4.2.4 Zusammenfassung - lwltechnik.de

1 198 Zusammenfassung Saubere Steckverbindungen (Stecker und Kupplungen) sind die Voraussetzung f r reproduzierbare Messergebnisse. Es sind nur die Reinigungsmaterialien namhafter Anbieter zul ssig. Verschiedene Messhilfsmittel, wie optische Adapter, Rotlichtquelle und Fasererken-nungsger t sind n tzliche Hilfsmittel f r die Messung und Fehlersuche. F r reproduzierbare D mpfungsmessungen muss in den Multimode-LWL mit einer Modengleichgewichtsverteilung eingekoppelt werden. Meist erzeugt man die Moden-gleichgewichtsverteilung mit einem Vorlauf-LWL ausreichender L nge oder einem Wickeldorn. Bei der Leistungsmessung ist eine hohe absolute Genauigkeit erforderlich. Die Wel-lenl ngenabh ngigkeit der spektralen Empfindlichkeit des Empf ngers ist zu ber ck-sichtigen. Mit der Messung entsprechend Bauart 6 kann die D mpfung einzelner Stecker ge-messen. Verschiedene Normen definieren die D mpfungsmessung an Leitungen.

2 Die Mess-verfahren unterscheiden sich dadurch, wie die Normierung aufgefasst wird. Sie kann mit einer, zwei oder drei Schn ren erfolgen. Die Anordnung zur Messung ist bei allen drei Verfahren gleich. R ckstreumessung als universelles Messverfahren Die R ckstreumessung an Lichtwellenleitern ist ein universelles Messverfahren. Es erm glicht das installierte LWL-Netz umfassend zu charakterisieren. Trotz sehr kom-fortabler Messger te ist das Verst ndnis der prinzipiellen Wirkungsweise des R ck-streuverfahrens erforderlich, um die Messergebnisse richtig deuten zu k nnen. In diesem Abschnitt wird das Prinzip der R ckstreumessung anhand eines Block-schaltbildes erl utert. Anschlie end wird dargelegt, wie man aus dem Verlauf der R ckstreukurve die Parameter der LWL-Strecke erh lt. Schlie lich werden die Ereignisse untersucht, die die R ckstreukurve beeinflussen (Rayleighstreuung, Fresnelreflexionen) und ihre Gr enordnungen abgesch tzt.

3 Prinzip der R ckstreumessung Die R ckstreumessung an Lichtwellenleitern mit einem optischen R ckstreumessge-r t (OTDR: Optical Time Domain Reflectometer) liefert Aussagen ber die Eigen-schaften des verlegten Lichtwellenleiters, wie D mpfungen, D mpfungskoeffizienten, St rstellen (Stecker, Splei e, Unterbrechungen), deren D mpfungen und Reflexi-onsd mpfungen sowie die Streckenl ngen bis zu den jeweiligen Ereignissen auf dem Lichtwellenleiter, sofern die Brechzahl bekannt ist. 199 Zur bergabe einer neu installierten LWL-Strecke geh rt heute eine Dokumentation durch R ckstreudiagramme und deren Auswertung mit Hilfe einer geeigneten Soft-ware. Aus dieser Dokumentation muss beispielsweise ersichtlich sein, dass die in Abnahmevorschriften oder Standards festgelegten Werte eingehalten werden. Das Prinzip der R ckstreumessung ist aus Bild ersichtlich. Ein kurzer leistungs-starker Laserimpuls wird ber einen Strahlteiler und den Ger testecker in das Mess-objekt eingekoppelt.

4 Der Lichtwellenleiter bewirkt aufgrund seiner physikalischen Ei-genschaften Leistungsr ckfl sse, die gemessen werden. Verantwortlich f r die Leistungsr ckfl sse sind zwei Effekte: Fresnelreflexion und Rayleighstreuung. Eine Fresnelreflexion tritt immer dann auf, wenn die Brechzahl entlang des Lichtwellenleiters unstetig ist. Das ist zum Beispiel an einem Glas-Luft- bergang am Ende der Strecke der Fall. Aber auch Steckverbindungen zwischen zwei LWL-Teilst cken erzeugen in Abh ngigkeit vom Typ des Steckverbinders eine mehr oder weniger gro e Reflexion. Der Effekt der Fresnelreflexionen ist uns in Form von Spiegelungen an Glasoberfl chen allgegenw rtig. LaserdiodeLaserimpulsTaktVerst rkerMessobjektr ckgestreutereflektierteSteckerStrahlteil erPhotodiodeAD-WandlerAnzeigeElektrische rImpulsgeneratordigitaleSignalverarbeitu ngLeistungLeistung Bild : Prinzip der R ckstreumessung Im Gegensatz zur Fresnelreflexion ist die Rayleighstreuung kein diskretes Ereignis, sondern tritt an jedem Ort entlang der gemessenen Strecke auf.

5 Dadurch wird es m glich, den Lichtwellenleiter auf seiner gesamten L nge zu charakterisieren. Die Ursachen f r die Rayleighstreuung sind Dichte- und Brechzahl-Fluktuationen im Glasmaterial, wobei die Rayleighstreuung mit zunehmender Dotierung des Glases ansteigt. Das Licht wird in alle Richtungen gestreut. Der Anteil, der in r ckw rtiger Richtung im Lichtwellenleiter gef hrt wird, kann detektiert werden. 200 Streueffekte begegnen uns beispielsweise an Scheinwerferstrahlen (PKW oder Leuchtturm): Wir k nnen den Strahl wahrnehmen, obwohl wir nicht hineinblicken. Das ist m glich, weil durch Streueffekte an Staubteilchen oder Feuchtigkeitsteilchen ein kleiner Anteil des Lichts seitlich austritt. Der Strahlteiler in Bild dient der Richtungstrennung von hin- und r cklaufendem Signal. Er kann durch eine diskrete optische Anordnung realisiert werden.

6 Wesentlich eleganter und in der Singlemode-Technik unumg nglich ist der Einsatz eines Sing-lemode-Schmelzkopplers als Strahlteiler. Durch das Teilerprinzip entsteht sowohl in Hin- als auch in R ckrichtung ein Verlust von mindestens 3 dB. Dieser Gesamtverlust von mehr als 6 dB verringert die Dyna-mik des Messger tes und damit die maximal messbare Streckenl nge. Man kann diese Zusatzd mpfung stark reduzieren, wenn anstelle eines Kopplers ein (allerdings sehr teurer) optischer Zirkulator einsetzt wird. Dieser bewirkt in Hin- und R ckrichtung eine Summend mpfung von kleiner als 1 dB. Das r ckgestreute und reflektierte Licht gelangt zum Detektor, der extrem empfind-lich sein muss, und das Signal wird der Auswertung zugef hrt. Das Besondere an der R ckstreumesstechnik ist, dass das Messger t nicht einfach eine Summe ber alle Leistungsr ckfl sse bildet. Stattdessen erfolgt mit der Prozessorsteuerung eine Synchronisation zwischen dem Zeitpunkt der Emission des Laserimpulses und dem der Detektierung.

7 Aus der Ver-z gerung zwischen beiden Signalen kann man auf die Laufzeit des detektierten Sig-nals schlie en und damit auf den Ort des jeweiligen Ereignisses. Das hei t, es wird nicht ber alle r ckflie enden Leistungen integriert, sondern ent-sprechend der jeweiligen Laufzeit Punkt f r Punkt aufgel st und von jedem einzelnen Ort die r ckflie ende Leistung ermittelt. Moderne Messger te erfassen heute inner-halb des jeweiligen Messbereiches mindestens Punkte. Der Leistungsabfall im Lichtwellenleiter erfolgt exponentiell entsprechend Gleichung ( ) (Bild (a)). Um ein anschauliches Resultat auf dem Monitor zu erhalten, er-folgt eine Logarithmierung (Bild (b)). Bild : R ckstreukurve: (a) lineare Darstellung, (b) logarithmische Darstellung, (c) Mittelwertbildung 201Um das sehr kleine detektierte Signal aus dem Rauschen herausheben zu k nnen, wird die Messung viele Male wiederholt und der Mittelwert gebildet (Rauschunterdr -ckung) (Bild (c)).

8 Der Laser wird mit einer bestimmten Impulswiederholrate betrieben, die so bemes-sen ist, dass der n chste Impuls fr hestens nach dem vollst ndigen Hin- und R ck-lauf des vorhergehenden Impulses durch den Lichtwellenleiter ausgesandt wird. Au- erdem verf gt das R ckstreumessger t ber ein geeignetes Speichermedium sowie verschiedene Schnittstellen. R ckstreukurve als Messergebnis Bild veranschaulicht eine R ckstreukurve mit typischen Ereignissen, wobei die Ordinate logarithmisch dargestellt wurde. Leistungsverh ltnisse in Dezibel entspre-chen Abst nden in senkrechter Richtung (Gleichung ( )). Die Geraden-Abschnitte im R ckstreudiagramm werden durch die Rayleighstreuung verursacht, die an jedem Punkt entlang der Strecke auftritt. Die Spitzen entstehen durch Reflexionen, die dis-kret sind und meist deutlich gr ere Leistungsr ckfl sse bewirken als die Rayleigh-streuung. Bild : R ckstreukurve mit typischen Ereignissen Bild zeigt die Leistungsr ckfl sse in Abh ngigkeit von der Streckenl nge.

9 Leis-tungsr ckfl sse entstehen durch Reflexionen an diskreten Orten (Spitzen) sowie durch Rayleighstreuung (Geraden). Das Messger t misst die Laufzeiten der Signale. Der Anwender m chte den Ort wissen, der zur gemessenen Laufzeit geh rt. Das Messger t rechnet Laufzeiten in Orte um und zeigt diese an (Abschnitt ). Der Verlauf des ungest rten Lichtwellenleiters wird durch die mit der Ziffer 1 gekenn-zeichneten Kurvenabschnitte veranschaulicht. Aus der Neigung der Geraden, also 202 aus dem Abfall der Rayleighstreuung, schlie t man auf den D mpfungskoeffizienten. Voraussetzung ist, dass die Rayleighstreuung entlang des jeweiligen Streckenab-schnittes konstant ist. Der Streckenabschnitt kann durch das Setzen von Cursors ausgewertet werden. Entsprechend Bild gilt f r den D mpfungskoeffizient: km/dBinLLdBm/PdBm/P1221 = ( ) Bild : Ermittlung des D mpfungskoeffizienten aus dem Abfall der Rayleighstreuung (L1 und L2: Orte der Cursors, P1 und P2 zugeh rige gestreute Leistungen) Prinzipiell kann man alle Ereignisse entlang der R ckstreukurve durch das manuelle Setzen von Cursors auswerten.

10 Das ist aber sehr m hselig und die automatischen Auswertealgorithmen des Messger tes ergeben exaktere Resultate. Das Ergebnis der Auswertungen ist die Ereignistabelle. In dieser Ereignistabelle werden Ereignisse durchnummeriert (entsprechend der Kennzeichnung in der R ckstreukurve) und jedes Ereignis charakterisiert: Typ des Er-eignisses, Ort, D mpfungskoeffizient, D mpfung, Reflexionsd mpfung usw. F r Routi-nemessungen ist die vollautomatische Auswertung zu empfehlen. Das Ereignis 2 in Bild zeigt eine negative Stufe: Das kann eine D mpfung sein. Da nicht gleichzeitig eine Reflexion auftritt, kann es sich um einen Splei oder eine Makrokr mmung handeln. Auch ein Koppler kann eine solche Stufe verursachen. Ein asymmetrischer Koppler mit einem Teilerverh ltnis 90 % / 10 % hat in Durchgangs-richtung eine D mpfung von etwa 0,5 dB und verursacht eine kleine Stufe.