Einsatz EF-konformer Lichtquellen für Messungen an Glasfasern

02/12/2016

Einsatz EF-konformer Lichtquellen für Messungen an Glasfasern

Zurzeit aktualisieren internationale Normungsorganisationen, wie die ISO/IEC und die ANSI/TIA, mehrere wichtige Normen für Feldtests an Glasfasern. Insbesondere geht es um den Einsatz von Lichtquellen, die den Anforderungen von so genannten „Encircled Flux“ (EF) -konformen Messungen gerecht werden.

Der Begriff „Encircled-Flux“ beschreibt die Verteilung des Lichts, welches die Vorlauffaser einer für die Messung genutzten Lichtquelle verlässt, über den gesamten Faserquerschnitt. Er lässt sich in etwa mit „erfasster Lichtstrom“ ins Deutsche übersetzen. Unter idealen Einkopplungsbedingungen wird die Lichtintensität in einem gleichmäßigen radialen Muster über die Stirnfläche der Vorlauffaser verteilt. Die neue Norm soll sicherstellen, dass Testsysteme unterschiedlicher Hersteller für eine zu testende Faser stets die gleichen Dämpfungswerte ausgeben.

Schwankungen bei den Einkopplungsmustern von LEDs und VCSEL-Lasern führen dazu, dass die in die zu testende Faser eingekoppelte optische Leistung in Abhängigkeit von der Steckerausrichtung oder der Drehung der Vorlauffaser bei der Messung auch zu schwankenden Dämpfungswerten führen kann. Besonders kritisch ist dieses Phänomen bei Multimodesystemen, bei denen der große Faserkern die ungleiche Verteilung von der Lichtquelle übernimmt und in die zu testende Faser überträgt.

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Abbildung 1 verdeutlicht die Einkopplung des Lichts von einer LED in die Vorlauffaser. Während das Licht axial durch die Faser läuft, ist dessen Intensität am Kernrand weitaus höher (dunkelrot dargestellt), so dass ein erheblicher Leistungsanteil im äußeren Ring, also dem Mantel (Cladding) vorhanden ist, was zur Überfüllung des Faserkerns führt. Dieser Zustand führt zu künstlich überhöhten Dämpfungswerten, es sei denn die Vorlauffaser wird um einen Dorn gewickelt oder die beiden Steckverbinder sind nicht exakt zueinander ausgerichtet.

Der Grund hierfür ist die im Verhältnis hohe Dämpfung der Lichtanteile im Fasermantel gegenüber der Dämpfung im Faserkern. Wird jetzt das Jumperkabel beim Nullabgleich an den Leistungspegelmesser angeschlossen ist, wird auch das Licht im Fasermantel erfasst, obwohl dieser Anteil in der Faser stark gestreut, und somit gedämpft wird. Das Ergebnis wären sehr hohe Werte für die Einfügedämpfung. Wenn der Faserkern jetzt noch überfüllt ist, kann bereits ein geringfügiger Versatz zwischen beiden Steckverbindern zu abnorm hohen Dämpfungswerten führen. Der Effekt ist umso stärker, wenn sich der Großteil der Leistung auf den äußeren Rand des Faserkerns verteilt (siehe Abbildung 1).

Abbildung 2 illustriert die Lichteinkopplung eines preiswerten VCSEL-Lasers, der in Multimodesystemen zum Einsatz kommt. Mit VCSEL-Lasern lässt sich über längere Entfernungen eine größere Bandbreite erzielen. Sie haben gewöhnlich eine längliche Abstrahlfläche, so dass im Faserkern ein abgeflachtes Strahlprofil entsteht. Dieses behält auch auf dem Weg durch die Faser seine Form. Zudem erzeugen VCSEL-Laser Lichtpunkte mit hoher Intensität („Hotspots“), die einer gleichmäßigen Verteilung der Strahlungsleistung entgegenwirken. In der untenstehenden Abbildung erinnern diese Hotspots an Verunreinigungen, sind aber tatsächlich intensive Moden (Strahlen) des eingekoppelten Lichts.

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Anstelle der Beeinflussung der Ausgabemuster von LEDs und VCSEL-Lasern besteht die Lösung des Problems in der Verwendung spezieller Vorlauffasern, die früher als Modenkonditionierfasern bezeichnet wurden. Diese nehmen ein ungleichförmiges Lichtmuster auf, vermischen es und geben ein gleichförmiges Lichtmuster aus. Diese Fasern sind mit praktisch jeder LED-Lichtquelle einsetzbar und sorgen dafür, dass die Anforderungen einer EF-konformen Messung erfüllt werden. Obgleich diese Spezialfasern recht teuer sind, bieten diese den Vorteil, dass der Installateur seine vorhandenen Multimode-Lichtquellen weiter verwenden kann. So wird durch einen simplen Austausch der Vorlauffaser die EF-Konformität gewährleistet.

Abbildung 3 zeigt eine an eine Lichtquelle angeschlossenes EF-konforme Vorlauffaser. Diese Faser ersetzt die Standardvorlauffaser bei Messungen der installierten Verkabelung. Das von der EF-Vorlauffaser in die zu testende Faser eingekoppelte Licht weist ein gleichmäßiges Verteilungsmuster auf, das nicht bis in den Fasermantel vordringt. Da das Verteilungsmuster vom Durchmesser des Faserkerns (50 µm oder 62,5 µm) abhängig ist, muss die verwendete EF-konforme Vorlauffaser mit dem Kerndurchmesser der zu testenden Faser übereinstimmen.

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Multimodefasern weisen gegenüber Singlemodefasern einige Beschränkungen auf. Doch liegt ihr größter Vorteil in den geringeren Kosten für die aktiven Systemkomponenten. Und da Multimodesysteme Datenraten bis zu 100 Gbit/s und darüber hinaus unterstützen, wird das Dämpfungsbudget immer kritischer. Aus diesem Grund müssen die Installateure alle ihnen zur Verfügung stehenden Hilfsmittel und Technologien nutzen, um fehlerfreie Messungen mit einer hohen Sicherheit und exakten Ergebnissen zu liefern.

Obgleich die EF-konformen Messungen erst nach und nach in Verträge und Testanforderungen Eingang finden werden, sollten die Installateure möglichst umgehend dafür sorgen, dass Fasern für Leistungspegelmesser und Lichtquellen mit Referenzsteckverbindern ausgestattet sind. Allerdings sind selbst die besten Steckverbinder, Vorlauffasern und Messgeräte nutzlos, wenn die Endflächen der Glasfasern nicht makellos sauber sind. Daher ist es unverzichtbar, dass der Techniker die besten Vorgehensweisen anwendet und die Anschlüsse seiner Mess- und Prüftechnik sowie der Testfasern vor jeder Verwendung reinigt. In ihrer Kombination schaffen Referenzsteckverbinder und Referenztestfasern, EF-konforme Vorlauffasern sowie saubere Faserendflächen die optimalen Voraussetzungen für mehr erfolgreich bestandene Tests und weniger Zeitaufwand für die Störungsbehebung.

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