آموزش OTDR بخش دوم

در بخش اول آموزش OTDR، به معرفی این دستگاه، کاربردهای آن و انواع مختلف آن پرداختیم. همچنین مفهموم پهنای پالس و نقطه کور در دستگاه OTDR را به طور کامل شرح دادیم.

نمودار OTDR که به عنوان دستگاه OTDR شناخته می‌شود، یک نمایش گرافیکی از بازتاب نور و پراکنده شده به سمت دستگاه OTDR می‌باشد که از نقاط مختلف یک کابل فیبر نوری دریافت می‌کند است. این نمودار ابزاری ارزشمند برای تشخیص عیوب و تأیید صحت لینک‌های فیبر نوری است.

عناصر کلیدی نمودار OTDR:

• محور افقی (X): محور X معمولاً نشان‌دهنده فاصله در طول کابل فیبر نوری است که معمولاً بر حسب کیلومتر بیان می‌گردد ولی در تنظیمات بر حسب Mile یا Foot هم تنظیم می‌شود.
• محور عمودی (Y): محور Y معمولاً نشان‌دهنده سطح توان نوری بر حسب دسی‌بل (dB) است. مقادیر dB بالاتر نشان‌دهنده توان بیشتر و مقادیر dB پایین‌تر نشان‌دهنده توان کمتر است.
• ردیابی (Trace): خط اصلی روی نمودار که سطح توان کلی را در حین حرکت پالس نور در طول فیبر و بازتاب آن نشان می‌دهد.
• رویدادها: رویدادها تغییرات ناگهانی در سطح توان در طول ردیابی هستند که می‌توانند ناشی از عوامل مختلفی مانند اتصالات، کانکتورها، شکستگی‌ها، افت ذاتی فیبر، فیوژن‌ها و یا سایر ناهنجاری‌ها در فیبر باشند.
• نشانگرها: از نشانگرها برای تعیین مکان رویدادهای خاص روی Trace استفاده می‌شود.

اطلاعاتی که می‌توان از نمودار OTDR بدست آورد:

• طول کابل فیبر نوری: با خواندن فاصله بعد از اتمام تست از روی نمودار OTDR می‌توانید طول فیبر نوری را اندازه‌گیری کنید.
• مکان عیوب: رویدادها روی نمودار می‌توانند نشان‌دهنده مکان عیوب در فیبر نوری مانند شکستگی، اتصالات یا کانکتورها باشند.
• شدت عیوب: میزان  تغییر در سطح توان در یک رویداد می‌تواند نشان‌دهنده شدت عیب باشد.
• تضعیف فیبر: شیب نمودار می‌تواند نشان‌دهنده تضعیف کلی فیبر باشد که به معنای افت توان در واحد طول است.

نمونه‌ای از نمودار OTDR:

در این مثال (تصویر زیر)، نمودار چندین رویداد را نشان می‌دهد، از جمله دو اتصال و یک کانکتور. فیوژن‌ها باعث افت‌های کوچکی در سطح توان می‌شوند، در حالی که کانکتور باعث افت بیشتری می‌شود. شیب کلی نمودار نشان می‌دهد که فیبر دارای تضعیف تقریباً 0.3 دسی‌بل بر کیلومتر است.

تضعیف در فیبر نوری

تضعیف در فیبر نوری به معنای کاهش تدریجی قدرت سیگنال نور در طول مسیر کابل فیبر نوری است. این تضعیف به دلیل عوامل مختلفی،مانند افت ذاتی در خود فیبر و عوامل خارجی، اتفاق می‌افتد. میزان تضعیف معمولاً بر حسب دسی بل بر کیلومتر (dB/km) اندازه‌گیری می‌شود. مقادیر dB/km کمتر نشان‌دهنده تضعیف کمتر و اتلاف سیگنال کمتر است.

انواع تضعیف در فیبر نوری:

• تضعیف ذاتی: این نوع تضعیف به دلیل خواص خود فیبر، مانند جذب و پراکندگی نور، ایجاد می‌شود.
• جذب: برخی مواد موجود در فیبر، مانند ناخالصی‌ها یا عناصر سازنده کر، می‌توانند انرژی نور را جذب و آن را به گرما تبدیل کنند. این امر باعث کاهش شدت سیگنال می‌شود.
• پراکندگی ریلی: این پدیده زمانی اتفاق می‌افتد که امواج نور با عناصر سازنده کر فیبر تعامل می‌کنند و باعث بازتاب و پراکندگی نور در جهات مختلف می‌شوند. این پراکندگی نیز باعث کاهش شدت سیگنال می‌شود.
• تضعیف خارجی: این نوع تضعیف به دلیل عوامل خارجی، مانند خمیدگی، نقص و مشکلات فیبر، ایجاد می‌شود. که هر کدام را به اختصار توضیح می‌دهیم.
• خمیدگی: زمانی که کابل فیبر نوری خم می‌شود، سیگنال نوری می‌تواند تا حدی از بین برود زیرا از هسته خارج شده و به سمت روکش هدایت می‌شود.
• نقص: خراشیدگی، ترک و سایر نقص‌ها در فیبر نیز می‌توانند باعث پراکندگی و از بین رفتن نور شوند.
• آلودگی: گرد و غبار، خاک و سایر آلاینده‌ها روی سطح مقطع فیبر می‌توانند نور را جذب کرده و قدرت سیگنال را کاهش دهند.

عوامل موثر بر تضعیف:

• طول موج نور: طول موج‌های مختلف نور در فیبر، تضعیف‌های متفاوتی را تجربه می‌کنند. به عنوان مثال، طول موج‌های بلندتر (مانند 1550 نانومتر) تضعیف کمتری نسبت به طول موج‌های کوتاه‌تر (مانند 850 نانومتر) دارند. هر چقدر طول موج بیشتر می‌شود افت کمتر می‌شود.
• نوع فیبر: فیبرهای سینگل مود معمولاً تضعیف کمتری نسبت به فیبرهای مالتی مود دارند.
• کیفیت تار و کابل: کابل‌های با کیفیت‌تر که نقص‌های کمتری دارند، تضعیف کمتری خواهند داشت.
• طول کابل: هر چه کابل بلندتر باشد، سیگنال تضعیف بیشتری را تجربه خواهد کرد.

تضعیف یک فاکتور مهم در طراحی و نصب کابل‌های فیبر نوری است. اگر تضعیف خیلی زیاد باشد، سیگنال خیلی ضعیف شده و توسط گیرنده قابل تشخیص نخواهد بود. برای غلبه بر تضعیف، می‌توان از تقویت‌کننده‌های سیگنال برای تقویت قدرت سیگنال در فواصل منظم در طول کابل استفاده کرد.

نکات کلیدی:

• تضعیف به معنای کاهش قدرت سیگنال نور در طول کابل فیبر نوری است.
• دو نوع تضعیف ذاتی و خارجی وجود دارد.
• عوامل متعددی بر تضعیف، از جمله طول موج نور، نوع فیبر، کیفیت کابل و طول کابل، تأثیر می‌گذارند.
• تضعیف یک فاکتور مهم در طراحی و نصب کابل‌های فیبر نوری است.
• برای غلبه بر تضعیف، می‌توان از تقویت‌کننده‌های سیگنال استفاده کرد.

بازتاب برگشتی در فیبر نوری

بازتاب برگشتی در فیبر نوری به پدیده‌ای اشاره دارد که در آن بخش کوچکی از نور در حال عبور از فیبر نوری به سمت منبع بازتاب می‌شود. این پدیده می‌تواند به دو دلیل اصلی رخ دهد:

1. پراکندگی ریلی (righley backscatter): این پدیده‌ای ذاتی در تمام مواد است که به دلیل تعامل نور با مولکول‌ها و اتم‌های تشکیل‌دهنده هسته فیبر رخ می‌دهد. این پدیده‌ منجر به یک سیگنال بازتاب برگشتی ضعیف و پیوسته در طول کل فیبر می‌شود.

1. انعکاس فرنل (fernel backreflection): این پدیده در تغییرات ناگهانی ضریب شکست فیبر و هوا، مانند کانکتورها، ابتدا و انتهای فیبر یا شکستگی رخ می‌دهد. این پدیده انعکاس‌های گسسته و قوی‌تر ایجاد می‌کند که می‌توانند در نقاط خاصی در طول فیبر موضعی شوند. انعکاس فرنل 20 هزار برابر بزرگ تر از بازتاب ریلی می‌باشد.

بازتاب برگشتی پیامدهای مثبت و منفی برای ارتباطات فیبر نوری دارد:

پیامدهای مثبت:

• بازتاب‌سنج نوری بر حسب زمان (OTDR): این تکنیک از نور بازتاب برگشتی برای اندازه‌گیری طول فیبرهای نوری، شناسایی عیوب و نقص‌ها و مشخصه ‌سازی کیفیت کلی آنها استفاده می‌کند.
• لیزرهای بازتابنده براگ توزیع‌شده (DBR): این لیزرها برای دستیابی به ویژگی‌های خاص انتشار طول موج، به بازتاب برگشتی کنترل‌شده در داخل حفره لیزر تکیه می‌کنند.

پیامدهای منفی:

• تضعیف سیگنال: نور بازتاب برگشتی به تضعیف کلی سیگنال کمک می‌کند و می‌تواند در فواصل بلند سرعت انتقال داده در لینک‌های فیبر نوری را محدود ‌کند.
• نویز: نور بازتاب شده برگشتی با سیگنال‌های اصلی ادغام شده و نویزی را ایجاد می‌کند. همچنین می‌تواند نسبت سیگنال به نویز (SNR) را کاهش دهد و کیفیت لیزر در گیرنده‌ها را کم کند.

برای به حداقل رساندن اثرات منفی بازتاب برگشتی، از تکنیک‌های مختلفی مانند کابل فیبر نوری باکیفیت، مدولاسیون پیشرفته و بهینه‌سازی طراحی فیبر  نوری استفاده می‌شود.

تفاوت های کانکتورهای APC و UPC:

در ارتباطات فیبر نوری، انتخاب کانکتور مناسب برای عملکرد بهینه و یکپارچگی سیگنال بسیار مهم است. دو نوع کانکتور اصلی در بازار وجود دارد: APC و UPC. درک تفاوت های آنها می تواند به شما در انتخاب بهترین گزینه برای نیازهایتان کمک کند.

• زاویه پولیش (pulish angle): کانکتورهای APC (پولیش زاویه دار) دارای زاویه پولیش 8 درجه هستند، در حالی که کانکتورهای UPC (پولیش صاف) دارای پولیش صاف با انحنای کمی هستند.

• افت بازگشتی: پولیش زاویه دار در کانکتورهای APC، نور بازتابیده شده به منبع نور را به حداقل می رساند و افت بازگشتی کمتری (65- دسی بل یا بیشتر) را به ارمغان می آورد. کانکتورهای UPC به دلیل بازتاب نور به عقب توسط سطح صاف افت بازگشتی بیشتری نسبت به کانکتور APC ارائه می دهند افت بازگشتی این کانکتورها در حدود (55- دسی بل یا بیشتر) می باشد.
• کاربردها:

• APC: این نوع کانکتورها به دلیل افت برگشتی کمتر نسبت به سایر کانکتورها برای شبکه های پرسرعت، مسافت های طولانی، کاربردهای حساس و انتقال ویدیو آنالوگ مناسب تر می باشند.
• UPC: این نوع کانکتورها برای لینک های کوتاه تر و شبکه های محلی اترنت مناسب‌تر هستند.

• کدگذاری رنگی: معمولاً کانکتورهای APC سبز و کانکتورهای UPC آبی هستند. با این حال، این همیشه یک شناساگر تضمین شده نیست، بنابراین بررسی مشخصات بسیار مهم است.