Badanie wpływu makrozgięć współczesnych jednomodowych

XII International PhD Workshop
OWD 2010, 23–26 October 2010
Badanie wpływu makrozgięć współczesnych
jednomodowych światłowodów włóknistych na ich
tłumienność
Guzowski Bartłomiej, Politechnika Łódzka
Lisik Zbigniew, Politechnika Łódzka
Abstract
Nowadays, Fiber-To-The-Home trend is getting
more and more popular in the world. It means that
the optical fibers are installed at the subscribers’
homes or offices. Market of product design for
FTTH is getting bigger and more important in the
communication market. It is obvious that FTTH
application demands low-cost, low-bending-loss
optical fibres. Bend insensitive single-mode fibres are
much more efficient than traditional electric cables,
hence the speed of download and upload is much
higher [1].
Recently, the new ITU-T G.657 Recomendation
was approved and introduced [2]. Chosen
requirements from ITU-T G.657 are shown in
Tab.1. This Recomendation concerns bend
insensitive, single-mode optical fiber for access
networks.
In this paper we will compare bending resistance
of three types of optical fibers: standard optical fiber
(ITU-T 652), fluorin doped fiber and Corning®
ClearCurve™ fiber and try to find the min. bending
radius for each of them.
Streszczenie
W obecnych czasach coraz wyraźniejsze staje się
zjawisko
doprowadzania
światłowodów
do użytkowników końcowych. Trend ten zwany
światłowód do domu lub FTTH (ang. Fiber-To-TheHome) ma coraz większą liczbę wdrożeń na całym
świecie. Konieczność szybkiego montażu, oraz coraz
trudniejsze
środowisko
do
instalacji
linii
światłowodowych z racji montowania ich w biurach
lub mieszkaniach, powodują wzrost zapotrzebowania
na kable światłowodowe o zwiększonej odporności
na makrozgięcia.
W pracy zostaną zaprezentowane wyniki badań
dotyczących wpływu makrozgięć w dedykowanych
dla sieci FTTH światłowodów włóknistych ITU-T
G.657 na ich tłumienność oraz porównanie ich
z wynikami otrzymanymi
światłowodów.
dla
standardowych
1. Wstęp
Tab.1.
Wybran e wymagania z ITU-T G.657.A i .B
Chosen requir ements fo rm IT U-T G.657.A a nd .B
Zadanie
Zgodność z ITU-T
G.652 D
1 zakręt R=7,5mm
dla 1550nm
1 zakręt R=7,5mm
dla 1625nm
1 zakręt R=10mm
dla 1550nm
1 zakręt R=10mm
dla 1625nm
10 zakrętów
R=15mm dla 1550nm
10 zakrętów
R=15mm dla 1625nm
Kompatybilne Maksymalna
ze
odporność
standardowymi na zgięcia
SMF
Tak
-
Nie
≤ 0,5 dB
≤ 1,0 dB
≤ 0,75 dB
≤ 0,1 dB
≤ 1,5 dB
≤ 0,2 dB
≤ 0,25 dB
≤ 0,03 dB
≤ 1,0 dB
≤ 0,1 dB
Współcześnie światłowody włókniste coraz
częściej prowadzone są do użytkowników
końcowych (FTTH), którzy za ich pomocą łączą się
z Internetem. Jednomodowe światłowody włókniste
(ITU-T G.652) zwane tu SMF (ang. Single Mode
Fibers)
pracują
zwyczajowo
w
oknach
transmisyjnych 1310nm i 1550nm [2]. Zastosowanie
w sieciach FTTH wymaga, aby promienie skrętu
SMF stawały się coraz mniejsze, jednocześnie nie
zwiększając ich tłumienia. W grudniu 2006 została
wydana rekomendacja ITU-T G.657 wychodząca
naprzeciw problemom w aplikacjach FTTH.
W Tab. 1. zostały przedstawione maksymalne
dopuszczalne straty dla wybranych wymagań
405
dotyczących odporności SMF na zagięcia, wziętych
z zaleceń ITU-T G.657.A i .B [3].
2. Badania
Na rynku jest dostępnych kilka rodzajów
światłowodów przeznaczonych do aplikacji FTTH
[4, 5]. Naszym badaniom zostały poddane trzy typy
światłowodów
jednodomowych:
standardowy
(ITU-T G.652), światłowód domieszkowany
fluorem, oraz ClearCurve™ firmy Corning. Badania
polegały na przeprowadzenia trzech testów wyżej
wymienionych światłowodów:
1. pomiaru tłumienności światłowodów
pod wpływem zgięcia pod kątem 90
stopni;
2. pomiaru tłumienności światłowodów
pod wpływem 1 zgięcia o kącie 360
stopni;
3. pomiaru tłumienności światłowodów
pod wpływem 10 zgięć o kącie 360
stopni każde.
Dodatkowo próbowano ustalić minimalny
promień makrozgięcia światłowodów dedykowanych
FFTH.
2.2 Wpływ zagięcia światłowodów o kąt 360
stopni na ich tłumienie.
Rekomendacja ITU-T G.657.B wskazuje dla
1 zwoju o promieniu 7,5mm tłumienia maksymalne:
0,5dB dla długości fali 1550nm i 1dB dla długości
1625nm, zaś dla promienia 10mm odpowiednio
0,1dB i 0,2dB.
Jak widać na Rys. 2. standardowy światłowód nie
spełnia warunków tej rekomendacji, ale zgody jest
z zaleceniami ITU-T G.652, gdzie tłumienie
przy zakręcie 10mm nie powinno być większe niż
0,75dB dla fali 1550nm i 1,5dB dla fali 1625nm.
Na wykresie widać też, że dla długości fali 1310nm
sygnał płynący przez światłowód będzie dobrej
jakości nawet, jeśli zagniemy go o kąt 360 stopni
z promieniem ok. 6-7mm., zaś dla fal 1550nm i
1625nm promienie te wynoszą w przybliżeniu
9-10mm.
2.1 Wpływ zagięcia światłowodów pod
kątem 90 stopni na ich tłumienie.
Na Rys. 1. zostały przedstawione wyniki badań
wpływu pojedynczego zagięcia standardowego
światłowodu pod kątem 90 stopni.
Rys.2. Wpływ 1 zagięcia standardowego światłowodu na
jego tłumienie.
Fig.2. The influence of 1 turn standard fiber on its
attenuation.
Rys.1. Wpływ zagięcia standardowego światłowodu pod
kątem 90 stopni na jego tłumienie.
Fig.1. The influence of 90 degree turn standard fiber on
its attenuation.
Na Rys. 3 przedstawiony został wykres zależności
tłumienia
światłowodu
z
płaszczem
domieszkowanym fluorem od promienia jego skrętu.
W porównaniu do wykresu pokazanego na Rys. 1,
widać jak znacznie zmalało tłumienie przesyłanego
sygnału. Równie ważną informacją płynącą z tego
wykresu jest to, że takie światłowody nadal będą
pełnić dobrze swoją rolę w sieciach FTTH,
dla wszystkich długości fali nawet, jeśli zawiniemy je
raz na walec o promieniu 3mm.
Jak widać na Rys 1, światłowody te będą mieć
duże tłumienie tylko dla długości fali 1625nm, jeśli
promień skrętu będzie mniejszy niż 6mm. Dla
pozostałych
długości
fali
tzn.
1310nm
i 1550nm promień takiego skrętu może wynosić
nawet 2mm.
Dla światłowodu domieszkowanego fluorem oraz
dla światłowodu ClearCurve tłumienie w każdym
pomierzonym przez nas przypadku było znikomo
małe i nie przekraczało wartości 0,03dB.
406
Rys.3. Wpływ 1 zagięcia światłowodu domieszkowanego
fluorem na jego tłumienie.
Rys.5. Wpływ 10 zagięć standardowego światłowodu na
jego tłumienie.
Fig.3. The influence of 1 turn fluorine doped fiber on its
attenuation.
Fig.5. The influence of 10 turns standard fiber on its
attenuation.
Jeszcze bardziej odporne na pojedyncze zagięcie
o kąt 360 stopni wydają się być światłowody
ClearCurve. Jak widać na Rys. 4. tłumienie takich
SMF nie przekracza 0,25dB przy promieniu 2mm, co
spełnia z dużym zapasem zalecenia ITUT-G.657.B.
Rys.
6.
pokazuje
wyniki
uzyskane
dla światłowodu z płaszczem domieszkowanym
fluorem. Widać jago dużo większą odporność
na zginanie w porównaniu ze standardowym
światłowodem. Na tej podstawie, możemy
powiedzieć, że spełnia on warunki ITU-T G.657.B,
a minimalny promień skrętu, dla którego sygnał nie
jest jeszcze znacznie stłumiony, wynosi ok. 5-6mm
dla fal 1550nm i 1625nm, zaś ok. 2-3mm dla fali
1310nm. Widać więc, że taki światłowód daje
możliwość
dość
swobodnego
montażu
i prowadzenia w biurach lub mieszkaniach.
Rys.4. Wpływ 1 zagięcia światłowodu ClearCurve na jego
tłumienie.
Fig.4. The influence of 1 turn ClearCurve fiber on its
attenuation.
2.3 Wpływ 10 zagięć światłowodów o kąt
360 stopni na ich tłumienie.
Następnie zostały przeprowadzone badania
dotyczące wpływu 10 zwojów o określonych
promieniach na tłumienie światłowodów.
Na Rys. 5. jest przedstawiony wykres z wynikami
pomiarów z użyciem standardowego światłowodu.
Na jego podstawie można stwierdzić, że najbardziej
odporna na taki test jest sygnał o długości fali
1310nm, a jego transmisja będzie dość dobra nawet
przy promieniu skrętu wynoszącym ok. 8mm. Dla
sygnałów o długościach fal 1550nm i 1625nm
analogiczne tłumienie osiąga się przy promieniu
wynoszącym ok.. 13mm. Jeżeli jednak porównać
wartości z Rys. 5 z wartościami podanymi w Tab. 1.
to można stwierdzić, że taki światłowód jest zgody
z ITU-T G.657.A.
Rys.6. Wpływ 10 zagięć światłowodu domieszkowanego
fluorem na jego tłumienie.
Fig.6. The influence of 10 turns fluorine doped fiber on
its attenuation.
Wyniki uzyskane dla światłowodu ClearCurve są
umieszczone na Rys. 7. Są one bardzo zbliżone
do
tych,
uzyskanych
dla
światłowodu
domieszkowanego fluorem. Można więc stwierdzić,
że również ten światłowód będzie idealnie nadawał
się do aplikacji FTTH.
407
D. A., Johnson J. J., Lewis K. A., Englebert J. J.:
Ultra-low Bending Loss Single-Mode Fiber for FTTH,
OFS/NFOEC 2008.
Autorzy:
Mgr inż. Bartłomiej Guzowski
Politechnika Łódzka
ul. Wólczańska 211/215
90-924 Łódź
tel. +48 22 631 26 83
Rys.7. Wpływ 10 zagięć światłowodu ClearCurve na jego
tłumienie.
Fig.7. The influence of 10 turns ClearCurve fiber on its
attenuation.
3. Podsumowanie
Przeprowadzone badania dały odpowiedź
na bardzo ważne pytanie – jakie są granice
odporności współczesnych SMF na ich skręcanie.
Określono dość dokładnie minimalne promienie
skrętów, pod jakimi można instalować światłowody
w aplikacjach FTTH, znając długość fali
transmitowanego sygnału. Na podstawie zebranych
danych, można powiedzieć, że na rynku są już
światłowody, które można wielokrotnie zginać
pod małymi kątami.
email: [email protected]
Prof. Lisik Zbigniew
Politechnika Łódzka
ul. Wólczańska 211/215
90-924 Łódź
tel. +48 22 631 26 30
email: [email protected]
Summary
The conducted research gave an answer to a very
important question – what is the resistance boarder
of modern SMF to turning them. We can define,
rather accurately, the minimal bending radius at
which we can install fibres in FTTH applications,
knowing the wave length on wihich the signal will be
transmitted. On the basis of gathered data it can be
seen that on the market there are already fibres
which can be repeatedly bend at a small angle.
Literatura
1. Wagner R. E., Igel J. R., Whitman R., Vaughn M.
D., Ruffin A. B., Bickham S.: Fiber-based
broadband-access deployment in the United
States, J. Lightwave Technology 2006
2. Watekar Pramod R., Ju Seongmin, Han WonTaek: Single-mode optical fiber design with wide-band
ultra low bendig-loss for FTTH application, OSA’2008
3. Kuyt G., Matthijsse P., Gasca L., de
Montmorillon L.A., Berkers A., Doorn M.,
Nothofer K., Weiss A.: The impact of new bendinsensitive single mode fibers on FTTH connectivity and
cable designs, IWCS’07 GK 006
4. Himeno K., Matsuo S., Guan N., Wada A.: LowBending-Los Single-Mode Fibers for Fiber-to-the-Home,
Jurnal Of Lightwave Technology 2005.
5. Li M. –J., Tandon P., Bookbinder D. C., Bickham
S. R., McDermott M. A., Desorcie R. D., Nolan
408