Если вы только начинаете знакомиться с миром волоконной оптики, все технические термины и сокращения могут показаться вам непосильными. Именно поэтому я создал эту серию глоссариев по оптоволокну - чтобы помочь вам понять, что на самом деле означают эти термины, самым простым способом.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

В предыдущей статье: Как работает оптоволокно: простая наука о свете, Мы рассказали, как свет проходит по оптическим волокнам и как информация передается на большие расстояния с невероятной скоростью и точностью.

Однако в реальных волоконно-оптических системах передача света никогда не бывает абсолютно без потерь. При прохождении оптических сигналов по волокну - и особенно при прохождении через разъемы, сращивания и другие компоненты - небольшая часть оптической мощности неизбежно теряется.

В этой статье мы сделаем следующий шаг и сосредоточимся на одном из самых фундаментальных показателей эффективности в волоконной оптике: вносимые потери. Мы объясним, что такое вносимые потери, почему они возникают и как влияют на надежность и эффективность волоконно-оптических сетей - простым языком, понятным новичкам.

Что такое инсерционные потери (IL)?

Потери на входе (IL) относится к снижению оптической мощности, которое происходит при введении оптического компонента или соединения в волоконно-оптическую линию связи.

Проще говоря: Когда свет “проникает” через разъем, сращивание или устройство, не весь он проходит через него. Потерянная часть называется вносимыми потерями.

Потери на входе обычно возникают при:

  • Оптоволоконные разъемы
  • Сплавление или механическое соединение
  • Коммутационные шнуры и адаптеры
  • Сплиттеры и другие пассивные компоненты
  • Острые изгибы в оптических волокнах

Потери на входе обычно выражаются в децибелы (дБ), и меньшие значения указывают на лучшую производительность.

Откуда берутся потери рассеивания?

Вносимые потери не вызваны каким-то одним фактором. Вместо этого они являются результатом нескольких физических и механических недостатков, которые влияют на эффективность перемещения света из одного волокна в другое.

Ниже перечислены наиболее распространенные причины.

Несовпадение сердцевины между волокнами

Вносимые потери в оптоволокне - несоосность сердечников между волокнами - диаграмма

При соединении двух волокон их сердцевины должны быть точно выровнены. Если выравнивание нарушено - даже на несколько микрон, - часть света не попадет в приемную сердцевину и просочится в оболочку.

Это одна из наиболее распространенных причин вносимых потерь.

Простая аналогия:
Это все равно что соединить две водопроводные трубы, которые не идеально подходят друг к другу - часть воды будет вытекать, а не течь по ним.

Различные диаметры сердечника или облицовки

Вносимые потери оптоволокна - разные диаметры сердцевины или оболочки - диаграмма

Даже если волокна хорошо выровнены, вносимые потери могут возникнуть, если:

  • Диаметры сердечников различны
  • Толщина облицовки не одинакова
  • Смешивание волокон разных производителей или стандартов

Эти несоответствия вызывают несоответствие режима и поля, Это означает, что свет не может полностью перейти из одного волокна в другое.

Воздушные зазоры между торцевыми поверхностями волокон

Вносимые потери в оптоволокне - воздушные зазоры между торцами волокон - диаграмма

Если торцы волокон не имеют полного физического контакта, между ними может образоваться крошечный воздушный зазор.

На этом интерфейсе:

  • Свет сталкивается с границей стекло-воздух
  • Часть света отражается назад
  • Меньше света продолжает идти вперед

Это не только увеличивает вносимые потери, но и может способствовать обратные потери, Об этом мы расскажем в отдельной статье.

Угловатые или плохо отполированные торцевые поверхности

Оптоволоконные вносимые потери - угловые или плохо отполированные торцевые поверхности - диаграмма

Если торцы волокон не являются идеально плоскими или перпендикулярными:

  • Свет выходит из волокна под углом
  • Эффективность связи снижается
  • Теряется больше оптической мощности

Поэтому качество торцевых поверхностей разъемов (PC, UPC, APC) играет важную роль в контроле вносимых потерь.

Изгиб волокна и потери при изгибе

Вносимые потери в оптоволокне - несоосность сердечников между волокнами - диаграмма

Когда оптическое волокно изгибается больше минимального радиуса изгиба:

  • Свет не может оставаться полностью замкнутым в ядре
  • Часть оптической энергии просачивается в оболочку
  • Вносимые потери увеличиваются

Этот вид потерь известен как потери на изгиб и особенно часто встречается в тесных помещениях и при прокладке проводов внутри помещений.

Менее очевидные причины, с которыми сталкиваются инженеры

Помимо хрестоматийных причин, реальные установки создают дополнительные риски.

Качество разъемов значительно различается. Производственные допуски, концентричность ферулы и однородность полировки - все это влияет на то, насколько хорошо свет передается через интерфейс.

Обращение с устройством также играет определенную роль. Термоусадочные муфты, сжатые до полного остывания, чрезмерное усилие на коммутационных шнурах или многократные вставки - все это может привести к увеличению потерь со временем.

А еще есть загрязнение - пожалуй, самая недооцененная проблема в волоконной оптике.

Одна-единственная частица пыли на торцевой поверхности может резко увеличить вносимые потери. Именно поэтому опытные специалисты почти не уделяют внимания очистке. Использование безворсовые салфетки и ручки для чистки оптоволокна на практике не является обязательным. Многие проблемы, связанные с высокими вносимыми потерями, решаются просто путем правильной очистки обоих концов.

Как измеряются потери рассеивания?

Вносимые потери рассчитываются путем сравнения оптической мощности до и после компонента или соединения.

Основная формула такова: IL (дБ) = -10 × log₁₀ (Pout / Pin)

Контакт = входная оптическая мощность
Pout = выходная оптическая мощность

На практике инженеры редко вычисляют логарифмы в полевых условиях. Вместо этого они используют короткий путь:

Потери на входе ≈ Pin (дБм) - Pout (дБм)

Этот метод вычитания интуитивно понятен и быстр. Если ваша входная мощность составляет -3 дБм, а выходная -3,5 дБм, то вносимые потери составляют около 0,5 дБ. Для большинства практических целей это все, что вам нужно знать на месте.

Для начинающих основная идея проста: Чем ближе выходная мощность к входной, тем меньше вносимые потери - и тем выше производительность.

Что считается “хорошими” потерями рассеяния?

Приемлемые вносимые потери в значительной степени зависят от типа волокна и области применения.

К одномодовым оптоволоконным системам обычно предъявляются более жесткие требования, чем к многомодовым, из-за больших расстояний передачи и ограниченных бюджетов на электроэнергию. Если вы новичок в этой теме, Оптоволокно: Одномодовый и многомодовый - в чем разница? содержит полезный обзор.

Для стандартных одноволоконных разъемов, таких как LC или SC, высококачественные соединения обычно относятся к категории 0,2-0,3 дБ диапазон, в то время как 0,5 дБ часто считается приемлемым во многих сетях.

Многоволоконные разъемы создают дополнительные сложности. Разъемы MPO и MTP, При выравнивании нескольких волокон одновременно вносимые потери, естественно, выше из-за проблем с выравниванием по многим жилам. Типичные значения часто варьируются от 0,35 дБ - 0,7 дБ, в зависимости от марки и области применения. Для более глубокого сравнения см. MPO и MTP: в чем разница и что выбрать.

Поскольку вносимые потери накапливаются в нескольких точках соединения, даже небольшие улучшения в каждом интерфейсе могут заметно повлиять на общую производительность системы.

Заключение

Вносимые потери не являются каким-то загадочным параметром - это просто видимый результат того, как ведет себя свет, когда реальность заменяет теорию.

Каждый разъем, соединение и изгиб немного изменяют путь света. Понимание того, откуда берутся эти потери, помогает инженерам разрабатывать более чистые маршруты, выбирать лучшие компоненты и избегать распространенных ошибок при монтаже.

В следующей статье мы рассмотрим обратные потери, В ней рассказывается о том, что происходит со светом, который не движется вперед, и почему обратное отражение имеет такое же значение, как и вносимые потери.

У вас еще остались вопросы?

Если вы все еще сомневаетесь в чем-то, не стесняйтесь обращаться к нам.

Хотите узнать больше терминов по оптоволокну? Загляните в наш блог.

Если нужный вам термин еще не охвачен, дайте мне знать - я добавлю его в список приоритетов!

И напоследок - если вы телекоммуникационный провайдер, оператор сети или занимаетесь развитием волоконно-оптической инфраструктуры и ищете надежного партнера по оптоволоконным компонентам - смело обращайтесь к нам.