Lichtwellen- leitertechnik
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® Fibel der ...für messbaren Erfolg ! Lichtwellenleitertechnik BEHAcom ® BEHAcom ® Messkoffer 4 ® Messgeräteset mit Multimeter (Hexagon 340), Lichtquelle 850 nm SLS-115-T und Leistungspegelmessgerät OPM-115-T für ST-Steckverbindung. Für das Multimeter ist zusätzlich noch eine Software mit Schnittstellenkabel erhältlich. ...für messbaren Erfolg ! CH. BEHA GmbH • In den Engematten 14 • 79286 Glottertal/Germany Tel.: +49 (0) 76 84/80 09 - 0 • Fax: +49 (0) 76 84/80 09 - 410 • internet: www.beha.com Vorwort Die BEHA-Gruppe ist seit einigen Jahren auch im Marktsegment Datennetzwerktechnik tätig. Wir möchten uns als führendes Unternehmen für Mess- und Prüfgeräte den aktuellen Marktforderungen der Telekommunikation und Informationstechnik noch stärker zuwenden. Die gewaltigen Fortschritte in der Mikroelektronik sowie die optische Nachrichtenübertragung haben eine Revolution in der Fernmeldetechnik in Gang gesetzt. Nach dem Industriezeitalter stehen wir nun mitten im Kommunikationszeitalter, das ganz globale Veränderungen mit sich gebracht hat. Kommunikation ist heute die unverzichtbare Voraussetzung für das Funktionieren aller Organisationen und der täglichen Abläufe in der Wirtschaft und Gesellschaft. Multimedia und Datenautobahnen bilden das Netzwerk für die weltumspannende und permanent verfügbare Information. In dieser hochinteressanten Welt der Kommunikation wollen wir unser bewährtes Know-how einbringen und mit erfahrenen Profis auf dem Gebiet der Lichtwellen- und Datennetzwerktechnik ein abgerundetes Liefersortiment an Messgeräten und Dienstleistungen für Sie bereitstellen. Im Vordergrund sollen dabei immer die Anforderungen des Marktes stehen, die wir mit kreativen Lösungen und einwandfreier Qualität bedienen möchten. Unsere kleine Messfibel soll Ihnen bei Ihrer täglichen Arbeit ein wertvolles Nachschlagewerk und Hilfsmittel sein. Für positive Kritik und Anregungen an diesem Werk sind wir jederzeit dankbar. Bitte wenden Sie sich dazu an unsere Hotline: Telefon: 0 76 84/80 09 - 429 3 0 1 2 3 4 Meine persönlichen Daten Name: Vorname: Personalausweis-Nr.: Reisepass-Nr.: Blutgruppe: Sonstiges: Privat 5 Wohnort: Straße: 6 Telefon: 7 Dienstlich Ort: 8 Straße: Telefon: 9 Im Notfall bitte benachrichtigen 10 Herrn/Frau: Telefon: 11 12 13 4 5 2003 2004 2005 1 Einführung in die 1 Lichtwellenleiter (LWL)-Technik 9 1.1 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.4 1.5 9 10 11 11 11 11 12 12 Geschichte der Nachrichtenübertragung Vergleich von Kupfer- und Lichtwellenleitern Vorteile der optischen Übertragungstechnik Mechanische Vorteile Übertragungstechnische Vorteile Wirtschaftliche Vorteile Nachteile Anwendungs- und Einsatzgebiete 2 Strahlenoptische Betrachtungen 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 Grundlagen Grundbegriffe Brechung Reflexion Totalreflexion 3 Lichtwellenleiter (LWL) 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 6 Aufbau und Arbeitsweise Multimodefaser Singlemodefaser Multimodestufenfaser Optische Eigenschaften einer Glasfaser Numerische Apertur Dämpfung Dispersion 13 13 16 16 16 16 17 17 18 19 19 20 20 21 22 4 Lichtwellenleiter-Kabel 4.1 4.1.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 Herstellungsverfahren von Fasern Mögliche Fehlerquellen in LWL-Kabeln Anforderungen Aufbau von LWL-Kabeln Allgemeine Daten eines Lichtwellenleiters Kabelkurzzeichen nach DIN VDE 0888, Teil 3 Übersichtstabelle von verschiedenen Fasertypen Vergleich zweier Fernkabel 23 23 23 24 24 25 26 27 28 5 Baugruppen u. Komponenten von LWL-Netzen 28 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 Sende- und Empfangsbausteine Optische Sender Optische Empfänger Leistungsspektrum einer Lichtquelle Optische Übertragungssysteme Verbindungstechnik Stecker - lösbare Verbindung Fingerspleiß - bedingt lösbare Verbindung 5.3.3 Schmelzspleiß - unlösbare Verbindung 6 LWL-Strecken 6.1 6.2 6.2.1 6.3 Planung Leistungsbilanz oder Dämpfungsbilanz Berechnungsbeispiel Einige Verlegungshinweise 28 28 28 29 30 31 32 33 33 34 34 35 35 37 7 7 Messungen an LWL-Netzen 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 Dämpfung, lokaler Dämpfungsverlauf Durchführung der Einfügedämpfungsmessung nach IEC 61300-3-4 Rückstreumessung - OTDR LWL-Telefon Fasertestgerät 37 38 39 40 42 42 8 BEHAcom - Produktinformation 43 9 Anhang 46 9.1 9.2 9.3 Unfallverhütungsvorschrift bzgl. Laserstrahlung Technische Formeln Hinweise auf Normen 46 48 49 Beratungsservice 50 Glossar 52 Produktlinien der Ch. BEHA GmbH 57 Stichwortregister 60 8 1 Einführung in die LWL-Technik 1.1 Geschichte der Nachrichtenübertragung Die Nachrichtenübertragung mit Lichtwellenleitern ist schon sehr lange bekannt. Am Anfang wurde z.B. über Sonnenspiegel und Lampen ein Signal über weite Strecken gesandt (z.B. Signalfeuer, Rauchzeichen, Morse- und Signallampen). Die technische Entwicklung war jedoch wegen der begrenzten und zeitlich sehr schwankenden Transparenz des Mediums Luft (Nebel, Regen usw.) auf verhältnismäßig kurze Entfernungen beschränkt. Anfang der 70er Jahre stellte die Firma Corning Glass in den USA mit Hilfe von reinem Glas die ersten Lichtwellenleiter her. Zuerst wurden Lichtwellenleiter nur in Versuchsstrecken eingesetzt, wo sie sich bewährten. Mitte der 70er Jahre kamen sie zum praktischen Einsatz. Der Begriff „Lichtwellenleiter (LWL)“ wird für alle Glasfasern und Kunststofffasern verwendet, die zur optischen Informationsübertragung eingesetzt werden. Im Gegensatz hierzu bezeichnet der Begriff „Lichtleiter“ Fasern, die zur Beleuchtung dienen, beispielsweise bei Mikroskopen und Dekoration. Die Übertragungstechnik durchläuft eine ähnliche Entwicklung wie bei Computern. Immer schneller, immer mehr, immer billiger und immer weitere Übertragungsdistanzen. Heute gilt im Bereich der Medien das Thema Multimedia als Favorit unter den Zukunftstrends. Glasfaserkabel bieten die notwendige Bandbreite, um z.B. bewegte Bilder in Echtzeit zu übertragen – ihr entscheidender Vorteil bei Videokonferenzen oder Multimedia-Anwendungen. Dies führt heute zu höchsten Zuwachsraten im Bereich der Multimode-Glasfaser-Verkabelung. 9 Häufig werden z.B Rechner sowie Mess- und Regeltechnik in elektromagnetisch verseuchter Umgebung installiert, die dann durch unternehmensweite Datennetze miteinander verbunden sind. Diese Probleme lassen sich meist nur mit der optischen Übertragungstechnik aus der Welt schaffen und haben somit die herkömmlichen Verfahren über elektrische Kabel immer mehr verdrängt. 1.2 Vergleich von Kupfer- und Lichtwellenleiter Die Vorteile faseroptischer Systeme gegenüber elektrischen Systemen liegen vor allem in der niedrigeren Dämpfung und der hohen Bandbreite. Unter der Bandbreite versteht man den Frequenzbereich, der für die Datenübertragung zur Verfügung steht. Weiter gibt es das Bandbreite-Länge-Produkt, welches die maximale Entfernung - in Abhängigkeit von der Datenrate - angibt, mit der über eine Faser übertragen werden kann. Üblich ist eine Angabe in MHz x km oder Mbit/s x km. Bei hohen Übertragungsraten schränkt meist das Bandbreite-Länge-Produkt die Reichweite ein und nicht die Faserdämpfung. Die folgende Grafik zeigt einige typische Dämpfungsverläufe in logarithmischer Darstellung. Bild 1.1 Dämpfungskoeffizient α von Kupferkabeln und Glasfasern 10 1.3 Vorteile der optischen Übertragungstechnik gegenüber herkömmlicher Verkabelung mit Kupferleitern: 1.3.1 Mechanische Vorteile - LWL sind dünn, leicht und flexibel - LWL-Kabel sind zugfest (bis ca. 50 - 60 N, Spezialkabel bis 100 N) aufgebaut und können problemlos verlegt werden 1.3.2 Übertragungstechnische Vorteile - große Übertragungsbandbreite mit hoher Signaldichte (Multiplexing: viele Signale werden zusammengelegt) - kleine Signaldämpfung mit langen Übertragungsstrecken - Störsicherheit - keine Beeinflussung durch elektromagnetische Störfelder (EMV) - kein Übersprechen zwischen verschiedenen Adern - Dielektrikum als Übertragungsmedium, dadurch Potentialtrennung und keine Erdschleifen - hohe Abhörsicherheit: wenn ein Kabel „angezapft“ wird, kann dies gemessen werden, da ein Teil des Lichtes austritt, d.h. das Empfangssignal wird kleiner! - Blitzschutz, Lichtwellenleiter sind Isolatoren - Ex-Schutz, keine Funkenbildung bei Trennung oder Kabelbruch - kein Risiko in explosionsgefährdeter Umgebung - geringe Alterung, chemische und thermische Stabilität 1.3.3 Wirtschaftliche Vorteile - unbegrenzte Materialverfügbarkeit (Quarzsand) - Einsparung an Abschirmung und sonstigen bei Kupfer-Kabeln notwendigen Entstörungsaufwendungen - günstiges Preis/Leistungsverhältnis, speziell bei größeren Übertragungsstrecken 11 1.4 Nachteile: - hohe Montagekosten bzw. hoher Montageaufwand - höhere Kosten gegenüber Kupfer-Leitern bei kurzen Verbindungen 1.5 Anwendungs- und Einsatzgebiete: Aus den aufgeführten Vor- und Nachteilen ergeben sich heute für die LWL-Technik die nachfolgenden Einsatzgebiete: - Verbindungen über weite Entfernungen mit hohem Datendurchsatz (Telekommunikation, ISDN, Kabelfernsehen) - Vernetzung von Gebäuden und Betriebsgeländen: Festlegung in der Norm DIN EN 50173, dass in der Netzwerkverkabelung im Primärbereich, d.h. von Gebäude zu Gebäude, und möglichst auch im Sekundärbereich (Stockwerksbereich) LWL zu verwenden sind - Verbindung in lokalen Netzen (LAN) - Verlegung in Ex-gefährdeten Bereichen (chemische Industrie, Bergbau) Steuerungs- und Regeltechnik - Hochspannungstechnik: bei einigen Hochspannungsleitungen ist zur Datenübertragung ein LWL-Kabel integriert - Militärtechnik, Luft- und Raumfahrttechnik - Zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten in der Alarmtechnik (z.B. Sicherheitsanlagen): Überwachung von Sicherheitszäunen durch Integration von LWL-Fasern in den Maschendraht. Bei einer Zerstörung (Bruch der Faser - Glasfaser bricht immer!) wird Alarm ausgelöst. 12 2 Strahlenoptische Betrachtungen 2.1 Grundlagen Bild 2.1 Spektrum elektromagnetischer Wellen 13 Sowohl die optische wie auch die elektrische Informationsübertragung erfolgt mit Hilfe elektromagnetischer Wellen. Das Spektrum der elektromagnetischen Wellen reicht von den langen Radiowellen bis zur kurzwelligen kosmischen Strahlung. Der für die LWL-Übertragungstechnik interessante Bereich liegt im sichtbaren bis nahen Infrarot. Den infraroten (IR), den sichtbaren und den ultravioletten (UV) Bereich nennt man den optischen Strahlungsbereich. • violett 380 … 420 nm • blau 420 … 490 nm • grün 490 … 530 nm • gelb 530 … 650 nm • rot 650 … 780 nm • IR 780 nm… 1 mm Tabelle 2.1 sichtbare Strahlung (Licht), Infrarotstrahlung Der Zusammenhang von Frequenz und Wellenlänge lautet: c = f x λ = T–1 x λ c: Ausbreitungsgeschwindigkeit; λ: Wellenlänge; f: Frequenz; T: Periodendauer. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht ist keine Konstante, sondern abhängig vom Material, in dem sich das Licht ausbreitet. Im Vakuum ist diese Geschwindigkeit am größten und beträgt: c0 = 300.000 km/s. 14 Unter der Brechzahl n versteht man die Dichte eines optischen Mediums, welche das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im leeren Raum zur Lichtgeschwindigkeit des Mediums angibt. D.h. es ist der Faktor, um den sich das Licht in dem betreffenden Medium langsamer ausbreitet als im Vakuum. mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medium cM Stoff c in km/s Brechzahl Vakuum 300.000 1,0000 Luft 299.900 1,0003 Wasser 225.000 1,333 Quarzglas 200.000 1,5 Plexiglas 197.000 1,52 Diamant 124.000 2,417 Tabelle 2.2 Lichtgeschwindigkeit und Brechzahlen für einige Stoffe 15 2.2 Grundbegriffe 2.2.1 Brechung Beim Übergang von einem optisch dünnen (kleine Brechzahl) in ein optisch dichteres Medium (größere Brechzahl) wird der Lichtstrahl zum Lot hin gebrochen. Geht man den umgekehrten Weg vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium n2 < n1, wird der Strahl vom Lot weg gebrochen (ϕ1 => ϕ2). Bild 2.2 Brechung und Reflexion 2.2.2 Reflexion Wird ein Lichtstrahl reflektiert, so ist der Einfallswinkel ϕ1 gleich dem Ausfallswinkel ϕ’. 1 2.2.3 Totalreflexion Lässt man den Einfallswinkel ϕ1 immer größer werden, so verläuft der gebrochene Strahl ϕ2 zunehmend flacher und verschwindet schließlich ganz in der Grenzlinie. Für den Sonderfall, dass kein Licht mehr das Medium 1 verlässt, spricht man von der Totalreflexion. Dieser Winkel wird als Grenzwinkel ϕGrenz der Totalreflexion bezeichnet. 16 3 Lichtwellenleiter 3.1 Aufbau und Arbeitsweise Um in einer Glasfaser ein optisches Signal zu führen, benötigt man einen lichtleitenden Kern und darum einen Mantel mit etwas niedrigerem Brechungsindex. Das Signal wird durch Totalreflexion zwischen Kern- und Mantelmaterial geführt. Basismaterial für Kern und Mantel ist Quarz (SiO2). Die Informationsübertragung geschieht innerhalb der Glasfaser durch Licht im infraroten Bereich. Für die Lichtausbreitung müssen einige Randbedingungen erfüllt sein: - der Kernbrechungsindex muss größer als der Mantelbrechungsindex sein - das Material von Kern und Mantel muss eine homogene und gleichförmige Struktur aufweisen - die Einkopplung des Lichtes auf die Faserstirnfläche muss unter einem Winkel erfolgen, welcher kleiner als der maximale Öffnungswinkel (Akzeptanzwinkel) ist. Primär Coating Mantel: nM Kern: nK > nM Mantel: nM Bild 3.1 Prinzip des Lichtwellenleiters Es existieren zwei verschiedene Fasertypen: Multimode (MM) für kürzere Entfernungen bis max. 5 km (für LAN-Bereich) mit LED-Lichtquellen und Singlemode (SM) für Entfernungen bis >100 km (Kabelfernsehen und Telekommunikation) mit LD (Laser)-Lichtquelle. 17 Unter Moden versteht man die Lichtwellen, die sich im Lichtwellenleiter unter verschiedenen Eintrittswinkeln ausbreiten. Bei der Multimodefaser breiten sich verschiedene Lichtmoden aus, die etwas unterschiedlich lange Wege durch die Faser zurücklegen. Hierdurch entstehen Laufzeitunterschiede, welche zu einer Impulsverbreiterung am Faserende führen. Diese „Verschmierung“ des Signals nennt man Modendispersion. Bei der Singlemodefaser kann sich nur ein Mode ausbreiten, wodurch die Modendispersion vermieden wird. Weiter unterscheidet man zwischen Stufenindex und Gradientenindex. Grundsätzlich können drei verschiedene Fasertypen unterschieden werden: 1. Multimode-Gradientenfaser (Mehrmodenfaser) 2. Singlemodefaser (Einmoden- oder Monomodefaser) 3. Multimode-Stufenfaser (Mehrmodenfaser) 3.1.1 Multimodefaser Gradientenindex Mehrmodenfaser Eingangsimpuls Mantel Kern Ausgangsimpuls · Bandbreite > 1 GHz·km · geringe Impulsverbreitung · für mittlere Strecken > 1 km · Dämpfung: klein Bild 3.2 Multimode-Gradientenfaser Hier können sich mehrere Moden ausbreiten. Die Ausbreitung erfolgt in einer Art Sinusform durch den Kern. Da sich die Moden durch den unterschiedlichen Brechzahlverlauf im äußeren Teil des Faserkerns schneller ausbreiten, ergeben sich keine Laufzeitunterschiede. 18 3.1.2 Singlemodefaser Stufenindex Einmodenfaser Eingangsimpuls Mantel Kern Ausgangsimpuls · Bandbreite > 10 GHz·km · keine Impulsverbreitung · für lange Strecken > 100 km · Dämpfung: sehr gering Bild 3.3 Singlemodefaser Die Singlemodefaser wird manchmal auch als Einmoden- oder Monomodefaser bezeichnet. Hier kann sich nur ein Mode ausbreiten. Die Pegeldämpfung ist geringer als bei der Multimode-Ausführung. Anwendungen mit Singlemode sind teurer und werden für größere Strecken verwendet. Die Kosten von Multimode-Kabeln betragen nur ca. 1/3 der Kosten von Singlemode-Kabeln. 3.1.3 Multimodestufenfaser Hier erfolgt die Lichtausbreitung ebenfalls über mehrere Moden. Diese Moden breiten sich im Gegensatz zur Gradientenfaser zickzackförmig im Faserkern aus. Die dadurch stark auftretende Modendispersion begrenzt die Übertragungsbandbreite auf ca. 100 MHz x km. Diese Ausführung wird hauptsächlich bei Kunststofffasern verwendet. Stufenindex Mehrmodenfaser Eingangsimpuls Mantel Kern Ausgangsimpuls · Bandbreite > 100 MHz·km · starke Impulsverbreitung · für kurze Strecken < 500 m · Dämpfung: mittelhoch Bild 3.4 Multimode-Stufenfaser Lichtwellenleiter mit Kunststoffkern sind sehr preiswert, werden jedoch aufgrund der hohen Dämpfung nur für kurze Strecken eingesetzt. Anwendung findet die Kunststoffaser z.B. in der KFZ- und Flugzeug-Technik. 19 3.2 Optische Eigenschaften einer Glasfaser Während der Lichtleitung in der Glasfaser wird die Strahlung von der Faser und ihren Eigenschaften beeinflusst. Die wichtigsten Größen sind hierbei: Numerische Apertur sind hierbei: Dämpfung sind hierbei: Dispersion 3.2.1 Numerische Apertur Mit dem Brechungsgesetz an der Stirnfläche und dem Grenzwinkel der Totalreflexion in der Faser ergibt sich ein maximaler Einstrahlwinkel ϕ, bei dem die Lichtstrahlen im Kern geführt werden können. Dieser Winkel wird als Akzeptanzwinkel θ bezeichnet. Bild 3.5 Akzeptanzwinkel Unter dem Sinus des Akzeptanzwinkels θ versteht man die numerische Apertur NA. Je größer dieser Wert ist, desto mehr Leistung kann in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt werden. mit nK = Brechzahl opt. Kern M mit nM = Brechzahl opt. Mantel mit n0 = Brechzahl außerhalb der Faser Typische Werte sind 0,2 bis 0,3. 20 3.2.2 Dämpfung Die Dämpfung ist die Verminderung der optischen Signalleistung, verursacht vorwiegend durch Streuung, Absorption sowie Verluste in Steck- und Spleißverbindungen. Sie ist abhängig von der Wellenlänge. Die Einheit ist das Dezibel [dB]. Aus der Dämpfung ergibt sich der Dämpfungskoeffizient. Hierunter versteht man die auf eine LWLLänge bezogene Dämpfung eines gleichförmigen Lichtwellenleiters. Einheit [dB/km]. mit P1 = eingekoppelte Lichtleistung in µW mit P2 = ausgekoppelte Lichtleistung in µW Bsp: Eine Dämpfung von 3 dB bedeutet: die Ausgangsleistung ist gleich der halben Eingangsleistung. Die Rayleigh-Streuung wird durch Dichteschwankungen und Inhomogenitäten im Material verursacht. Durch Verunreinigungen durch Metall- und OH-Ionen entstehen Dämpfungsmaxima. Die Dämpfung wird für größere Wellenlängen geringer. Für die Übertragung in der Glasfaser gibt es bestimmte Bereiche, auch Fenster genannt, in welchen sich ein Dämpfungsminimum befindet. Diese Fenster liegen bei ca. 850 nm (1. Fenster), 1300 nm (2. Fenster) und bei 1550 nm (3. Fenster). Die Wahl eines der drei Fenster in einem Lichtwellenleitersystem ist sehr stark vom Preis der optoelektronischen Bauelemente abhängig. „Kurze“ Wellenlängen (LED; 850 und 1300 nm) werden für kurze Entfernungen eingesetzt. „Lange“ Wellenlängen (LD; 1310 und 1550 nm) werden für große Entfernungen eingesetzt. Bild 3.6 Spektraler Dämpfungsverlauf siehe nächste Seite 21 Bild 3.6 Spektraler Dämpfungsverlauf 3.2.3 Dispersion Unter Dispersion versteht man die Größe, welche die Laufzeitunterschiede zwischen den einzelnen Moden in dem Lichtwellenleiter beschreibt. Die Auswirkung liegt in der Reduzierung der Übertragungsbandbreite durch Pulsverformung (Verschmierung zweier Impulse mit zunehmender Faserlänge). Man unterscheidet zwischen der Moden-, Material- und Wellenleiterdispersion. Die Modendispersion entsteht durch Laufzeitunterschiede der einzelnen Moden, die Materialdispersion durch die Wellenlängenabhängigkeit der Brechzahl. Die Wellenleiterdispersion ist die Dispersion, die bei wellenlängenunabhängigen Materialparametern die Abhängigkeit der Gruppenlaufzeit eines einzelnen Modus von den Abmessungen des LWL und der Wellenlänge beschreibt. Die Material- und Wellenleiterdispersion lässt sich zusammenfassen zur chromatischen Dispersion. 22 4 Lichtwellenleiter-Kabel 4.1 Herstellungsverfahren von Fasern Die Fasern der gebräuchlichsten LWL bestehen aus Quarzglas, das in Form von Quarzsand und Gesteinen in der Erdkruste in großen Mengen vorhanden ist. Um diesen Quarz zur Herstellung von Fasern verwenden zu können, muss er jedoch hochrein sein. Die hierzu verwendeten chemischen und physikalischen Verfahren zur Reinigung sind sehr aufwendig und technisch anspruchsvoll. Um bestimmte Brechungsindizes zu erreichen, werden anschließend Fremdstoffe (wie z.B. Fluor, Germaniumdioxid usw.) hinzugefügt; diesen Vorgang nennt man Dotierung. Die Herstellung einer Glasfaser erfolgt in zwei Stufen: die Realisierung einer Vorform, z.B. mit Hilfe eines Drehbanksystems und das Ausziehen der Vorform zu einer Faser durch Einsatz einer Faserziehanlage. Beim Ausziehen wird nach dem Abkühlen die erste Schutzschicht, das Primär Coating, aufgebracht. Das “Coating” macht die Faser flexibel und biegsam. Fehlt diese Schicht oder wird diese Schicht entfernt, bricht die Glasfaser schon bei der geringsten Biegung. Abschließend kann noch eine farbige Kennzeichnung erfolgen, die für mehradrige Kabel sinnvoll ist. Die erreichbare Kabellänge beträgt etwa 2000 m pro Segment. 4.1.1 Mögliche Fehlerquellen in LWL-Kabeln - Mikrobiegung - Toleranz von Mantel- und Kerndurchmesser, es wird z.B. eine Faser an der unteren Toleranzschwelle (Faserdurchmesser d=122 µm) in einem großen Stecker schlecht zentriert. - Materialfehler: Einschluss von z.B. Schmutzpartikeln, Luftblase am Rand (Lichtaustritt), Strukturveränderung - Verengung durch schlechte Spleißverbindung - Kerbe (Bruchgefahr) - Kratzer auf den Stirnflächen usw. 23 Alle vorher genannten Fehler oder Störstellen führen zu einer verstärkten Dämpfung des Signals. 4.2 Anforderungen Eine der wichtigsten Anforderungen an das LWL-Kabel besteht darin, die Faser vor äußeren Einflüssen zu schützen. In erster Linie handelt es sich hierbei um mechanische Belastungen, die z.B. beim Verlegen, bei der Montage usw. auftreten können. Durch den Kabelaufbau und die Beschichtung wird jedoch verhindert, dass bei normalem Gebrauch ein Schaden an der Faser entstehen kann. Nachfolgend einige Anforderungen an ein Kabel: - mechanischer Faserschutz (Stütz- bzw. Zugelement, Nagetierschutz, Ummantelung, Armierung usw.) - Erhaltung der optischen Eigenschaften - Montagefreundlichkeit - lange Lebensdauer 4.3 Aufbau von LWL-Kabeln Die beschichteten Einzelfasern werden zu Adern verarbeitet. Hierbei wird in verschiedene Typen unterteilt. Einige Beispiele: Vollader Hohlader Faserkern Faser 125 µm ∅ Primär-Coating 250 µm ∅ Primär-Coating 250 µm ∅ Sekundär-Coating 1 mm ∅ Füllmasse Kunststoff-Schutzröhrchen 1,4 mm ∅ Bündelader Faser 125 µm ∅ Primär-Coating 250 µm ∅ Füllmasse Kunststoff-Schutzröhrchen 3 mm ∅ 24 - Vollader: Die Faser ist von einer festen Umhüllung aus Kunststoff umgeben. - Hohlader ungefüllt: Ein Leiter ist mit Kunststoff lose umhüllt. Die Umhüllung kann aus einer oder mehreren Schichten bestehen. Der Hohlraum innerhalb der Hülle ist ungefüllt. - Hohlader gefüllt: Entspricht dem Aufbau der ungefüllten Hohlader mit dem Unterschied, dass der Hohlraum mit gelartiger Masse gefüllt ist. Diese verhindert im Fall einer Beschädigung der Hülle das Eintreten von Wasser (Feuchtigkeit). - Bündelader ungefüllt: 2 bis 48 Lichtwellenleiter sind gemeinsam mit Kunststoff lose umhüllt. Zur Unterscheidung der LWL sind diese unterschiedlich eingefärbt. Die Umhüllung kann aus einer oder mehreren Schichten bestehen. Der Hohlraum innerhalb der Hülle ist ebenfalls ungefüllt. - Bündelader gefüllt: Aufbau wie ungefüllte Bündelader, jedoch mit Gelfüllung. 4.4 Allgemeine Daten eines Lichtwellenleiters Einige wichtige Begriffe für die Charakterisierung eines Kabels (eine ausführliche Beschreibung ist in der Norm DIN VDE 0888 vorhanden): Mechanische Daten - Kerndurchmesser in µm - Manteldurchmesser in µm - Art der Beschichtung - Faserart (Multimode, Singlemode) Optische Daten - Dämpfungskoeffizient in dB/km - numerische Apertur - Bandbreite-Länge-Produkt in MHz x km 25 4.5 Kabelkurzzeichen nach DIN VDE 0888, Teil 3 Aufbau LG Lagenverseilung BD Bündelverseilung u unverseilt Dispersionskoeffizient in ps (nm • km) bei Einmodenfasern oder Bandbreite in MHz für 1 km für Mehrmodenfasern Wellenlänge B 850 nm bei Mehrmodenfasern F 1300 nm bei Mehrmodenfasern F 1310 nm bei Einmodenfasern H 1550 nm bei Einmodenfasern Dämpfungskoeffizient in dB/km Manteldurchmesser in µm Felddurchmesser in µm bei Einmodenfasern Kerndurchmesser in µm bei Merhmodenfasern Bauart E G Einmodenfaser Glaskern/Glasmantel Mermodenfaser Glaskern/Glasmantel Anzahl der Fasern bzw. Anzahl der Bündeladern x Anzahl der Fasern je Bündelader B BY B2Y 2Y (L)2Y (ZN)2Y (ZN)(L)2Y F S W D Bewehrung Bewehrung mit PVC-Schutzhülle Bewehrung mit PE-Schutzhülle PE-Mantel Schichtenmantel au AI-Band und PE PE-Mantel mit nichtmetallenen Zugentlastungselementen Schichtenmantel au AI-Band und PE mit nichtmetallenen Zugentlastungselementen Füllmasse zur Füllung der Verseilhohlräume in der Kabelseele metallenes Verseilelement Hohlader Bündelader (ZS) metallenes Zug-/Stützelement in der Kabelseele Produktbezeichnung A-Aussenkabel 26 Die Kabeltypen werden nach ihrer Anwendung bezeichnet: z.B. Innen-, Außen-, Fern-, Seekabel usw. Ein ebenfalls gebräuchlicher Kabeltyp ist das Breakout-Kabel. Hier sind mehrere Einzelkabel - meist Volladern mit eigener Zugentlastung - zusammengefasst und verseilt. Sie können sehr leicht aufgeteilt und direkt vor Ort mit einem Stecker versehen werden. Daher sind sie im Innenbereich mehr und mehr anzutreffen. 4.6 Übersichtstabelle von verschiedenen Fasertypen: LWL-Typ Durchmesser optischer Kern Durchmesser optischer Mantel Durchmesser Primär Coating Dämpfung bei a) 850 nm b) 1300 nm c) 650 nm d) 1550 nm Bandbreite bei Numea) 850 nm rische b) 1300 nm Apertur c) 650 nm Multimode-Stufenfaser: 980/1000 0,98± 1,0± 2,2± Kunst- 0,06 mm 0,06 mm 0,07 mm stoff Kunstst. Kunstst. PE c)≤12dB/50 m c)100 m: 2 MHz 0,47 40 m: 12 MHz ±0,03 0,5 m: 40 MHz Multimode-Gradientenfaser: 50/125 50±3 µm 125±3 µm Quarzglas Quarzglas 62,5/125 62,5±4 µm 125±4 µm Quarzglas Quarzglas 250±15 µm UV-Acrylat 250±15 µm UV-Acrylat a)≤2,6 dB/km b)≤0,9 dB/km a)≤3,2 dB/km b)≤0,9 dB/km a)≥400 MHz·km b)≥800 MHz·km a)≥160 MHz·km b)≥500 MHz·km 0,2 ±0,02 0,27 ±0,015 Singlemodefaser: Dispersion 9/125 9,6±0,4 µm 125±1 µm 250±15 µm b)≤0,36 dB/km ≤3,5 ps/nm·km bei 1300 nm Quarzglas Quarzglas UV-Acrylat d)≤0,2 dB/km ≤18 ps/nm·km bei 1550nm 27 4.7 Vergleich zweier Fernkabel Cu/LWL Beide Kabel können ca. 100.000 Telefongespräche gleichzeitig übertragen. Koaxial-Fernkabel Glasfaserkabel Außendurchmesser: 83 mm 18 mm Gewicht: 5 kg/m 300 g/m Verstärkerabstand: 1,5 - 4,5 km bis zu 400 km 5 Baugruppen u. Komponenten von LWL-Netzen 5.1 Sende- und Empfangsbausteine 5.1.1 Optische Sender Das Sendeelement ist ein sogenannter Elektro-optischer Wandler (E/O), der elektrische in optische Signale umsetzt. Als Lichtquellen kommen in Frage: - Leuchtdiode (Lumineszensdiode, LED) - Laserdiode 5.1.2 Optische Empfänger Um das Signal aus dem Lichtwellenleiter weiterzuverarbeiten, muss das optische Signal in ein elektrisches Signal umgesetzt werden. Als Opto-elektronischer Wandler (O/E) dient normalerweise eine Photodiode mit deren schneller Ansprechzeit. Beim Auskoppeln aus der Faser auf die Photodiode treten kaum Verluste auf, da der lichtempfindliche Teil ausreichend groß ist, um die volle Leistung aufzunehmen. Deshalb können diese Verluste normalerweise vernächlässigt werden. Die beiden Wandlertypen (E/O und O/E) sind in Halbleitertechnik ausgeführt und müssen auf die benutzte Wellenlänge hin abgestimmt werden. 28 Spektrale Empfindlichkeit von Photodioden Silizium (Si)-Diode 400 nm…1100 nm Germanium (Ge)-Diode 800 nm…1800 nm Indium-Gallium-Arsenid-Diode 800 nm…1800 nm 5.1.3 Leistungsspektrum einer Lichtquelle Die Bandbreite des Übertragungssystems ist abhängig von der Impulsverbreiterung und somit auch von der spektralen Breite des Senders. Man spricht hier von der spektralen Halbwertsbreite ∆f . Bild 5.1 Spektrale Halbwertsbreite Kriterium spektrale Halbwertsbreite optische Leistung Bandbreite Ansprechgeschwindigkeit Preis LED 850 nm 50 nm <50 µW <100 MHz langsam t=10 ns niedrig Laserdiode 1310 nm 3 nm >1 mW >1 GHz schnell t=1 ns hoch Tabelle 5.1 Einige Kenngrößen von Signalquellen 29 5.2 Optische Übertragungssysteme Bei der optischen Informationsübertragung wird ein aufbereitetes elektrisches Signal in ein optisches Signal, d.h. in eine Folge von Lichtpulsen, umgewandelt. Das Licht wird in einen Lichtwellenleiter eingespeist und zum Empfangsort übertragen. Der Empfänger wandelt das optische Signal wieder in ein elektrisches um. Das nachfolgende Bild zeigt das Prinzip eines optischen Übertragungssystems mit (Bild 5.2.a) und ohne Zwischenverstärker (Bild 5.2.b). Bild 5.2 a,b Optische Übertragungsstrecke Zur Realisierung gebrauchsfähiger Übertragungsstrecken benötigt man weitere Komponenten wie z.B. LWL-Stecker, Koppler, Rangierfelder, Spleißablagen usw. 30 5.3 Verbindungstechnik Grundsätzlich unterscheidet man drei Arten von Verbindungen, lösbare und nicht lösbare bzw. bedingt lösbare Verbindungen. Kenngröße lösbar bedingt lösbar nicht lösbar Dämpfung in dB >0,1 bis 1 >0,1 bis 0,5 <0,1 Rückflussdämpfung <45 für Singlemode <40 <60 in dB <35 für Multimode Feldmontage wiederholtes Trennen und Verbinden geeignet geeignet sehr einfach, kein quali- einfach, qualifiziertes fiziertes Personal und Personal und einfache keine Ausrüstung Ausrüstung erforderlich erforderlich Zuverlässigkeit gut geeignet aufwendig, qualifiz. Personal und hochwertige Ausrüstung erforderlich einsatzabhängig keine ca. 1000 Steckzyklen gesicherte Aussage sehr hoch Lebensdauer hoch Kosten für Erst- hoch mittel sehr hoch hoch sehr gering gering hoch mittel niedrig hoch montage Kosten für wiederholtes Trennen und Verbinden Kosten für die Montageerstausrüstung Tabelle 5.2 Vergleich der Kenngrößen von LWL-Verbindungen Werden Lichtwellenleiter miteinander verbunden, treten Verluste an den Kopplungsstellen auf. Dabei sind faserbedingte „intrinsische“ und verbindungsbedingte „extrinsische“ Verluste zu unterscheiden. Faserbedingte Verluste sind z.B. unterschiedliche Kernradien, unterschiedliche Brechzahlprofile, Exzentrizität des Kerns usw. Verbindungsbedingte Verluste sind z.B. Verluste an den Stirnflächen (Reflexion, Rauigkeit), Winkelfehler, radialer Versatz usw. 31 5.3.1 Stecker - lösbare Verbindung Im Bereich der LWL-Technik gibt es kein einheitliches Stecksystem. Ein Stecksystem hat nur Stecker bzw. Steckerstifte, jedoch keine Kupplungen. Die Verbindung wird über Führungshülsen (Mittelstücke) hergestellt, welche die Stecker äußerst genau ausrichten. Einige Anforderungen an lösbare Steckverbindungen: - niedrige Einfügedämpfung: < 0,5 dB - hohe Rückflussdämpfung: > 55 dB - leichte und schnelle Montage - hohe Zahl an Steckzyklen - gleiches Steckverbinder-System für unterschiedliche Netze Gebräuchliche Steckverbinder sind u.a.: (F)-SMA; LSA (DIN); ST; FC/PC; SC; E2000 - F(Fiberoptic)-SMA: kommt aus der HF-Kupfer-Stecktechnik, dies war der erste Stecker auf dem Markt. Diese Ausführung wird nur noch für Multimode-Anwendungen, jedoch nicht mehr für Neuinstallationen verwendet. - LSA (DIN): Lichtwellenleiter Steckverbinder Version A nach Norm DIN 47256 - FC/PC: Fiber Connector/Physical Contact, hier handelt es sich um das japanische Pendant zum LSA-Stecker - SC: (für LAN-Anwendungen) Der Subscriber Connector funktioniert nach dem „Push-Pull“- Prinzip 32 - ST-Verbindungen (für LAN-Anwendungen) (Straight Tip – entwickelt von AT&T) - E2000: Steckverbindung mit integriertem Laserschutz und sehr guten technischen Daten Viele Anschlussgeräte haben schon eingebaute Anschlüsse mit konfektionierten Steckern. Hier können Adapter verwendet werden, d.h. verschiedene Systeme können ohne Probleme miteinander verbunden werden (z.B.: ST - Glasfaser - SC). 5.3.2 Fingerspleiß - bedingt lösbare Verbindung Der Finger- oder mechanische Spleiß wird an Stellen eingesetzt, wo ein Steckverbinder unbrauchbar, ein fester Spleiß aber unwirtschaftlich ist, weil die Verbindung hin und wieder gelöst werden muss. Er findet z.B. im Bereich der Labormesstechnik durch die relativ einfache Herstellung eine breite Anwendung. 5.3.3 Schmelzspleiß - unlösbare Verbindung Die nicht lösbaren Verbindungen von Lichtwellenleitern werden hauptsächlich im Langstreckenbereich eingesetzt. Die dauerhaften Verbindungen werden bei der Installation der Kabelanlage einmal hergestellt und während der gesamten Betriebsdauer nicht mehr verändert. Forderungen nach einer hohen Langzeitstabilität und geringen optischen Verlusten sind bei diesen Verbindungen besonders hoch. Es gibt zwei Arten von Spleißen: Klebespleiß und Schmelzspleiß: Die Ausführung in Klebetechnik mit transparentem Kleber (Anpassung der Brechzahl) benötigt nur einen geringen Aufwand an Geräten und ist sehr einfach herzustellen. Diese Art der Verbindung findet auch Verwendung bei Kunststoff-Fasern. 33 Mit der Ausführung durch Lichtbogenschweißung (Schmelzspleiß oder Fusionsspleiß) erzielt man die beste Verbindung durch niedrigste Dämpfungswerte. Die Werkzeugkosten (Spleißgerät) sind dagegen sehr hoch. 6 LWL-Strecken (Planung und Verlegungshinweise) 6.1 Planung Zur Planung eines Übertragungssystems mit LWL muss man sich in erster Linie Gedanken um die zu überbrückende Strecke machen. Die nachfolgende Tabelle gibt hierzu eine kleine Hilfe: Übertragungsdistanz Datenrate Fasertyp bis 50 m bis 2 km bis 20 km bis 100 kBits/s bis 10 MBits/s bis 100 MBits/s bis 200 km bis 1 GBits/s Kunststoffaser Multimode-Gradientenfaser Multimode-Gradientenfaser oder Singlemodefaser Singlemodefaser Tabelle 6.1 Übertragungsdistanz In der Praxis ist es aber nicht möglich, für jede Übertragungsstrecke den optimalen Fasertyp zu bestimmen. Vielmehr muss aus Gründen der Einheitlichkeit darauf geachtet werden, in einem ganzen System den gleichen Fasertyp zu verwenden. Zudem wird oft aus Gründen der Zukunftssicherheit ein höherwertigerer Fasertyp verwendet als unbedingt notwendig. So werden heute viele Netze mit Singlemodefaser realisiert, obwohl sich die aktuellen Übertragungsanforderungen ohne weiteres mit der heute noch günstigeren Multimode-Gradientenfaser realisieren ließen. 34 6.2 Leistungsbilanz oder Dämpfungsbudget Zur Planung des Systems sind anhand einer Leistungsbilanz nachfolgende Einflussgrößen zu beachten: - optische Ausgangsleistung des Senders - spezifische Dämpfung der Faser - zusätzliche Verbindungsstellen in der verlegten Strecke - Empfindlichkeit des optischen Empfängers Temperatureinfluss und Alterung der Halbleiterbauelemente 6.2.1 Berechnungsbeispiel Bild 6.1 Übertragungsstrecke Für das Berechnungsbeispiel wird folgende Übertragungsstrecke angenommen: ein Sender mit Anschlusskabel (Pigtail) und Stecker, eine LWL-Strecke von 8 km (4 Segmente à 2 km) und ein Empfänger mit Anschlusskabel und Stecker. Dies ergibt insgesamt 5 Spleiß- und 2 Steckverbindungen. Die Dämpfung der beiden Pigtails könnte, da sehr klein (im allgemeinen < 0,1 dB), vernachlässigt werden. Weiter werden folgende Werte angenommen: Spleißdämpfung: Asp = 0,1 dB Steckerdämpfung: ASt = 0,5 dB Dämpfung der Multimodefaser (62,5/125) bei 1300 nm: αL = 0,9 dB/km 35 Dämpfung je Pigtail: APt = 0,05 dB Dämpfungsreserve: αRes = 0,4 dB/km Die angenommene Sendeleistung beträgt Ps = -4 dBm. In jedem System muss eine gewisse Reserve eingeplant werden, um Schwankungen der Leistungsparameter auszugleichen bzw. um kleine Erweiterungen oder Vergrößerungen der Strecke ohne große Neuinstallation durchführen zu können. Hieraus berechnet sich die Dämpfung der Übertragungsstrecke AK aus der Summe der einzelnen Dämpfungen: AK = αL x 8 km + αRes x 8 km + 5 x ASp + 2 x ASt + 2 x APt Für die Streckendämpfung ergibt sich incl. der eingeplanten Reserve ein Wert von AK = 12 dB. Bei der angenommenen Sendeleistung von Ps = -4dBm errechnet sich die minimale Leistung am Empfänger Pe wie folgt: Pe = Ps - AK = -16 dBm, d.h. die Empfängerempfindlichkeit muss ≤ -16 dBm sein. Die optische Leistung wird wahlweise in zwei verschiedenen Einheiten angegeben: dBm und µW. Die nachfolgende Skala ermöglicht eine schnelle Umrechnung. Bild 6.2 Umrechnungsskala dBm in µW 36 6.3 Einige Verlegungshinweise An Verbindungsstellen sind die Kabel bzw. die einzelnen Fasern mit einer Reserve auszulegen. Diese Reserve (etwa 2 m…4 m) wird für das Herstellen der Verbindung oder für Reparaturspleißungen benötigt. Die nach dem Spleißen bestehende Überlänge wird üblicherweise in einer Spleißkassette aufgerollt bzw. eingelegt. Die Verlegung von LWL-Außen- und Innenkabeln muss unter strikter Einhaltung der Herstellerhinweise erfolgen. Bei Stauchung oder Überdehnung der Fasern können sonst außer Sofortschäden auch Langzeitschäden auftreten. 7 Messungen an LWL-Netzen Nach dem Aufbau, dem Umbau oder auch der Instandsetzung eines LWL-Systems ist das Messen und Testen enorm wichtig, um sicherzustellen, dass die Leistung des Netzwerks einheitlich und zufriedenstellend ist. Die Messergebnisse drücken in Zahlen die Netzqualität aus, decken Systemfehler auf und klären Fehlerursachen, speziell wenn Produkte unterschiedlicher Lieferanten eingesetzt wurden. Regelmäßige und korrekt durchgeführte Messungen erhöhen die Langlebigkeit des Systems, minimieren Ausfallzeiten und Wartungsaufwand und erleichtern Erweiterungen oder die Neukonfiguration des Systems. Die wichtigsten zu erfassenden Messparameter eines LWL-Systems sind: - Dämpfung der LWL-Strecke - Absolute Pegel am System - Empfänger-Empfindlichkeit - Bandbreite des Gesamtsystems 37 7.1 Dämpfung, lokaler Dämpfungsverlauf Zur Basisausrüstung des Installateurs gehört ein Leistungspegelmessgerät und eine stabilisierte Lichtquelle. Die Gesamtdämpfung kann man mit diesen beiden Messgeräten sehr schnell und genau messen. Eine Auswahl der beiden Messgeräte bzw. der Geräte allgemein ist von dem verwendeten Kabel bzw. von der Anwendung abhängig (Singlemode - Multimode, verwendete Wellenlänge, Kabel, usw.). Die nachfolgende Skizze zeigt den schematischen Messaufbau. Bild 7.1 Messung einer LWL-Strecke Dämpfungsmessung an Kabeln und Steckverbindern werden nach der Messvorschrift IEC-Norm 61300-3-4 vorgenommen. Weil die Dämpfung von LWL-Systemen in beiden Übertragungsrichtungen im allgemeinen nicht gleich ist, misst man in beide Richtungen. Als Gesamtdämpfung wird aus den beiden Messwerten das arithmetische Mittel gebildet. Im Telekommunikationsbereich wird grundsätzlich in beide Richtungen gemessen. Bei der Messung von Pegeln oder Dämpfungen an optischen Verbindungen oder von optischen Kabeln muss immer der konkrete Anwendungsfall einbezogen werden. Entscheidend ist in erster Linie, welche Dämpfung gemessen werden soll: die einer Steckverbindung, eines kompletten Kabels oder die Dämpfung eines Pigtails. 38 7.2 Durchführung der Einfügedämpfungsmessung nach IEC 61300-3-4 Die Dämpfung eines optischen Bauteils soll gemessen werden. Dazu wird zunächst eine Referenzmessung durchgeführt und dann die gesuchte Einfügedämpfung ermittelt. In der nachfolgenden Beschreibung wird als Prüfling ein konfektioniertes Anschlusskabel verwendet. Notwendige Messmittel: • Stabilisierte Lichtquelle SLS-115/135 • Optisches Leistungsmessgerät OPM-115 mit Multimeter • 2 Messkabel • 2 Messkupplungen SLS Lichtquelle OPM Leistungsmessgerät Bild 7.2 Messaufbau Das Multimeter mit dem Leistungsmessgerät OPM-115 zeigt einen absoluten Messwert in dBm an. Das Multimeter wird auf Relativmessung umgeschaltet. In der Anzeige erscheint 0.00 mV. Dies entspricht einem Messwert von “0.00 dB”. 39 Bild 7.3 Anzeige Referenzmessung 0.00 mV Nun den Prüfling zwischen Lichtquelle und Leistungsmessgerät einfügen. Bild 7.4 Einfügedämpungsmessung nach Methode 6 SLS Lichtquelle OPM Leistungsmessgerät Die Einfügedämpfung kann jetzt direkt am Multimeter abgelesen werden. -0.83 Bild 7.5 Anzeige der Einfügedämpfung mV In unserem Beispiel beträgt der gemessene Wert -0.83 dB. 7.3 Rückstreumessung - OTDR Außer den Durchgangs- und Dämpfungsmessgeräten werden auch OTDRs (engl.: Optical Time Domain Reflectometer - dt.: Optisches Zeitbereichs-Reflektometer) verwendet, um den genauen Verlauf einer Verbindung aufzuzeichnen und den jeweiligen Signalverlust zu messen. OTDRs erlauben anhand einer optischen Darstellung die 40 Lokalisierung von Fehlern und Störstellen wie Spleißungen, Steckern und Fehlerstellen durch unsachgemäße Verlegung oder Materialfehler. Das OTDR arbeitet auf der Grundlage der optischen Rückstreumessung (Rayleigh-Streuung). Es sendet Lichtimpulse über eine Faser und misst das reflektierte Licht. Die Intensität des rückgestreuten Lichts ist ein Maß für die im Lichtwellenleiter vorliegende Dämpfung. Dazu benötigt man nur den Zugang zu einem Faserende. Bild 7.6 zeigt eine prinzipielle Messkurve mit verschiedenen Ereignissen. Treten auf der LWL-Strecke sehr starke Reflexionen durch Fehler (z.B. bei Steckverbinder „B“) auf, wird der Empfänger des OTDR übersteuert. Das Messgerät kann eine Zeit lang keine Messwerte mehr registrieren, man spricht hier von der Totzone. Nach dem Faserende wird nur noch ein Rauschsignal empfangen. A: Sendeimpuls, Totzone B: Steckverbinder C: Fusionsspleiß oder zu enger Biegeradius D: Mechanischer Spleiß E: Faserende, Faserabschluss, Faserbruch F: Cursor Bild 7.6 Beispiel einer OTDR-Messkurve Das OTDR ist das vielseitigste Gerät unter den LWL-Messgeräten. Das Einsatzgebiet erstreckt sich von der Installation über die Systemabnahme, die Wartung bis zur Fehlerbeseitigung. Die über ein OTDR erhaltenen Informationen sind besonders hilfreich zur Ermittlung von Kabeltauglichkeit, von Verbindungs- und Anschlussverlusten und zur Erstellung einer Dokumentation über 41 das LWL-Netz. Mit der zugehörigen Software können die Messwerte auf Festplatte oder Floppy-Disk abgespeichert und grafische Ausdrucke des Dämpfungsverlaufs erstellt werden. Für die Wartung einer LWL-Strecke kann zum Vergleich der aktuellen Messwerte eine Referenzkurve mit z.B. den bei der Installation ermittelten Messwerten geladen werden. Ein OTDR ist auch geeignet für „Online“-Überwachungen während dem laufenden Betrieb eines LWL-Systems. 7.4 Hilfsgerät – LWL-Telefon Sprechsets oder LWL-Telefone werden von Technikern eingesetzt, um sofort über die verlegten Glasfaserkabel zu kommunizieren. Die Reichweite beträgt bis ca. 20 km. Auch kann mit dem LWL-Telefon eine erste einfache Überprüfung der Glasfaserstrecke durchgeführt werden. 7.5 Durchgangsprüfung mit Fasertestgerät Einfache Durchgangsprüfungen und Fehlerortung an optischen Fasern und Komponenten können mit dem Fasertestgerät durchgeführt werden. Das sichtbare Laserlicht im Wellenlängenbereich von 635 nm und der Blinkmodus sorgen für eine gute Erkennung bei dem Einsatz des Fasertesters (siehe BEHAcom Fasertestgerät FFL-110). 42 8 BEHAcom - Produktinformation Lichtquellen SLS-115 und 135 • Stabile Mini-LED-Signalquellen zur Bestimmung von Dämpfungsverlusten einer Faserstrecke • SLS-115: 850 nm • SLS-135: 1300 nm • Einfache Bedienung • Hohe Stabilität und lange, netzunabhängige Betriebsdauer • Stromversorgung über 9-V-Blockbatterie • LOW-BAT-Anzeige BEHAcom Lichtquellen SLS-115 / SLS-135 Leistungsmessgerät OPM-115 BEHAcom Leistungsmessgerät OPM-115 Best.-Nr. 850210 • Optischer Leistungspegelmesser zur Messung von Dämpfungsverlusten einer Faserstrecke • Einfache Bedienung • Adapter für Digital-Multimeter (für die Messung wird ein vierstelliges Multimeter benötigt) • Kalibrierte Wellenlängenbereiche 850nm, 1310nm, 1550nm • Einsetzbar für Singlemode- und Multimode-Lichtwellenleiter • Stromversorgung über 9-V-Blockbatterie • LOW-BAT-Anzeige UNITEST Hexagon 340 UNITEST Digitales Multimeter Best.-Nr. 93488 • Spannungs-, Strom- und Widerstandsmessung • Kapazitäts- und Frequenzmessung • Dioden- und akustische Durchgangsprüfung • Temperaturmessung • MIN/MAX-, Relativ- und Spitzenwertmessung • Automatische und manuelle Messbereichswahl • Integrierter Messwertspeicher (Data Hold) • 50-Ω-Messbereich, 10-mΩ-Auflösung mit Abgleich der Messleitungen • Langzeitmessung in Verbindung mit einem Notebook/PC • Galvanisch getrennte IR/RS-232-Schnittstelle 43 BEHAcom LanTest 50 • Überprüfung von Verdrahtungsfehlern an LAN-Kabeln • Erkennung von Leitungsunterbrechungen, Kurzschlüssen, vertauschten und gekreuzten Paaren, Split Pairs (geteiltes Paar) • Prüfung der Schirmung • Einfache Bedienung durch einen einzigen Drucktaster • Grüne und rote LED’s zeigen eine Gut-SchlechtBewertung für jedes Kabelpaar • Zeigt Fehlercode für jedes Kabelpaar an • Anschlussmöglichkeit für RJ45 und BNC BEHAcom Lan Test 50 Best.-Nr. 870100 BEHAcom LanTest 100 • Überprüfung von Verdrahtungsfehlern an LAN-Kabeln • Erkennung von Leitungsunterbrechungen, Kurzschlüssen, vertauschten und gekreuzten Paaren, Split Pairs (geteiltes Paar) • Prüfung der Schirmung • Kabellängenmessung • Messbare Leitungslänge bis 350 m • Direkte Fehleranzeige für jede Verbindung • Verwendbar für UTP und STP • Anschlussmöglichkeit für RJ45 und BNC • Auto-Power-Off • Kabellängenmessung integriert BEHAcom LanTest 100 Best.-Nr. 870110 BEHAcom Messkoffer 4 Messgeräteset mit Multimeter für 850 nm und ST-Steckverbindung 1 St. Lichtquelle 850 nm SLS-115-T 1 St. Leistungspegelmessgerät OPM-115-T 1 St. Multimeter Hexagon 340 2 St. Messleitungen 1 St. Temperaturfühler 3 St. Batterie 9 V, IEC 6LR61 1 St. Schraubendreher 3 St. Bedienungsanleitungen 1 St. Tragekoffer BEHAcom Messkoffer 4 Best.-Nr. 859061 1 St. Schutzhülle für Multimeter 44 Lichtwellenleitertelefon OTS-210 • Telefon-Set zur Kommunikation über die verlegte Lichtwellenleiterstrecke • Lichtwellenleitertelefon für Multimodeanwendungen • Einfache Bedienung • Dig. Übertragung garantiert eine rauschfreie Verbindung • Sprachaktivierte Halb-Duplex-Kommunikation über Einzelfaser • Verschiedene Eingangssignalpegel einstellbar zur Unterdrückung von Umgebungsgeräuschen • Einstellbare Lautstärke • Stromversorgung über 9V-Blockbatterie BEHAcom Lichtwellenleitertelefon OTS-210 • Lange, netzunabhängige Betriebsdauer Best.-Nr. 850301 • Sehr kleines Gehäuse Fasertestgerät FFL-110 • Ein ideales Fasertestgerät zur Lokalisierung von Fehlerstellen einer Faserstrecke • Einfache Bedienung • Dauerbetrieb und Blinkbetrieb für erhöhten Kontrast • Laserlicht mit 635 nm für gute Sichtbarkeit • Universeller Adapter für 2,5-mm-Steckersystem • Einsetzbar für Singlemode- und Multimode-Lichtwellenleiter • Stromversorgung über 1,5-V-Microbatterien BEHAcom Fasertestgerät FFL-110 • Robustes Metallgehäuse Best.-Nr. 810800 • Reichweite max. 5 km BEHAcom easylan BEHAcom easylan • Überprüfung von LAN-Kabeln nach EN 50173, ISO 11801 und TIA/EIA 568 • Messfrequenz bis 300 MHz, Klasse E/CAT 6 • Messwertspeicher für bis zu 1700 Autotestergebnisse • Einzel- oder Autotest • Anschlussmöglichkeit für RJ 45 • Verwendbar für UTP, STP, SSTP • Haupttestnormen und Kabeltypen werksseitig einprogrammiert • Für Abnahmemessungen geeignet • Genauigkeitsklasse TIA/EIA 568 Level III • TDR-Messung für NEXT und Rückflussdämpfung Best.-Nr. 870070 • Messung von Fremdspannung 45 9 Anhang 9.1 Unfallverhütungsvorschrift bzgl. Laserstrahlung Für die Sicherheit des Personals bzw. Anwenders müssen in den verschiedenen Ländern die jeweils gültigen Sicherheitsbestimmungen bzgl. Laserstrahlung beachtet werden. In Deutschland sind dies die Unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossenschaften, es handelt sich hier um autonome Rechtsverordnungen. Die Anwendung und Durchführung wird von den Berufsgenossenschaften überwacht. Speziell für die Lichtwellenleitertechnik gilt die Unfallverhütungsvorschrift BGV B2 (bisher VBG 93) Laserstrahlung. Da die zugängliche Laserstrahlung gefährlich für das Auge und in besonderen Fällen auch für die Haut ist, müssen diese Vorschriften bzgl. Laserstrahlung beachtet werden. Im § 4 der BGV B2 (bisher VBG 93) erfolgt eine Klasseneinteilung von Lasereinrichtungen: 1. Klasse 1: Die zugängliche Laserstrahlung ist ungefährlich. 2. Klasse 2: Die zugängliche Laserstrahlung liegt nur im sichtbaren Spektralbereich (400 nm bis 700 nm). Sie ist bei kurzzeitiger Bestrahlungsdauer (bis 0,25 s) ungefährlich, auch für das Auge. 3. Klasse 3 A: Die zugängliche Laserstrahlung wird für das Auge gefährlich, wenn der Strahlungsquerschnitt durch optische Instrumente verkleinert wird. Ist dies nicht der Fall, ist die ausgesandte Laserstrahlung im sichtbaren Spektralbereich (400 nm bis 700 nm) bei kurzzeitiger Bestrahlungsdauer (bis 0,25 s), in den anderen Spektralbereichen auch bei Langzeitbestrahlung ungefährlich. 46 4. Klasse 3 B: Die zugängliche Laserstrahlung ist gefährlich für das Auge und in besonderen Fällen auch für die Haut. 5. Klasse 4: Die zugängliche Laserstrahlung ist sehr gefährlich für das Auge und gefährlich für die Haut. Auch diffus gestreute Strahlung kann gefährlich sein. Die Laserstrahlung kann Brand- oder Explosionsgefahr verursachen. Lasereinrichtungen müssen den Klassen 1 bis 4 zugeordnet und entsprechend gekennzeichnet sein. Weiter steht in § 8 - Schutzmaßnahmen beim Betrieb von Lasereinrichtungen: “Der Unternehmer hat durch technische oder organisatorische Maßnahmen dafür zu sorgen, dass eine Bestrahlung oberhalb der maximal zulässigen Bestrahlung, auch durch reflektierte oder gestreute Laserstrahlung, verhindert wird”. 47 9.2 Technische Formeln Akzeptanz- Θ = arcsin winkel: nK = Brechzahl des Kerns nM = Brechzahl des Mantels Bandbreite: B = 0,441 mit ∆T = Dispersion in ps ∆T Brechzahl: mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medium cM und cO = 300.000 km/s P2 Dämpfung: A(λ) = -10log — in dB mit P2 < P1 (Leistung an P1 der Querschnittsfläche 1 bzw. 2) PWatt PdBm(λ) = 10log — 1mW Dämpfungs- α(λ) = A(λ) — L koeffizient: Dispersion: ∆T = t in dB/km mit L = Abstand zwischen der Querschnittsfläche 1 und 2 t 1 mit t1 = Halbwertsbreite des Sendeimpulses und t2 = Halbwertsbreite des Eingangsimpulses λ Material- M (λ) = — cO dispersionsparameter: Numerische NA = nOsinθ = Apertur: in ps / (nm x km) M 1 Wellenlänge:c = fλ = — λ mit c: T λ: f: T: 48 mit nK = Brechzahl opt. Kern, nM = Brechzahl opt. Mantel nO = Brechzahl außerh. d. Faser Ausbreitungsgeschwindigkeit Wellenlänge Frequenz Periodendauer 9.3 Hinweise auf Normen DIN 40146 Begriffe der Nachrichtenübertragung DIN EN 61754-3 LWL-Steckverbinder, Typ LSA DIN EN 186180 LWL-Steckverbinder, Typ LSB DIN EN 186100 LWL-Steckverbinder, Typ F-SMA DIN EN 50288 Rahmenspezifikation für Etagenkabel DIN EN 50168 Rahmenspezifikation für Geräteanschlusskabel DIN EN 50173 Anwendungsneutrale Verkabelungssysteme DIN EN 50174 Installation von Kommunikationsverkabelung DIN EN 60793 Lichtwellenleiter DIN IEC 86(Sec) 33 Terminologie der Lichtwellenleitertechnik DIN IEC 86B(CO)20 Rahmenspezifikation für LWL-Steckverbinder DIN EN 61754-2 LWL-Steckverbindung BFOC/2,5 (ST-® Steckverbindung) EIA/TIA 568 Gebäudeverkabelung DIN EN 60794 Lichtwellenleiterkabel IEC 60874-1 Steckverbinder für LWL und Kabel IEC 61300 LWL-Verbindungselemente und passive Komponenten ISO/IEC 11801 Anwendungstabelle Standortverkabelung 49 Beratungsservice Die Firma CH. BEHA GmbH stellt dem Anwender ihrer Produkte einen umfangreichen und schnellen Service zur Verfügung. BEHAcom-Geräte werden generell mit einer ausführlichen Bedienungsanleitung geliefert. Sollten dennoch im praktischen Alltag Anwendungsprobleme auftreten, steht Ihnen unter folgender Telefonnummer unser technischer Service von 7.30 bis 17.00 Uhr kostenlos zur Verfügung. Technische Hotline: Tel.: 0 76 84/80 09 - 429 Hier haben Sie sofort Kontakt mit einem erfahrenen Techniker, der Ihre Fragen umgehend beantwortet. Selbstverständlich geben unsere Mitarbeiter auch Hinweise und unterstützen Sie beim Einsatz unserer Geräte. 50 Die Firma CH. BEHA GmbH ist auf allen namhaften elektrotechnischen Fachmessen vertreten. Dadurch ist der direkte Kontakt zu unseren Kunden gewährleistet. Besuchen Sie uns, um unsere Produkte im Einsatz kennenzulernen, um über Neuheiten informiert zu werden und um uns Hinweise zu Produktverbesserungen zu geben. Sie finden uns z. B. auf der: • Hannover Messe Industrie • Belektro Berlin • exponet Köln • EAH Hannover • Ineltec • Light & building Frankfurt • Nordelektro Hamburg • ELTEC Nürnberg München • Electronica München • EFA Leipzig • Inerkama Düsseldorf • Nord-West-Ino Oldenburg • Exponet Köln • ELTEFA Stuttgart • VIET Messtechnik Wien • Elektrotechnik Dortmund Informationen über unsere Messeteilnahme erhalten Sie bei unserer Vertriebsabteilung. Selbstverständlich finden Sie uns auch auf den zahlreichen Hausmessen und Informationsveranstaltungen des Elektro-Fachgroßhandels. 51 Glossar Akzeptanzwinkel (acceptance angle) Größtmöglicher Einkopplungswinkel für Strahlen in den LWL-Kern Apertur s. Numerische Apertur ATM (Asynchronous Transfer Mode) Paketorientierte Übertragungstechnik für Hochgeschwindigkeitsnetze Bandbreite-Länge-Produkt (bandwidth length product) Die Bandbreite ist umgekehrt proportional zur Länge und damit das Produkt aus Bandbreite und Länge konstant. Das Bandbreite-Länge-Produkt ist abhängig von der Wellenlänge. Einheit: MHzkm. Bit (bit) Grundeinheit für die Information in digitalen Systemen. Bitfehlerrate (Bit Error Rate) Die Bitfehlerrate ist definiert als die Anzahl fehlerhafter Bits zur Gesamtzahl der empfangenen Bits. Typische Werte liegen bei 10-9. Bitrate, Datenübertragungsrate (bit rate) Maßeinheit für die Übertragungsgeschwindigkeit einer Datenübertragung, sie wird üblicherweise in Bit pro Sekunde (Bit/s) oder Byte/s gemessen. Brechzahl, Brechungsindex (refractive index) Eine wellenlängenabhängige Materialkonstante. Sie ist definiert als Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zu der in einem Medium. Brechzahlprofil (index profile) Verlauf der Brechzahl n über einen Durchmesser der Querschnittsfläche eines LWL Chromatische Dispersion (chromatic dispersion) Zusammenfassung der beiden Effekte Materialdispersion und Wellenleiterdispersion 52 Cutoff-Wellenlänge (cut off wavelength) Auch Grenzwellenlänge genannt: Kürzeste Wellenlänge, bei der nur der Grundmodus eines LWL allein ausbreitungsfähig ist Dämpfung A (attenuation) Verminderung der optischen Signalleistung zwischen zwei Querschnittsflächen eines LWL durch Verluste. Einheit: dB Dämpfungskoeffizient a (attenuation coefficient) Auf die Länge eines LWL bezogene Dämpfung, Einheit: dB/km Dezibel (dB) Logarithmiertes Verhältnis zweier (elektrischer) Größen. Einheit: dB Dispersion (dispersion) Größe, die Laufzeitunterschiede zwischen Lichtanteilen in einem LWL beschreibt. Entsprechend ihren Ursachen ist sie unterteilt in Modendispersion, Materialdispersion und Wellenleiterdispersion. Dunkelstrom (dark current) Strom am Ausgang eines optischen Empfängers, wenn keine Strahlung einfällt Duplexbetrieb (duplex operation) Übertragung von zwei unabhängigen Signalen über eine Strecke Vollduplex: gleichzeitige Übertragung (gleichzeitig Senden und Empfangen möglich) Halbduplex: zeitlich versetzte Übertragung (Senden und Empfangen nur nacheinander möglich) Einfügungsdämpfung (insertion loss) Die Einfügungsdämpfung ist die durch Einfügen eines optischen Bauelementes in eine optische Übertragungsstrecke hervorgerufene Dämpfung. Einmodenfaser (singlemode fiber) s. Singlemode-Faser EMV Abkürzung für Elektromagnetische Verträglichkeit: Unspezifische Beschreibung für die Wirkungen elektrischer und magnetischer Felder (Strahlung) auf technische Systeme und die Natur, einschließlich der Lebewesen. EMV bedeutet, dass ein System im Betrieb die Umgegebung nicht stört und von der Umgebung und den dort befindlichen Systemen oder Geräten nicht gestört wird. Extrinsische Verluste (extrinsic losses) Koppeldämpfung der Strahlungsleistung, verursacht durch mangelhafte Verbindung Faser (fiber) siehe Lichtwellenleiter FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Hochgeschwindigkeitsnetzwerk aus LWL Ferrule (ferrule) Steckerstift für die Glasfaser in einem Steckverbinder FITL (fiber in the loop) LWL im Ortsanschlussnetz, in dem die Teilnehmer an Vermittlungsstellen angeschlossen werden Gradientenfaser (graded-index fiber) Lichtwellenleiter mit einem Gradientenprofil. Gradientenprofil (graded-index profile) Brechzahlprofil einer Faser, das stetig vom Kern zum Mantel verläuft, meist nach einer Parabelfunktion Grenzwellenlänge siehe cutoff-Wellenlänge Grenzwinkel (critical angle) Größter Einfallswinkel, bei dem eine sich in einem Medium von relativ hoher Brechzahl ausbreitende Welle auf eine Grenzfläche mit einem Medium von niedrigerer Brechzahl trifft und bei dem Brechung gerade noch möglich ist Halbwertsbreite (FWHM: full width at half maximum) Spektrale Breite des abgestrahlten Lichts. Hierunter versteht man den Bereich einer Variablen, in dem der Wert größer als 50% seines Maximalwerts ist. HCS-Faser (Hard-Cladded-Silica-Fiber) Die HCS-Faser besitzt einen Kern aus Quarzglas und einen Mantel aus Kunststoff. Hybridkupplung (hybrid adapter) Kupplung mit zwei verschiedenen Anschlüssen für unterschiedliche Steckertypen. IEC (International Electrotechnical Commission) Internationale Kommission für die Normung auf dem Gebiet der Elektrotechnik und Elektronik Infrarot-Bereich (infrared) Optische Strahlung, deren Wellenlängen im Bereich oberhalb 750 nm liegen. Dieser Bereich des nicht sichtbaren Licht wird bevorzugt für die Übertragung mit LWL genutzt. Intrinsische Verluste (intrinsic losses) Auf die Faser selbst zurückführende Koppeldämpfung der Strahlungsleistung, verursacht durch Fehlanpassung bei der Verbindung zweier nicht identischer Fasern ISDN (Integrated Services Digital Network) Einheitliches digitales Netz, mit dem alle Kommunikationsarten über einen Anschluss und ein Netz übertragen werden ISO (International Standardisation Organisation) Organisation mit Sitz in Paris, welche die Arbeit der internationalen Normierungsinstitute koordiniert. In der Nachrichtentechnik ist die ISO bekannt durch das Referenzmodell für Offene Kommunikation (OSI). Kabel, optisches (optical cable) Eine ummantelte Faser, die optische Signale übertragen kann Kern (core) Der Kern ist der zentrale Bereich eines LWL, der für die Lichtübertragung vorgesehen ist. 53 Kerndurchmesser (core diameter) Durchmesser des lichtführenden zentralen Bereichs eines LWL Kohärente Wellen (coherent waves) Wellen mit gleicher Wellenlänge und zeitlich zueinander konstanter Phasendifferenz Koppelverluste (coupling losses) Verluste, die bei der Verbindung zweier Fasern entstehen. Man unterscheidet zwischen faserbedingten (intrinsischen) Koppelverlusten, die durch unterschiedliche Faserparameter zustande kommen, und mechanisch bedingten (extrinsischen) Verlusten, die von der Verbindungstechnik herrühren. Dielektrischer Wellenleiter zur Führung von optischen Wellen (Strahlen) mittels Reflexion; besteht aus mehreren Schichten, wird auch als Faser bezeichnet. Der LWL dient zur Übertragung von Signalen mit elektromagnetischen Wellen im Bereich optischer Frequenzen. LWL-Kabel bestehen aus Bündeln von Glasfasern. LWL-Spleißverbindung (fused fiber splice) Verbindung zweier LWL durch Verschmelzen der Enden, auch Schmelz-, Thermo- oder Fusionsspleiß genannt. MAN (metropolitan area network) Größeres (“städtisches”) Übertragungsnetzwerk, das ein begrenztes Gebiet umfasst LAN (local area network) Lokales Computer-Netzwerk zur Datenübertragung zwischen Datenendgeräten Mantel (cladding) Optisch transparentes Material eines LWL, das den Kern umgibt Laser (laser) Abkürzung für “light amplification by stimulated emission of radiation”. Sehr leistungsstarke Lichtquelle Mantelmoden (cladding modes) Lichtstrahlen, die sich im Mantel ausbreiten. Sie werden durch die häufigen Übergänge Mantel Kern stärker gedämpft als die Kernmoden und sind nach wenigen Metern nicht mehr messbar. Laserdiode (LD) (laser diode) Sendediode nach dem Laserprinzip, die aus Halbleitermaterial (z.B. GaAs) besteht, in Durchlassrichtung betrieben wird und oberhalb eines Schwellwertes des Stromes kohärentes Licht aussendet Lawinen-Fotodiode (APD) (avalanche photodiode) Auch mit Avalanche-Fotodiode bezeichnet. Hochempfindliches Empfangselement, das auf dem Lawineneffekt basiert. Der Vorteil der APD ist das gute Signal/Rausch-Verhältnis besonders bei höheren Bitraten. LED (light emitting diode) Lumineszensdiode, Leuchtdiode Lichtgeschwindigkeit (speed of light) Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt 300.000 km/s. Die Lichtgeschwindigkeit in einem Medium und damit auch dessen Brechzahl ist von der Wellenlänge abhängig. Lichtwellenleiter (LWL) (optical fiber, optical waveguide) 54 Materialdispersion (material dispersion) Dispersion aufgrund der Wellenlängenabhängigkeit der Brechzahl eines Stoffes, bezeichnet mit M(l) Medium (medium) Stoff, Material, in dem ein physikalischer Vorgang betrachtet wird. Modem (modem) Von Modulator/Demodulator, auf der Basis des Trägerstromverfahrens arbeitende elektrische Datenübertragungseinrichtung für den Einsatz auf analogen Übertragungswegen begrenzter Bandbreite, beispielsweise zur Datenübertragung zwischen Computer und Telefonleitung Moden (modes) In einem gegebenen LWL-Kern-Querschnitt ausbreitungsfähiger Lichtstrahl Modendispersion (modal dispersion) Dispersion aufgrund der verschiedenen Laufzeiten einzelner Moden bei gleicher Wellenlänge (z.B. sehr stark bei Stufenindexfaser) Multimode-Faser (multimode fiber) LWL mit großem Kerndurchmesser, in dem mehrere Moden ausbreitungsfähig sind Numerische Apertur (numerical aperture) Sinus des Akzeptanzwinkels. Je größer die numerische Apertur ist, desto mehr Lichtleistung kann in den LWL eingekoppelt werden. Optisches Fenster (optical window) Wellenlängenbereiche, in denen LWL besonders niedrige Dämpfung besitzen. LED-Systeme arbeiten im 1. optischen Fenster bei 850 nm und im 2. optischen Fenster bei 1300 nm. LD-Systeme (Laserdiode) werden im 2. und 3. optischen Fenster bei 1550 nm betrieben. Opto-elektrischer Wandler (opto-electrical converter) Wandelt ankommende optische Signale in elektrische Signale um. Z.B. werden für den Wellenlängenbereich 750...900 nm Silizium-Dioden verwendet. OTDR (optical time domain reflectometer) Rückstreumessgerät: Gerät mit dem Verfahren zur Beurteilung einer optischen Faser, bei dem ein optischer Impuls durch die Faser übertragen und die Strahlungsleistung des zurückgestreuten und des reflektierten Lichts am Eingang als Funktion der Zeit gemessen wird. Dieses Verfahren erlaubt die Abschätzung des Dämpfungskoeffizienten einheitlicher Fasern und den Nachweis und die Ortsbestimmung von Fehlern oder anderen Verlustquellen. Patchfeld (patch panel) Verteilfeld zum Verbinden der ankommenden mit den abgehenden Fasern Patchkabel (patch cord) Konfektioniertes Anschlusskabel Pigtail Faserstück mit Stecker an einem Ende Primär-Coating, Primärbeschichtung (primary coating) Bei der Herstellung des LWL im direkten Kontakt mit der Manteloberfläche aufgebrachte Schicht. Sie schützt die Oberfläche der Faser und macht sie zusätzlich flexibel. Quarzglas (silica) Glasartiges Material, bestehend aus nahezu reinem Siliziumdioxid Si02 Rayleighstreuung (rayleigh scattering) Streuung, die durch Dichteschwankungen eines Stoffes (des Kernmaterials) entsteht Reflexionsgesetz (law of reflection) Einfallswinkel = Ausfallswinkel Schnittstelle (interface) Gemeinsamer Anschlusspunkt zur Verbindung zweier Hardware-Geräte, z.B. serielle Schnittstelle zum Anschluss von Modems an einen PC. Simplex Übertragung eines Signals erfolgt ausschließlich in eine Richtung Singlemode-Faser (single mode fiber) Bei einem kleinen Kerndurchmesser in der Größe von 9-10 µm ist bei entsprechender Wellenlänge nur ein Modus ausbreitungsfähig. Die Dispersion ist äußerst gering. Damit ist die SinglemodeFaser zur Übertragung bei großen Distanzen geeignet. SONET (Synchronous Optical Network) Schnelle synchrone Übertragungstechnologie für optische Leiter mit zeitmultiplexem Mehrkanalbetrieb Spektraler Dämpfungsverlauf (spectral attenuation) Gibt die Abhängigkeit der Faserdämpfung von der Wellenlänge an Spleißbox (splice box) Gehäuse oder Gehäuseeinschub, der eine oder mehrere Spleißkassetten enthält. Die Frontplatte ist auswechselbar und kann mit verschiedenen Steckverbindern versehen werden. 55 Spleißkassette (splicer organizer) Kunststoffkassette zur Aufnahme von bis zu 12 Spleißverbindungen mit Spleißschutz und Faserreserve Spleißverbindung (splicing) Verbindung zweier Fasern durch Verkleben, Verschweißen oder mechanische Fixierung Steckverbinder (connector) Leicht lösbares Verbindungelement zweier LWL bzw. eines LWL mit Sende- oder Empfangselement Stufenprofil (step index profile) Brechzahlprofil, das im Idealfall durch eine konstante Brechzahl innerhalb des Kerns und einem scharfen Abfall der Brechzahl an der Grenzfläche von Kern und Mantel charakterisiert ist Transceiver (MAU: Medium Attachment Unit) Aktive Komponente eines Ethernet-LANs für den Anschluss von Endgeräten an das elektrische Buskabel mit Funktionen zur Signalanpassung und Kollisionserkennung Ultraviolette Strahlung (ultraviolet) Bereich des Spektrums der elektromagnetischen Wellen, der an das sichtbare Spektrum anschließt WAN (wide area network) Weitverkehrsnetz, das mehrere kleine Netze (LAN, MAN), z.B. aus verschiedenen Ländern, über größere Entfernungen miteinander verbindet Wellenleiterdispersion (waveguide dispersion) Dispersion, die bei wellenlängenunabhängigen Materialparametern die Abhängigkeit der Gruppenlaufzeit eines einzelnen Modus von den Abmessungen des LWL und der Wellenlänge beschreibt 56 Produktlinien der CH. BEHA GmbH Die Beha-Gruppe ist ein weltweit operierendes Unternehmen mit flächendeckendem Vertriebsnetz. Das Technologiezentrum und der Hauptsitz dieser Gruppe bildet die CH. BEHA GmbH in Glottertal. Ihr innovatives Denken konzentriert sich auf universelle, praxisgerechte Mess- und Prüfgeräte, Stromversorgungen und Elektronische Lasten für die Elektrotechnik. Daraus sind die drei Produktlinien UNITEST, BEHAcom und UNIWATT entstanden. Es ist unser Ziel, dieses Know-how systematisch zu pflegen und auszubauen. Bei der Neuentwicklung berücksichtigen wir die Wünsche und Erfahrungen der Anwender. Wir wollen nicht einfach nur unsere Ideen umsetzen, sondern Leistungen anbieten, die den Anforderungen der Praxis entsprechen. Die beste Bestätigung für den Erfolg dieser Zusammenarbeit sind unser abgerundetes Liefersortiment und die zahlreichen internationalen Schutzrechte und Patente. Für nähere Informationen fordern Sie unsere detaillierten Unterlagen an. CH. BEHA GmbH Elektrotechnik - Elektronik In den Engematten 14 · 79286 Glottertal Tel.: +49 (0) 76 84/80 09 - 0 · Fax.: +49 (0) 76 84/80 09-410 http://www.beha.com · e-mail: [email protected] Nachfolgend ein kleiner Auszug aus dem BEHA-Produktprogramm: 57 UNITEST ® Mess- und Prüfgeräte für Elektrotechnik und Elektronik Prüfgeräte für Messungen nach DIN VDE 0100, 0105, Multimeter Stromzangen Spannungs- und Durchgangsprüfer Drehfeldrichtungsanzeiger 0113, 0701/0702, 0751 FI/RCD-Prüfgeräte Steckdosentester UNITEST ® Mess- und Prüfgeräte für Kabelmesstechnik Kabelmeter Leitungssucher Echometer UNITEST ® Mess- und Prüfgeräte für nichtelektrische Größen Luxmeter und Lampentester Thermometer und Thermofühler Temperatur- und Feuchtemessgeräte Schallpegelmessgeräte Anemometer/ Luftgeschwindigkeit Drehzahlmessgeräte UNIWATT ® Laborstromversorgungen, Elektronische Lasten Labornetzgerät Elektronische Last Leistungsanalysator Stichwortregister Abhörsicherheit 11 Akzeptanzwinkel 17, 20 Alarmtechnik 12 Ausbreitungsgeschwindigkeit 15 Bandbreite 10, 18, 19, 29 Bandbreite-Länge-Produkt 10 Breakout-Kabel 27 Brechung 16 Brechungsgesetz 20 Brechungsindex 17 Brechzahl 15, 16, 20 Bündelader 24, 25 Chromatische Dispersion 22 Dämpfung 10, 18-22, 35-38 Dämpfungsbudget 35 Dämpfungskoeffizient 10, 21 Dämpfungsreserve 36 Dämpfungsverlauf 10, 22, 23, 38 Datenrate 34 Dezibel 21 DIN EN 50173 12 60 DIN VDE 0888 25, 26 Dispersion 20, 22 Einfügedämpfung 32 Einfügedämpfungsmessung 39, 40 Einsatzgebiete 12 Elektromagnetische Wellen 13, 14 Faserschutz 24 Fasertestgerät 42 Fehlerquellen 23 Fernkabel 28 Frequenz 14 Halbwertsbreite 29 Herstellungsverfahren 23 Hohlader 24, 25 IEC 61300-3-4 38-40 Kabelkurzzeichen 26 Kunststoffaser 19 Laserdiode 28 Laserstrahlung 46, 47 Leistungsbilanz 35 Leistungsmessgerät 39, 40 Leuchtdiode 28 Lichtgeschwindigkeit 15 61 Lichtleistung 21 Lichtleiter 9 Lichtquelle 39, 40 Lichtwellenleiter (LWL) 9, 10, 17-22 LWL-Telefon 42 Materialdispersion 22 Messung 37-42 Mikrobiegung 22 Moden 18 Modendispersion 18, 22 Multimode (-faser) 17, 18, 27, 28, 35 Numerische Apertur 20 OTDR 40-42 OTDR-Messkurve 41 Photodiode 28, 29 Potentialtrennung 11 Primär Coating 23, 24 Rayleigh-Streuung 21, 22, 41 Reflexion 16 Rückflussdämpfung 32 Rückstreumessung 40-42 Sicherheitstechnik 12 Singlemode (-faser) 17, 19 62 Spektrum 13, 14, 29 Spleißverbindung 31, 33, 34 Steckverbinder 31-33 Störsicherheit 11 Strahlung (Licht) 14 Totalreflexion 16, 17, 20 Übertragungsbandbreite 22 Übertragungsrate 10 Übertragungsstrecke 35 Übertragungssystem 30, 34 Übertragungstechnik 9, 10 Umrechnungsskala dBm in µW 36 Unfallverhütungsvorschrift 46, 47 BGV B2 (VBG 93) 46, 47 Verbindungstechnik 31 Verlegungshinweise 37 Verluste, extrinsisch 31 Verluste, intrinsisch 31 Vollader 24, 25 Wellenlänge 14, 21 Wellenleiterdispersion 22 63 Notizen 64 Notizen 65 Notizen © 2003 by CH. BEHA GmbH, In den Engematten 14, D-79286 Glottertal Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Übersetzung, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf fotomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwendung, vorbehalten. Die Texte, Abbildungen und technischen Angaben in diesen Unterlagen wurden sorgfältig erarbeitet. Trotzdem sind Fehler nicht völlig auszuschließen. Für fehlerhafte Angaben und deren Folgen kann deshalb keine juristische Verantwortung oder irgendeine andere Haftung übernommen werden. Diese Veröffentlichung beabsichtigt nicht die Verletzung irgendwelcher bestehender Patente oder anderer Schutzrechte. 4. Auflage Februar 2003. Verfasser: H. Haas 66 PCDPM0000003-02 BEHAcom ® easylan ® Der BEHAcom easylan ist ein tragbares Kabeltestgerät und dient der vollständigen Überprüfung und Inspektion von Netzwerkverkabelungen mit einer Messfrequenz bis zu 300MHz. ...für messbaren Erfolg ! CH. BEHA GmbH • In den Engematten 14 • 79286 Glottertal/Germany Tel.: +49 (0) 76 84/80 09 - 0 • Fax: +49 (0) 76 84/80 09 - 410 • internet: www.beha.com ® CH. BEHA GmbH In den Engematten 14 • 79286 Glottertal/Germany Tel.: +49 (0) 76 84/80 09 - 0 Fax: +49 (0) 76 84/80 09 - 410 e-mail: [email protected] • internet: www.beha.com
