ההשפעה של משתנים טמפרטורה על ביצועים אופטיים סיבים ויציבות

מבוא

סיבים אופטיים יוצרים את עמוד השדרה של התקשורת המודרנית, הנושא כמויות עצומות של נתונים על פני יבשות וקווי מתחת למים.היכולת שלהם להעביר אותות קלים עם אובדן נמוך על פני מרחקים ארוכים מהפכה קישוריות גלובלית.עם זאת, גורם קריטי אך לעתים קרובות מתעלם באמינות רשת סיבים היא טמפרטורה.טמפרטורת הסביבה וריאציות אותות טמפרטורה - בין אם מחזורי עונתי, תנודות דיוורליות, או מקורות חום מקומיים - יכול להשפיע באופן משמעותי על תפקודים ומהנדסים מכניים, ומכסים אלה, יש לשמור על השפעות מכניות, תכונות מכניות, תכונות מכניות של טמפרטורה מתוחכמות של תפקוד מכניות, ואפקטים, תכונות מכניות, כלומר, תכונות מכניות, פונקציות עיצוביות, כדי לשמור על תפקוד מכניות, כדי לשמור על תפקוד מכניות, כדי לשמור על תפקוד מכניות, או תפקוד מכניות, או תפקוד מכניות, פונקציות מורכבות של תפקוד מכניות, פונקציות מכניות, פונקציות מורכבות, פונקציות אסטרטגיות מורכבות.

יסודות של השפעות טמפרטורה על סיבים אופטיים

הליבה וההתמדה של סיבים חד-פעמיים סטנדרטיים עשויים מכוס הסיליקה דופדית.טמפרטורות משתנות את הממדים הפיזיים ואת המאפיינים האופטיים של הזכוכית הזו, בעיקר באמצעות שני מנגנונים: התרחבות תרמית ואפקט תרמו-אופטי.

התרחבות וחוזה

לזכוכית סיליקה יש חסכוני נמוך אך לא אפס של התרחבות תרמית (CTE), בדרך כלל בטווח של 0.5-1.0 × 10FLT:0-603FLT:1 per ° C. בעוד זה נראה רשלני, על פני טווחי כבלים ארוכים או מחזורי טמפרטורה חוזרים, השינוי המצטבר יכול להיות מ"מ או אפילו ס"מ.

אפקט ה-Optic Effect

מדד השבירה של גליקה משתנה עם טמפרטורה, אפקט שתואר על ידי ה- thermo-אופטי coefficient (dn / DT), בדרך כלל סביב 1.1 × 1003FLT:0 -5cioFLT:1 per °C עבור סימטריה טהורה בשלב 1550 nm. A 50 מעלות צלזיוס שינוי יכול לשנות את מדד השבירה על ידי בערך 0.000.זה עשוי להיראות קטן, אבל זה משפיע ישירות על נתיבים מדויקים של הפחתת נקודה, כלומר, באופן קבוע, הוא יעיל, כגון פיזור, הוא יעיל של אפקט.

השפעה על אות אטמוation

אובדן אותות, או העצמה, הוא המדד העיקרי של ביצועי סיבים.שינויים בטמפרטורות להחמיר את ההתעצמות באמצעות מספר מסלולים הקשורים.

אובדן מיקרו-קרב והפסדים מגולגלים

כאמור, התרחבות שונה בין הזכוכית והציפוי / הזחל גורמת מיקרובונדים. בטמפרטורות נמוכות, הציפוי הופך נוקשה יותר ועשוי לכווץ סביב הזכוכית, יצירת כפיים תקופתיים עם רדיוני של כמה מ"מ.מיקרובקרובים אלה קלים מן הליבה לתוך הציפוי של התעשייה הקטנה, עלייה בטמפרטורות גבוהות, ציפויים ורחב, כמה מהם עלולים להיות בעייתיים בתוך הציפוי חום אחיד יותר - 40 שניות, אך גם מטמפרטורה נמוכה יותר.

שינויים בקוצר רוח ושינויים

הידרוקסיל (OH) קליטת ion שיא, היסטורית דאגה בסיבים מוקדמים, יכול להשתנות מעט עם טמפרטורה עקב שינויים במגבת מימן. בסיבים מודרניים של מים-peak אפקט זה הוא מינימלי. Rayleigh מפוזר, השולטת באובדן סיבים דלקתיים מימן, הוא בעיקר תלוי כי צפיפות בטמפרטורות גבוהות יותר.

אכזבה ו Bandwidth Degradation

יכולת הפשטות של נתונים מוגבלת על ידי פיזור, או הפצת הדופקים האופטיים.טמפרטורות משפיעות הן על פיזור chromatic (CD) והן על פיזור של מפול (PMD).

המונחים: Chromatic Dispersion

פיזור Chromatic עולה מן התלות באורך הגל של מהירות הקבוצה. הן פיזור החומרי (מאינדקס השבירה של הזכוכית לעומת אורך גל) ופיזור גל תלוי טמפרטורה. מדרון הפיזור, אשר מציין כיצד פיזור משתנה עם גל באורך 0, גם שינויים עם חום סטנדרטי של ג'נט יחיד, ב 1550 nm בדרך כלל שינויים על ידי בערך 0.002m / mc) על מנת לעבור בערך 50 ק"מ / C-אורד (אורד) על פני חום) או יותר מגובה, 000) או יותר מקצב חום (אורד) ו-אורד) עם חום גבוה מעל לטמפרטורה גבוהה יותר מגובה של מעל 50 מעלות צלזיוס מעל 50 ק"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ) או יותר מגובה, אבל לא , 000 C.

המונחים: Paulization-Mode Dispersion

PMD נגרמת על ידי bireparnce בסיבים עקב מתחים אסימטריים, אשר מושפעים מאוד על ידי טמפרטורה.שינויים בטמפרטורה לשנות את חלוקת הלחץ לאורך הסיבים, רוטט את המדינות הראשי של קיטוב ושינוי עיכוב הקבוצה השונה (DGD) מראה כי PMD יכול להשתנות על ידי 10-20% על טווח -40 מעלות צלזיוס ל +85 ° C, ואת המשתנים הוא לא ממונעים על ידי מערכת טיפול מינימלית לחץ חיובי (D).

יציבות פיזית וגמישות מכנית

מעבר לביצועים אופטיים, קיצוניות הטמפרטורה משפיעות על השלמות המכנית של הסיבים ועל אמינות ארוכת טווח.

עייפות ומתח קורוזיה

סיבי סיליק חזקים אבל יכול לעבור עייפות סטטית כאשר נתון ללחץ רבילי בנוכחות לחות.רכיבי אופניים תרמית גורם התרחבות חוזרת התכווצות, המוביל טעינה הלחץ מחזורי. במהלך חיי העיצוב של 25 שנים של כבל אווירי טיפוסי, תנודות טמפרטורה יכול לעלות על 10,000 מחזורים, בהדרגה מחליש את הסיבים באתרי פגם מיקרוסקופיים.

חיבור ו- Splice Performance

מחברים וגלימות היתוך הם נקודות פגיעות בקישור.טמפרטורות שינויים לגרום התרחבות לא מקבילה בין חומרים מפרים (ceramic, מתכת, או פולימר), את הסיבים עצמם, ואת הדבק המשמש להחזיק את הסיבים במקום.זה חוסר הבנה יכול להגדיל את אובדן התוספת על ידי 0.1-0.3 dB מעל טווח טמפרטורה רחב, במיוחד במחבר אופטי לא מדורגים לשימוש חיצוני.

השפעות טמפרטורה בסביבה שונה

ההשפעה המעשית של שינויי טמפרטורה תלויה במידה רבה בהקשר של הפריסה של הסיבים.

אוויר נגד כבלים קבורים

כבלים אוויריים על קוטעים נחשפים לשמש ישירה, רוח וטמפרטורות אוויריות, לעתים קרובות חווים נדנדה של 30 מעלות צלזיוס או יותר. במדברים או אזורים קדחתניים, קיצוניות יכול לעלות על -40 מעלות צלזיוס ל +70 מעלות צלזיוס. טווחים רחבים כאלה להגדיל את הסיכון של אטימות ונפיחות פיזית.

הגדרות תעשייתיות

בצמחים תעשייתיים, מתקני שמן וגז, או מרכזי נתונים, חום מקומי ממכונות, שריפות או כשלים קירור יכול ליצור כתמים חמים. סיבים אופטיים ליד שורות שרתים או בסביבות פרווה חייב להיות מדורג לטמפרטורה גבוהה (למשל, עד +200 מעלות צלזיוס עבור סיבים מיוחדים) כגון סיבים בעלי טמפרטורה גבוהה כאלה להשתמש פולימידיד או ציפויים לעמוד בירידה.

אסטרטגיות מייגציה ופרקטיקה הטובה ביותר

אמינות הרשת דורשת אמצעים יזום לצמצום השינויים בטמפרטורות המושרה.אסטרטגיות הבאות מיושמות באופן נרחב.

סיבים וחומרים

(הציפויים המיוחדים יכולים להפחית את הרגישות המיקרובונדית.הציפויים הסטנדרטיים פועלים היטב מ- -40 מעלות צלזיוס ל- +85 מעלות צלזיוס, אך עבור מגוון רחב יותר, סיליקון, פולימדן, או ציפוי פחמן מספקים ביצועים משופרים: לדוגמה, סיבים רגישים ל- CLTS (ITU-T G.6) מתוכננים עם tLT מופחתת כי אור תרמי אפילו פחות מכווץ ל- CLTF2F) מ-F {\displaystyle to belis (ITU-T G.

עיצוב כבל ומתקן

נכון בניין כבל אפקטים טמפרטורה של זכוכית. ספין-בפס כבלים לאפשר סיבים להתרחב ולחוזה בחופשיות בתוך צינור buffer מלא ג'ל או אוויר. כבלים Ribbon ועיצובים מרכזיים-tube גם למזער את העברת הלחץ. כבלים אוויריים צריך להיות מותקן עם חבלה כי חשבונות עבור התכווצות תרמי בחורף; מתח חבלה קטן מדי, בעוד עלייה רבה מדי של טמפרטורות מושרה רוח.

בקרה סביבתית ו ניטור

מערכות ניטור Active באמצעות פיזור טמפרטורה (DTS) יכול למפות טמפרטורות לאורך כל אורך הסיבים. DTS משתמש Raman או Brillouin פיזור כדי לספק פרופילים תרמיים בזמן אמת מפעילי רשת יכולים לזהות כתמים חמים (למשל, החל דליפות אדים אדים או אש) ולהתאים את routing או קירור.

תקנים ובדיקות

תקני הבינלאומי שנקבעו על ידי איגוד התקשורת הבינלאומית (ITU-T) והוועדה האלקטרונית הבינלאומית (IEC) מגדירה דרישות ביצועים טמפרטורה.לדוגמה, IEC 60794-1-22 specifies טמפרטורה-cycling בדיקות עבור קבוצות סיבים אופטיים.% 10 דורש כבלים כדי להיות נתון במספר מחזורי הנדסה מוגדרים בין טמפרטורות קיצוניות (למשל, TU-C ו-H) לעתים קרובות יש צורך ב- C2C.

מגמות עתידיות בטמפרטורות-Resilient סיבים

מחקרים מתקדמים נועדו להפוך סיבים אופטיים פחות רגישים לסביבות תרמיות.Hol-core סיבים, אשר להנחות אור דרך אזור מרכזי מלא אוויר, תיאורטית יש רגישות תרמית נמוכה אולטרה-נמוכה כי רוב הדרך האופטית היא אוויר.מודלים מוקדמים מראים כי של סיבים חזקים, עם הוראות-of-magnitude נמוך יותר thermo-אופטיקה coefficients אחרים כוללים ביצועים של שפעת-coide עבור סיבים דינמיים, למרות אריזות גדולות יותר.

לבסוף, דחיפה עבור 5G, IoT וקישוריות תת-ימי דורש סיבים שפועלים באופן אמין על פני טווחי טמפרטורה רחבים. עלות-יעילות ייצור של סיבים רגישים-טמפרטורה נמוכה יהפכו לתועלת תחרותית.כפי שהדחיסות ברשת גדלה, הבנה ואפקטי טמפרטורה מעצימה יישארו אבן הפינה של הנדסה אופטית.

מסקנה

וריאציות טמפרטורה הן השפעה מתמשכת ומתפשטת על ביצועי סיבים אופטיים ויציבות.ממה מוגבר דרך microbending כדי לפיזור ועייפות מכנית, אפקטים תרמיים חייבים להיות אחראים על כל עיצוב רשת אופטית רשת על ידי בחירת סיבים מתאימים, באמצעות כבלים מעוצבים היטב, שליטה על הסביבה ההתקנה, ומינוף פעיל ניטור, מהנדסים יכולים להבטיח כי אותות להישאר חזקים על פני אזורים עונתיים ומקורות חוםיים כמעט מתפתח.