فیوژن فیبرهای Single Mode در عصر حاضر

با استقرار FTTH در سیستم های امروزی و افزایش درخواست برای صدا، اطلاعات و شبکه های ویدیویی استفاده از فیبر نوری به شدت افزایش یافته است در نتیجه احتیاج به فیوژن فیبر نوری به شدت بالا می رود. فیوژن فیبرنوری برای بهبود سیستم های نوری مورد استفاده قرار می گیرد و دارای تجهیزات اتوماتیک و پیشرفته ای می باشد. علیرغم پیشرفتهای بسیار در تکنولوژی فیبر و فیوژن بسیاری از جنبه ها می ماند که استفاده کنندگان از این تکنولوژی باید از آن آگاه باشد مانند تفاوت در فیبر، تجهیزات، محیط و تکنیک های فیوژن که می تواند مقدار تلفات در نتایج کار را تغییر دهد.امروزه دارندگان، تکنسینها، طراحان و پیمانکاران شبکه می توانند درک واقعی از میزان تلفات جوش و به خصوص نسل جدید فیبرهای FTTH که نسبت به خمش حساس نیستند و روز به روز استفاده از آن ها بیشتر می شود، داشته باشند.
این مقاله یک نمای کلی از فیوژن فیبرنوری و مطالب مهمی که کاربران باید بدانند را ارائه می نماید.

اسپلایس (Splice) چیست؟

اسپلایس اتصال دائم فیبر نوری است تا هیچ تغییر اضافی در محل اتصال فیبر اتفاق نیفتد. به همین خاطر کانکتورهای فیبر نوری طراحی شدند تا در هنگام بازسازی لینک نوری این اتفاق به راحتی صورت پذیرد.
دو شیوه اسپلایس فیبر نوری وجود دارد: مکانیکی و فیوژن
در اسپلایس مکانیکی دو سر انتهایی فیبر نوری روبه روی هم در محفظه ای نگه داشته می شوند. اتصال مکانیکی معمولاً در شبکه هایی استفاده می شود که اتصال موقتی باشد برای مثال موارد اضطراری و تست و عیب یابی. اسپلایس مکانیکی تلفات و بازتاب بیشتری نسبت به فیوژن اسپلایس دارد.
در فیوژن اسپلایس دو فیبر عملاً ذوب شده و به هم جوش داده می شوند. این کار باعث می شود تلفات کمی اتفاق افتاده و بازتاب تقریبا صفر شود.

دستگاه فیوژن

عمل فیوژن با استفاده از دستگاهی به نام فیوژن اسپلایسر (Fusion Splicer) انجام می شود. انتهای دو فیبر آماده و برش داده می شود و در محل ثابت تراز دستگاه فیوژن گذاشته می شود. با فشار دکمه استارت دو انتهای فیبر را به هم نزدیک کرده و با حرارت الکترود فیوژن می شود.
مدل های زیادی دستگاه فیوژن وجود دارند که دارای ویژگی و قابلیت های متفاوتی هستند. دستگاه های متفاوت اجازه ذخیره برنامه و دستورالعمل های جداگانه که در آن عواملی مانند زمان و حرارت فیوژن قابلیت تنظیم است را به کاربر می دهد.
هچنین واحدها را بزرگ میکند و به صورت تصویری فیوژن را نشان می دهد و هسته دو فیبر را تراز می کند و دو فیبر را روبه روی هم قرار می دهد. فناوری تزریق نور و نرم افزار Imaging باعث می شود که هسته ها رو به روی هم قرار گیرند و تا ماکزیمم نور از بین دو فیبر عبور کرده و نقطه جوش کمترین تضغیف را دارا باشد.
بعضی از دستگاه ها از شیوه تراز غلاف و cladding استفاده می کند. فیبرها در یک نگهدارنده یا شیار V شکل گذاشته شده و چیده می شود که اساس آن قطر خارجی غلاف می باشد. این دستگاه ها نسبت به خواص و تلورانس هندسی هیچ حساسیتی ندارند (قطر غلاف، غیر مدور بودن غلاف ، و متحدالمرکز بودن هسته به غلاف). چون دو غلاف فیبر تراز شده است نمی توان گفت هسته دو فیبر به خوبی تراز می باشد. این دستگاه هنگام فیوژن تلفات بیشتری ایجاد می کند و قابلیت ها و ویژگی های نوع اول فیوژن که هسته های فیبر را تراز می کند را دارا نمی باشد.

فرآیند فیوژن

پارامترهایی که بیشترین تأثیر را در تلفات فیوژن فیبر SM دارد MFD (قطر ناحیه ای از فیبر که حامل نور می باشد) و هم مرکز بودن هسته و غلاف می باشد.
مقدار تخمینی تلفاتی که از طریق عدم تطبیق MFD صورت می گیرد از طریق فرمول زیر محاسبه می شود:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

مشخصات و مقدار معمول MFD برای فیبر SM G652.D در طول موج 1310nm مقدار ‎9.2±0.4‏ می باشد. در این حالت در بدترین شرایط ممکن تلفات به دست آمده از طریق عدم تطبیق MFD باید کمتر از 0.033dB باشد. البته در انواع دیگر فیبرها برای مثال G655 یا G657 احتمال دارد بالاتر از این مقدار باشد. البته این مورد را می توان با طراحی سیستم مناسب و مشخصات عملی اسپلایس بهبود بخشید.
خطای مرکزیت هسته-غلاف، یا مقداری که هسته خارج از مرکز از سطح روکش است همچنین می تواند به طور قابل توجهی در تلفات نقطه جوش فیبر SM اثرگذار باشد. نمودار زیر نشان می دهد که چه مقدار تلفات به خاطر انحراف بین هسته های فیوژن شده به وجود می آید.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

مشخصات معمول مرکزیت غلاف-هسته در فیبر SM G652.D کمتر از 0.5µm می باشد. اگر دو فیبر در بدترین حالت فیوژن شود یعنی با انحراف کل 1µm، مقدار تلفات مورد انتظار 0.056dB می باشد.
ماکزیمم تلفات به دست آمده در فیبر به دلیل انحراف هسته و عدم انطباق MFD باید کمتر از 0.089dB (0.056+0.033) dB باشد. اگرچه، این مقدار تلفات ذاتی فیبر به دلیل شکل هندسی فیبر را نشان می دهد و تلفات اضافی که به وسیله دستگاه فیوژن، محیط و تکنیکهای جوش فیوژن به وجد می آید را نشان نمی دهد.
خیلی نادر است که تمام مشخصات با هم دارای بیشترین مقدار باشند اما مطالعات نشان میدهد که تلفات نقطه جوش بعضی مواقع به مقدار 0.01dB هم می رسد.
تلفات نقطه جوش معمولاً نزدیک مقدار 0.02dB می باشد اما ممکن است در بعضی موارد از مقدار 0.1dB هم تجاوز کند.

اندازه گیری تلفات نقطه جوش

وقتی جوش فیوژنی شکل می گیرد اکثراً به اندازه گیری مقدار آن احتیاج می باشد و روش و شیوه هایی برای رسیدن به این مقدار وجود دارد. ممکن است یک روش یا ترکیبی از شیوه های مختلف استفاده شود که هر کدام از آن ها بستگی به فاکتورهای مختلف نظیر طراحی، هدف و طبیعت ذاتی شبکه و همچنین استاندارد و مشخصات صنعتی که استفاده می شود، خواهد داشت.

سه روش اصلی اندازه گیری تلفات در زیر نام برده می شود و همچنین محدودیت ها و مزایای هر روش نیز شرح داده می شود:
1. تخمین تلفات به وسیله دستگاه فیوژن
بلافاصله پس از جوش دادن فیبر، دستگاه فیوژن به صورت تخمینی مقدار تلفات نقطه جوش را می دهد. این تخمین سریع کیفیت کلی جوش را بیان می کند اما روی مقدار آن نمی توان حساب کرد چون یک تخمین کلی می باشد. احتیاط و دوراندیشی انسان را ترغیب می کند که با تکیه بر تلفات تخمین زده شده تصمیم بگیرد که جوش مورد نظر قابل قبول است یا نه ؟ هیچ استانداردی برای اندازه گیری تلفات توسط دستگاه فیوژن وجود ندارد به همین دلیل صحت اندازه گیری با دستگاه ممکن است تغییر کند. مقدار تقریبی تلفات نشان داده شده به وسیله دستگاه برای تعیین و تصمیم گیری برای جوش مجدد استفاده می شود. اگر مقدار خوانده شده بالا بود بهتر است فیبر جوش تکرار شود.

2. اندازه گیری توسط ‎ (Optical Loss Test Set) OLTS ‎
برای اندازه گیری توسط این روش به یک دستگاه به نام Light Source و یک دستگاه به نام Power meter نیاز می باشد که برای لینک های نوری نسبتاً کوتاه با یک جوش فیوژن استفاده می شود. این روش نیز به نوعی تخمین محسوب می شود به این دلیل که تلفات کل لینک که هم شامل فیبر و هم شامل نقطه جوش می شود را حساب می کند. در لینک های نسبتاً کوتاه تلفات فیبر بسیار کم است بنابراین مقداری که Power meter می خواند نزدیک مقدار واقعی می باشد یا مقدار کمی بیشتر از آن است. اگر تضعیف کابل را بدانیم می توان از مقداری که Power meter نشان می دهد کم کنیم و مقدار تلفات نقطه جوش را به دست بیاوریم.
در لینک های نسبتاً بلند چون بیشتر اتلاف به خود فیبر باز می گردد تعیین اتلاف نقطه جوش بسیار سخت می شود و دقت بسیار کمی دارد. از این گذشته، ممکن است در یک لینک چندین نقطه جوش باشد که OLTS تلفات کلی لینک را نشان می دهد و نمیتواند تلفات لینک ها را از هم جدا کرده و از هم متمایز کند. از این رو میانگین تلفات نقاط جوش را نشان می دهد.
OLTS شیوه اقتصادی و پرکاربردی می باشد که می تواند تضمین کند که لینک مقدار توان موردنیاز را از خود عبور می دهد. حتی اگر نقطه جوش ها اتلاف بالایی داشته باشند تا زمانی که لینک کل بتواند توان مورد نیاز را از خود عبور دهد، قابل چشم پوشی خواهد بود.

3. اندازه گیری توسط ‎(Optical Time Domain Reflectometer) OTDR ‎
OTDR دستگاهی تخصصی برای تست تجهیزات نوری می باشد. دستگاهی است کاربردی که تنها به یک سر فیبر احتیاج داشته و تصویری از مشخصات فیبر را نمایش می دهد.
OTDR بهترین شیوه برای اندازه گیری تلفات نقطه جوش می باشد. OTDR از بازگشت پراکنده و بازتاب نور برای محاسبه تلفات در طول فیبر استفاده می کند. OTDR سیگنال نور را در فیبر ارسال می کند و مقدار نور بازتابی و زمان بازگشت نور را اندازه گیری می کند. این مقادیر را در نموداری با نام Trace و با دو محور فاصله و توان سیگنال، نشان می دهد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

از آن جا که OTDR نور بازگشتی را محاسبه می کند درحقیقت اندازه گیری توان تلفات آن به صورت تخمینی می باشد که به اندازه گیری غیرمستقیم معروف است. شیوه مستقیم اندازه گیری OLTS می باشد که در قسمت قبل به آن اشاره شد. مقدار آن صحیح تر و درست تر برای محاسبه تلفات انتهای فیبر تا فیبر می باشد اما هیچ نموداری نشان نمی دهد و نمی تواند تک تک نقاط جوش را بررسی کند.
همچنین، به دلیل اینکه OTDR از نور بازگشتی برای محاسبه تلفات استفاده می کند ممکن است بعضی از مواقع مقدار تلفاتی را که نشان می دهد غیرواقعی بوده و کمتر یا بیشتر از مقدار حقیقی باشد. این اتفاق به این دلیل می باشد که نور بازگشتی از MFD تأثیر می گیرد. اگر از MFD بزرگتر به MFD کوچکتر برویم OTDR تلفات را بزرگتر از آن چه هست نشان می دهد و برعکس اگر از MFD کوچکتر به MFD بزرگتر برویم OTDR تلفات را کوچکتر از آن چه هست نشان می دهد. به حالت اول Exaggerated loss و به حالت دوم در اصطلاح gainer گفته می شود. البته در واقعیت همیشه در نقطه جوش مقداری تلفات داریم و حالت gainer اشتباه دستگاه OTDR می باشد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

برای حل این مسئله از دو سر فیبر تست OTDR گرفته و میانگین دو مقدار مورد نظر را به عنوان تلفات نقطه جوش در نظر می گیریم. این مقدار یک مقدار واقعی است و در تست ها از این مقادیر استفاده می شود.
مثال زیر یک تست دو طرفه OTDR را نشان می دهد.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]