Fibra Óptica: Fusão e Testes com OTDR e instrumentos ópticos

Jose Torrone Vendas/Suporte Instrumentos Ópticos jose.torrone@precisionsolutions.com.br

Vitor Jun Gerente de Serviços Especializados Telecom - TI vitor.jun@precisionsolutions.com.br

Tel. 11- 5103-3260 www.precisionsolutions.com.br

Histórico da Fibra Óptica •  Tecnologia  crescente  c/  melhorias  significa2vas  reduzindo-­‐se  suas  perdas.  •   Vem  subs2tuindo  fios  metálicos  em  grandes  troncos  de  transmissão  como  em  assinantes  

locais,  transmi2ndo  sinais  de  voz,  dados  e  imagens.    •  Para  implementar  e  manter  esses  sistemas,  há  vários  instrumentos  de  testes:  •  Máquina   de   Fusão   (alinhamento   pelo   núcleo   ou   casca)   e   Clivador     são   u2lizados   na  

execução  das  emendas  nas  fibras.  •  OTDR   aplica-­‐se   em   testes   na   implementação,   manutenção   e   cer2ficação   Nível   2   de  

enlaces  de  fibras  monomodo  e  mul2modo,  pois  mede  perdas  de  emendas  (“splice  loss”),  perda   total   (“overal   loss”),   refletância   (“reflectance”)   e   comprimento   da   fibra   (“fiber  lenght”).    

•  Novos  recursos  vêm  surgindo  como  de  medição  através  de  divisores  (PON)  em  sistemas  FTTx,  como  também  lambdas  1625nm  ou  1650nm  para  medir  rede  a2va.  

•  Fonte  de  Luz  SM  e  MM  ,  Medidor  de  Potência  (“Power  Meter”)  para  testes  e  cer2ficação  de   enlaces  Nível   1,   Iden2ficador   de   Fibra  A2va,   Caneta  Óp2ca,  Microscópio   eletrônico  são   úteis   para   medição   de   potência   absoluta,   perda   rela2va   dB,   iden2ficação   de  tráfegos,  iden2ficação  de  falhas,  e  qualidade  das  conexões.    

•  Testadores    Ethernet  1G/10G/100G  testam  a  rede  dinamicamente,  medindo  e  gerando  tráfegos,  testando  alinhamentos,    taxa  de  transmissão,    taxa  de  erros  e  testes  sistêmicos  como  RFC  2544  e  a  nova  Y-­‐1564

Construção da Fibra Óptica •  Estrutura  cilíndrica  e  composta  de  fibra  de  vidro  

•  Formada  de  uma  região  central  chamada  Núcleo  (“Core”)  por  onde  a  luz  trafega  (de  8  a  10um  p/  fibra  monomodo  e  de  50  a  62,5um  p/  fibra  mul2modo)  

•  E  de  uma  região  periférica  chamada  Casca  (“Cladding”)(  de  125um  tanto  p/  monomodo  quanto  mul2modo),  que  envolve  completamente  o  núcleo.    

•  Possui  uma  película  de  acrilato  envolve  a  casca  (250um).      •  Na  forma  de  Cordão  (“Pigtail”)  (de  2  a  3mm)  adicionam-­‐se    os  fios  de  aramida  para  

proteção/tração  mecânica  da  fibra,  além  de  polímeros  formando  a  sua  Cobertura  (“Coa2ng”)  (de  900um),  sendo  usualmente  azul/amarelo  para  fibra  monomodo  e  verde/laranja/branco  para  fibra  mul2modo.  

•  Na  forma  de  ferrolho  a  fibra  é  encravada  no  mesmo,  sendo  o  ferrolho  de  2.5mm  para  conectores  FC,  ST,SC  e  1.25mm  para  LC.    

•  Na  forma  de  cabos  de  vários  2pos:  aéreos,  subterrâneos,  OPGW,  submarino.  ..                                                                                                                                                                        

Ferrolho verificado por um microscópio eletrônico

Características de propagação da luz no meio •  Refração  é  a  luz  trocando  de  meio  nsico  com  novo  ângulo  de  saída  •  Reflexão   é   a   luz   incidindo   na   parede   da   mudança   do   meio   nsico   e  

refle2ndo  com  o  mesmo  ângulo  de  incidência  •  Índice   de   Refração   é   a   propriedade   de   um   meio   que   relaciona   a  

velocidade  da  luz  nesse  meio  em  relação  à  velocidade  da  luz  no  vácuo.  •  As  fibras  têm  um  índice  de  refração  IOR  para  cada  modelo  e  fabricante.  

Características de propagação na fibra

•  A  fibra  é   construída  de   forma  que   seu  Núcleo   tenha  um   índice  de   refração  (n1)   maior   que   o   índice     de   refração   da   Casca   (n2),   de   forma   que   a   luz  trafegue  o  máximo  no  núcleo,  com  reflexão  interna  máxima  possível  

•  O  Cone  de  aceitação  de  luz  de  uma  fibra  tem  seu  ângulo  determinado  pela  razão  abaixo  e  quanto  maior  o  seu  ângulo  mais  eficiente  é  a  fibra  

Tipos de fibra ópticas •  Mul2modo  MM  (“Mul2mode”)  

•  Possuem  múl2plos  caminhos  para  a  propagação  dos  raios  de  luz  ,  sendo  u2lizadas  em  aplicações  como  as  de  redes  locais  (LAN).  

•  G651  –  Norma  Técnica  ITU-­‐T  para  fibras  óp2cas  mul2modo  •  Comprimentos  de  ondas  comerciais:  850  nm  e  1300  nm  •  Perdas  spicas  de  4  dB/Km  em  850nm  e  1dB/Km  em  1300nm  •  Núcleos  de  62.5um  e  50um.    •  Máquina  de  Fusão  funde  ambas  fibras  MM.  •  OTDR  tem  modelos  SM,  MM  e  SM-­‐MM.  

Tipos de fibras ópticas •  Monomodo  SM  (“Singlemode”)  com  caminho  único  para  propagação  da  

luz  •  Tipo  G.652  Convencional  (Norma  ITU-­‐T)  mais  usada    •  Comprimentos  de  Onda  comerciais    de  1310  nm  e  1550  nm  entre  outros.    •  Perdas  spicas  de  0,35dB/Km  em  1310nm  e  de  0,20dB  Km  em  1550nm  •  Núcleo  de  ~10μm  c/caracterís2cas  superiores  a  fibra  mul2modo,  como  

menor   atenuação   e   maior   banda   passante   e   capacidade   de  transmissão.    

•  São  u2lizadas  para  aplicações  de   curta   e  de   longa  distância   como  em  LAN,  WAN,  SDH,    WDM,  Ethernet  

Fibras nuas (250um) e cordões ópticos (pig-tails)

Cabos ópticos Cabo OPGW longa distância inserido dentro do cabo pára-raio de linhas de transmissão de energia.

Cabo Aéreo Auto Sustentado colocado entre postes e possue estrutura própria de sustentação

Cabo Submarino projetado

para ser lançado no fundo do mar

Cabo Óptico com Armadura possuí uma estrutura de proteção das fibras ópticas

Cabo Multi Loose de estrutura interna composta por tubetes com várias fibras ópticas dentro dele

Junções  de  fibras:  Emendas  por  conectores    •  UPC   ,   SPC   e   PC   –   conectores   compa-veis   faces  

polidas   contatos   retos   que   fazem   a   conexão  mecânica.    

•  TODOS  DE  COR  AZUL  •  Perda    (atenuação)  spica  em  torno  de  0,5dB  •  Quanto  maior  o  dB  de  atenuação  da  conexão  (dois  

conectores  ligados  por  um  adaptador)  é  pior,  pois  o  sinal   desejado   que   deve   seguir   em   frente   é   mais  atenuado  

•  PC   tem   cantos   em   90º   e   SPC/UPC   tem   cantos  polidos  para  melhorar   (ou  aumentar)  a  medida  de  refletância  (‘Back  Reflec2on’)  em  dB  

•  Refletância   (ou  perda  de   retorno)  é  o   valor   em  dB  da   atenuação   do   sinal   indesejado   que   volta   para  trás   devido   da   qualidade   da   conexão   (evento  reflexivo)   (quanto   maior   esse   dB   melhor)   (Não   se  aplica  a  fusão  que  é  um  evento  não  reflexivo)  

•  APC   –   Conector   óp2co   de  faces   polidas  mas   de   contato  nsico  angular.    

•  COR  VERDE  •  Perda   (atenuação)   spica   em  

torno  de  0,3dB  •  Tem  de  5º  a  15º  de  inclinação  

de   modo   a   minimizar   o  retorno   da   luz   e   melhorar  (aumentar)   a   refletância   em  dB   e   melhorar   (diminuir)   a  perda  de  inserção  em  dB  

•  APC   NÃO   é   compasvel   com  PC/UPC   (conexão   incorreta  gera  perda  >  4dB).  

Limpeza e inspeção de conectores •  Limpeza  dos  conectores  com  métodos  e   ferramentas  adequadas  é  muito  

importante  pois  grande  parte  dos  problemas  são  devido  contaminações!  

•  Microsocopios  verificam  e  cer2ficam  a  qualidade  dos  conectores    

Caixas de passagem / emendas

DGOS

Fontes de Luz (Laser) •  LED  ,  “Light  Emi2on  Diode”  opera  como  um  diodo  comum  •  Bastante  u2lizado  em  sistemas  de  curta  distância  em  fibras  MM  •  Emite  luz  próxima  ao  infravermelho  (820  a  850nm)  •  Disponível  com  comprimento  de  luz  visível  (680nm)  ou  caneta  óp2ca  •  Nível  de  potência  óp2ca  de  -­‐40  a  -­‐25  dBm  

•  FONTE  SLD  (“Super    Luminescence  Diode”)  •  Subs2tui  o  LED  sendo  de  alta  potência,  exemplo  -­‐3dBm  •  Uso  em  fibras  monomodo  

Fonte de luz •  Sua  potência  absoluta  é  medida  em  dBm    (menos  usado  em  mW)  •  Seu  comprimento  de  onda   (lambda)  na   faixa  de  380nm  (violeta)  a  750nm  

(vermelho)  é  visível  aos  nossos  olhos.    

•  Sistemas   Óp2cos   transmitem   usualmente   em   850nm,   1300nm,   1310nm,  1490nm,  1550nm    e  1625  nm  

•  Com  a  demanda  cada  vez  maior  de  largura  de  banda  surgiu  o  Dense  Wave  Division   Mul2plexing   (DWDM)   que   transmite   entre   1520   to   1580nm  mul2plexando-­‐se   4,   8,16,   32   “wavelength   channels”   ou   mais,   sobre   uma  única  fibra.  

1300 1400

Banda

“C” Band

a

“L”

Banda

“O”

40 -300 Canais 40-80 Canais

Banda

“E” Banda

“S” Band

a

“U” λ

[nm] 1500 1600

Potência Absoluta dBm (ou mW) •  Potência  Absoluta    em  dBm:  expressa  em  relação  à  1mW  

•  Muito  u2lizada  em  telecom,  pois  permite  medições  de  sinais  grandes  e  pequenos  na  tela  do  instrumento.  

+  30dBm  =  1W  

+  20dBm  =  0,1W  ou  100mW  (m=mili=1x10-­‐3)  

+  10dBm  =  0,01W  ou  10mW  

     0dBm  =  0,001W  ou    1mW    (ref.)        

-­‐  3dBm  =  0,0005W  ou  0,5mW  ou  500µW    (µ=micro=1x10-­‐6)  

-­‐  10dBm  =  0,0001W  ou  0,1mW  ou  100µW  

-­‐  20dBm  =  0,00001W  ou  0,01mW  ou  10µW  

-­‐30dBm  =  0,000001W  ou  0,001mW  ou  1µW  

-­‐50dBm  =  0,00000001W  ou  0,00001mW  ou  10nV  (n=nano=1x10-­‐9)  

Para  somar  potência  em  dBm  passa-­‐se  para  W,  soma-­‐se  e  converte-­‐se  para  dBm  

 0dBm  +  0  dBm    =  1mW  +  1mW  =  2mW  =  3dBm  

+10dBm  +(+10dBm)  ≠  +20dBm,  o  correto  10mW  +  10mW  ou  20mW  ou  +13dBm  

•  Vide  vídeo:  h�ps://www.youtube.com/watch?v=rmdeqdLXnSo    

dBm =⎛⎝⎜

⎞⎠⎟10

110log

PmW

Medição de Potência Absoluta em dBm •  Para  medir  potência  absoluta  em  dBm  (ou  mW)  de  uma  fonte  de  luz  u2liza-­‐se  

um  Medidor  de  Potência  (Power  Meter).  •  A  entrada  do  medidor  de  potência  deve  ser  selecionada  para  o  comprimento  

de  onda  do  transmissor  de  modo  a  não  cometer  erros  na  medição.  •  O  valor  medido  em  dBm    (ou  em  mW)  é  a  potência  de  saída  da  fonte  de  luz  ou  

do  transmissor.  •  O  cordão  e  adaptadores  u2lizados  na  medição  inserem  perdas  que  podem  ser  

consideradas  ou  não.

Potência Relativa dB •  Relação  de  potência  de  saída  versus  a  potência  de  entrada  de  um  disposi2vo:  dB  =  10  LOG  

(Potência  Saída  /  Potência  Entrada)  •  Portanto  aplica-­‐se  a  Perda/Atenuação  ou  Ganho.  •  Exemplo  um  cabo  com  uma  perda  total  de  3dB,  significa  que  se  aplicarmos  na  entrada  desse  

cabo   um   sinal   de   potência   absoluta   de   -­‐5dBm   esse   sinal   será   atenuado   de   3dB   ou   seja  teremos:  

           -­‐5dBm-­‐3dB  =  -­‐8dBm  (medido  com  um  power  meter  na  saída  do  cabo)  •  Exemplo  um  amplificador  com  ganho  de  3dB,  significa  que  se  aplicarmos  na  entrada  desse  

amplificador    um  sinal  de  potência  absoluta  de  -­‐5dBm  esse  sinal  será  amplificado  de  3dB  ou  seja  teremos:  

           -­‐5dBm+3dB  =  -­‐2dBm  (medido  com  um  power  meter  na  saída  do  amplificador)  •  3dB  de  ganho  =  100%  ganho,  isto  é    P  saída    é  2X  a  P  entrada    •  -­‐3dB  =  50%  perda,  isto  é    P  saída    é  50%  de  P  entrada    •  -­‐10dB  =  90%  perda,  isto  é    P  saída    é  10%  de  P  entrada          •  -­‐20dB  =  99%  perda,  isto  é  P  saída    é  1%  de  P  entrada    •  -­‐30dB  =  99.9%  perda,  isto  é  Psaída    é  0,1%  de  P  entrada    •  Somam-­‐se  e  subtraem-­‐se  potência  rela2vas.  Exemplo:  3dB-­‐6dB=-­‐3dB  

Vide  vídeo:  h�ps://www.youtube.com/watch?v=XT7VvigFOfQ      

Medição de Potência Relativa dB com método fonte de luz/power meter

•  Método  de  teste  redes  FTTx  da  central  para  o  assinante  (ex.  Total  24dB  com  spli�ers  1x8  com  1x8)  

•  Método  fabricação  e  testes  de  cordões  óp2cos  •  Método  Cer2ficação  de  fibras  SM  e  MM  Nível  1  •  Método  medição  de  enlaces  tradicionais  para  verificar  tb.  inversão  de  fibras  •  Requer  Medidor  de  Potência  SM  ou  MM,  Fonte  de  Luz  SM  ou  MM,  cordões  e  

adaptadores  de  referências,  de  qualidade  e  sempre  limpos.  •  Método  de  Diferença  de  Valores  Absolutos  :    •  Com   Fonte   de   Luz   e   um   Power   Meter   monomodos   conectados   via   dois  

cordões   de   referência   com   adaptador   (1310nm   até   80Km,   1550nm   até  200Km)  

•  Medir   e   anotar   em   tabela   adequada   a   potência   de   referência   em   dBm   no  power  meter  exemplo  -­‐5,30dBm  (  ela  deve  ser  próxima  a  potência  da  fonte,  caso  não  esteja  limpe  os  cordões  de  teste  ou  troque-­‐os)  

•    Aplique   a   potência   de   referência   da   fonte   exemplo   -­‐5,30dBm   com   seu  cordão  no  ponto  A  do  enlace  sob  teste.  

•  Meça  a  potência  no  ponto  B  com  o  power  meter,  exemplo  -­‐10,30dBm  •  Em   tabela   excel   que   gera   relatório   de   teste   faça   a   conta   da   diferença   das  

potências  absolutas  que   resultam  na  perda  total  do  enlace   (incluindo-­‐se  os  conectores)  em  dB,  no  caso  -­‐5,30dBm  –(-­‐10,30dBm)=  -­‐10dB

Fusão: Equipamentos necessários

• Máquina  de  Fusão  

• Clivador  • Álcool  Isopropílico  • Lenços  • Decapador  /  Tesoura  Kevlar  • Tubetes  • Vide  Vídeo  Youtube:  https://www.youtube.com/watch?v=9G5GkrZkG1c

Fusão: decapamento, limpeza e clivagem •  Decapador  

•  Lenços  umedecidos  em  álcool  isopropílico  

Decapando Limpando

Fusão: Clivagem da fibra •  Recolhimento da Lâmina

•  Disposição da fibra na régua e travamento

•  Clivagem

Fusão: Posicionamento na máquina de fusão

•  Posicionando  a  fibra  corretamente  

•  Execução  da  emenda  

Centro do Eletrodo

Borda do V-groove

Fusão: Execução da fusão com estimativa de perda

•  Alinhando,  aplicando  arco  voltaico  e  es2mando  a  perda  em  dB  que  deve  ser  menor  que  0,05dB  na  indicação  da  máquina.  

•  Se  apresentar  bolha  mesmo  com  perda  zero  a  fusão  deve  ser  refeita  

•  Entretanto  o  OTDR  é  o  verificador-­‐cer2ficador  de  perda  de  fusão.  

Ângulo Esquerdo de Clivagem Ângulo Direito de

Clivagem Ângulo Núcleo

Protetor mecânico da emenda: tubete

Operação de um OTDR •  OTDR  –  Reflectómetro  Ó-co  no  Domínio  do  Tempo  •  O  OTDR  determina  a  velocidade  da  luz  na  fibra  através  do  índice  de  refração  (IOR)  •  Aplica  um  laser    pulsado  na  fibra  e  mede  a  luz  refle2da  de  volta  ou  o  retro  espalhamento  •  Assim  o  OTDR  mede  ao   longo  da  distância  as  perdas  de  eventos   reflexivos   (conexões),  

não   reflexivos   (fusões   ou   dobraduras),   spli�ers,   detecta  Evento   Fim  da   Fibra   (ou   Fibra  Rompida)  determinado  por  atenuação  abrupta,    e  calcula  a  perda  (dB)  e  distancia  total  (Km),  dB/Km    

•  Conforme  varia  o  pulso  varia  a  capacidade  de  distância  e  varia  a  zona  morta.  •  2  métodos  de  medição,  com  bobina  de  lançamento/casamento  e  sem.    •  Possui  dois  marcadores  A  e  B  para  análises  como  Perda  entre  2  Pontos  (2pt)  •  O  OTDR  no  modo  Média    em  tempo  determinado   faz  repe2das  amostragens  e  finaliza  

com   o   resultado   de   medição,   ou   uma   curva   média   ou   com   o   traço   spico.   No   modo  Tempo  Real  habilita  o  laser  con-nuamente  para  manutenção  dinâmica  do  enlace.  

•  Apresenta  uma  tabela  de  eventos,  o  usuário  pode  fazer  análise  com  cursores,  e  a  curva  pode  ser  salva  em  arquivo  universal  2po  sor,  registro  da  medição  que  pode  ser  analisado  e  gerado  relatório  em  programa  de  emulação  

Perda na fusão

Evento Não Reflexivo Perda no conector- Evento Reflexivo

Emenda por Fusão Conexão mecânica Operação de um OTDR: Eventos típicos encontrados

Fresnel  de  Fim  de  Fibra  

Evento  Reflexivo  

Fresnel  de  começo  

de  fibra  devido  conector  

Evento  Reflexivo    

causa  Zona  Morta  

Vide  Vídeo  Youtube:h�ps://www.youtube.com/watch?v=UGX_lC1leQ8  

Prática: Fusão e teste com OTDR •  Execução  de  uma  fusão  de  duas  bobinas  de  21Km  SM  G.655,  totalizando  um  enlace  de  42Km  

•  Verificação  da  indicação  da  perda  na  máquina  <0,05dB  

•  Configurado  o  OTDR  para  Escala  50Km,  Pulso  300ns  e  Tempo  20s  

•  Medição  da  perda  da  fusão  pelo  OTDR  que  deve  ser  <0,15dB  

•  Medição  das  distância  total  e  perda  total  do  enlace  de  42Km*0,20dB/Km  =  8,4dB  

Vide  Vídeo  Youtube:  

h:ps://www.youtube.com/watch?v=H5u7ARoyXdw  

Prática: Fusão e teste 1G ou 10G Ethernet •  Execução  de  uma  fusão  de  duas  bobinas  de  21Km  SM  G.655,  totalizando  um  enlace  

de  42Km  

•  Conexão  de  um  Testador  10G  no  enlace  de  42Km  

•  Testador  1G/10G  configurado  para  gerar  tráfego  e  medir  taxa  de  erro