Проблематика отражений (ORL) в ВОЛС и влияние на работу активного оборудования

В системах передачи, использующих оптические кабели, нежелательные возвраты сигнала могут нарушать работу электронных компонентов. Эти возвраты света, возникающие вследствие неоднородностей, стыков и несовершенств в канале, приводят к искажению модулированного потока, особенно при высоких скоростях.

Наиболее уязвимыми считаются приемники с чувствительностью выше –24 дБм, где даже одиночное резкое отклонение может вызвать сбой синхронизации или неправильную интерпретацию битов.

Возвраты энергии появляются в точках смены среды, при микрозазорах, несоосности торцов, при использовании соединителей с плоской поверхностью. При прямом соединении разъемов типа PC стандартной торцевой обработки в линиях длиной менее 500 м накопленные возвраты могут достигать –30 дБ.

Допустимый уровень отражений для каналов с приемниками 10G формата не должен превышать –27 дБ, при использовании SFP+ или XFP модулей с DFB-лазерами –26 дБ. При переходе на CWDM возможна работа до –25 дБ, однако это требует установки дополнительных аттенюаторов.

На практике минимизация возвратов реализуется подбором торцов с угловым срезом. Разъемы типа APC (угол 8°) обеспечивают отражения ниже –60 дБ. Такие параметры критичны при длине трассы до 5 км, где значение ORL напрямую влияет на соотношение сигнал/шум и устойчивость к мультипути.

В сегментах с активными мультиплексорами в диапазоне 1270–1610 нм стоит выбирать только APC-интерфейсы. При эксплуатации на частотах выше 2,5 Гбит/с даже кратковременные скачки обратного потока могут вызвать каскадные ошибки.

Разъёмы со слишком высоким показателем возврата вызывают эффект самовозбуждения лазера. В условиях, когда модуль передаёт в полуоткрытую линию с ORL выше –25 дБ, наблюдается нестабильность выходной мощности, модуляции и спектрального состава.

Для трансиверов с узкой полосой DFB-излучения длиной волны 1310 нм предельное значение ORL должно быть ниже –30 дБ. При использовании VCSEL на 850 нм отражение может достигать –22 дБ, однако линейка не должна включать в себя более двух переходов без APC-конфигурации.

Наиболее проблемными зонами становятся оконечные разъемы, муфты с механическими адаптерами и патчкорды с загрязненными торцами. Даже пленка толщиной менее 1 мкм увеличивает коэффициент отражения до –20 дБ.

Очистка интерфейсов перед стыковкой обязательно должна проводиться при помощи специальных кассет с чистящей поверхностью без ворса. Использование спирта возможно только при последующей сушке воздушной струей.

Для соединителей SC и LC при длине волны 1550 нм критическое значение возврата начинается от –24 дБ. В случае эксплуатации с CWDM модулем, имеющим выносной излучатель, даже единичный возврат, отраженный от разъема в коммутационном щите, приводит к импульсным всплескам напряжения в приемной части, что нарушает логическую структуру кадра. При работе с оборудованием типа GPON или XGS-PON суммарные отражения в домовой сети не должны превышать –28 дБ. Контроль осуществляется по параметру ORL, измеряемому на длине волны 1625 нм, вне рабочей зоны.

Параметры ORL сильно зависят от способа сварки или механического соединения волокон. Электросварка с автоматическим центрированием в машинах с точностью до 0,01 мкм обеспечивает уровень отражения ниже –60 дБ. Механическая муфта со смещением более 2 мкм не даст меньше –35 дБ, даже при использовании геля с близким к 1,46 показателем преломления.

Для повышения стабильности соединений следует ограничивать количество переходов в тракте до 3. Размещение розеток и муфт должно предусматривать прямолинейный ввод волокна без перегибов радиусом менее 30 мм.

В реальных линиях, особенно внутри зданий, часто применяют патчкорды длиной менее 3 метров. Если такой кабель имеет два PC-разъема, то при его установке в распределительном шкафу с излучающим модулем DFB возникает резкий скачок ORL вплоть до –18 дБ. Это особенно критично для оборудования, работающего на частотах 25G или 100G.

Для исключения подобных эффектов в таких случаях рекомендуется использовать перемычки с APC-конфигурацией на обоих концах. При этом необходимо также контролировать давление в адаптере: избыточное усилие при вставке может вызвать микроизлом сердцевины, что мгновенно поднимет уровень отражения.

Для источников с лазерами Fabry–Perot допустимое значение ORL колеблется от –20 до –25 дБ, при использовании распределенных обратных решеток (DBR) — не выше –28 дБ. Спектральная ширина в сочетании с нестабильным возвратом приводит к модуляционным искажениям, особенно в системах с частотной мультиплексией.

При наличии перекрестных соединений желательно избегать последовательного включения муфт с разной геометрией торцов. Неравномерность индексов преломления на стыке, в частности между SMF-28 и SMF-LS, при длине волны 1490 нм дает отражение до –23 дБ, даже при точной стыковке.

В условиях, где прокладка выполнена на открытом воздухе, следует учитывать влияние влаги и температурных расширений. При колебаниях температуры от –20 до +40°C в зоне механических соединений может возникнуть микроотрыв торца, особенно если оболочка сдавлена в муфте.

В результате резкое падение плотности контакта вызывает отражение выше –30 дБ. При этом линия может не разрываться, но резко возрастает количество ошибок. В мультисервисных сетях с плотным размещением модулей, где каналы передают сигнал в двухстороннем режиме, такие аномалии вызывают сбои в протоколах уровня L2.

Переход к полному использованию APC-интерфейсов на всех активных портах, включая кроссы и оконечные панели, снижает вероятность нарушения целостности потока в зонах коммутации. При применении оборудования со встроенными отражающими модулями рекомендуется подбирать ответные разъемы с углом фаски не менее 8°, с допуском по плоскости не хуже 0,2°. В случае нестандартных коннекторов, таких как MU или E2000, необходимо согласование параметров по техническому паспорту.

Прямое измерение ORL производится оптическими рефлектометрами с динамическим диапазоном не менее 35 дБ, длина импульса при этом должна быть 10–30 нс. Для трасс до 1 км рекомендуется устанавливать оконечный адаптер с постоянной нагрузкой и угловым торцом, исключающим возврат даже при отсоединении потребителя. Такие заглушки обеспечивают рассеивание остаточного потока и формируют ORL на уровне –65 дБ.

В условиях плотного монтажа в стойках использование гибких шнуров с малыми радиусами изгиба типа G.657.A2 снижает вероятность механических сдвигов, особенно при частом переключении портов. Для пассивной оптики это не критично, но в активных линиях каждое перемещение волокна может вызвать кратковременный всплеск отражения, особенно при нарушении параллельности торцов в зоне сопряжения.