Высокий уровень ORL уменьшат производительность некоторых систем передачи. Например, ввысоке обратное отражение может существенно исказить качество аналогового видеосигнала, приводящего к ухудшению качества видеоизображения [4].

Чем выше оценено ORL и ниже отражённая мощность, тем впоследствии, меньшее эффект от отражения. Поэтому, значение ORL = 40 дБ является лучшем, чем значение ORL = 30 дБ. Важно отметить, что ORL выражается как положительное значение децибела, тогда как отражение соединителя выражается как отрицательная величина [4].

В статье Власова И.И. описываются последствия, вызванные ORL, а так же методы борьбы с ними.

Автор сделал вывод, что если ORL слишком высок, лазерный источник сигнала, а как следствие, и излучаемый оптический поток может оказаться нестабильным или модулированным по фазе и уровню. Нестабильность передатчика связана как с возможностью резонанса, так и насыщения лазерного излучателя. Из основных последствий этого следует выделить: увеличение уровня шума передатчика, уменьшение отношения сигнал/шум (OSNR) в аналоговых системах (CATV) и увеличение BER в цифровых системах. Интерференция излучения, приводящая к изменению центральной длины волны и изменению излучаемой мощности. Уменьшение ресурса работы источников оптического сигнала. Тем не менее, некоторые решения позволяют значительно снизить ORL линии, например, использование низкоотражающих коннекторов, имеющих угловую полировку и обозначаемые APC или HRL и используемые в основном системах кабельного телевидения (CATV). Использование оптических изоляторов и фильтров на стороне излучения для уменьшения обратного распространения сигнала [5].

Появление обратных оптических потерь в оптической линии связи является главным фактором для появления многолучевой интерференции, так как, отражения на разъемных соединениях, двигаясь в обратном направлении, могут накладываться друг на друга случайным образом.

При совпадении фаз отраженных сигналов выполняется условие интерференционного максимума, что приведет к взаимному усилению сигнала, распространяющегося в обратном направлении. Попадание этого сигнала в источник оптического излучения приведет к возрастанию фоновых шумов, изменению температурного баланса источника и неустойчивости его работы [1].

1. Анализ явления многолучевой интерференции в оптическом волокне

Информация в линиях оптической связи кодируется по интенсивности, фазе или поляризации света. При проектировании необходимо учитывать многие факторы, ухудшающие передачу информации. До конца 90х годов основными причинами ухудшения передачи были нелинейность волокна и усиление самопроизвольной эмиссии (ASE) в оптических усилителях. В последнее время повышается значение третьего типа ухудшения характеристик системы, вызванного биением сигналов с множеством слабых интерференций. Эти интерференции возникают при прохождении сигнала через коннекторы и мультиплексоры – ключевые элементы системы передачи. Также источником интерференций может являться Релеевское обратное рассеяние в двунаправленных системах передачи. Эти виды интерференции не зависят от основного сигнала. Важный класс MPI – интерференции, которые являются задержанными порциями основного сигнала.

Возможные случаи появления MPI:

• При дискретных отражениях внутри или в окрестностях оптического усилителя.

• При двойном Релеевском рассеянии в оптических усилителях.

Явление MPI стало наиболее значимым при появлении оптических усилителей, в особенности на распределенном усилении Рамана. Оптические системы, включающие оптические усилители, могут передавать информацию намного быстрее. Увеличивается прозрачность сетей, тем не менее, повышаются требования к системным компонентам. Иначе накопленная MPI может достигнуть неприменимого уровня. Более того, оптический усилитель может усиливать MPI. Вредное влияние интерференции можно понять как следствие преобразования фазовых флуктуаций в интенсивности, вследствие интерференции.

Источники MPI могут быть классифицированы, используя 2 параметра. Первый параметр N – количество путей между передатчиком и приемником, который может изменяться от 2 до бесконечности. Второй параметр описывает взаимную когерентность интерферирующих полей. Два поля взаимно когерентны, если амплитуда и фаза одного из них могут быть определены, зная амплитуду и фазу другого. Оба эти параметра полезны, так как два различных по форме и функции устройства, порождающих MPI, могут иметь схожие интерференционные – свойства. Если они имеют одинаковое количество лучей и когерентность, влияние MPI будет одинаковым.

3 Анализ вносимых потерь и их влияние на MPI и выходную мощность оптического сигнала

Потери в оптических разъемах определяются целым рядом причин, которые в общем виде могут быть выделены в следующие группы:

• Внутренние факторы, которые определяются допусками на геометрические размеры световодов. К числу основных внутренних факторов, которые вызывают потери в оптических разъемах, относятся эксцентриситет и эллиптичность сердцевины, а также разность диаметров, числовых апертур и профилей показателей преломления сращиваемых световодов. Необходимость учета эксцентриситета и эллиптичности возникала на ранних стадиях развития техники оптической связи. В настоящее время в связи с достигнутым технологическим уровнем изготовления оптических волокон эти факторы перестали играть первостепенное значение. Так, например, при величине эллиптичности сердцевины 5% вносимые потери не превышают 0,1 дБ [6].

• Внешние факторы, определяемые качеством изготовления отдельных элементов разъема и его технологическими допусками. В перечень составляющих потерь, вызываемых внешними факторами, входят потери за счет наличия воздушного промежутка между торцами сращиваемых световодов, радиальных и угловых смещений волокон, непараллельности торцевых поверхностей световодов в разъемах. Потери этого вида обусловлены неизбежными производственными допусками на геометрические размеры отдельных деталей оптического разъема, выполняющих центрирование сращиваемых волокон [6].

• Потери, вызванные отражениями и рассеянием. Потери, связанные с рассеянием оптической энергии, обусловлены неоднородностью волокна и его геометрической структурой. Рассеяние на неоднородностях происходит во всех направлениях, и свет перестает быть направленным. В тех случаях, когда между торцевыми поверхностями сращиваемых световодов имеется воздушный промежуток, возникают дополнительные френелевские потери, которые обусловлены частичными отражениями светового потока на границе раздела воздух-стекло [6].

• Потери за счет разности числовых апертур возникают, главным образом, из-за наличия производственных допусков на этот параметр [6].

1. Обратные оптические потери

В любом оптическом разъеме между торцевыми поверхностями сращиваемых световодов обязательно остаются воздушные зазоры большей или меньшей толщины или площади, вызванные неизбежными погрешностями и допусками на изготовление. В таких областях за счет наличия перехода стекло-воздух-стекло возникают френелевские отражения, которые приводят к появлению отраженного в обратном направлении светового потока [1].

Поток обратного отражения оказывает отрицательное влияние на высокоскоростные лазерные оптические передатчики, так как, попадая обратно в резонатор, он вызывает сильные искажения передаваемого сигнала. В принципе причиной возникновения обратных отражений может явиться любая неоднородность световода, однако наибольший вклад вносят оптические разъемы.

На основании этого в процессе создания линий оптической связи значение обратного отражения должно контролироваться достаточно жестко. Мерой величины обратных отражений является коэффициент обратного отражения, который определяется как отношение мощности отраженного светового потока к мощности падающего и из-за своей малости, выражаемый обычно в логарифмических единицах [1].

1. Конструкции оптических разъемных соединителей

Простые, надежные и достаточно недорогие разъемы с высокими характеристиками передачи – основа достижения высокой эффективности коммутации в волоконно-оптических системах [7].

Ключевые характеристики оптических коннекторов можно разделить на следующие группы: параметры передачи, долговременная стабильность и стойкость к воздействию внешних условий [7].

Главными параметрами передачи оптических коннекторов являются вносимое затухание и обратное отражение. Эти параметры зависят, главным образом, от таких факторов, как поперечное смещение осей и угла между ними, а также от френелевского отражения оптического сигнала на границе раздела двух оптических сред [7].

Наибольшее значение для оценки потерь, вносимых разъемным соединением, имеет оптическое затухание. Этот параметр оказывает основное влияние на величину суммарных потерь в оптическом тракте. Величина оптического затухания главным образом зависит от разъюстировки (поперечного отклонения) сердцевин стыкуемых оптических волокон [7].

Кроме вносимого затухания, важной оптической характеристикой является обратное отражение. Основной источник отраженного сигнала - граница раздела двух сред, например материал оптического волокна и воздуха. Эта составляющая потерь может достигать значительных величин. Кроме того, обратное отражение является непостоянным во времени. Под влиянием внешних воздействий оно в конечном итоге может нарушить стабильность работы системы. Наиболее серьезные проблемы обратное отражение создает для узкополосных лазеров с высокой когерентностью излучения [7].

Вследствие большого количества разъемных соединений в тракте требования к величине вносимых ими потерь достаточно велики, что не позволяет значительно упростить конструкцию и снизить стоимость изделий, в которых позиционирование стыкуемых волокон не ограничивается пассивной поперечной юстировкой [7].

Технологически сложно добиться получения полностью перпендикулярных торцов с идеальными поверхностями контакта в процессе полировки волокон. Минимизация величины отраженного сигнала требует гарантированного отсутствия воздушного зазора между сердцевинами стыкуемых оптических волокон. Для достижения этого торцы стыкуемых волокон полируются таким образом, чтобы получить сферические поверхности. При стыковке задается продольный прижим волокон, что вызывает упругую деформацию торцов волокон и оптический контакт в области сердцевин соединяемых волокон, при котором воздушный зазор между ними становится минимальным [7].

Рассмотрим несколько типов коннекторов, которые были использованы при проведении исследования. К ним относятся коннекторы полировки типа PC, UPS, SPC и APC.

Полировка PC (Physical Contact) изначально предусматривала только плоский вариант коннектора, но опыт эксплуатации показал, что абсолютно плоский торец коннектора не может исключить образование воздушных зазоров между торцами световодов. Поэтому торцы коннекторов приобрели закругление (сферическую поверхность) [8].

Полировка SPC (Super Physical Contact) отличается от обычной полировки PC только более высоким качеством. Торец волокна полируется обычным способом, просто вместо ручной полировки используется машинная. Коннектор APC (Angled Physical Contact) отличается от коннектора PC тем, что торец его световода заполирован под углом 8 градусов, что позволяет добиться существенного улучшения результатов. За счет этого угла практически весь отраженный (нежелательный) сигнал покидает пределы световода. При наличии полировки APC используется наклонный физический контакт. Данная полировка используются для реализации самых требовательных измерительных устройств, как, например, в измерителе многолучевой интерференции MPI-800, так как отражается меньше одной десятитысячной доли сигнала [8].

Последним появился вариант полировки UPC (Ultra Physical Contact), в котором используется не полировка под углом, а обычная прямая полировка, но с применением определенных машинных технологий, в том числе с учетом радиуса закругления наконечника.

Этот вариант полировки коннектора позволяет добиться отражательной способности на уровне -50 дБ, что несколько хуже, чем у коннекторов с полировкой APC, но лучше, чем у остальных вариантов полировки (это важно для одномодовых коннекторов).

Типы полировки PC, SPC и UPC совместимы между собой. Но из этой группы оптический коннектор с полировкой UPC дает самые лучшие характеристики. Как правило, этот тип полировки используется в высокоскоростном активном оптическом оборудовании. Этот тип коннекторов часто встречается в составе покупных оптических патчкордов или пигтейлов [8].

1. Теоретическая оценка обратных отражений на разъемных соединениях и потерь в ОВ

Предположим, что лучи идут прямо через среды с показателями преломления и , тогда коэффициент отражения можно вычислить по формуле (1):

. (1.2)

Для раздела двух сред воздух – стекло ( стекла равен 1,5, воздуха равен 1,0) [7]: