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室內(nèi)光纜測(cè)試—如何測(cè)試基于激光技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)
2016-05-10
基于協(xié)議(例如千兆以太網(wǎng))網(wǎng)絡(luò)的大量安裝刺激了局域網(wǎng)中使用光纜的迅速增加，這樣就可以滿足那些日益增長(zhǎng)的帶寬和傳輸速度的需求。多模光纜（特別為千兆網(wǎng)而使用）以及單模光纜作為高速傳輸介質(zhì)開始在建筑物中大量鋪設(shè)。因此，為了獲得快速的數(shù)據(jù)傳輸速率，使用激光光源而取代了LED光源。因?yàn)榧す夤庠醇纯梢栽诙嗄９饫|中使用（也可以在單模光纜中使用）所以測(cè)試的要求就改變了，安裝和維護(hù)光纜或光纜網(wǎng)絡(luò)的工程師必須學(xué)習(xí)新的光纜測(cè)試過程并且了解如何選擇正確的測(cè)試儀器以獲得精確的測(cè)量結(jié)果。
光纜傳輸基礎(chǔ)
了解一下激光和LED光源的區(qū)別以及單模和多模光纜的區(qū)別就會(huì)知道為什么高性能、高速度的光纜網(wǎng)絡(luò)需要正確選擇與之相適應(yīng)的測(cè)試儀器。
激光和LED
激光發(fā)射功率很大， 發(fā)射的光很集中。 而LED 通常發(fā)射的光很散且功率低， 相對(duì)LED 來說激光還可以發(fā)送高速的脈沖， 這也是在高速網(wǎng)絡(luò)中使用激光的主要原因。 對(duì)單模光纜鏈路， 通常使用Fabry-Perot 激光光源。 而新的VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 激光在多模光纜的短波長(zhǎng)千兆網(wǎng)中使用。
多模光纜和單模光纜
單模光纜和多模光纜在物理上的主要區(qū)別是纜芯的尺寸，多模光纜有兩種纜芯尺寸(50.0μm 和62.5μm) 單模光纜的額定尺寸是9.0μm， 多模光纜可以讓光信號(hào)以多種路徑(或模式)傳輸， 而單模光纜， 就象其名字那樣， 只允許光以一個(gè)路徑傳輸 (參見圖1) 高次模式和低次模式。
在單模光纜中， 因?yàn)橹挥幸环N模式， 稱之為“基波” 或 “低次模式” 它在光纜纜芯的中心傳輸。 相反， 多模光纜含有多次模式。 那些被限制在纜芯中心傳輸?shù)姆Q之為 “低次模式” 而那些在靠近纜芯外部傳輸?shù)姆Q之為 “高次模式” 這個(gè)差別對(duì)光損耗測(cè)試是非常重要的因?yàn)楦叽文Ｊ礁菀资艿焦饫|彎曲而造成衰減。
激光和LED 在實(shí)際的工作中也有區(qū)別。 因?yàn)榧す夤庠吹哪芰考性诠饫|的中心， 在多模光纜中只有低次模式被真正使用。 然而LED 產(chǎn)生稱之為溢出發(fā)射的情況， 因?yàn)樗耆錆M了整個(gè)光纜為所有模式所使用， 包括低次模式和高次模式。 (參見圖2)
因此， 多模光纜使用LED 光源比使用激光光源， 例如VCSEL 光源， 更容易受到衰減。所以這也是為什么VCSEL 激光光源被選作高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個(gè)主要原因。
現(xiàn)在我們了解了光源和光纜的一些主要區(qū)別， 下面讓我們討論基于激光的網(wǎng)絡(luò)正確測(cè)試方法， 首先讓我們看一下單模光纜，
測(cè)試單模激光網(wǎng)絡(luò)
單模光纜使用激光光源傳輸， 因此應(yīng)該使用激光光源拉測(cè)試。 但是如果你已經(jīng)有了1300nm 的LED 光源怎么辦？ 你是否可以使用它來測(cè)試單模光纜？ 回答是你可能可以用， 但是強(qiáng)烈建議不要使用， 因?yàn)檫@種方法受到很多的限制。 首先 在激光光源(62.5μm 多模光纜內(nèi)部光纜)和網(wǎng)絡(luò)光纜之間(9.0μm) 存在相當(dāng)大的損耗。 這種光纜纜芯不匹配形成的損耗大約是–20dB。 參見圖3 中光纜尺寸不匹配的情況說明， 因此， 你測(cè)試的實(shí)際距離就受到了限制。
圖3
但是更重要的是 如果你只在1300nm 的波長(zhǎng)上進(jìn)行了損耗測(cè)試， 你就會(huì)漏掉單模光纜測(cè)量時(shí)最重要的部分——在1550nm 波長(zhǎng)上的損耗。 當(dāng)測(cè)試單模光纜時(shí)，應(yīng)該正確地評(píng)估被測(cè)光纜鏈路在任何可能工作的波長(zhǎng)上的特性。 如果象上面討論過的， 使用LED 測(cè)試單模光纜， 你只能知道光纜鏈路在1300nm 是的性能。 但是因?yàn)閱文９饫|在其整個(gè)壽命中可能會(huì)遇到使用1550nm 來進(jìn)行傳輸， 因此， 在兩個(gè)波長(zhǎng)上進(jìn)行測(cè)試是很重要的。 特別重要的是在1550nm， 上的測(cè)試 因?yàn)?550nm 波長(zhǎng)比1310nm 波長(zhǎng)更容易受到由于完全而帶來的損耗。(參見表1) 如果安裝的光纜網(wǎng)絡(luò)只在1310nm時(shí)測(cè)試， 你可能仍然會(huì)受到嚴(yán)重由于彎曲造成的影響， 而這在 1310nm 的波長(zhǎng)上不能發(fā)現(xiàn)。 如果一旦網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用使用到1550nm 波長(zhǎng)就可能會(huì)出問題， 因?yàn)?550nm 波長(zhǎng)的衰減更容易受到彎曲的影響。
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3 turns on 11.5 mm mandrel (more bending) |
3 turns on 18 mm mandrel (less bending) |
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| 波長(zhǎng) = 1310nm | 波長(zhǎng) = 1550nm | 波長(zhǎng) = 1310nm | 波長(zhǎng) = 1550nm | |
| 9.0μm core step-index singlemode fiber (3.0 mm cord) | 2.6 dB | 23.6 dB | 0.1 dB | 2.6 dB |
測(cè)試11.5mm 和18mm的卷軸是更加嚴(yán)重。 它們不是模擬實(shí)際的應(yīng)用情況， 但是說明了波長(zhǎng)和損耗之間的關(guān)系。 這種情況可能在安裝過程中無意造成。
上述的說明都證明在測(cè)試單模光纜時(shí)遵循正確的測(cè)試方法是多模重要。 總而言之， 根本的是測(cè)試基于單模光纜的網(wǎng)絡(luò)要使用激光光源且在1310nm 和1550nm 波長(zhǎng)上測(cè)試。
千兆以太網(wǎng)的多模光纜測(cè)試
基于多模光纜的網(wǎng)絡(luò)很多都在運(yùn)行千兆以太網(wǎng)， 所允許的損耗測(cè)試指標(biāo)比10 或100M 光纜網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)格很多。 于是測(cè)試方法和精度就相應(yīng)更加關(guān)鍵。 對(duì)千兆網(wǎng)來說， 使用VCSEL 激光光源在850nm 上進(jìn)行光的傳輸以及常規(guī)的Fabry-Perot 激光光源在1310nm 上傳輸。 (因?yàn)?301nm 的VCSEL 激光光源還沒有商業(yè)化的產(chǎn)品) 。
測(cè)試千兆網(wǎng)的多模光纜時(shí)使用和實(shí)際光源類型相同的光源是非常重要的，所以激光是最佳選擇。 為什么呢？ 因?yàn)長(zhǎng)ED 發(fā)送的光很寬且能量發(fā)散， 其充滿整個(gè)多模光纜而且和激光光源相比有很多高次模式。 這些高次模式更容易受到彎曲的影響造成很大的衰減。 此外如果在光纜和光纜之間的連接時(shí)有不匹配的情況存在時(shí)， (對(duì)位不齊是肯定存在的) 接收端的光纜就不能收到全部的能量。 相反， 集中的激光光源對(duì)對(duì)位不齊(連接不匹配)就不那么敏感。(參見圖4)
因此 使用LED 進(jìn)行測(cè)試時(shí)的損耗比使用VCSEL 光源大很多(由于彎曲以及連接器的損耗) 。(參見表2)
| Source Type | Loss |
| 850 nm LED | 2.69 dB |
| 850 nm laser (VCSEL) | 2.12 dB |
表2
其結(jié)果是當(dāng)使用LED 測(cè)試時(shí)很可能得到不合格所測(cè)試結(jié)果(特別是使用要求很嚴(yán)格的千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí))， 而實(shí)際的光纜鏈路是合格的鏈路。 而不合格的測(cè)試結(jié)果導(dǎo)致花費(fèi)大量的時(shí)間來檢查可能根本不存在的故障。 測(cè)試千兆網(wǎng)使用在多模光纜1310nm 的情況是相同的。
結(jié)論
安裝單模光纜和多模光纜用于支持千兆以太網(wǎng)的應(yīng)用正在迅速增加。 這些高速網(wǎng)絡(luò)使用不同的激光光源作為傳輸源。 對(duì)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)光纜結(jié)構(gòu)使用和交換機(jī)以及其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相同類型的光源進(jìn)行光纜鏈路的認(rèn)證測(cè)試， 就可以確保光纜鏈路可以滿足網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的要求。
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