Гигиена оптоволкна: зачем это нужно и что может пойти не так?

Рассвет нового тысячелетия стал мрачным периодом для оптоволоконной индустрии, особенно на фоне краха «пузыря доткомов» в период с 1995 по 2001 год, когда акции американских интернет-компаний резко взлетели, а после обрушились. К 2001 году инвестиции в сферу ИТ сократились, что привело к избытку различного оборудования, включая оптоволоконные кабели. За этим последовало резкое снижение мировых цен на оптоволокно. К слову, когда-то давно оптоволокно стоило настолько дорого, что его использовали только для сетей дальней связи и городских.

Теперь цены на этот продукт стали достаточно приемлемыми, и его можно использовать в сетях доступа для предоставления высокоскоростной широкополосной линии связи обычным пользователям. На этом этапе зародились технологии FTTH (Fiber-To-The-Home/оптика-к-квартире) и FTTB (Fiber-To-The-Building/оптика-к-зданию). В последние годы мы наблюдаем рекордные темпы роста числа абонентов широкополосного доступа в интернет: только в Азиатско-Тихоокеанском регионе цифры достигли отметки в 115 миллионов подключений к концу 2014 года, всего было подключено более 338 миллионов домов. В тройку стран с наибольшим количеством подключений по FTTH/B входят Япония (99%), Южная Корея (95%) и Сингапур (95%). И эти значения продолжают расти.

В дополнение к увеличению подключений FTTH/B, число мобильных широкополосных подключений также растет. Чтобы удовлетворить огромный спрос на мобильный интернет и обеспечить качественную связь, мобильные операторы вынуждены переходить от обычных радиоканалов, работающих со скоростью менее 1 Гбит/с, к проводным оптоволоконным, работающим со скоростью несколько десятков Гбит/с.

Почему именно оптоволокно?

Ключевыми факторами, побудившими многих сетевых операторов перейти на «оптику», были высокая производительность и надёжность. Хотя общие требования к техническому обслуживанию оптоволокна значительно меньше по сравнению с обычным медным проводом, многие интернет-провайдеры по всему миру считают, что один простой компонент в оптоволоконной сети является частой причиной большинства сбоев.

Этот компонент — оптический разъём, который многие называют «самым слабым звеном» в сети. Согласно исследованию, проведённому компанией NTT Advanced Technology, 4 из 5 сетевых сбоев вызваны загрязнениями коннекторов. Впрочем, крупнейшие операторы оптоволоконных сетей также отмечают, что в 90% всех зарегистрированных неисправностей виноват загрязненный оптический разъем.

Основные причины сетевых сбоев:

• загрязнение торца коннектора;
• плохая полировка наконечника;
• неправильная маркировка кабелей;
• повреждение оптического разъема;
• повреждение торца наконечника.

В прошлом загрязнение коннекторов в оптоволоконных транспортных сетях или в центрах обработки данных было менее распространённой проблемой из-за особой чистоты помещений центров связи и центров обработки данных, которую поддерживали высококвалифицированные специалисты. Однако с распространением оптоволокна за пределы защищенных помещений, оптические коннекторы стали широко использоваться в среде, где нет фильтров для уменьшения загрязнений и контроля влажности. Хорошая новость в том, что загрязнение разъема можно легко устранить.

Очистка наконечника оптического коннектора

Наконечник (ферула) — наиболее важная часть коннектора, которая удерживает и центрирует оптическое волокно для соединения с другим участком сети. Как определено в стандарте IEC 61300-3-35, торец оптического соединителя разделён на три зоны: сердцевина (зона A), по которой распространяется свет, оболочка (зона B), которая выступает внешней частью сердечника и отражает свет обратно в сердцевину, а также зона двухслойнойного защитного покрытия (зоны C и D) размером 250 мкм. Сопряжение в паре коннекторов для продолжения распространения света происходит по зонам A и B.

Диаметр сердцевины одномодового волокна составляет всего 9 мкм. Даже мелкая пылинка или небольшое масляное пятно могут вызвать сильное отражение света, высокие потери на соединении и привести к неполадкам в сети. Чистота разъёма имеет решающее значение в системах передачи высокой мощности, таких как DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) или передачи на большие расстояния, где используются рамановские усилители (ROA/RFA). При этом мощность передачи оптического сигнала может составлять от 1 Вт до 5 Вт. При передаче по одномодовому волокну столь высокая мощность может сжечь загрязняющие вещества и сплавить грязь с кварцевым материалом оптического волокна, что потребует замены коннектора.

Обычно источник загрязнения связан с неправильным обращением с коннектором и отсутствием понимания «оптической гигиены». Вот некоторые наиболее распространённые ошибки, связанных с загрязнением оптических разъемов:

• оставлять коннектор открытым даже на короткое время, так как он подвержен загрязнению пылью;
• прикасаться к торцу разъёма пальцами, оставляя кожный жир или грязь, категорически нельзя;
• использовать неподходящие методы очистки или средства, такие как туалетная бумага, вода или даже рукава рубашки;
• полагаться на то, что коннектор, закрытый колпачком или извлеченный из заводской упаковки – чистый;
• не очищать обе торцевые поверхности коннектора перед соединением.

В стандарте IEC-61300-3-35 также указаны основные методы проверки оптоволоконных соединений на предмет загрязнения. Один из них — визуальный осмотр коннекторов и оптоволоконных приемопередатчиков активного оборудования на наличие дефектов – царапин, ямок и загрязнений.

Согласно документу, существует три метода проверки:

• оптическая микроскопия;
• видеомикроскопия;
• автоматизированная аналитическая микроскопия.

Оптическая микроскопия — осмотр торца разъема с помощью специального микроскопа. Хотя в большинстве таких микроскопов используется оптический фильтр для предотвращения повреждения глаз воздействием лазерных излучателей, многие сетевые операторы не одобряют его использование по соображениям защиты здоровья и безопасности. Другой недостаток этого метода — необходимость использования различных микроскопов для осмотра разных соединителей.

В видеомикроскопии используется оптический микроскоп, который проецирует изображение на экран дисплея, тем самым предотвращая прямое воздействие лазера на человеческий глаз. Отличный пример видеомикроскопии — зонд для осмотра волокна (Fiberinspector далее FIP) с дисплеем. Большинство FIP, доступных на рынке, имеют сменные адаптеры для проверки различных разъемов.

Автоматизированная аналитическая микроскопия аналогична видеомикроскопии, но с дополнительной функцией, которая использует алгоритмический процесс для автоматического анализа чистоты соединителя на основе заданных критериев. Такой анализ предоставляет результат в виде «чист» или «загрязнен», устраняя любую неоднозначность оценки человеком.

В стандарте IEC-61300-3-35 описаны две процедуры оценки: для одноволоконных коннекторов типа SC или LC, и для многоволоконного коннектора MPO.



В разрезе оптическое волокно в коннекторе можно разделить на несколько зон:

Диаметр одномодового коннектора:

• сердцевина: от 0 мкм до 25 мкм;
• оболочка: от 25 мкм до 120 мкм;
• защитное покрытие: от 120 мкм до 130 мкм;
• зона контакта защитного покрытия волокна с конструкцией разъема: от 130 мкм до 250 мкм.

Диаметр многоволоконного коннектора:

• сердцевина: от 0 мкм до 65 мкм;
• оболочка: от 65 мкм до 120 мкм;
• защитное покрытие: от 120 мкм до 130 мкм;
• зона контакта защитного покрытия волокна с конструкцией разъема: от 130 мкм до 250 мкм.

Все приведенные выше данные предполагают диаметр оболочки 125 мкм. Указанный диаметр зоны сердцевины многомодового волокна в 65 мкм обеспечивает практическое соответствие всем распространенным размерам сердечника — 50 или 65 мкм.

Стандарт IEC-61300-3-35 описывает пороговый уровень теста чист/загрязнён (Pass/Fail) для визуальных требований для различных типов разъемов. Эти критерии разработаны, чтобы гарантировать общий уровень состояния разъема при измерении степени его загрязнения. В зависимости от зон разъема стандарт определяет допустимое количество царапин, а также размер и количество дефектов.

Инструменты проверки чистоты поверхности

На фоне широкого распространения и активного развертывания широкополосных сетей FTTx по всему миру наблюдается нехватка специалистов по оптоволокну. В целом обучить технического специалиста проведению проверки чистоты коннектора не сложно, но для правильной оценки требуется опыт эксплуатации и обслуживания оптоволоконной сети. Использование автоматизированных методов уменьшает потребность в квалифицированном персонале снижает риск некачественной проверки чистоты соединения. Стоит отметить, что автоматический анализ Pass/Fail основан на стандарте IEC-61300-3-35. Кроме того, отметки геолокации вместе с облачными хранилищами данных позволяют централизованно проводить необходимые проверки меньшим количеством высококвалифицированных технических специалистов, а также подтверждать правильность выполнения всех процедур гарантируя:

• предотвращение возникновения любых ошибок с помощью стандартизированной и беспристрастной оценки;
• повышение производительности за счёт ускорения процесса оценки с помощью заданного алгоритма;
• избежание замены коннекторов с небольшими дефектами, не влияющими на производительность;
• обеспечение качественного подключения в течении долгого срока;
• выполнение оптимального процесса чистки.

Массовое внедрение услуг FTTH обходится очень дорого из-за высоких затрат на содержание техников, работающих непосредственно на объектах, особенно с учётом различных инструментов и оборудования, необходимых для эффективного выполнения задач. В основном для проверки чистоты разъёма используется зонд FIP и монитор для осмотра коннектора. При этом монитор может быть как автономным блоком для FIP, так и частью другого оборудования для проверки, например, оптического рефлектометра (OTDR) или ноутбука. Высокая стоимость этого оборудования препятствует вхождению на рынок многих компаний-подрядчиков или обычных технических специалистов.

В свою очередь, это приводит к тому, что во многих случаях не проводится надлежащая проверка. К счастью, решить проблему и удовлетворить потребности рынка можно с помощью недорогой и высокопроизводительной альтернативы.

SENKO Smart Probe — один из недорогих альтернативных инструментов, позволяющих относительно низкоквалифицированным специалистам проверять наконечники оптоволоконных разъемов и передавать изображения на любой ноутбук, планшет или смартфон. Многие технические специалисты уже используют смартфоны или планшеты в своей повседневной работе, поэтому дополнительное устройство отображения не требуется. Смарт-зонд SENKO подключается к любому устройству вывода через обычный Wi-Fi.

Инструменты для очистки

Инструменты для очистки оптики — специализированная оснастка, которая используется для удаления загрязнений с оптических разъёмов. Существует два типа очистки: сухая и влажная.

Стандарт IEC 62627-01 описывает комплексную методологию очистки и рекомендуется в качестве руководства для отрасли.

Сухая очистка — наиболее распространенный и быстрый метод, который используется на заводах по производству разъёмов и в полевых условиях. Главный недостаток такого метода — высокий риск поцарапать наконечник, если на поверхности разъёма есть какие-либо твёрдые частицы. Кроме того, некоторые инструменты создают электростатический заряд на торце разъема, который притягивает частицы пыли. Сухой метод обычно очищает большинство разъемов, но при сильном загрязнении более эффективна влажная чистка.

Главное преимущество влажной очистки — активный растворитель, используемый в очистителе. Он смывает частицы, защищая наконечник от повреждений, удаляет влагу и быстро сохнет. Самый распространенный растворитель на рынке — 99,9% изопропиловый спирт (IPA). Стоит отметить, что использование растворителя предотвращает накопление электростатического заряда на торце разъёма, но чрезмерное использование жидкости может привести к тому, что загрязняющие вещества могут остаться на периферии наконечника, а после осмотра и подключения они медленно сползут обратно к центру. Чтобы предотвратить такое явление, специалисты проводят сухую чистку после влажной.

Вот наиболее распространенные инструменты для сухой чистки и области их применения:

• безворсовые тампоны — можно использовать для очистки центрирующей муфты адаптеров и торцов коннекторов;
• безворсовые салфетки — нежелательны для очистки торца разъёма. Операция протирания безворсовой салфеткой требует опыта и навыков, чтобы не повредить коннектор;
• очистители с картриджами — представляют собой инструмент с небольшим окошком, которое открывается для доступа к чистящей ленте. Внутри устройства расположен картридж, а специальный механизм гарантирует, что для каждой чистки будет использоваться чистый участок ткани. Для более эффективной очистки можно использовать специально обработанную чистящую ленту, предотвращающую накопление электростатического заряда;
• очиститель-ручка — инструмент в виде ручки с катушкой с чистящей лентой, которая вращается на кончике очистителя при контакте с разъёмом. Он очищает торцевые поверхности наконечников, удаляя пыль, масло и другие отходы без царапин. В основном существует три типа таких очистителей, подходящих для разъёмов 2,5 мм, 1,25 мм и MPO;
• очиститель на клейкой основе — у них липкий наконечник с мягкой подложкой в верхней части очистителя. Он прижимается к торцу наконечника и позволяет удалить пыль и другие частицы;
• сжатый воздух — металлический баллончик со сжатым воздухом или пневматический пылесос также можно использовать для удаления пыли с торца разъёма.

Влажная чистка в основном проводится с применением 99,9% изопропилового спирта в любых ситуациях, когда загрязнения на разъёмах невозможно удалить с помощью сухой чистки. Обычно это происходит, когда загрязнения на торце разъёма не чистят в течение длительного времени. Для его полной очистки может потребоваться многократная влажная чистка, за которой всегда должна следовать завершающая сухая чистка для удаления остатков изопропилового спирта.

Увы, пока не существует отраслевого стандарта, определяющего количество чисток торца разъёма перед его утилизацией, но обычно их чистят не более 3 раз. Небольшое руководство позволит сэкономить время и ресурсы на очистку сильно загрязнённого или поврежденного разъёма. На приведенной ниже диаграмме показана рекомендуемая процедура очистки.



Начало > Осмотрите торец с помощью микроскопа
чисто? > ДА > подсоедините его в сопрягаемый чистый разъём
чисто? > НЕТ > Сухая чистка > Осмотрите торец с помощью FIP >
торец чистый? > ДА > подсоедините его в подходящий чистый разъём
торец чистый? > НЕТ > повторите процедуру сухой чистки > Осмотрите торец с помощью FIP.
торец чистый? > ДА > подсоедините его в подходящий чистый разъём
торец чистый? > НЕТ > Влажная чистка + сухая чистка > Осмотрите торец с помощью FIP.
торец чистый? > ДА > подсоедините его в подходящий чистый разъём.

Проблемы с очисткой разъёмов MPO

В отличие от одноволоконных соединителей чистота всей поверхности многомодового соединителя, такого как MPO, имеет решающее значение для стабильного соединения. Ряд волокон расположен на плоской поверхности, которая сопрягается при присоединении. Любое загрязнение вокруг оптических волокон и направляющих штифтов препятствует полному контакту двух разъемов. Это создает воздушное пространство, которое увеличивает потери в соединителе. Обычные инструменты для очистки MPO, такие как очиститель-ручка, удаляют загрязнения вокруг массива оптических волокон. Однако пространство вокруг направляющих штифтов остаётся загрязнённым. Отличным решением может стать новый инструмент SENKO Smart Cleaner Pad. Он позволяет эффективно удалять масло, пыль и частицы грязи на всей поверхности разъема между направляющими штифтами. Для чистки достаточно вставить коннектор MPO в очиститель.

Проблемы очистки трансиверов

В отличие от стандартных разъёмов SC или LC, передатчики и приемники, используемые в подключаемых модулях малого форм-фактора (SFP), не так просто чистить и проверять. В некоторых случаях использование стандартного метода очистки может привести к повреждению разъёма. В большинстве передатчиков используется оптический узел передатчика (TOSA) и оптический узел приемника (ROSA).

В передатчиках SFP типа TOSA есть феррула разъёма SC или LC внутри корпуса. При осмотре с помощью зонда FIP коннектор в TOSA будет выглядеть как стандартный разъем. В результате способ очистки коннектора TOSA SFP идентичен чистке любого стандартного разъёма SC или LC.

В приемниках ROSA SFP есть внутренняя линза, из-за которой при осмотре с помощью FIP изображение внутренней части SFP выглядит искаженным. Во избежание повреждения линзы SFP нельзя использовать стандартные способы очистки.

Рекомендуется использовать один из следующих способов очистки:

• воспользуйтесь сжатым воздухом для выдувания пыли и мусора из разъема;
• используйте безворсовый тампон подходящего размера (его можно поворачивать только по часовой стрелке, нельзя слишком сильно прижимать к линзе и смачивать в растворителях);
• очистители с клейкой основой также можно использовать в качестве альтернативы безворсовым тампонам;
• осмотрите SFP, чтобы убедиться в его чистоте;
• при необходимости повторите процесс очистки.





Заключение

При развертывании большего количества оптоволоконных сетей и увеличении пропускной способности линий связи нельзя упускать из виду простую задачу проверки чистоты разъёмов. По опыту большинства сетевых операторов, гигиена коннекторов до сих пор является основной причиной сетевых сбоев. Также очень важно, чтобы все специализированные инструменты для очистки оптических разъемов использовались в соответствии с рекомендациями. Это обеспечит надлежащую чистоту важных элементов сети и позволит избежать сбоев в её работе. Соответствие всем ключевым стандартам гарантирует качество подключения и высокую стабильность сети.

Источник