного расположения. Обратный случай - это Simplex, один коннектор.
Пример Duplex:
Типы полировки (шлифовки) оптоволоконных разъемов
Шлифовка или полировка оптоволоконных разъемов призвана обеспечить идеально плотное соприкосновение сердечников оптоволокна. Между их поверхностями не должно быть воздуха, так как это ухудшает качество сигнала.
На данный момент используются такие типы полировки, как PC, SPC, UPC и APC .
PC - прародитель всех остальных видов полировки. Разъем, обработанный методом PC (в том числе вручную), представляет собой скругленный наконечник.
Обратите внимание, на рисунке видно, что соединение коннекторов с плоским торцом чревато возникновением воздушной прослойки. В то время как скругленные торцы соединяются более плотно.
Может применяться в сетях небольшой дальности, предполагающих небольшую скорость передачи данных.
SPC - улучшенный вариант PC, но шлифовка производится только машинным способом.
UPC - почти плоский (но не свосем) разъем, который производится с применением высокоточной обработки поверхности. Дает отличные показатели отражательной способности (по сравнению с PC и SPC), поэтому активно применяется в высокоскоростных оптических сетях.
Коннекторы с этим типом разъема чаще всего - синие.
APC - разъем, обработанный по совсем другому принципу: концы скошены под углом 8 градусов. Такая полировка поверхности дает самые лучшие результаты. Обратные отражения сигнала практически сразу покидают покидают оптоволокно, и благодаря этому снижаются потери.
Разъемы с полировкой APC применяются в сетях с высокоми требованиями к качеству сигнала : передача голосовых, видеоданных. Как пример - кабельное телевидение .
Коннекторы с этим типом разъема - зеленого цвета.
Внимание!
Коннекторы с шлифовкой APC не подходят к разъемам с другой полировкой (PC, SPC, UPC) и вызывают взаимное повреждение.
Полировки PC, SPC, UPC взаимно совместимы.
Сравнение формы наконечника и пути отраженного сигнала в разъемах с полировкой UPC и APC:
Зависимость потерь на линии от типа полировки оптического коннектора изложена в таблице:
Как видим, полировка UPC (скругленные торцы) и APC (скошенные торцы) - эффективнее всего. Поэтому патчкорды и пигтейлы с этим типом шлифовки чаще всего применяются.
Типы оптических разъемов
На практике наши монтажники оптоволоконных сетей в подавляющем большинстве случаев работают с типами FC, LC, SC.
На более редких видах коннекторов мы пока останавливаться не будем.
FC
- подпружиненное соединение, за счет чего достигается "вдавливание" и плотный контакт;
- металлической колпачок - прочная защита;
- коннектор вкручивается в розетку, а значит, не может выскочить, даже если случайно дернуть;
- шевеление кабеля не влияет на соединение.
Однако плохо подходит для плотного расположения разъемов - необходимо пространство для вкручивания/выкручивания.
SC
Более дешевый и удобный, но менее надежный аналог FC. Легко соединяется (защелка), разъемы могут располагаться плотно.
Однако пластиковая оболочка может сломаться, да и на затухание сигнала и обратные отражения влияют даже прикосновения к коннектору.
В общем, используется наиболее часто, но не рекомендован на важных магистралях.
LC
Уменьшенный аналог SC. За счет малого размера применяется для кроссовых соединений в офисах, серверных и т.п. - внутри помещений, там где требуется высокая плотность расположения разъемов.
Автор разработки этого типа коннектора - ведущий производитель телекоммуникационного оборудования, Lucent Technologies (США) - изначально прогнозировал своему детищу судьбу лидера рынка. В принципе, так оно и есть. Особенно учитывая то, что этот тип разъема относится к соединениям с повышенной плотностью монтажа.
В следующих выпусках:
Еще статьи по теме "Оптоволоконные сети":
сайт
