a fényvezetõ szálak tulajdonságai és mérési technológiái

5/26/2018 A fnyvezet szlak tulajdonsgai s mrsi technolgii

1/69

A fnyvezet szlak tulajdonsgai s mrsitechnolgii


2/69

2

TARTALOMJEGYZK

1. BEVEZETS .....................................................................................................................................................................42. FIZIKAI ALAPELVEK ...................................................................................................................................................5

1.1. Az elektromgneses spektrum. A fny .................................................................................................................52.1.1. Szloptika, a fnyvezet szl (LWL) felpitse.........................................................................................62.1.2. Fnyvezet szl-profilok................................................................................................................................9

2.2. Fnyvezet szlak vesztesgei.............................................................................................................................112.3. Cs illapts:...............................................................................................................................................................11

2.3.1. Abszorpci:.....................................................................................................................................................122.3.2. Szrds ..........................................................................................................................................................12Geometriai eltrsek: ......................................................................................................................................................12

2.4. Diszperzi: ...............................................................................................................................................................152.4.1. Mdusdiszperzi:...........................................................................................................................................162.4.2. Anyagi diszperzi:.........................................................................................................................................17

2.4.3. Hullmvezet diszperzi:.............................................................................................................................172.5. Az MM s SM szlak msodlagos paramterei az zemi hullmhosszokon:..............................................192.6. Mechanikai s krnyezetllsgi jellemzk.......................................................................................................19

2.6.1. Mechanikai szilrdsg ..................................................................................................................................192.6.2. regedsi tulajdonsgok, klmallsg .....................................................................................................20

3. Egymdus fnyvezet szlak mrsei .......................................................................................................................223.1. Mrsi clok, kvetelmnyek...............................................................................................................................22

3.1.1. Laboratriumi mrsek.................................................................................................................................223.1.2. Gyri mrsek.................................................................................................................................................223.1.3. zemi mrsek...............................................................................................................................................233.1.4. Referencia s alternatv mrsi eljrsok ..................................................................................................23

3.2. tviteli jellemzk mrse.....................................................................................................................................233.2.1. Becsatolsi felttelek.....................................................................................................................................233.2.2. Becsatolsi felttelek egymdus szlaknl.............................................................................................243.2.3. Becsatolsi felttelek tbbmdus szlaknl............................................................................................243.2.4. Egyb becsatolsi problmk.......................................................................................................................253.2.5. A kilp teljestmny detektlsa...............................................................................................................26

3.3. Csillapftsmrs......................................................................................................................................................263.3.1. Visszavgsos mdszer ................................................................................................................................273.3.2. Beiktatsos mdszer......................................................................................................................................293.3.3. Visszaszrsos mdszer...............................................................................................................................31

3.4. Mdustr tmr mrse.......................................................................................................................................383.4.1. A mdustr tmrjnek mrse kzvetlen tvoltri letapogatsi mdszerrel...................................383.4.2. A mdustr tmrjnek mrse kzeltri letapogatssal......................................................................403.4.3. Egyb eljrsok a mdustr-tmr meghatrozsra ............................................................................42

3.5. Levgsi hullmhossz mrse ..............................................................................................................................433.5.1. Kbelezetlen fnyvezet szl levgsi hullmhossznak meghatrozsa tvitt teljestmnymdszerrel.........................................................................................................................................................................443.5.2. Kbelezett fnyvezet szl levgsi hullmhossznak meghatrozsa az tvitt teljestmnymdszervel......................................................................................................................................................................46

3.6. Kromatikus diszperzi mrse .............................................................................................................................473.6.1. Fziseltolsos mdszer .................................................................................................................................483.6.2. Differencilis fziseltolsos mdszer.........................................................................................................54

3.7. Impulzusksleltets mrse...................................................................................................................................583.8. Mikrogrblet rzkenysg vizsglata ...............................................................................................................613.9. Makrogrbleti rzkenysg vizsglata .............................................................................................................613.10. Geometriai s optikai mrsek .............................................................................................................................62

3.10.1. Megtrt kzeltrt mdszer...........................................................................................................................62

3.10.2. Kzeltri fnyeloszls ...................................................................................................................................643.10.3. Egyb mdszerek a geometria i-optikai paramterek mrshez...........................................................64


3/69

3

3.11. Mechanikai s krnyezetllsgi mrsek .........................................................................................................653.11.1. Szaktszilrdsg vizsglata ........................................................................................................................653.11.2. Hzsllsg vizsglata................................................................................................................................653.11.3. Klmallsg vizsglata ciklikus hmrsklet-vltoztatssal ................................................................68


4/69

4

1. BEVEZETStviteltechnikai ttekints

Az informci kt tvoli pont kztti tovbbtsnak problmja mr az 1700-as

vektl kezdve foglalkoztatja a kutatkat. Az elektromgneses hullmok infravrshz

kzeli, vegszlon trtn - optikai tovbbtsnak feltalalja C. Kao (1963) valamint M.

Brner(1964). Az veg csillapitasi tnyezje akkoriban mg 1000 dB/km feett volt;

ezrt a gyakorlati alkalmazsra mg gondolni sem lehetett. Az ttrs 1970-ben

kvetkezett be, amikor_a Cornig Glass Works cg 20 dB/km csillapits vegszlat volt

kpes ellltani A 70-es-vek elejn mr kszen llt az optikai hradstechnika minden

ptkve - fnyforrs, fnyvezet szll s fnyrzkel -, s elkezddhetett a mdszer

napjainkig is tart tkletestse.

A kutatsok kezdetben az egymdus szl irnyban folytak, azonban a megfelel

technolgia hinya miatt - mellyel a 10~,m-nl kisebb magtmrket kzben tudtk volna

tartani - az rdeklds hamarosan a tbbmdus szl fel fordult. Mivel azonban a

monomdus szl szmos elnnyel rendelkezik, a fejleszts ezen a tren sem llt le,

aminek az eredmnye az lett, hogy 1980 krl sikerlt olyan technolgit kidolgozni,

amellyel lehetv vlt az egymdus szlak szleskr felhasznlsa.

Mivel a fnyvezet hlzatok kiptse s hasznlata egyre kisebb kltsgeket r el,

gy az optikai szl fokozatosan kiszortja a hagyomnyos vezetkeket a hrkzls

terletrl. Ezt a tendencit mutatja a Kessler's Market Intelligence felmrse, miszerint

1992-ben 10,4 milli kilomter fnyvezet kbelt teleptettek, amely rtk 1998-ra

vrhatan hromszorosra n.


5/69

5

2. FIZIKAI ALAPELVEK2.1. Az elektromgneses spektrum. A fny

A hrek tovbbtsban nagy szerepe van a valamilyen tviteli kzegben terjed

elektromgneses hullmnak. Az tviteli kzegnek azonban nem felttlenl fmes kzegnek

kell lennie, a hullmok vkumban vagy dielektromos anyagban is terjedhetnek. Az

elektromgneses hullmok spektruma a hossz rdihullmoktl a rvid hullmhossz

kozmikus sugrzsig terjed. Az optikai tviteltechnika cljra az elektromgneses

spektrumnak csak egy kis tartomnya, nevezetesen az infravrs (IR) s a lthat

fnytartomny (VIS} felel meg, belertve az ultraibolya (UV) fnyt is.

A lthat fny a 380 nm (ibolya) s a 780 nm (vrs) hullmhossz kztti keskeny tartomnyt

foglalja el. Ezt a tartomnyt a kisebb hullmhosszak fell az ultraibolya fny, a nagyobb

hullmhosszak fel pedig az infravrs fny hatrolja. A szorosabb rtelemben vett fnyt csak

a lthat hullmhossztartomny jelenti, amelybe gyakran belertik az IR- s az UV

tartomnyt is. A hullmhossz () s a frekvencia (f) kztt az albbi sszefggs ll fenn:

A kpletben a c=3 108m/s rtk a fny sebessgt jelenti lgres trben.

Az optikai tvitelre klnsen az 500 nm-tl az 1500 nm-ig terjed tartomny alkalmas.

Az elektromgnese hullmok spektruma:

.elektromos hullmok IR-sugrzs

- lthat tartomny

- vrs

- narancs

- srga

- zld

- kk

f

c=


6/69

6

- ibolya .

Rntgensugrzs . Gammasugrzs . Kozmikus sugrzs

2.1.1. Szloptika, a fnyvezet szl (LWL) felpitse.A multimdus vegszlban megvalsul fnyterjedst a szloptika, vagy geometriai

optika trvnyeivel lehetne lerni. Maga a fnysugr a folyamat modellezsre alkalmas. A

kis nylsszg fnykp idealizlt vltozatt jelenti, egyenes vonalban terjed, s tkrrel,

prizmval vagy lencskkel ms irnyokba trthet el. A fnyvezet szlban a fny tja a

fnytrs s a visszaverds trvnyein alapul. Ha a fnysugr egy dielektromos hatrrtegre

esik, akkor ltalban mindkt folyamat fellp. Ha a fnysugr kt, egymstl klnbztrsmutatj anyag hatrfelletre esik, akkor a visszaverdsi trvny szerint:

= '

Ebben az esetben az a a beessi szg s az ' visszaverdsi szg egy skban van.

A Snellius fle trri trvny rtelmben a fnysugr nem visszaverdtt rsze a msodik

anyagban folytatja tjt, de megvltozott terjedsi irnyban. A trsi trvny a kvetkez:

A vkumban mrt co fnysebessg viszonyt trsmutatnak (n) nevezzk. Ez egy

anyaglland, s azt adja meg, hogy az adott kzegben hnyszor kisebb a fny sebessge,

mint lgres trben.

Az elzek felhasznlsval:

2

1

sin

sinc

c=

n

cc 0=

1

1

sin

sin

n

n=


7/69

7

Az beessi szg nvelsvel a trsi szg az optikailag srbb, n1trsmutatj anyagbl

az optikailag ritkbb, n2 trsmutatj anyagba val tmenetkor elri a =90 rtket. Kt

tltsz anyag kzl az az optikailag srbb, amelyikben a fny sebessge kisebb. Az ehhez a

=90-hoz tartoz beessi szget hatrszgnek nevezzk:

2.1 .bra: A fny visszaverdse s trse

Ha a beessi szg tllpi az G hatrszget, akkor mr nem lphet fel trs, s a

hatrrteg teljes egszben vissszaveri a fnysugarat. Ezt a jelensget nevezzk teljes

visszaverdsnek. Ez a jelensg csak az optikailag srbb anyagbl az optikailag ritkbb

anyagba val tmenetkor kvetkezhet be, s fnyvezet szl (multimdus optikai szl) ezt

hasznlja fel. ppen ezrt a fnyvezet szl egy hengeres magbl, s az ezt krlvev

koncentrikus kpenybl ll. A mag vegnek n1 trsmutatja valamivel nagyobb, mint a

kpeny vegnek n2 trsmutatja.

Az utbbi kpletbl kvetkezik, hogy minden olyan fnysugr, amely (90-G) szgnl

kevesebbel tr el a fnyvezet szl tengelynek irnytl, a magban fog tovbb haladni. Ha a

kls trbl (az no=1 trsmutatj levegbl) egy fnysugarat akarunk a magba csatolni,

akkor a fnysugr s a fnyvezet szl tengelye ltal bezrt becsatolsi szgre a kvetkez

sszefggs rvnyes:

1

2sinn

nG =


8/69

8

Ebbl no=1 helyettestssel:

Az ehhez tartoz A becsatolsi szget a fnyvezetszl befogadsi szgnek nevezzk, s

csak az n1s n2trsmutat rtktl fgg.

A befogadsi szg szinuszt a fnyvezet szl numerikus apertrjnak (NA) nevezzk

1.2.bra).

Ennek a jellemznek nagy jelentsge van a fnynem a flvezet szlba val becsatolsakor.

Minl nagyobb egy fnyvezet szl numerikus apertrja, annl tbb fnyt lehet becsatolni,

de annl nagyobbak lesznek a futsiid klnbsgek is.

2.2. bra: A fny tja a fnyvezet szlban

( ) 01

090sin

sin

n

n=

( ) 211 sin1cossin == nn

22

21sin nnNA A ==


9/69

9

2.1.2. Fnyvezet szl-profilokHa egy fnyvezet szl a trsmutatjt a maganyag sugarnak fggvnyben

brzoljuk, akkor a trsmutat-profilt, vagy mskppen az indexprofilt kapjuk. A

gyakorlatban kt trsmutat-profilt alkalmaznak:

lpcss profil gradiens-profil

A lpcss profilt az jellemzi, hogy a mag n~ trsmutatja lland, a mag s a kpeny hatrn

pedig meredeken n2 (n2>n2) rtkre esik le. A 2.3.bra azt mutatja, hogy a kisebb szgbenbecsatolt fnysugarak rvidebb utat tesznek meg, mint a meredekebben becsatolt fnysugarak,

mert ezek gyakrabban verdnek vissza. Ilyen esetben magasabbrend mdusrl (sokszoros

cikkcakk vonal) s ennek megfelelen alacsonyabbrend mdusrl (kevs szm

visszaverds) beszlnk. A mdusok a fnyvezet szlban fizikailag matematikailag

lehetsges terjedsi utakat jelentik.

Az eltr nagysg mdusok ltezse azt eredmnyezi, ahogy azt a kvetkez

megfontolsunk is igazolni fogja, hogy a jeltvitel sorn bonyodalmak lphetnek fel. Egyrvid fnyimpulzus sokfle klnbz tvonalon {magasabb mdusok, eltr futsi idkkel)

terjedhet. A rvid, idben lesen behatrolt bemeneti impulzusbl a kimeneten az egyms

utn berkez jelek sszegzdse miatt ersen sztszrt impulzus lesz (mdus diszperzi). A

lpcss profil fnyvezet szl ezrt nagyobb svszlessg tvitelre nem alkalmas.

A megoldst a gradiens profil jelenti. A lpcss profillal ellenttben itt a fnysugarak

mr nem cikk-cakk vonalban terjednek. A gradiens-profil fnyvezet szlban a trsmutat-

profil a fnyvezet szl sugarnak fggvnyben folyamatosan vltozik. A fnyvezets ebbenaz esetben nem a teljen visszaverdsen, hanem a fnytrsen alapul. Gyakran parabolikus

profilt alkalmaznak. A maganyag n(r) trsmutatjnak folyamatos vltozsa miatt a

fnysugarak folyamatosan megtrnek. A terjedsi irny folyamatosan vltozik, a fnyvezet

szl tengelye krl hullm alak lesz. A tengelyre vonatkoztatva meredeken halad

fnysugarak mindig hosszabb utat tesznek meg, mint a fnyvezet szl tengelye mentn

halad fnysugarak. A fnyvezet szl tengelytl kifel haladva cskken trsmutat miatt

ezek a sugarak azonban egyre gyorsabban haladnak (lsd 2.3.bra) s a hosszabb t idben


10/69

10

kiegyenltdik. Ennek eredmnye kppen szinte teljesen eltnik az egyes sugarak futsi id-

klnbsge. A mdus-diszperzi csekly.

Az optimlis tviteli jsg elrse rdekben a lpcss profil fnyvezet szl egy specilis

esett, a monomdus (egymdus) fnyvezet szlat alkalmazzk. A szl sugarnak 2-10

m nagysgrendbe kell esnie. A magban ekkor csak egyetlen mdus lesz kpes terjedni, gy a

futsi idkben nem lehet klnbsg (nincs mdus-diszperzi). A mretek, trsmutat-

profilok s nhny tovbbi jellemz rtk ttekintst az 2.3.bra mutatja.

Az egymdus s sokmdus szlak kztt lnyeges klnbsg mutatkozik az tviteli

svszlessg szerinti sszehasonltsban. Mg a sokmdus szllal maximlian kb.

15GHzkm-es tvitel valsthat meg, addig az SM szlnl ez az rtk 100 GHzkm. Hogy a

multimdus szlak mgis szles krben elterjedtek, az a monomdus szlnl

megvalstand igen kicsi magtmr gyrtsi nehzsgeibl addott. Ez a problma azonban

a mai gyrtsi technolgikkal szinte teljesen megsznt, s gyakorlatilag ma mr tetszs

szerinti trsmutat-profil megvalsthat. Azt is ltnunk kell azonban, hogy az egymdus

szlak hasznlata nagyobb kvetelmnyeket tmaszt a rendszer tbbi elemvel,

adelemekkel, csatlakozkkal s egyb passzv rendszerelemekkel szemben. Ez indokolja,

hogy kevsb ignyes alkalmazsoknl megmaradtak a tbbmdus szlak hasznlata mellett.

Az egymdus szlak alkalmazsa - az elrhet nagyobb ismtltvolsg s

bitsebessg miatt - igen gazdasgos a gerinchlzatokban. Ugyanis a telepts s a fenntarts

kltsgeit nem csupn a kbel ra szabja meg, hanem a szksges ismtlllomsok szma,

teht a regenerls nlkl tvihet maximlis tvolsg is.

a.) Multimdus lpcss index fnyvezet szl


11/69

11

b.) Multimdus gradiens index fnyvezet szl

c.) Monomdus fnyvezet szl

2.3. bra: Az ltalnosan hasznlt fnyvezet-szl tpusok ttekintse

2.2. Fnyvezet szlak vesztesgei

Egy fnyvezets kbelszakasz hosszt a szl csillaptsa s diszperzija korltozza.Ebben a fejezetben ezekrl a vesztesgekrl kvnunk beszlni.

2.3. Csillapts:A csillaptst a szl anyagnak fnyelnyelse (abszorpcija), fnyszrdsa, visszaverdse,

valamint a szl geometriai paramterei hatrozzk meg.

A magban terjed fny (1 .), elrve egy msfajta (pl. szennyez vagy adalk-) anyagot illetve

inhomogenitst, szrdik (2.), visszaverdik (3.) s elnyeldik (2.4. bra).

2.4. bra: Fnyterjeds fnyvezet szlban


12/69

12

2.3.1. Abszorpci:Az abszorpcit a szlban jelenlv fmes szennyez anyagok {vasionok (Fe++), rzionok

(Cu++) stb.), a hidroxidionok {OH-) jelenlte s az alkalmazott adalkanyagok (Ge,P,B)

okozzk. A fny szlban val terjedse kzben ezeknek az anyagoknak tkzik, melyek gy afny egy rszt tovbbengedik egy rszt elnyelik s egy rszt visszaverik. A fnyelnyels

mrtke a hullmhossztl s a szennyezk mennyisgtl fgg.

2.3.2. SzrdsA fny szrdst a szlanyag inhomogenitsa okozza. A legjelentsebb szrsi

vesztesget, a Rayleigh-szrst, az anyagon belli molekulknak a vletlen jelleg eloszlsa

eredmnyezi. A Rayleigh-szrs hullmhosszfgg; az zemi hullmhossz nvekedsvel a

fajlagos csillapts cskken.

2.3.3. Geometriai eltrsek:a) A gyrts sorn fellp bels hibk:

A csillapts fellphet a szl gyrtsa sorn keletkezett szablytalansgok, hibk miatt.

Ilyenek lehetnek a:

- bubork a magban:

- mikrohajlat:

4

1


13/69

13

- egyenetlen mag-hj tmenet:

b) Az zembe helyezs sorn keletkezett hibk:

A szl (illetve a kbel) szllts, behzs s szerels kzben is szenvedhet geometriai

elvltozsokat (csavarods, trs; pontatlan sszeilleszts stb.), eltrseket.

Ilyenek a szlkts sorn fellp bels vagy kls csillaptsok, melyek kzl termszetesen

egyszerre tbb is fennllhat:

1. Bels csillaptsok:

A szlak bels paramtereinek eltrseibl add csillaptsok.

- klnbz magtmrk:

- klnbz hjtmrk:

- klnbz numerikus apertrk:


14/69

14

- magexcentricits:

- elliptikus mag:

- elliptikus hj:

2. Kls csillaptsok:

A kls csillaptsok a szlktsi eljrsok pontatlansgaibl erednek.

- tvolsg a szlvgek kztt:

-

a szltengelyek nem esnek egybe:


15/69

15

- a szltengelyek szget zrnak be:

- szlvgsi pontatlansg:

- szennyezds (porszemek) kerl a szlvgek kz:

- Fresnel-reflexis csillapts:

A szlak trsmutatjban ltrejv hirtelen vltozsok okozzk.

Ilyen pldul az veg-leveg tmenet az sszekapcsolt szlak kztt.

2.4. Diszperzi:A fnyimpulzus a szlban megtett ttal arnyosan szlesedik (n az impulzus szlessge).

Ez a jelensg a diszperzi.

Hrom fle diszperzit klnbztetnk meg:

-

mdus diszperzi;- anyagi diszperzi;- hullmvezet diszperzi.

A diszperzi meghatrozza az informcitviteli sebessget (s ezzel sszefggsben a

svszlessget), mivel a tl nagy impulzuskiszleseds meggtolhatja a jel helyes

detektlst.


16/69

16

PI.:

adott jelsorozat vett jelsorozat vett jelbl ellltott jel

(Uka kszbfeszltsg)

A diszperzi s a svszlessg kzti kapcsolatot az albbi kplet adja:

ahol a fajlagos svszlessg, pedig a diszperzi

2.4.1. Mdusdiszperzi:A fnyvezetben csak bizonyos diszkrt szm hullmkonfigurci terjedhet; ezeket a

hullmokat mctusoknak nevezzk. A mctusok hrom fajtja:

- lesugrz mdus: a megengedett becsatolsi szgn kvlrl berkez fnybljn ltre s egy rsze a hjban terjed; gyorsan lesugrzdik;

- szivrg mdus: a mag-hj hatrfelleten terjed; lassan cseng le;- vezetett mdus: adott pillanatban a fnyvezet magjban, adott hosszon tallhat

mdus. Kztk vletlenszer mduscsatolsok, mduskeveredsek jnnek ltre.

A lesugrz mdusokat s a szivrg mdusokat hjmdusoknak hvjuk.

Mivel a mdusok klnbz hosszsg utakon, s emiatt klnbz idben rkeznek meg a

szl vgre, kztk futsi idkknbsg alakul ki, ami az tvitt impulzusok torzulst

eredmnyezi. Ezt nevezzk mdusdiszperzinak. Jelentsge csak a multimdus (MM -

Multi-Mode) szlaknl van, mivel itt terjed tbb mdus a fnyvezet belsejben. Az MM-SI

(Step-Index - lpcss trsmutatj) szlak esetben nagysga jelents, MM-GI {Graded-

Index gradiens index) fnyvezet esetn azonban a mdusdiszperzi egy nagysgrenddel

[ ] [ ]kmnskmMhz /310

/

=


17/69

17

kisebb, aminek oka a trsmutat vltozsa a magon bell. ltalban kisfrekvencis

sszektettseknl a mdusdiszperzi elhanyagolhat.

2.4.2. Anyagi diszperzi:A csoport-trsmutat vltozsa -a klnbz hullmhosszaknl okozza.

ahol aaz anyagi diszperzi, ncsa csoport-trsmutat.

2.4.3. Hullmvezet diszperzi:Oka az eltr csoportsebessg. ltalban csak az egymdus szlakban van szmottev

hatsa, ugyanis a hullmhossz nvekedsvel a mdus egyre inkbb a hjban terjed. Az SM

(Single-Mode - egymdus) fnyvezetknl azonban ez a hats is kikszblhet

(mdusdiszperzi sincs), gy ezek a szlak tbb Ghz-es svszlessgen (nagy sebessggel)

tudnak zemelni.

Az anyagi s a hullmvezet diszperzit kzsen kromatikus (vagy szn-) diszperzinak is

nevezzk. Ha h() jelli a hullmvezet diszperzit, akkor a kromatikus diszperzi (k()):

k() = a() + h()A kromatikus diszperzi a fnyadk azon tulajdonsgbl addik, hogy nem kpesek

monokromatikus fnyimpulzus ellltsra (nem egy, hanem tbb hullmhossz kerl adsra).

Minnl kisebb a becsatolt fny svszlessge, annl kisebb a kromatikus diszperzi.

PI.: az 1300 nm-es nvleges hullmhossz mellett ms hullmhosszak is megjelennek az ad

kimenetn:

A lzerdida jeladk spektrlis szlessge (a 3 dB-es pontok kzti szlessg) jval kisebb

(nhny nm), mint a LED fnyadk (kb. 50 nm):

( )2

21

d

dn

cd

dn

c

cs

a ==


18/69

18

(Megjegyzend, hogy a kromatikus diszperzi kb.1550 nm-en nulla.)

A mdusegyensly az az llapot, ahol a hasznos energit hordoz fnynyalbok a fnyvezet

szl adott pontjn metszik egymst.

A mdusegyensly ltrehozsa:

- elfnyvezetvel: hossz fnyvezet szlat alkalmazunk, melynek numerikusaperturja egyezik a vizsgland szlval. (J fnyvezetnl nhny 100m,

rossznl nhny kilomter utn lp fel a mdusegyensly.);

- koncentrlt elfnyvezetvel: klnbz trsmutatj szlakat hegesztnk ssze(a szlak keresztmetszete el is trhet);

- mdusirtval: az elsdleges vdelmet s a hj egy rszt eltvoltjuk s immerzisfolyadkba mrtjuk. gy a hjmdusok lesugrzdnak. (Az immerzis folyadk

megakadlyozza a teljes visszaverdst; cskkenti a numerikus aperturt, gy

biztostva nagyobb, koncentrltabb teljestmnyt.);

- mduskevervel: a szlat kt feldurvtott fellet kz szortjuk, ezzel vletlenszermduscsatoldsokat hozva ltre;

- kis numerikus aperturt alkalmazva.


19/69

19

2.5. Az MM s SM szlak msodlagos paramterei az zemi hullmhosszokon:Fajlagos csillapts:

Fajlagos svszlesg:

2.6. Mechanikai s krnyezetllsgi jellemzk

2.6.1. Mechanikai szilrdsgA fnyvezet szlak alapjt kpez adalkolt vegelegyek jellemzje a rideg, trkeny

viselkeds, valamint az igen nagy szaktszilrdsg, melynek hozzvetleges rtke 16000

N/mm. Ez azonban csak egy elmleti rtk, amit a gyakorlatban jelentsen cskkentenek a

gyrts s kbelezs sorn keletkez mikroszkpikus felleti hibk s repedsek.

A tapasztalat az, hogy a szl felsznn lv repedsek mechanikai feszltsg hatsra

nvekednek. Ez az gynevezett feszltsgi korrzi jelensge, melynek kzvetlen kivltja a

krnyezeti lgnedvessg. A szlfelleti mikrorepedsek nvekedsi sebessge a kvetkez

formulval adhat meg:


20/69

20

ahol:

- m az gynevezett feszltsgi korrzis lland- A az anyagtl s krnyezeti hatsoktl fgg lland- - K a feszltsgi tnyez.-

K az albbi mdon szmthat

ahol:

- a fnyvezet felletn elfordul legmlyebb repeds- a szlra hat hzfeszltsg- Y alaktl fgg lland.Minthogy a szlfelleti repedsek helye s mrete vletlen eloszlst mutat, gy a szl

szilrdsga egy statisztikus mennyisg. A fnyvezet lettartamt jelentsen korltozza az

lland mechanikus ignybevtel, valamint a krnyezeti rtalmak okozta statikus frads.

2.6.2. regedsi tulajdonsgok, klmallsgA fnyvezet rendszerek mkdse szempontjbl alapvet, hogy a kbelezett szlak

tviteli tulajdonsgai a kbel lettartama alatt ne vltozzanak szmotteven. Norml zemi

krlmnyek kztt a fnyvezet szlak tviteli tulajdonsgainak romlsrt leginkbb a

hidrogngz s a rdioaktv sugrzs a felels. A hidrogn veszlyessge abban rejlik, hogy

az vegben gyorsan diffundl. A fnyvezet szl belsejbe kerlt hidrogn tbbfle kros

hatst fejt ki.. Abszorpcis cscsok alakulnak ki maga a molekulris hidrogn miatt, valaminta bekerlt hidrogn s az veg klnbz alkotinak vegyi reakcija sorn keletkez OH

csoportok miatt. Ezen kvl az veg szerkezetbe bepl hidrogn szerkezeti hibkat hoz

ltre, mely a hosszabb hullmhosszakon is rezteti hatst.

Az optikai szlat r kls eredet ionizcis sugrzs hatsra a fnyvezetben atomi

hibahelyek alakulhatnak ki, melynek abszorpcis spektruma szintn a mkdsi tartomnyba

eshet.

( )mAKdt

d=

= 21

YK


21/69

21

A hmrsklet- vlltozs befolysa leginkbb az elsdleges vdelem anyagi s

geometriai tulajdonsgaitl fgg, valamint attl, hogy az mennyire tapad a fnyvezet

felsznhez. Az elsdleges bevonat s az veg eltr htgulsi egytthatjbl add -s a

termikus viszonyok vlltozsa miatt ltrejv- mechanikai feszltsgek, mikrohajlatok

gyakran vezetnek a szl csillaptsnak romlshoz. Azonban a vizsglatok azt mutatjk,

hogy az elsdleges vdelemmel elltott szl csillaptsa szles hmrsklettartomnyban

lland, s ezt a tulajdonsgot a kbelezs utn is megtartjk.


22/69

22

3. EGYMDUS FNYVEZET SZLAK MRSEI3.1. Mrsi clok, kvetelmnyekEgymdus szlak mrsekor igen szigor kvetelmnyeknek kell eleget tenni a

meglehetsen kicsi magtmr s numerikus apertra, valamint a szlak rendkvl nagy

svszlessge miatt. A mrshez hasznlt eszkzk kivlasztsnl figyelembe kell venni

ezeket a feltteleket. Ugyanakkor az egymdus tulajdonsg bizonyos szempontbl fontos

elnykkel jr. Szemben a sokmdus szlak bizonytalan, vltoz mezeloszlsval, itt

minden esetben csak egy, jl definilt mezeloszlssal kell szmolnunk. Ez nagyban

megnveli a mrsek megbzhatsgt, valamint lehetv teszi, hogy mr nhny tviteli

paramter mrsvel a szl tkletesen s egyrtelmen jellemezhet legyen. A nagyobb

megbzhatsgbl s jobb reproduklhatsgbl kisebb mrsi szrs addik.

A fnyvezet szlon elvgzett mrseket a mrsi krlmnyeknek megfelelen hrom

kategriba sorolhatjuk:

- laborartriumi mrsekgyri mrsek- zemi mrsek3.1.1. Laboratriumi mrsek

A laboratriumi mrsek a kutatst s fejlesztst szolgljk. Elfordulhat azonban,

hogy a gyrts sorn, minsgellenrzs cljbl vgeznek ilyen minsg mrseket. A

clbl kvetkezik, hogy laboratriumi mrseknl elsdleges kvetelmny a klnleges

pontossg, nagy rzkenysg, ugyanakkor a mrsi sszellts bonyolultsga s a mrs

egyszer elvgezhetsge csak msodrend krds.

3.1.2. Gyri mrsekGyri mrseket rendszerint minsgellenrzs s tvteli gyrtmnyellenrzs

cljbl vgeznek. Az ilyen mrsek lehetsges maximlis automatizltsgot, nagy

megbzhatsgot s j reproduklhatsgot kvetelnek. A minsgellenrzssel egyttjr

feladat mg a klnbz terhelhetsgi vizsglatok elvgzse.


23/69

23

3.1.3. zemi mrsekAz zemi mrsek elssorban a ksz fnyvezet sszekttetsek ellenrzst jelentik.

Ennek megfelelen ezeknl a mrseknl elsdleges szempont a mrs egyszersge, s a

mrmszerek knny kezelhetsge. Fknt ilyen clokra kerltek kifejlesztsre ahordozhat elemes optikai mrkitek, amelyekkel egypontos, illetve vgpontok kztti

mrsek vgezhetk.

3.1.4. Referencia s alternatv mrsi eljrsokA fnyvezet szlak s kbelek fontosabb paramtereinek tvteli

gyrtmnyellenrzsre a CCITT tbb mrsi eljrs ajnlst is kidolgozta. Ezeket a mrsi

eljrsokat kt csoportba soroltk:

- Referencia Mrsi Eljrs-ok kz azok a mrsi mdszerek tartoznak, amelyek az

adott paramtert szigoran, kzvetlenl annak defincija alapjn mrik. Kvetelmny

ezekkel a mrsekkel szemben, hogy a gyakorlatban is megvalsthatk legyenek, valamint a

vonatkoz paramter rtkre pontos s mindig reproduklhat eredmnyt adjanak.

- Alternatv Mrsi Eljrs-ok kz sorolhatk azok a mdszerek, amelyek a

vizsgland paramtert a defincitl eltr, esetleg kzvetett mdon mrik. Szintn

kvetelmny a pontossg s a reproduklhatsg, valamint, hogy a megfelel Referencia

Mrsi Eljrssal mindig konzisztens eredmnyt adjon.Olyan esetben, amikor az alternatv s a neki megfelel Referencia Mrsi E jrs

eltr eredmnyt szolgltat, gy a Referencia Mrsi Eljrssal kapott rtket kell hitelesknt

elfogadni.

A mrt paramter tpusa szerint a mrs lehet:

- tviteltechnikai mrs- Geometriai-optikai mrs- Mechanikai s krnyezetllsgi mrs.

3.2. tviteli jellemzk mrse

3.2.1. Becsatolsi felttelekA tovbbiakban ismertetsre kerl csillapts mrsi mdszerek alkalmasak mind az

egymdus, mind a multimdus szlak vizsglatra, eltr becsatolsi felttelek mellett.


24/69

24

Ezrt clszer ebben a fejezetben ismertetni a tbbmdus szlak vizsglatnl megkvnt

becsatolsi krlmnyeket is.

Az tviteli paramterek mrsi pontossga s a mrs reproduklhatsga

nagymrkben fgg a csatolsi krlmnyektl. Egy szl csillaptsi egytthatja csak akkor

hatrozhat meg egzaktul, ha stacionrius becsatolsi feltteleket teremtnk a mrshez.

3.2.2. Becsatolsi felttelek egymdus szlaknlA vizsgland szl gerjesztsre hasznlhat megfelel lmpa, lzerdida vagy LED.

A vlaszts fgg a mrsi mdszertl. A forrs geometriai helyzete, intenzitsa s

hullmhossza a mrs idtartamra stabil kell, hogy legyen, valamint kis spektrlis

vonalszlessggel kell rendelkeznie.

A becsatolsra optikai lencserendszert, vagy szlcsonkot alkalmaznak. Szlcsonkalkalmazsakor az interferencis hatsok kikszblse rdekben trsmutat illeszt

anyagot hasznlnak a fnyforrs szlcsonkja s a vizsgland szl bemenete kztt.

A magasabb rend mdusok eltvoltsra gynevezett mdusszrt alkalmazzk. Ez

egyszeren megvalsthat, egy elg kis sugar hurokkal, ami a levgsi hullmhosszt a

hasznlt legkisebb hullmhossz al tolja, gy a vizsglati hullmhosszon nem jnnek ltre

magasabb rend mdusok.

Gondot okoznak a hj taromnyban terjed sugrz mdusok. Mdusirthasznlatval ezek a mdusok rvid tvolsg utn a szlban mr nem detektlhatk. Bizonyos

krlmnyek mellett ezt maga a szlbevonat is megvalstja. A hj elsdleges vdrtegnek

eltvoltsa utn a szlat immerzis folyadkba mertve elrhet a kvnt hats.

3.2.3. Becsatolsi felttelek tbbmdus szlaknlLegfontosabb feladat, az gynevezett egyenslyi mduseloszls (EMB) megvalstsa

a szl teljes hosszban. Ezrt el kell kerlni a teljestmny becsatolst a magasabb rend,

lecseng mdusokba, mert csak gy mrhetnk kzel lineris csillaptst a vizsgland szlon.

Kt mdszer van az egyenslyi mduseloszls megvalstsra:

- mdusszr alkalmazsa- korltozott fzister becsatolsMdusszr megvalsthat egy, a vizsgland szlhoz hasonl tpus

elttszl alkalmazsval, melynek hossza 1 Km vagy annl tbb.

A szlban lv trsmutat egyenetlensgek s a szlhossz mentn ltrejv mikrogrbletek

miatt stochasztikus mduscsatoldsok jnnek ltre. A csatolsok s keveredsek rvn,


25/69

25

valamint a szivrg mdusok lecsengse utn a szlban ltrejn az egyenslyi mduseloszls

(k.b. 1 Km utn). Utna az egyes mdusok ltal szlltott teljestmnyek arnya mr nem

vltozik.

Mdusszrt gy is ltrehozhatunk, hogy egy megfelelen kis tmrj "tskre" a

vizsgland szlbl nhny menetet (3-5) felcsvlnk.

A korltozott fzister becsatols (LPS) egy olyan geometriailag ltrehozott

becsatolst jelent, amely egyenletesen tlti ki a vizsgland szl magtmrjnek, valamint

numerikus apertrjnak 70%-t. Ez egy geometriailag becsatolt optimlis teljestmny-

eloszls, amely nem csatol teljestmnyt a szivrg, nem vezetett mdusokba.

ltalnos becsatolsi elrendezst mutat a 3.1 bra.

3.1 bra

Az brn lthat mduskever akkor szksges, ha az alkalmazott fnyforrs nem

valst meg homogn teljestmny-eloszlst.

Mduskevers valsthat mg oly mdon, hogy a szlat kt feldurvtott fellet kz

szortjk, ahol a ltrejv mechanikai feszltsgek s grbletek mintegy szimulljk a

hosszabb szlban lv vletlenszer hibkat. Eltr trsmutat profil szlak

sszekapcsolsval szintn megvalsthatunk mduskever jelleget

3.2.4. Egyb becsatolsi problmkA becsatols hatsossgra nagy hatssal van a mag kis alapterlete s a kis numerikus

apertra. Teht a becsatolsnl nem a teljes teljestmny jut be a szlba (a szlat a

magtmrjnl nagyobb fnyfolttal s a szl numerikus apertrjnl nagyobb apertrval


26/69

26

gerjesztik), amit az esetleges reflexik is cskkentenek. Hiba lenne teht ezt az "elveszett"

fnyintenzitst a szl csillaptshoz szmolni.

Ez a hats kikszblhet:

- a referencia s a mrend szl becsatolsi krlmnyeinek lehetsg szerinti

azonosan tartsval.

- olyan mdszerek alkalmazsval, ahol a csillaptst nem kzvetlenl a becsatolt s

kimeneti teljestmnyhnyadokbl szmtjuk (p.l.:a visszaszrs mrsekor), gy a becsatolsi

krlmnyek bemeneti teljestmnyre gyakorolt hatsa nem befolysolja a mrsi

pontossgot.

Fontos, hogy a szlvgek tisztk, simk, s a szltengelyre merlegesek legyenek,

valamint hogy a fnyfolt kzppontja a mag kzppontjba legyen pozcionlva.

3.2.5. A kilp teljestmny detektlsaA vizsgland szlbl kilp teljestmny detektlsakor nem tallkozunk olyan

kritikus problmkkal, mint a becsatolsnl, mivel az alkalmazott optikai detektorok

megfelel mret aktv fellete s numerikus apertrja lehetv teszi a kilp teljestmny

maradktalan rzkelst.

A reflexik elkerlse rdekben szksges a szlvg s a detektor kzttitrsmutatilleszts.

Az alkalmas detektor a hasznlt intenzits tartomnyban lineris s stabil a mrsi id

alatt. Alkalmazhat fotofeszltsg-zem fotodida, amelynek jelt rambemenet erst

ersti.

A vev jel/zaj viszonynak javtsra a fnyforrst modullni szoks. Ez

megvalsulhat gy, hogy alacsony (100...10000Hz) frekvencival szaggatjk a becsatolt

fnysugarat. Ilyen megoldsnl a detektort hozz kell ktni a fnyforrs modulcis

frekvencijval szinkronban lv jelfeldolgoz rendszerhez, ami szelektv optikai detektlst

valst meg. Ezzel az eljrssal ki lehet kszblni a kls fnyviszonyokbl szrmaz, a

mrs pontossgt s reproduklhatsgt cskkent zajt.

3.3. CsillapftsmrsA klnfle csillapts mrsek a fnyvezet szlak leggyakoribb rutinmrsei.

Hrom fajta mrsi mdszer terjedt el a csillapts meghatrozsra:


27/69

27

- Visszavgsos csillaptsmrs- Beiktatsi csillapts mrse- Visszaszrsos csillaptsmrsEzek kzl a CCITT a Visszavgsos csillaptsmrst ajnlja Referencia Mrsi

Eljrs-knt.

3.3.1. Visszavgsos mdszerEz a mdszer a csillapts fogalom meghatrozsbl kzvetlenl valstja meg a

mrst.

A visszavgsos mdszernl elszr a szl tvolvgn mrjk a P1 teljestmnyt, majd

a mrend szlat a becsatolsi krlmnyek megvltoztatsa nlkl L hosszsgra

visszavgjuk (L jellemzen 1 m), s gy is mrnk a szlvgen egy P2 teljestmnyt.A mrt rtkekbl a fajlagos csillapts a definci szerint:

ahol a vizsglati hullmhossz.

Alkalmas mrsi elrendezst mutat a 3.2 bra:

3.2 bra

( )

=km

dB

P

Pg

L 1

2110


28/69

28

A csillaptst nem csak adott hullmhosszon mrhetjk, hanem meghatrozhatjuk a

szl spektrlis csillaptst is. Erre mutat alkalmas berendezst a 3.3 bra.

3.3 bra

A mrshez a vizsgland hullmhossz-tartomnyban folyamatosan sugrz

fnyforrst (pl: halognlmpt ) hasznlnak. Monokromtorral lehet vgigpsztzni a

krdses hullmhossz-tartomnyt, a csillapts pedig visszavgsos mdszerrel mrhet. gy

felvehet a vizsglt szl hullmhosszcsillapts grbje.

Figyelembe kell venni a mrsnl, hogy a fnyforrs intenzitsa hullmhosszfgg,

ezrt a szlba vezetett teljestmnyt is mrni kell.

A 3.3 brn lthat egy mechanikai szaggatval szinkronizlt erstprosts, ami a

jel/zaj viszony javtsra szolgl.(A modullsrl rszletesebben a 3.2.2 fejezetben.)


29/69

29

A mrsi hullmhossz vltoztatsa megvalsthat

gynevezett Rcsmonokromtorral.

Elvi felptst a 3.4 brn lthatjuk:A szelektls a rcs elfordtsval valsul meg, mivel arcs reflexis szge fgg a ullmhossztl.

A visszavgsos spektrliscsillaptsmrst a gyrts sorn rendszerint minden egyes

szlon elvgzik, s a mrst a kbelezs utn is megismtlik. gy a mrs eredmnye hasznos

informcikat nyjt (nemcsak az tviteli tulajdonsgokrl) a szlgyrts, kbelezs

minsgrl. Legfontosab elnye,hogy a csillapts fogalom-meghatrozsbl kiindulva,

adott felttelek esetn ez a mdszer adja a legpontosabb eredmnyt.

Htrnya viszont, hogy ezzel a mdszerrel nem lehet tjkoztatst kapni a szl hosszmenti

csillaptsi tulajdonsgairl. Tovbbi htrnya, hogy a szl megcsonktsval jr, ami zemi

mrseknl ltalban nem engedhet meg. Ezrt hasznlata inkbb laboratriumi s gyri

mrseknl clszer.

3.3.2. Beiktatsos mdszerA Beiktatsos csillaptsmrst a CCITT Alternatv Mrsi Eljrs-knt ajnlja.

A mrs ktflekppen valsthat meg:

a.)Vesznk egy rvid (pl.:2m),a vizsglandval azonos tpus referencia szlat s azt a

3.5 bra szerinti kapcsolsba helyezve megmrjk a szlvgen kilp fny teljestmnyt(P1).

Ezutn a referencia szl helyre (az 1-2 pont kz) beiktatjuk a vizsgland szlat s mrjk a

kimenetn a teljestmnyt (P2).

A referencia szl csillaptsnak ismeretben (ar) a vizsglt szl csillaptsa:

[ ]dBaP

Pa

+=

2

1lg10


30/69

30

a fajlagos csillapts pedig:

ahol: - L = a vizsgland szl hossza [km]

- Lo= a referencia szl hossza [km].

3.5 bra

Ha a referencia szl hossza (csillaptsa) elhanyagolhat a vizsglt szl hosszhoz

(csillaptshoz) kpest, akkor hatsa figyelmen kvl hagyhat.

Mrsi hibkat okozhat, ha a referencia, valamint a vizsgland szl mrsnl a

becsatolsi krlmnyek vltoznak, illetve ha a kt szl tpusa nem egyezik meg, amivel a

geometriai eltrsek okozzk a hibt.

b.)

A mrsek lehetsges megoldsa, hogy a vizsgland szlat a referencia szl vghez

csatlakoztatjuk, ahol az elzek szerint mr meghatroztuk a teljesitmnyt (P1). Ezut

megmrjk a kilp teljestmnyt (P2).

Ekkor a szl csillaptsa:

ahol acsa kt szl kztti csatlakoz csillaptsa.

=

km

dB

P

P

LLa

2

1

0

lg*10

[ ]dBaP

Pa

cs+=

2

1lg10


31/69

31

A beiktatsos mdszer igen pontos szl-szl csatolst ignyel a csatolsi csillapts

cskkentse s a megbzhat eredmnyek rdekben. Ehhez pontos mag-mag pozcionls

szksges. Termszetesen ennl a mrsnl is szksges mdusrt, mdusszr alkalmazsa.

A mdszer legfontosabb elnye a visszavgsos mdszerhez kpest, hogy nem

destruktv, ezrt alkalmazhat zemi mrseknl is.

A gyakrabban (pl.:tads-tvteli mrseknl) a szlszakasz csillaptst a mindkt

irnybl megmrt beiktatsi csillapts szmtani tlagaknt hatrozzk meg.

(Ehhez persze pontossgi igny, hogy a kt irnybl mrt csillaptsok klnbsge

meghatrozott kis rtk alatt legyen.)

3.3.3. Visszaszrsos mdszerA visszaszrsos csillaptsmrst a CCITT Alternatv Mrsi Eljrsknt ajnlja. A

csillaptson kvl a visszaszrs elvn mrhetk a szl mentn jelenlv fizikai hibk,

reflexis helyek jellege, elhelyezkedse, valamint a szl hossza.

Ez tulajdonkppen hrom alapmrs, amit optikai idtartomny reflektomterrel (Optical

Time Domain Reflektrometer - OTDR) el lehet vgezni.

Ez a mrsi eljrs jelentsen klnbzik abban az eddig ismertetett csillaptsmrsi

eljrsoktl, hogy nem csupn egyetlen adatot szolgltat (a szl csillapts rtkt), hanem

minsgi kpet nyjt a fnyvezet teljes hosszban. gy lehetsget ad arra, hogy a szlcsillaptsi koefficienst letapogassuk a szl mentn.

A mrs elve a kvetkez:

A szlba ltrejv fnyszrdst hasznljuk fel, valamint azt, hogy a szrt

teljestmny numerikus apertrn belli hnyada a szlban visszafel is kpes terjedni.

A fnyszrdst klnbz fizikai jelensgek okozzk. A hosszmenti tulajdonsgoktl

fggen a kt legfontosabb:

- homogn eloszls szakaszon a Rayleigh-szrs. Ekkor a szl adott pontjnjelenlv teljestmnynek az S ltal mutatott hnyada verdik vissza a bemenet

fel:

( )

= KTv

adBS csD **2

lg10


32/69

32

Ahol: - aD=2,2x10-4x -4-Rayleigh tnyez

- T : impulzus szlessge

- K : szlra jellemz visszaszrsi tnyez ami eltr a kln bz szltpusoknl.- a szl mentn a trsmutat hirtelen megvltozsa

Ekkor:

ahol n1s n2az illeszked elemek trsmutatja.

A szl hossza mentn ltrejv csillaptsrl a teljestmny visszaszrt hnyadnak

idtartomny mrsvel kaphatunk informcit.

Ezrt a szl bemenetre adott rvid fnyimpulzussal gerjesztjk a szlat.

Az egyes pontokrl visszaverd fnyteljestmnynek megfelelen tudunk kvetkeztetseket

levonni a szl hosszanti minsgvel kapcsolatban.

A bemenetre visszarkez jel teljestmnynek szmtsa:

Vegynk egy Eo energij fnyimpulzust, amelyet az X=0 ponton, t=0 idpontban

injektlunk be.

Ekkor az impulzus E energija a bemenettl X tvolsgban:

ahol a(I) a szl {vltoz) csillaptsa "kifel" irnyban.

Most hatrozzuk meg a ltrejv szrst egy dx szakaszon:

ahol Da szrsi tnyez X - nl.

21

21lg20nn

nnS

+

=

( ) dlla

x

x

eEE

= 00

( ) ( )( )

dxexExdEdlla

DD

x

=

00


33/69

33

Ennek a szlnak azonban csak egy rsze {a numerikus apertrn belli ) tud a szlban

terjedni.

S(x) a szrt teljestmny numerikus apertrn bell visszavezetett hnyada.

Ha megfigyeljk ezt az energit a szl bemenetn, akkor kapjuk:

itt '(I) a szl "visszafel" irny csillaptsi egytthatja

Ha homogn szlat feltteleznk, j kzeltssel mondhatjuk, hogy: (I)= '(I)=konstans

gy:

Mivel: Eo=Pot

ahol t az impulzus flrtk szlessge

ahol vcsa csoportsebessg, behelyettestve kapjuk, hogy:

( ) dxeSExdE xD = 20

2

tvx cs

= dt

vdx cs =

2

( ) tvcsDcsevStPtP

= 021

( ) ( ) ( )( )

dxexaxSExdEdll

DD

x

=

00

( ) ( ) ( )

( ) ( )

dxexxSExdE

dlldll

D

xx

=

0

,

0

0


34/69

34

A vgeredmnybl lthatjuk, hogy a visszaverdsi teljestmny egyenesen arnyos:

- a Pobemeneti teljestmnnyel- a t impulzusszlessggel- az S s az aDszlparamterekkel.Belthat, hogy abban az esetben, ha a= konstans a hossz mentn, akkor P(t)

idfggvny logaritmusa egyenest ad, amelynek irnytangense megegyezik az tlagos

csillaptsrtkkel. P(t} logaritmust a hossz (X) fggvnyben brzolva a csillapts

helyfggst kapjuk.Ehhez mutat alkalmas elrendezst a 3.6 bra.

3.6. braAzokon a helyeken, ahol a fajlagos csillapts az tlagostl eltr(pl.:ktsek,

csatlakozk, helyi hibk), a kapott grbn trspontok vagy lpcsk jelennek meg.

A szlban lv reflexis helyek, valamint a szlvgeken ltrejv Fresnelreflexik reflexis

cscsknt jelentkeznek.

Tipikus csillaptsgrbt mutat a 3.7 bra.

Egyenletes lejts szakasz csillaptsa X1s X2kztt:

a(dB)=P(x1)-P(x2)

a szl csillaptsi egytthatja:

( ) ( )

12

21

xx

xPxPa

=


35/69

35

Ha megfigyeljk a 3.8 brt, rdekes dolgot tapasztalunk. Ugy tnik mintha X1 helyen

egy erstt iktattunk volna be. A jelensg magyarzata a kvetkez:

A visszaszrt fny mennyisge arnyos a szl visszaszrsi egytthatjval, mely az

egyes fnyvezet tpusoknl ms-ms rtk. Az X1 helyen egy kts tallhat. Az OTDR

ktfle hatst "It" ezen a helyen.


36/69

36

Egyrszt a teljestmny tnyleges csillaptst, amely a kts pontatlan illesztettsge

miatt jn ltre.

Msrszt pedig a tvolabbi szl - mivel nagyobb a visszaszrsi egytthatja a teljestmny

nagyobb hnyadt szrja vissza a bemenet fel, mint a kzelebbi szl, ezt pedig az OTDR

teljestmnynvekedsknt fogja rzkelni. Ha ez a msodik hats erteljesebb, mint az els,

az gy fog mejelenni a csillaptsgrbn, mintha egy erstt iktattunk volna be a kt szl

kz. Termszetesen, ha a msik irnybl is elvgeznnk a mrst, ugyanezen a helyen egy

arnytalant nagy csillapts lenne tapasztalhat, melynek szmszer rtke az elz eset

erstsvel egyezik meg.

Ha a mrst mindkt irnyban elvgezzk s tlagoljuk a kapott eredmnyeket, akkor a kt

nemkvnatos hiba kompenzlja egymst, teht vals eredmnyhez jutunk.

Az OTDR-nl a kompromisszum a felbontkpessg s a dinamikatartomny kztt

kttetik meg.

Felbontkpessgen rtjk azt a legkisebb tvolsgot, amely tvolsgban kt esemnyt

meg tud klnbztetni az OTDR.

Minl kisebb az impulzus szlessge, annl finomabb felbontst kapunk. Emellett kvnatos a

nagy dinamikatartomny, ami megadja, hogy mekkora az a maximlis hosszsg szl, amit

az OTDR megvizsglni kpes. (A nagy tvolsgbl visszaszrt fny teljestmnye ugyanis

annyira csillapodhat, hogy a detektor mr nem kpes rzkelni.)

Mint az elzekben lthattuk, a visszaszrt fny teljestmnye fgg a vizsgl

impulzus szlessgtl, mgpedig azzal egyenesen arnyos.

Teht nagyobb dinamikatartomny elrshez hosszabb impulzusokat kell alkalmazni.

Ezt a kt ellenttes kvetelmnyt szmos OTDR inteligens szoftver segtsgvel oldja

meg, mely kombinlni kpes a klnbz impulzusszlessgeket.

A reflexis helyrl visszavert fny szintje az optikai impulzus amplitudjtl fgg, de

majdnem fggetlen az impulzus szlessgtl.A visszaszrt fny szintje ugyanakkor az amplitudtl s az impulzusszlessgtl egyarnt

fgg.

Az OTDR gy behatrolhat esemnyeket kis szlessg, nagy energij impulzusokkal, de

szles impulzusokat kell alkalmazni a nem-reflexis esemnyek vizsglathoz.

A reflexis helyek mrsnl a kvetkez problmval tallkozunk:

Elfordulhat, hogy ktseknl, csatlakoznl igen nagy reflexik jnnek ltre, amikor

is a mrsnl a visszaverd nagy teljestmny impulzus teltsbe viszi a vevt, ami ezek


37/69

37

utn mr nem kpes pontosan mrni a visszaszrt fnymennyisget. gy a jelents reflexival

rendelkez esemnyek utn ugynevezett "holtzna" jn ltre, melyrl az OTDR nem tud

pontos informcit nyjtani.

Mivel a szlbemenet s a mszer csatlakozja kztt is ltrejn Fresnelreflexi, ezrt a

mrend szl el szoks egy gynevezett "holtzna-szlat" csatlakoztatni. Ezenkvl

elektronikus maszkolssal akadlyozzk meg, hogy a detektorteltsbe menjen.

Mrsi eredmnyt tbb visszaszrsvizsglat tlagolsval kapunk ( a mszeren be

lehet lltani az tlagoland mrsek szmt ). Nagyobb szm mrs tlagolsval javtjuk a

jellzaj viszonyt. Az impulzus ismtldsi frekvencijt pontosan be kell lltanunk annak

rdekben, hogy addig ne gerjessze a mszer jabb impulzussal a szlat, mg az elz a szl

vgtl vissza nem rt, mert akkor valtlan esemnyt fog rzkelni a szl mentn.

Az impulzus megtett tja alatt eltelt id:

ahol: - l a szl hossza

n a fny csoportsebessge a szlban

Az ismtldsi frekvencinak teht kisebbnek kell lennie 1/t -nl.

Az elbbiek alapjn trtnik a szl hossznak meghatrozsa.

A szl hossza:

Hogy helyes eredmnyt kapjunk, a mrs eltt a mszert be kell programozni. Meg

kell adni az tlagols szmn s a vizsglt hullmhosszon kvl a szl trsmutatjt is,

amibl a mszer meghatrozza a csoportsebessget, gy a tvolsgot helyesen fogja jelezni.

Szmos vizsglatot vgeztek az OTDR-rel dinamikatartomnynak a kiterjesztsre.

Sokig a nagy teljestmny lzereket (Nd:YAG,Er3+) hasznl OTDR-ek adtk a legnagyobb

dinamikatartomnyt. Ezek a mszerek azonban nem alkalmasak a terepen trtn

csv

lt

*2=

n

cvcs

0

2

* tvl cs=


38/69

38

felhasznlsra, mert nagyteljestmny lzereik nehezen illeszthetk be a hordozhat

mszerekbe s nagy a villamos ramfogyasztsuk.

A koherens detektls gretes eljrs a vevrzkenysg nvelsre (C-OTDR}.

Ennek elnyei azonban jrszt elvesznek a koherens fnyimpulzusok kicsi kibocsjtott

teljestmnye miatt.

jabban az erbiummal adalkolt fnyvezetszlat tartalmaz erst (EDFA} alkalmazsval

- amely uterstknt a visszaszrt fnyjelet ersti kvnjk a dinamikatartomnyt nvelni.

A visszaszrsmrs f elnyei, hogy elvgzshez elegend csak a szl vagy kbel

egyik vgnek hozzfrhetsge s hogy nem destruktv. Ezek az elnyk teszik igen

alkalmass a mr lefektetett kbel zemi csillaptsmrsenek elvgzsre. Elszeretettel

alkalmazzk a visszaszrsmrst gyri mrsknt is a fnyvezet szlak hosszanti egyenletes

minsgnek ellenrzsekor.

MATV elrs szerint a fnyvezet kbel-hlozatok tads-tvtelnl a

jegyzknyekhez mellkelni kell a fnyvezet kbelszakaszok visszaszrsmrssel felvett

csillaptsgrbit (mgneslemezen).

3.4. Mdustr tmr mrse

A mdustr tmr meghatrozsnak legkzvetlenebb mdja a szl kzel-vagy tvoltrisugrzsi eloszlsnak ksrleti felvtele, majd a megfelel defincis sszefggsbe

behelyettestssel a mdustr tmr numerikus meghatrozsa.

A sugrzsi kp letapogatsa trtnhet optikai ton (kis fellet fotodetektor, vagy egy

fotodetektorral elltott rvid szldarab mechanikus mozgatssal), vagy elektronikusan (pl.:

tltscsatolt kpbont alkalmazsa). Az elektronikus letapogats gyorsabb, de kevsb

pontos.

Ms letapogatsi eljrsok rst, vagy vltoztathat, mozgathat apertrt alkalmaznak.3.4.1. A mdustr tmrjnek mrse kzvetlen tvoltri letapogatsi

mdszerrel

Ezt az eljrst ajnlja a CCITT a mdustr tmr meghatrozsnak Referencia

Mrsi Eljrsaknt, mivel a nevezett tviteli paramter defincijaknt a tvoltri

intenzitseloszts ngyzetgyke kzepnek inverzt fogadtk el.


39/69

39

Ez tulajdonkppen egy ktlpses eljrs. Elszr a szl tvoltri sugrzsi eloszlst

kell mrni, majd az effektv tvoltr -defincin alapul matematikai eljrst kell hasznlni a

mdustr szmtsra.

Egy tipikus vizsglati elrendezs lthat a 3.9 brn:

A detektor letapogatsra egy 0,5-os vagy finomabb lpsekre alkalmas letapogat

eszkzt szoks hasznlni. A tipikus rendszer egy fotofeszltsg-zem, rambemenet

elerstvel elltott PIN-fotodidt tartalmaz, lock-in erstvel vgzett szinkron

detektlssal. A tvoltri adatokat egy szmtgp dolgozza fel.

A detektort a szlvgtl 2Wb/-nl nagyobb tvolsgra helyezik el, ahol 2W a vrhatmdustr tmr, b pedig a detektor aktv felletnek az tmrje.

A mrshez egy rvid (tipkusan 2m) szlmintt kell hasznlni, melyet gy kell

belltani, hogy a kimen vg a detektor egysgnek a legnagyobb teljestmnyt adja. A

detektort megfelelen kis lpsekben letapogatva a feljegyzett teljestmnyekbl a

kvetkezkppen lehet meghatrozni a mdustr tmrjt:

( )

( )

2

1

0

3

00

cossin

cossin2

2

=

dPm

dPm

W


40/69

40

ahol: - Pm() a mrt tvoltri teljestmnyeloszts

- a mrsi hullmhossz

- a szl tengelytl mrt szg

A kpletben jellt integrlsi hatrok (0- 00) a gyakorlatban csonkthatk, mert azintegrandusok nvekv argumentumnl nullhoz kzeltenek.

3.4.2. A mdustr tmrjnek mrse kzeltri letapogatssalEz a mrsi eljrs -melyet a CCITT Alternatv Mrsi Eljrsknt ajnl hasonlan az

elzhz, kt lpsbl ll; mrjk a sugrmenti kzeltri eloszlst, majd egy matematikai

eljrst alkalmazva kiszmtjuk a mrt adatokbl a mdustr tmrjt.

Tipikus mrsi elrendezst lthatunk a 3.10 brn,melynek a., rsze mechanikus, b.,

rsze elektronikus letapogatsra mutat pldt.

A vizsgland szl kimen vgnek nagytsra, annak a letapogat detektor skjra

val fkuszlsra megfelel optikai rendszert kell hasznlni (p.l.:mikroszkpot). Fontos,

hogy ez az optika ne korltozza a kialaktott kp numerikus apertrjt.

a.) Mechanikus letapogats

O1yan (mechanikus vagy elektronikus) letapogat rendszert kell hasznlni, amely

lehetv teszi a kzeltri kp megfelel felbontst. (A kzeltri tartomnyban ez 100 pont,

vagy tbb, mely tartomny kb.:hromszorosa a szl homlokfelletre megadott nvleges

mdustr tmrnek.)


41/69

41

Vigyzni kell a megfelel fkusz-belltsra (a legnagyobb kpkontrasztot kell figyelni).Az

intenzitst letapogatva a helyzet fggvnyben, a mdusmeztmr a kvetkez matematikai

sszefggssel szmthat ki:

ahol: - f(X)a kzeltri intenzits-eloszls

- r a sugrirny koordinta

b.) Elektronikus letapogats

Az integrlsi hatrok a gyakorlatban csonkolhatk, mivel az integrandusok nvekv

argumentumoknl nullhoz tartanak.

A kzvetlen tvoltri letapogatsi mdszernek a htrnya az elz mrsi eljrshoz

kpest, hogy nagyt optikt ignyel. Msrszrl pedig elnye, hogy a hasznlt mrsi

( )

( )

2

1

2

0

0

2

0 222

=

drdr

rdfr

drrfr

W


42/69

42

sszellts csaknem teljes egszben megegyezik a szl geometriai mrseihez hasznlt

mrsi elrendezsekkel.

sszessgben megllapthatjuk, hogy a kzvetlen letapogatsos mdszerek a

gyakorlatban jl hasznlhatk, ltalban kellen pontos eredmnyt szolgltatnak s gy akr

zemi mrsek sorn is alkalmazhatk.

3.4.3. Egyb eljrsok a mdustr-tmr meghatrozsraAz emltett mdszereken kvl, klnbz - a CCITT ltal ajnlott Alternatv Mrsi

Eljrsok lteznek a mdustr-tmr meghatrozsra.

Egyes letapogatsi eljrsok rst, vltoztathat vagy mozgathat apertrt

alkalmaznak, ennek megfelelen

- vltoztathat epertrj {tvoltri letapogats}- illetve ksl letapogatssal

is meghatrozhatjuk az intenzitselosztst, majd a megfelel matematikai sszefggseket

hasznlva kiszmthatjuk a mdustr tmrt.

Kt msik, alapjaiban klnbz eljrst is meg lehet emlteni. Ezek a transzverzlis

elmozdlfs valamint a maszkolsos mdszer.

Az elbbi mdszer azon alapszik, hogy az azonos, egymdus szlak illesztsekor kis

transzverzlis elmozdulsok esetben fellp csatolsi vesztesgek a mdustr-tmrngyzetnek inverzvel arnyosak. gy szndkosan ltrehozott transzverzlis csatolsi hibk

hatsnak vizsglatval a mdustr-tmr meghatrozhat.

Nehzsget okoz, hogy mikron alatti tartomnyokba es elmozdulsok okozta csatolsi hibk

hatst kell viszglni.

A maszkolsos technika alapja egy olyan szr, melynek tereszt kpessge a radilis

koordinta ngyzetvel arnyosan vltozik.

A mrs sorn a szlbl kilp fnyteljestmnyt mrjk elszr szr nlkl, majd annak

beiktatsval. A kt teljestmny hnyadosa ppen a sugrzsi eloszls szlessgt adja, s gy

ezzel az eljrssal a mdustr-tmr kzvetlenl, letapogats nlkl hatrozhat meg.

Ez az eljrs igen egyszer, s ltalban nagyon pontos eredmnyt szolgltat. Ezek a

tulajdonsgok alkalmass teszik a mindennapi gyakorlat cljra. Klnleges figyelmet csak a

maszk megfelel elksztsre kell fordtani, mivel a nem kell precizitssal elksztett szr

slyos mrsi hibt okoz. Legyakrabban elfordul maszkhibk a maradk elfedetlensg,

illetve a maszk kzepnek tl kicsi felbontkpessge.


43/69

43

3.5. Levgsi hullmhossz mrseA msodrend mdus (LP11) levgsi hullmhossza igen fontos jellemzje az

egymdus szlnak, mivel ez a hullmhossz az egymdus viselkegs als hatrt jelenti.

Ennek alapjn clszer teht, ha a levgsi

hullmhossz minl rvidebb, hogy az zemi hullmhossztl tvol essen, megakadlyozva

ezzel az esetleges magasabbrend mdusok terjedst, ami a diszperzis karakterisztika

komoly romlsval jrna.

Az 1550 nm-es tartomnyban zemel fnyvezetk rzkenyebbek hajltsokra, ahol

sszefggs figyelhet meg a hajltsi vesztesg s a levgsi hullmhossz kztt. Ennek

alapjn - ellenttben az elzekkel - az volna a kvnatos, ha a levgsi hullmhossz minl

kzelebb esne az zemi hullmhosszhoz, mivel ekkor a terjed mdus jobban koncentrldna

a magban, ami cskkenten a hosszhullmon jelentkez hajltsi vesztesgeket.

A levgsi hullmhossz referencia mrsnek defincis elrendezst meghatrozza a

kt ellenttes kvetelmny.

Ha az elz kvetelmnyt tekintjk fontosabbnak, a levgsi hullmhossz mrst clszer

egy rvidebb, kls mechanikai feszltsgektl mentes szlon elvgezni. Ha az zemi

hullmhosszat az gy elvgzett mrs alapjn hatrozzuk meg, elegenden nagy

magasabbrend mduselnyomst kapunk. Ha viszont a kis hajltsi vesztesgeket biztost,msik kvetelmnyt tartjuk fontosabbnak, akkor jobb a mrst egy mr kbelezett gyrtsi

hosszon elvgezni. Az gy megvlasztott zemi hullmhossz cskkenten a

hosszhullmokon jelentkez hajltsi vesztesgeket, ugyanakkor mg rvid

hullmhosszokon is kell mduselvlasztst kpes biztostani, ha az sszekttets nem

tartalmaz tl rvid szlakat.

Az eddigi tapasztalatok azt mutatjk, hogy a kbelezett s kbelezetlen szl levgsi

hullmhossza kztt se elmleti, se tapasztalati ton determinisztikus sszefggs nemllthat fel, mivel a levgsi hullmhossz vltozsa ersen fgg a szl s a kbelezs

szerkezettl, valamint technolgijtl.

Megllapthat azonban, hogy a kbelezs ltalban a levgsi hullmhossz nhnyszor 10

nm-es cskkensvel jr.

Ha a mrst a kbelezetlen szakaszon vgezzk, gy az ennek alapjn meghatrozott

zemi hullmhossz minden gyakorlatban elfordul esetben kpes biztostani az sszekttets

stabil egymdus mkdst. Mg ha a mrst a kbelezett szlon vgezzk, gy az


44/69

44

egymdus mkds csak a mrsi mintnl hosszabb, vagy azonos hosszsg, azonos

technolgival kszlt kbelekre garantlhat.

A levgsi hullmhosszat a gyakorlati mrsi s tervezsi clokra azzal a

hullmhosszal definilhatk, amelynl a fnyvezetben terjed sszes fnyteljestmny s az

alapmdus ltal hordozott teljestmny hnyadosa ppen egy elre meghatrozott kis rtkkel

egyenl.

A CCITT a levgsi hullmhossz meghatrozsra Referencia Mrsi Eljrsknt

ajnlja az gynevezett tvitt teljestmny mdszert mind a kbelezetlen, mind pedig a

kbelezett szlhoz.

Ezenkvl mg tbb lehetsg ltezik a levgsi hullmhossz meghatrozsra, amelyek

alapja valamilyen optikai tviteli jellemz (pl.: mdusmez tmr, kzeltri eloszls)

spektrlis mrse.

3.5.1. Kbelezetlen fnyvezet szl levgsi hullmhossznak meghatrozsatvitt teljestmny mdszerrel

Ezzel a mdszerrel a rvid (2 m) vizsgland szlon tvitt teljestmnyt az tvitt

referencia-teljestmnnyel hasonltjuk ssze.

A referencia-pontokat ktfle eljrssal kaphatjuk meg:

a., kis sugar hurokkal a vizsgland szlbanb., 1-2 m hussz tbbmdus szllal.

A fnyforrsnak s a detektornak a vizsglati hullmhossz-tartomnyban (1-1,6 m)

stabilan kell mkdnik. Fontos az alapmdus s a magasabbrend mdusok azonos

gerjasztse (Lambert-forrs).

A vizsglati elrendezst a 3.11 bra mutatja.

A 2 m hossz vizsglati szl kt, 140 mm sugar ritk mentn sszekttt vbl (flkrbl)

ll.

Az als flkr elmozdulhat, a mechanikai feszltsgek elkerlse rdekben. Mrni kell a

P1() kimen teljestmnyt - a vrt levgsi hullmhossz krli elg szles svban a ,

fggvnyben.


45/69

45

Ezutn kt lehetsg van a levgsi hullmhossz meghatrozsra, attl fggen, hogy milyen

referencia mintt vlasztunk.

a.) Referencia mintaknt a vizsglt szlat vlasztjuk, melyen egy krlbell 30 mm

sugar hurkothozunk ltre a msodrend LP11 mdus kiszrsre. Majd meghatrozhat a

P2() kimeneti teljestmny, ugyanabban a hullmhossztartomnyban.

A 3.12 bra szerint az c levgsi hullmhossz az a legnagyobb hullmhossz rtk, melynl

R()=0,1 dB

3.12 bra

( ) ( )

( )

2

1lg10P

PR =


46/69

46

b.) Referencia mintakn vlaszthat 1-2 m hossz tbbmdus szl. Szintn mrjk a

P2() kimeneti teljestmnyt a vizsglt szlval azonos hullmhossztatomnyban. Ekkor a

3.13 bra szerint az R() grbnek s egy olyan egyenesnek {2.vonal) a metszspontja, amely

prhuzamos az R() hosszabb hullm, rszhez illesztett egyenessel {1.vonal) s attl 0,1dBtvolsgra van.

3.13 bra

3.5.2. Kbelezett fnyvezet szl levgsi hullmhossznak meghatrozsa aztvitt teljestmny mdszervel.

A mrsi eljrs s az alkalmazott szmtsok teljesen megegyeznek az elzekben

rszletezettekkel, azzal a klnbsggel, hogy a vizsgland minta egy, a 3.14 bra szerinti

kbel.

3.14 bra


47/69

47

Ez egy 22 m hossz kbel, amelynl a mindkt oldalra tllg 1-1 mteres

kbelezetlen szlon x=40 mm sugar hurkot kpeznk. Esetleges nagyobb sugar hajltsok

megengedettek a szlon, illetve kbelen, mert az nem okoz mrsi hibt.

Alternatv eljrsknt vizsglati mintaknt hasznlhat a 3.15 bra szerinti msodlagos

bevonattal rendelkez szl, ahol x=40 mm s r> 140 mm.

3.15 bra

3.6. Kromatikus diszperzi mrseA kromatikus diszperzi ismerete a fnyvezet szlak tviteli kapacitsnak

meghatrozshoz szksges. Az egymdus szlon az impulzuskiszleseds j kzeltssel

megadhat a szl hossznak, az optikai spekrum szlessgnek s a kromatikus diszperzinaka szorzatval. A kromatikus diszperzit a csoportfutsi id hullmhossz szerinti derivltjaknt

definiltk. Mivel az egymdus szlak diszperzis llandja igen kicsiny, ezrt a

svszlessg vagy az impulzuskiszleseds kzvetlenl elg nehezen mrhet, gy ltalban

ezeket a mennyisgeket a kromatikus diszperzi mrsn keresztl, szmtssal hatrozzk

meg.

ltalban a kromatikus diszperzi nem tl kritikus szlparamter,gy a gyri mrsek

sorn rendszerint csak szrprbaszeren ellenrzik.

A kromatikus diszperzi mrsnek technikjt alapveten meghatrozza a mrshez

hasznlt szlminta hossza. Hossz szlmintk esetben id- vagy frekvenciatartomnybeli

mrst alkalmaznak, mg rvid szlmintk esetn a mrs vgezhet direkt mdon, pldul

interferometrikus mrsi eljrssal, vagy indirekt mdon, pldul a mdusmez tmr

spektrlis mrsvel.


48/69

48

3.6.1. Fziseltolsos mdszerEz a CCITT ltal Referencia Mrsi Eljrsknt ajnlott frekvenciatartomnybeli

mrsi mdszer.

A mrs elve a kvetkez: Amplitudban modulljuk a kivlasztott vizsglati hullmhosszfnyjeleket (A modull jel lehet szinusz, trapz vagy ngyszghullm is). Megvizsgljuk,

hogy milyen mret fzistolst okoz a modullt jelben a szlon val thalads a vlasztott

hullmhosszakon.

A fzistolsokbl meghatrozhat az idkss, majd pedig a futsi id derivltja adja a

diszperzi rtkt.

Ez a vizsglati mdszer az 1 km-nl hoszabb szlak vagy kbelek mrsre

alkalmazhat.

Alkalmas vizsglati elrendezs lthat a 3.16 brn.

Fnyforrsknt lzerdida vagy fnyszrs vilgtdida is alkalmazhat. A megfelel

hullmhossztartomny tfogs rdekben tbb fnyforrst kell hasznlni. A jelforrsok

kimenett gy kell a vizsgland vagy a kalibrcis szlhoz csatolni, hogy minden egyes

fnyforrs fizikai thossza a vizsglat sorn lland Iegyen.A modultornak a megfelel

pontossg elrshez nagy frekvenciastabilitssal kell mkdnie (10-8).

A modull frekvencia kivlasztsnl kt ellenttes kvetelmnyt kell figyelembe

venni. Egyrszt megfelelen alacsony frekvencit kell vlasztani annak rdekben, hogy

elkerljk a 360-nl nagyobb fzistolst. Ugyanis n=360-os fzistols utn a kapott

eredmnyt nem lehet kirtkelni. Msrszrl pedig a modull frekvencinak elegenden

nagynak kell lennie a megfelel mrsi pontosg megvalstsa rdekben. A helyes

modull frekvencia vlasztsa fgg:

- a szlminta hossztl

- a vrhat diszperzis meredeksgtl

- a vizsglberendezs fzisstabilitstl

A 3.16 brn lthat, vltoztathat optikai csillapts a mrend teljestmnyt abba a

tartomnyba helyezi, amelyben a detektor-erstfzismr rendszer (amely csak a modull

jel Fourier alapharmnikusra vlaszol) megfelel pontossggal dolgozik.

Referencia jel:

A modull jellel azonos frekvencij referenciajelet kell a fzismrhz vezetni,

melyhez kpest a jelforrsok fzisa mrhet.


49/69

49

A referenciajelet ltalban a modulljelbl szrmaztatjk, amely vele kttt fzis kell hogy

legyen.

Ahogyan a 3.15 bra mutatja, klnbz mdokon lehet allltani a referenciajelet, attl

fggen, hogy a fnyforrs s a detektor trben milyen tvol helyezkedik el egymstl.

Hasznlhat elektromos vagy optikai sszekttets, a referencia jel tvihet hullmhossz-

multiplexelst hasznlva a vizsglt szlban is.

A berendezs vezrlsre az adatgyjsre s az adatok szmszer kirtkelsre szmtgpet

hasznlhatunk.

Kalibrls:

A bemeneti fzis mrshez egy rvid (a szl hosszsgnak 0,2%-a), a vizsgland szllal

azonos tpus szlat kell vlasztani. A fziskalibrl szlat a mrkszlkbe helyezve meg

kell mrni minden egyes jelforrs fzist (Pm()) a referencia jelhez kpest.


50/69

50

3.16 bra


51/69

51

A vizsgland minta mrse:

A vizsgland szlat a mrkszlkbe helyezve meg kell mrni a szlbl kilp jel

fzist {Pout(1)) a vlasztott hullmhosszakon (a referenciajelet alapul vve).

Szmtsok:

Minden egyes hullmhosszon a mrt bemeneti fzist ki kell vonni az

adott hullmhosszon mrt kimeneti fzisbl. A relatv csoportfutsid ps/km-ben minden 1

ahol:

- out a kimeneti fzis fok-ban mrve- in a bemeneti fzis fok-ban mrve- f a mudull hullm frekvencija MHz-ben- L a vizsgland minta s a kalibrl szl hossznak a klnbsge km-ben

Ahhoz, hogy ebbl a diszperzira szakszer eredmnyt kapjunk, a felvett mrsi

pontokra valamilyen alkalmas grbt kell illesztennk, majd kpezni kell a derivltjt.A mrt fajlagos hullmhossz szerinti csoportfutsidt a kvetkez kifejezsekhez kell

illeszteni:(ahol oa relatv futsid minimuma, a 0zrus diszperzij hullmhossznl, s Soa

diszperzi meredeksge 0-nl.).

A CCITT 6.652 ltal meghatrozott szlnl:

A kromatikus diszperzis egytthatt a D()=-o)So differencilt ngyzetes kifejezsbl

lehet meghatrozni.

( )

( ) ( ) 610360

=

Laoiiniout

i

( )

2200

0 8

+=

S

( )

d

dD =


52/69

52


s


s

ahol az 1550 -es index az ezen a hullmhosszon (nm-ben) val rtket jelenti.

A fenti kifejezsek csak az ajnlsban meghatrozott szl mkdsi hullmhosszakrl adnak megfelel pontossgot

( ) ( )20

0

2

+= S

( ) ( ) ( ) ++= 15502

15501550 15502/ DS

( ) ( ) 15501550 1550 DSD +=

( ) ( ) 00 SD =


53/69

53

Tipikus futsid- s diszperzis grbe lthat a 3.17 brn.

A mrsi eljrs nagy elnye, hogy viszonylag egyszer mrsi sszellts mellett is

kpesek lehetnk a futsi id nagy pontossg meghatrozsra a megfelel fzisok

detektlsval.

3.17 bra


54/69

54

3.6.2. Differencilis fziseltolsos mdszerEz az eljrs is - az elzhz hasonlan - a frekvenciatartomnybeli mrsek kz

sorolhat.

A mrs elve a kvetkez:Ennl az eljrsnl egy modullt fnyforrst csatolunk a vizsgland szlba. A szlbl

kt klnbz hullmhosszon kilp modullt jel fzist hasonltjuk ssze. Majd a kt

hullmhossz kztti tlagos kromatikus diszperzit a differencilis fziseltolsbl, a

hullmhosszak kztti klnbsgbl s a szlhosszbl hatrozzuk meg.

A kt vizsglati hullmhossz kz es hullmhosszon a kromatikus diszperzis egytthatt a

kt hullnhossz kztti tartomny tlagos kromatikus diszperzijval egyeznek ttelezzk fel.

Ez az eljrs szintn a hosszabb szlak vizsglatra alkalmas.

Az elz mrsnl ismertetett fnyforrs hasznlhat, a modull frekvencia

megvltoztatsnl is ugyanazokat a megfontolsokat kell tennnk. Valamennyi mrshez kt

hullmhossz szksges, amelyek tvolsga tipikusan 2-20 nm kztt van.

A differencilis fzismrs tbbflekppen megvalsthat:

a.) A 3.18 brn lv kapcsolssal megvalstott mrsnl a jelfeldolgoz elszr az

els vizsglati hullmhosszon, majd a msikon jegyzi fel a fzist. Ezutn a kromatikus

diszperzit a kzponti hullmhosszon a differencilis fzisbl s a szlhosszbl hatrozzuk

meg.

b.) A msodik plda a 3.19 brn lthat.

A vezrl nhnyszz Hz-es frekvencival kapcsolgatja a hullmhosszvlasztt a kt

hullmhossz kztt. A fzismr a hullmhosszmodullssal szinkronban lv vltakoz

ram jelet llt el, melynek amplitudja arnyos a kt vizsglati hullmhossz kztti

differencilis fzissal. Ezt kveten a jelet egy lock-in erst demodullja, amivel a

differencilis fzisnak megfelel nagysg egyenram jelet kapunk. Ennek ismeretben a

kromatikus diszperzi kiszmthat.

b.) A 3.20 brn lthat megoldsnl a fzismr szmra a referenciajel a kt vizsglatihullmhossz kzl az egyik maga, amelyik vgighalad aszlon. A kt, eltr

hullmhossz jel fzisklnbsge meghatrozhat, amelybl a kromatikus diszperzit

szmtani tudjuk.


55/69

55

3.18 bra


56/69

56

3.19 bra


57/69

57

3.20 bra

Vizsglati eljrs:

A minta mrse: A i tlagos hullmhossz i' , i" hullmhosszpr differencilis

fzist le kell mrni, az elzekben vzolt mdszerek valamelyikvel.


58/69

58

Kalibrls: A berendezs egyes rszei kromatikus ksleltetsnek a kompenzlsra

szksges elvgezni a kalibrcit. A mrend szlval azonos tipus rvid (a vizsgland szl

hossznak 0,2 %-a) kalibrl szlat kell hasznlni. Ezt a szlat a mrkszlkbe helyezve

mrjk ihullmhosszon i', i"hullmhosszpr (i) differencilis fzist.

Szmits: A kromatikus diszperzis eggytthat minden egyes ihullmhossznl:

Ps/(nm km)

Ahol:-, i nm-ben

-

f a modull hullm frekvencija Hz-ben- L a vizsglt minta s a kalibrl szl hosszsgnak a klnbsge km-ben van

megadva.

A mdszer nagy elnye, hogy nem kell bonyoplult sszefggseket hasznlni a

diszperzis egytthat meghatrozsra.

3.7. Impulzusksleltets mrseEzt az idtartomnyban vgezhet mrst a CCITT Alternativ Mrsi Eljrsknt

ajnlja. Szintn a minimlisan 1 km hossz fnyvezet kromatikus diszperzijnak a

meghatrozsra alkalmas.

A mrshez olyan fnyforrs szksges, amely kpes rvid idtartomny (~ 400 ps),

de elegend intenzits, valamint trbeli s idbeli stabilits impulzusok elllitsra.

(Alkalmazhat tbb injekcis lzerdida vagy ND: YAG lzert tartalmaz Ramanszl-

lzerrendszer monokromtorral.). Fontos, hogy elegenden kicsi legyen az impulzus

hullmhossznak a spektrlis szlessge (max 10 nm). Jeldetektorknt az elfordul

intenzitstartomnyon bell lineris, nagy sebessg optikai detektort kell hasznlni.

A detektlsi rendszer rzkenysgnek nvelsre szlessv ersit, az lland

jelamplitud fentartsra optikai csillapit hasznlhat.

Szksg van mg olyan kijelzeszkzre ltalban nagyfrekvencis mintavtelez

oszcilloszkpot hasznlnak -, amely kpes az optikai impulzusok ralativ rkezsi idejnek

egy kalibrlt idskln val kiejzsre.

( ) ( ) ( )

=Lf

D iii360

1012


59/69

59

Ehhez gondoskodni kell a vizsgland minta s a referencia minta ksleltetsi

klnbsgnek a kiegyenlitsrl a detektl eletronika inditjelnek elllitsa sorn. E clra

digitlis ksleltetdetektor hasznlhat. A mrberendezs vezrlsre, az adatok gyjtsre a

kirtkelsre szmitgpet hasznlunk. Mindezen eszkzk lthatk a mrs kapcsolsi

vzlatt mutat 3.2l. brn.

A mrsi eljrs a kvetkez lpsekbl ll:

Referencia mrsek:

Rvid {a vizsgland szlhossz 0,2%-a), a mrend szlmintval azonos tpus szlat

kell hasznlni. A referenciaszlat a mrkszlkbe helyezve a fnyforrs hullmhosszt

belltjuk az els vizsglati hullmhosszra. Ez lesz a referencia hullmhossz. Ekkor be kell

lltani a ksleltet genertort is, hogy a bemen impulzus alakja lthat legyen.

A fnyforrst a kvetkez hullnhosszra kell lltani, s a ksleltet genertor

vltoztatsa nlkl mrni kell az ezen impulzus helyzete s a referenciahullmhosszon mrt

impulzus helyzete kztti klnbsget (in(i)). Ezt az sszes elrt hullmhosszon meg kell

ismtelni.

3.21 bra


60/69

60

A minta mrse:

A mintt a mrkszlkbe helyezve ki kell vlasztani az els hullmhosszat

(referencia hullmhossz), s a ksleltetgenertort gy belltani, hogy a kimeneti impulzus

az oszcilloszkpon lthat legyen. Az impulzus helyzett jegyezzk fel. Ezutn a fnyforrst

a kvetkez hullmhosszra kell lltani a ksleltet genertor vltoztatsa nlkl s mrni kell

az ezen impulzushelyzet, s a referencia hullmhosszon kapott impulzushelyzet kztti

idklnbsget {outi). Ezt az sszes elrt hullmhosszon meg kell ismtelni.

Szmtsok:

A mrt bemeneti impulzus ideltolst az sszes hullmhosszon ki kell vonni a

kimen impulzusnak az ugyanazon a hullmhosszon mrt eltolsbl.

A hosszegysgre vonatkoz csoportfutsi id minden iesetn:

ahol L a vizsglt szl s a referencia szl hosszsgnak a klnbsge.

A tovbbiakban a " fziseltolsos mdszer"-nl kifejtett szmtsok szerint kell eljrni.

A mrt rtkek pontjaira az ott rszletezett kifejezsek segtsgvel alkalmas grbket kellilleszteni, majd pedig a kromatikus diszperzit meghatrozni.

Az itt ismertetett mrsi mdszernek tbb htrnya van a frekvenciatartomnybeli

mrsekkel szemben. Egyrszt az igen rvid (nhny ps) idtartamok mrse meglehetsen

kompliklt, kifinomult eszkzk hasznlatt teszi szksgess. Msrszt pedig a

fzisklnbsg mrse, kisebb dinamikatartomny ignye miatt, LED-es adelemek

alkalmazsval is megoldhat, ez pedig annyit jelent - tekintve a LED-ek nagyobb spektrlis

vlasztkt -, hogy a mrst a spektrum lnyegesen tbb pontjn tudjuk elvgezni.

( ) ( ) ( )

L

iiniouti

=


61/69

61

3.8. Mikrogrblet rzkenysg vizsglataEz a mrs nem rutinmrs, rendes krlmnyek kztt a szl ltalnos kirtkelshez

nem hasznljk, ltalban a termkszabvnyban nincs elrva

A vizsglat elve a kvetkez:

Krlbell 400m szlhosszat egy folyamatosan vltoztathat tmrj dobra tekernek,

oly mdon, hogy a szlon keresztezsek, tlapoldsok ne jjjenek ltre. A makrogrbleti

hatsok elkerlse rdekben a dob tmrje legalbb 200 mm legyen. A fellett

meghatrozott rdessg anyaggal (pldul 40 m rdessg alumniumoxid - vegpaprral)

kell bevonni. A dob kitgtsa sorn a szl nylst kell mrni (Ez megvalsthat a

fziseltols mrs szerinti elrendezst hasznlva.). A csillapts visszavgsos - vagy

visszaszrsos-mdszerrel mrhet. Ezek utn a szl csillapts egytthatjnak a vltozsa

megadhat a szl hossznak nylsa (%) vagy az alkalmazott vonalnyoms (N/mm)

fggvnyben. A kapott mrsi pontokat a kezdponton thalad egyenessel kzeltve, az

egyenes meredeksge a vizsglt szl mikrogrblet-rzkenysgt adja dB/km/%-ban, illetve

dB/km/N/mm-ben.

3.9. Makrogrbleti rzkenysg vizsglataA kvetkezkben rviden ismertetett mrsi eljrs az 1550 nm-es hullmhosszon

zemel egymdus fnyvezetk vizsglatra alkalmas.

A szlat lazn fel kell csvlni egy 0mm vagy 75mm (a termkszabvny hatrozza meg)

tmrj tskre. A vizsglt szl tskn kvli rsze mentes legyen a mrsi eredmnyekbe

szmottev vltozst behoz hajltsoktl. A felcsvlt menetek szmt a termkszabvny rja

el (ltalban 100 az ajnlott). A felcsvls eltt s utn a vizsglt fnyvezet csillaptstvalamelyik csillapts mrsi mdszerrel kell mrni.

Ezek utn a szl makrogrbleti rzkenysge nem ms, mint az egyenes llaptbl

(nagyobb sugar csvls) hajltott llapotba val vltozs kvetkeztben elll

csillaptsnvekeds.


62/69

62

3.10. Geometriai s optikai mrsekMrsi feladatok

Mivel az egymdus szlak geometriai-optikai viselkedst a mdusmez tmr

tkletesen jellemzi, ezrt ltalban a trsmutat eloszls mrse nem felttlenl szksges.

Azonban a fnyvezet szlak gyrtsa sorn, minsgellenrzskor igny tmadhat a

trsmutat profil pontos ismeretre, ezrt annak mrsre alkalmas mrsi eljrsokat kellett

kidolgozni.

Az egymdus szlak geometriai mrsei magukban foglaljk a mdusmez (ami

gyakorlatilag a magnak felel meg), valamint a hj cirkularitsi s koncentricitsi hibinak

mrseit, s a hjtmr meghatrozst. Mindezen paramterek ltalban nem kritikusak, br

a csatlakozsok, ktsek megbzhatsga szempontjbl igen fontosak. gy rendszerint ezeket

a jellemzket a gyrts utn, szrprbaszeren ellenrzik.

Alkalmazott mrsi eljrsok

3.10.1. Megtrt kzeltrt mdszerA CCITT ezt a mdszert egymdus szlak esetben Alternatv Mrsi Eljrsknt

ajnlja.(Multimdus szlaknl ez a Referencia Mrsi Eljrs).

Ezzel a mrssel pontosan s kzvetlenl a trsmutat eloszlst vizsglhatjuk a

szltmr mentn. Kiszmthatk tovbb a mag s a hj tmrje, a mag/hj excentricits,

valamint a mag s a hj kralakhibja.

A vizsglkszlk vzlatt a 3.22 bra mutatja.

A szlat egy 633 nm-en mkd lzerdida gerjeszti, htulrl pedig egy volframlmpa

fnye vilgtja meg.

A 2. s 3. lencse a szl fkuszlt kpt lltja el. A 3. lencse helyzett a szlkzp

kzpontostsra s fkuszlsra kell belltani, ezzel egyidejleg a lzersugr is

kzpontostva s fkuszlva lesz a szlon. A kszlk felbontkpessgt a fkuszlt pont

nagysga hatrozza meg, melynek a lehet legkisebbnek kell lennie. A kszlk lehetv

teszi, hogy a fkuszlt folt lptethet legyen a szl tmrje mentn.

Az 1. lencse fkuszban elhelyezett tlyuk trbeli szrknt viselkedik.


63/69

63

3.22 bra

A kb. 1 m hossz szl gerjesztett vgt (minden bevonatot eltvoltva) be kell merteni

egy olyan folyadkcellba, amelynek a trsmutatja valamivel nagyobb, mint a szl hj.

Az brn lthat trcst a kimeneti kpon kell kzpontostani, gy belltva, hogy a legjobb

felbontst adja, s ppen lezrja a szivrg mdusokat. A kitakar trcsa nagysgt s

helyzett szmtssal lehet meghatrozni.

A trcsa mellett halad megtrt mdusokat ssze kell gyjteni, s lencsk segtsgvel

egy fotodidra fkuszlni.

Ha a szl bemenetn a fkuszlt lzerfoltot az tmr mentn vgigvezetjk, a kimeneti

fnykp szge a szlba val belpsi pontnl ltott trsmutatnak megfelelen vltozik. A

megtrt mdusok detektlsval a szl trsmutatvltozsa kzvetlenl megkaphat.


64/69

64

A kszlk kalibrlst a szlminta nlkl kell vgezni. a kp szgnek vltozsa a

trcsnak az optikai tengely mentn val eltolsval szimullhat. A trcsnak elre

meghatrozott helyzetbe trtn mozgatsval a profil relatv trsmutat-adatokkal

sklzhat. Az abszolut trsmutatk csak akkor kaphatk meg, ha a hj vagy a folyadk

trsmutatja az adott mrsi hullmhosszon ismert.

3.10.2. Kzeltri fnyeloszlsA hasznlhat mrsi berendezs majdnem teljes egszben megegyezik a

mdusmez tmr mrsnl alkalmazott kzeltri letapogatsi mdszer vizsglati

elrendezsvel. A mdszer elnye ppen abban rejlik, hogy viszonylag kevs eszkz

hasznlatval a fnyvezet szl tbb paramtere vizsglhat.

A mrsnl a detektl rendszerek szles sklja alkalmazhat a mrs tpustlfggen. Hasznlhat mikroszkp, amely fnykpez gppel vagy kamerval s video-

analiztorral kapcsolhat ssze. A kamera helyett azonban alkalmazhatunk tlyuk-detektort a

kzeltr letapogatsra, amit egy x-y rhoz csatlakoztatunk.

A fnyintenzitst az tmr mentn vizsglva vonhatunk le kvetkeztetseket a geometriai

jellemzkre (mdusmez s a hj kiterjedse) vonatkozan.

A kzeltri intenzitsbl gykt vonva az elektromgneses tr amplitudjt kapjuk,

amit a skalris hullmegyenletbe helyettestve a trsmutat profil mr szmthat. Aszmitst bonyolultsga miatt-szmtgp vgzi.

Ezzel a mrsi mdszerrel csak a mag s a bels hjtartomny trsmutat eloszlsra

kaphatunk megbzhat eredmnyt.

3.10.3. Egyb mdszerek a geometriai-optikai paramterek mrshezA fnyvezet szlminta n(r) trsmutat profilja meghatrozhat keresztirny

interferometrival. A szlmintt a tengelyre merlegesen kell kivilgtani, majd egy

interferencia-mikroszkpot hasznlva interferencia cskok llthatk el. A cskok

szmtgp-vezrelt detektlsval s digitalizlsval a trsmutat profil megkaphat. A

keresztirny interferencia mdszert az IEC 793-1-A1B tartalmazza.

Az IEC 793-1-A3 mdszer (Ngy koncentrikus kr) a fnyvezet szlak geometriai

jellemzinek s trseinek megfelelsgi vizsglatra alkalmas. Nem hasznlhat azonban a

mag- s hjtmr, a kralakhiba s excentricits tnyleges rtknek a mrsre.


65/69

65

A hjtmr meghatrozsra mechanikai tmrmrs is hasznlhat. Egy olyan

mrsi sorozattal, melynek sorn a szlat az egyes mrsek kztt elforgatjuk, mrhet a szl

kralakhibja.

Az eljrst rszletesen az IEC 793-1-A4 mdszer rja le.

3.11. Mechanikai s krnyezetllsgi mrsek

3.11.1. Szaktszilrdsg vizsglataA szaktszilrdsgi prba sorn a fnyvezet szlak hosszirny mechanikai

terhelsekkel szembeni szilrdsgt mrik egszen a szakadsi pontig. A szaktszilrdsg az

a mechanikus feszltsg, melynl a szl elszakad. Ez a fnyvezet szlak fontos mechanikaijellemzje, aminek rtke fgg a szlminta hossztl, a terhels nvekedsnek temtl,

valamint a hmrskleti s nedvessgi viszonyoktl. Tbb vizsglat elvgzse utn a szl

szaktszilrdsgt, mint statisztikai adatot adjk meg, az eredmny teht egy statisztikai

eloszls lesz.

3.11.2. Hzsllsg vizsglataEz a nem destruktv mechanikai vizsglat ltalban a szlgyrts utols lpseknt, a

teljes gyrtsi hossz mechanikai ellenrzst szolglja. Ezzel az eljrssal ki lehet szrni a

hibs, nem kielgt szilrdsg szlakat.

A hzsllsgi prbnl a szlat a tovbbi felhasznls sorn vrhat mechanikai

feszltsgnl nagyobb, az gynevezett elenllsgi prbaterhelssel - ami azonban az elrt

szaktszilrdsgnl kisebb terhelik. Ha a szl elszakad, vagy jelentsebb maradand

csillaptsnvekedst szenved, kiselejtezik.

A hzsllsgi vizsglatot a kvetkez hrom mdszer egyikvel lehet elvgezni.


66/69

66

lland hzfeszltsg vizsglat:

A mrs elvgzshez a 3.23 bra ltal mutatott elrendezst hasznljuk.

3.23 bra

A berendezs hrom csigbl ll, melyek A s C hajtott, B pedig szabadon fut. A B-re

alkalmazott W sly szolgltatja a megfelel nagysg - a termkszabvnyban elrt -

hzert. Lnyeges, hogy a fnyvezet szl s a trcsk kztti srldsi egytthat nagy

legyen. A bellts utn a szlnak a termkszabvnyban elrt vizsglati idnek megfelel

sebessggel kell thaladn

a fényvezetõ szálak tulajdonságai és mérési technológiái

Documents