室內光纜測試—如何測試基于激光技術的網絡
2016-05-10
基于協議(例如千兆以太網)網絡的大量安裝刺激了局域網中使用光纜的迅速增加，這樣就可以滿足那些日益增長的帶寬和傳輸速度的需求。多模光纜（特別為千兆網而使用）以及單模光纜作為高速傳輸介質開始在建筑物中大量鋪設。因此，為了獲得快速的數據傳輸速率，使用激光光源而取代了LED光源。因為激光光源即可以在多模光纜中使用（也可以在單模光纜中使用）所以測試的要求就改變了，安裝和維護光纜或光纜網絡的工程師必須學習新的光纜測試過程并且了解如何選擇正確的測試儀器以獲得精確的測量結果。
光纜傳輸基礎
了解一下激光和LED光源的區別以及單模和多模光纜的區別就會知道為什么高性能、高速度的光纜網絡需要正確選擇與之相適應的測試儀器。
激光和LED
激光發射功率很大， 發射的光很集中。 而LED 通常發射的光很散且功率低， 相對LED 來說激光還可以發送高速的脈沖， 這也是在高速網絡中使用激光的主要原因。 對單模光纜鏈路， 通常使用Fabry-Perot 激光光源。 而新的VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 激光在多模光纜的短波長千兆網中使用。
多模光纜和單模光纜
單模光纜和多模光纜在物理上的主要區別是纜芯的尺寸，多模光纜有兩種纜芯尺寸(50.0μm 和62.5μm) 單模光纜的額定尺寸是9.0μm， 多模光纜可以讓光信號以多種路徑(或模式)傳輸， 而單模光纜， 就象其名字那樣， 只允許光以一個路徑傳輸 (參見圖1) 高次模式和低次模式。
在單模光纜中， 因為只有一種模式， 稱之為“基波” 或 “低次模式” 它在光纜纜芯的中心傳輸。 相反， 多模光纜含有多次模式。 那些被限制在纜芯中心傳輸的稱之為 “低次模式” 而那些在靠近纜芯外部傳輸的稱之為 “高次模式” 這個差別對光損耗測試是非常重要的因為高次模式更容易受到光纜彎曲而造成衰減。
激光和LED 在實際的工作中也有區別。 因為激光光源的能量集中在光纜的中心， 在多模光纜中只有低次模式被真正使用。 然而LED 產生稱之為溢出發射的情況， 因為它完全充滿了整個光纜為所有模式所使用， 包括低次模式和高次模式。 (參見圖2)
因此， 多模光纜使用LED 光源比使用激光光源， 例如VCSEL 光源， 更容易受到衰減。所以這也是為什么VCSEL 激光光源被選作高速網絡應用的一個主要原因。
現在我們了解了光源和光纜的一些主要區別， 下面讓我們討論基于激光的網絡正確測試方法， 首先讓我們看一下單模光纜，
測試單模激光網絡
單模光纜使用激光光源傳輸， 因此應該使用激光光源拉測試。 但是如果你已經有了1300nm 的LED 光源怎么辦？ 你是否可以使用它來測試單模光纜？ 回答是你可能可以用， 但是強烈建議不要使用， 因為這種方法受到很多的限制。 首先 在激光光源(62.5μm 多模光纜內部光纜)和網絡光纜之間(9.0μm) 存在相當大的損耗。 這種光纜纜芯不匹配形成的損耗大約是–20dB。 參見圖3 中光纜尺寸不匹配的情況說明， 因此， 你測試的實際距離就受到了限制。
圖3
但是更重要的是 如果你只在1300nm 的波長上進行了損耗測試， 你就會漏掉單模光纜測量時最重要的部分——在1550nm 波長上的損耗。 當測試單模光纜時，應該正確地評估被測光纜鏈路在任何可能工作的波長上的特性。 如果象上面討論過的， 使用LED 測試單模光纜， 你只能知道光纜鏈路在1300nm 是的性能。 但是因為單模光纜在其整個壽命中可能會遇到使用1550nm 來進行傳輸， 因此， 在兩個波長上進行測試是很重要的。 特別重要的是在1550nm， 上的測試 因為1550nm 波長比1310nm 波長更容易受到由于完全而帶來的損耗。(參見表1) 如果安裝的光纜網絡只在1310nm時測試， 你可能仍然會受到嚴重由于彎曲造成的影響， 而這在 1310nm 的波長上不能發現。 如果一旦網絡的應用使用到1550nm 波長就可能會出問題， 因為1550nm 波長的衰減更容易受到彎曲的影響。
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3 turns on 11.5 mm mandrel (more bending) |
3 turns on 18 mm mandrel (less bending) |
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| 波長 = 1310nm | 波長 = 1550nm | 波長 = 1310nm | 波長 = 1550nm | |
| 9.0μm core step-index singlemode fiber (3.0 mm cord) | 2.6 dB | 23.6 dB | 0.1 dB | 2.6 dB |
測試11.5mm 和18mm的卷軸是更加嚴重。 它們不是模擬實際的應用情況， 但是說明了波長和損耗之間的關系。 這種情況可能在安裝過程中無意造成。
上述的說明都證明在測試單模光纜時遵循正確的測試方法是多模重要。 總而言之， 根本的是測試基于單模光纜的網絡要使用激光光源且在1310nm 和1550nm 波長上測試。
千兆以太網的多模光纜測試
基于多模光纜的網絡很多都在運行千兆以太網， 所允許的損耗測試指標比10 或100M 光纜網絡嚴格很多。 于是測試方法和精度就相應更加關鍵。 對千兆網來說， 使用VCSEL 激光光源在850nm 上進行光的傳輸以及常規的Fabry-Perot 激光光源在1310nm 上傳輸。 (因為1301nm 的VCSEL 激光光源還沒有商業化的產品) 。
測試千兆網的多模光纜時使用和實際光源類型相同的光源是非常重要的，所以激光是最佳選擇。 為什么呢？ 因為LED 發送的光很寬且能量發散， 其充滿整個多模光纜而且和激光光源相比有很多高次模式。 這些高次模式更容易受到彎曲的影響造成很大的衰減。 此外如果在光纜和光纜之間的連接時有不匹配的情況存在時， (對位不齊是肯定存在的) 接收端的光纜就不能收到全部的能量。 相反， 集中的激光光源對對位不齊(連接不匹配)就不那么敏感。(參見圖4)
因此 使用LED 進行測試時的損耗比使用VCSEL 光源大很多(由于彎曲以及連接器的損耗) 。(參見表2)
| Source Type | Loss |
| 850 nm LED | 2.69 dB |
| 850 nm laser (VCSEL) | 2.12 dB |
表2
其結果是當使用LED 測試時很可能得到不合格所測試結果(特別是使用要求很嚴格的千兆以太網標準時)， 而實際的光纜鏈路是合格的鏈路。 而不合格的測試結果導致花費大量的時間來檢查可能根本不存在的故障。 測試千兆網使用在多模光纜1310nm 的情況是相同的。
結論
安裝單模光纜和多模光纜用于支持千兆以太網的應用正在迅速增加。 這些高速網絡使用不同的激光光源作為傳輸源。 對網絡的基礎光纜結構使用和交換機以及其它網絡設備相同類型的光源進行光纜鏈路的認證測試， 就可以確保光纜鏈路可以滿足網絡應用的要求。
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