Dipl. Ing. Klaus Klausner

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1 Dipl. Ing. Klaus Klausner
Lichtwellenleitertechnologie physikalische Grundlagen und Komponentenübersicht Zusammengestellt von Dipl.-Ing. Irene Bauer und Dipl. Ing. Klaus Klausner

2 Vorteile der Signalübertragung mit Glasfaserkabel
Geringe Dämpfung Hohe Bandbreite EMV-Verträglichkeit keine Gefahr durch Blitzschlag leichte, dünne Kabel erhöhter Schutz gegen Abhören

3 Elektromagnetisches Spektrum
NF - Bereich HF - Bereich Mikrowellen Mikrowellen Röntgen-Strahlung Gamma-Strahlung 0Hz 1kHz 1MHz 1GHz 10Hz 100Hz 10kHz 100kHz 10MHz 100MHz 10GHz 100 106 109 103 107m 106m 100km 10km 1km 100m 10m 1m 1dm 1cm 1012 1015 1018 1021 1mm 100µm 10µm 1µm 100nm 10nm 1nm 100pm 10pm 1pm 1THz 1015 Hz 1018 Hz 1021Hz 10THz 100THz 1016 Hz 1017 Hz 1019 Hz 1020 Hz 100GHz LW MW KW UKW Technischer Wechselstrom 1,6µm 1,5µm 1,4µm 1,3µm 1,2µm 1,1µm 1,0µm 0,9µm 0,8µm 0,7µm 0,6µm 0,5µm 0,4µm 380nm 780nm 1. Fenster B 2. Fenster F 3. Fenster H

4 Optische Dämpfung im Vergleich
Medium Dämpfung 50% Lichtabfall dB/km bei Rheinwasser ,033 Meter Fensterglas ,066 Meter Optisches Glas Meter Dichter Nebel ,6 Meter Stadtluft Meter Gute Glasfaser Meter Gute Glasfaser Meter Gute Glasfaser , Meter Kunststoffaser ,5 - 8,25 Meter

5 Faseraufbau primäre Kunststoffschicht (Coating) Mantelglas (Cladding)
Kern (Core) 9/10 µm µm 62,5 µm µm 125 µm 140 µm µm

6 Brechung und Reflexion (Snellius´sches Brechungsgesetz)
n2 < n1 n1 > n2 d.h. Kern ist optisch dichter als Mantel, Licht wird vom Lot gebrochen. Grenzwinkel für Totalreflexion: sin a0= n2/n1

7 Reflexion und Brechung
Numerische Apertur NA = Ö(N12-N22)=sin Q

8 Lichtwellenleitertypen
Multimode Stufenindex 100/140 Multimode Gradientenindex 50/ ,5/125 Monomode Stufenindex 9/125

9 Dämpfungsverlauf von LWL
3. Fenster (1550 nm) Dämpfung (dB/km) 6 5 4 3 2 1 GaAlAs - OH 1. Fenster (850 nm) Intrinsische Verluste: Raleigh-Streuung(höhere Frequenzen, kürzere Wellenlängen und Infrarot Absorption(längere Wellenlängen) diese Verluste sind auch im idealen Material vorhanden. Dazu kommen zusätzliche Absorptionsspitzen wegen OH-Ionen (Material-Unreinheiten) 2. Fenster (1300 nm) Wellenlänge (µm)

10 Dispersion Quelle Glasfaser Empfänger Eingangsimpuls Ausgangsimpuls

11 Dispersionsanteile Chromatische Dispersion Moden-Dispersion
Wellenlänge 2 Wellenlänge 1 Moden-Dispersion Materialdispersion: Brechungsindex ist frequenzabhängig Wellenleiterdispersion: Bandbreite des Sendeelementes, Ausbreitungsgeschwindigkeit der spektralen Komponenten ist ebenfalls wellenlängenabhängig. Beides zusammen ist chromatische Dispersion (längere Wellenlängen breiten sich i.a. rascher aus als kürzere Wellenlängen Dazu kommt in Multimodefaser noch Modendispersion. Die einzelnen Moden breiten sich unterschiedlich rasch aus.

12 Bandbreiten von Lichtwellenleitern
Stufenindex Gradienenindex Monomod Dämpfung dB/km 100 10 1 0,1 50 600 Symetrisches Kupferkabel (dB/100m) 0,1 1 100 MHz 10 100 GHz 1 THz Frequenz

13 Faserspezifikationen
Wellenlänge Größte Dämpfung Kleinste Bandbreite 850 nm = B 3,5 dB/km 200 MHz * km 1300 nm = F 1,0 dB/km 500 MHz * km 2,7 dB/km 400 MHz * km 3,0 dB/km 200 MHz * km 0,8 dB/km 800 MHz * km 0,7 dB/km 600 MHZ * km 1310 nm = F 1,0 dB/km 1550 nm = H 1,0 dB/km 0,36 dB/km 0,25 dB/km Gradientenindex Monomode Multimode

14 50 kpsi oder 100 kpsi oder 150 kpsi
Qualitätskontrolle mittels “Screentest” Faserqualitäten Faser Faser L = 0,7µm » 700 N/mm² L = 2,3µm » 350 N/mm² L Gewicht 50 kpsi oder 100 kpsi oder 150 kpsi 100 kpsi = 700 N/mm² Mikrorisse

15 Lebensdauer von Lichtwellenleitern
1 Std. 1 Tag 1 M 1 Jahr 5 25 50 Jahre 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Permanente Faserdehnung in % 175 kpsi / 1,75 % 150 kpsi / 1,50 % 100 kpsi / 1,00 % Belastung 50 kpsi / 0,50 % 10 12 15 20 25 30 40 50 Biegeradius (mm) Ma sieht hier die unterschiedlichen Fasergüten dargestellt und die theoretische Lebensdauer abhängig von der Belastung (Längsdehnung (z.B. herunterhängende Faser oder Biegradius) Beispiel; Bei Unterschreiten des Biegeradius 30mm stirbt die 100kpd Faser nach 1 Monat!

16 Mechanische Belastungen
Dehnung Stauchung Biegung Torsion (Drehung) DÄMPFUNGSERHÖHUNG

17 VolladerFestader (alt)
LWL-Adern Hohlader 1,4 - 2,0 mm Bündelader 2,4 - 3,0 mm 0,9 mm VolladerFestader (alt) Vollader Kompaktader 0,9 mm

18 LWL Kabel (für Erdverlegung)
PE Mantel Aramidfasern Bündelader mit bis zu 12 Glasfasern Zentrales Stützelement (Glasfiberstab) Blindader Füllmasse zum Längswasserschutz

19 VDE 0888 / EN 187000 und 188000 VDE 0888 Teil 1 Begriffe
Lichtwellenleiter für Fernmelde- und Informationsverarbeitungsanlagen VDE 0888 Teil 1 Begriffe VDE 0888 Teil 2 Fasern, Einzelader und Bündelader VDE 0888 Teil 3 Aussenkabel VDE 0888 Teil 4 Innenkabel mit einem Lichtwellenleiter VDE 0888 Teil 5 Aufteilbare Aussenkabel VDE 0888 Teil 6 Innenkabel mit mehreren Lichtwellenleiter EN Fachgrundspezifikation Lichtwellenleiterkabel VDE 0888 Teil 100 EN Fachgrundspezifikation Lichtwellenleiter (Faser) VDE 0888 Teil 101 EN /101 Familienspezifikation Einmoden-Lichtwellenleiter EN /202 Familienspezifikation Mehrmoden-Lichtwellenleiter

20 VDE 0888 Teil 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 LG Lagenverseilung
LG Lagenverseilung A Aussenkabel H Hohlader ungefüllt W Hohlader gefüllt B Bündelader ungefüllt D Bündelader gefüllt S metallenes Element in der Kabelseele F Füllmasse zur Füllung der Verseilhohlräume in der Kabelseele 2Y PE Mantel (L)2Y Schichtenmantel (ZN)2Y PE Mantel mit nichtmetallenen Zugentlastungselementen (L)(ZN)2Y Schichtenmantel mit nichtmetallenen Zugentlastungselementen B Bewehrung BY Bewehrung mit PVC Schutzhülle B2Y Bewehrung mit PE Schutzhülle Anzahl der Fasern bzw. der Bündeladern x Faserzahl pro Bündel G Gradientenfaser / Multimodfaser E Einmodenfaser / Monomodfaser Kerndurchmesser in µm 50 oder 62,5 Modenfelddurchmesser in µm 9 (10) Manteldurchmesser in µm 125 Dämpfungskoeffizint dB/km Wellenlänge B=850nm; F=1300nm; H=1550nm Bandbreite in MHz * km

21 Bandbreitenlängenprodukt
A-DF (ZN) 2Y 8G 50/ ,7 B ,9 F 800 2,7 dB bei 850 nm und 400 MHz * km 400 MHz * 1km = x MHz * 0,5 km x MHz = (400 MHz *1 km) : 0.5 km 800 MHz * 0,5 km Aussenkabel, Bündelader gefüllt,Füllmasse,PE Mantel mit nichtmetallenen Zugentlastungselementen, 8 Fasern/Bündel, Gradientenfaser, 50/125,

22 LWL Außenkabel Einfache Ausführung Doppelter Mantel mit Glas Stahlwellen Mantel

23 Innenkabel (leichte Ausführung)
LWL Innenkabel Innenkabel (leichte Ausführung) Breakout Duplex Breakoutkabel: bis zu 48 Adern pro Breakoutkabel Simplex

24 Lichtwellenleiter-Verbindungen
I-D (ZN) ... Break-Out A-DF (ZN) ... Spleiß (Fusion bzw. thermisch) alternativ : Crimp bzw. mechanisch Stecker Geschützt mit Spleißschutz - Schrumpf - Crimp 6

25 Lichtwellenleiter-Strecke, typischer Kabelabschluß (Spleißbox, -lade oder Patchfeld)
LWL Bündelader I-D (ZN) ... Spleißkassette LWL pig-tail (Kompaktader + Stecker) LWL Ader Spleiß mit Spleißschutz LWL Kupplung (Ferrule) 6

26 Lichtwellenleiter-Strecke, Variante
Break-Out Lichtwellenleiter-Strecke, Variante Vorkonfektionierter Stecker am Breakoutkabel Vorteile : - geringe Montagekosten vor Ort - weniger Teile - keine Spleißdämpfung Nachteile : - nur Innenkabel - Länge muß vor Verlegung bekannt sein Patchfeld LWL Kupplung (Ferrule) 6

27 Prüfung von LWL-Strecken EN 50173 (inhouse)
Parameter Bandbreite Mehrmoden Laufzeitverzögerung Optische Dämpfung Rückflußdämpfung Abnahme X Fehlersuche Konformität

28 Dämpfungsmeßtechnik Power Meter Licht Quelle Referenz Patchkabel
- 1.1 dB 850 nm

29 Dämpfungsmeßtechnik Zu messende Strecke Power Meter Licht Quelle
dB 850 nm Licht Quelle Referenz Patchkabel

30 OTDR - Blockschaltbild
Optische Quelle Display Splitter Controller Empfänger

31 OTDR Parameter Wellenlänge Brechungsindex Entfernungsbereich
Monomode 1310 nm ; 1550 nm Multimode nm ; 1300 nm Brechungsindex Entfernungsberechnung n = Entfernungsbereich Faserlänge 1 km km Pulsbreite Einstellbar 3 ns - 10 µs

32 Entfernungsberechnung
50/ ,5/125 9/125 850 nm N = 1,4655 N = 1,4776 N = 1,47 1300 nm N = 1,4598 N = 1,4719 N = 1,47 Geschwindigkeit (V) VGlas = VLuft : N Entfernung für OTDR (D) D = (C x Tist) : (2xN) VLuft = C = km/s T = Zeit

33 OTDR - Meßstrecke O T D R

34 Reflektierendes Ereignis (Spleiß) Reflektierendes Ereignis (Gainer)
OTDR - Auswertung Meßgerätestecker Reflektierendes Ereignis (Stecker) O T D R Faserende Faserdämpfung Nicht Reflektierendes Ereignis (Spleiß) Nicht Reflektierendes Ereignis (Gainer) Rauschen

35 Empfänger Anstiegszeit
Puls-Charakteristik Empfänger Sättigung Ereignis Totzone Erholungs Zeit Wahre Pulsbreite Dämpfungs-Totzone Empfänger Anstiegszeit

36 Intrinsische Kopplungsverluste (Fasereigenschaften => bei Spleiß und Stecker)
Unterschiedliche Kerndurchmesser Unterschiedliche numerische Apertur Unterschiedliche Brechzahlprofile

37 Numerische Apertur N1 N2 NA = sinq = (N1)2 - (N2)2

38 Extrinsische Kopplungsverluste (Stecker)
Stirnflächen-Rauhigkeit Schnittwinkel Reflexionsverluste Abstand Radialer Versatz Kipp-Winkelfehler

39 Unterschiedliche Arten des Schliffes (stark überzeichnet)
Planschliff (“ausgestorben”) RL ~ 29 dB PC - Schliff : Physical Contact (mit großem Radius, Mittelpunkt in der optischen Achse) RL ~ 40 dB UPC : Ultra PC mit verbesserter Oberfläche RL ~ 50 dB Stecker blau (SC, E2000) APC8 - Schliff : Angeld Physical Contact (gleicher Radius, Mittelpunkt um 8° neben der optischen Achse) => weitere Vergrößerung der Reflexionsdämpfung RL > 60 dB Stecker grün (SC, E2000)

40 Anforderungen LWL-Verkabelung (inhouse)
Stecksystem zum Anwender Duplex SC (BFOC/2,5=ST) Stecksystem zur Verkabelung Simplex SC (BFOC/2,5=ST) Faser für Tertiärbereich 62,5 µm (50 µm ) Faser für Sek.- und Primärbereich 62,5 µm (50 µm oder 9 µm ) Fasernenndurchmesser µm Steckzyklen  500 Größte Dämpfung Stecker < 0,5 dB Größte Dämpfung Spleiß < 0,3 dB 13

41 Produktübersicht

42 KRONE - Vt COM-Gf Glasfaser-Verteiler Vt COM-Gf-600
offenes Verteilergestell als Schnittstelle zwischen System und Linientechnik mit Gf-Steckermodulen oder mit Gf-Patchmodulen bis 288 Steck- und Spleißverbindungen Mischbestückung möglich

43 KRONE - Vt COM-Gf GF-Steckermodul
komplett vormontiert mit Einschub, Spleiß- und Überlängenkassette, konfektionierten Pigtails und Kupplungen, Umlenkrolle und Abdeckung immer 12 Anschlüsse Steckertypen: SC/APC8°, SC/APC9°, FC/PC, E2000/APC8°, DIN/PC oder DIN/APC8°

44 KRONE - Vt COM-Gf GF-Patchmodul vormontiert mit 12 Kupplungen
Kupplungstypen: SC/APC, FC/PC, oder E2000/APC8° Zugentlastung und definierte Kabelführung zur sicheren Ablage und Zuführung der Patch- und Innenkabel

45 Kabelabschluß in einer externen Einheit
Außenkabel muß nicht „durch das Gebäude“ Kupplung Bucht 1 „Kabel“ Bucht 2 „System“ Spleiß Patchkabel Patchfeld Patchfeld Breakout kabel Elektronische System-komponenten Patchfeld Patchfeld Kabelabschluß „innen Muffe“ Patchfeld Patchfeld Spleiß- kassetten Patchfeld Außenkabel

46 Kabelabschluß in der Bucht Gf-Steckermodul
Eindeutige Zuordnung Kabel - Bucht „alles beisammen“ niedrigere Gesamtkosten durch Entfall eines Breakoutkabels und der „Spleißmuffe“ Kabelabschluß in der Bucht Gf-Steckermodul Kupplung Bucht 1 „Kabel“ Bucht 2 „System“ Spleiß Patchkabel Patch- und Spleißmodul Patchfeld Breakout kabel Elektronische System-komponenten Patch- und Spleißmodul Patchfeld Patch- und Spleißmodul Patchfeld Außenkabel

47 LMSys (Line Management System)
Modular aufgebauter Glasfaser Verteilpunkt

48 KRONECTION-Box - Säule
Ausführung mit KRONECTION- Box A200 Endverzweigersäule für Kupfer und Glasfaser

49 FIBERCOM Bausatz bestehend aus:
Spleißmodul ( Aufnahme von max. 2 Spleißkassetten) Umlenkrolle Patchmodule (für ST, FC,DIN,SC/E2000 und SMA Stecker) Staubschutzabdeckung

50 Glasfaser-Wandverteiler
Für die Aufnahme von 60 Spleißen bzw. 48 Gf-Kupplungen SC, FC, ST Verteilung Verbindung von Gf-Außen und Innenkabel Optional Zugriffssicherung für Netzübergabepunkt mittels Schließblech und Schloß

51 KRONE UniBox Größe 3 mit Glasfaser-Spleiß-Kassette auch für 4 x FAME 6

52 Glasfaser-Kassettengehäuse
zur Aufnahme der Arbeitslänge von Schalt- und Bündelader Einsatz verschiedener Spleißkassettensysteme möglich werkzeugfreies Entnehmen der Spleißkassette (Rastmechanismus)

53 SC-Patchkabel; Pigtails und Kupplungen
SC-Multimode (beige) SC-Monomode mit PC-Schliff (blau) SC-Monomode mit APC-Schliff (grün)

54 FC/PC Patchkabel; Pigtails und Kupplungen Fortsetzung
Auch hier die 2 Schliffarten PC (blau) und APC (grün) Kennzeichung durch Farbe der Knickschutztülle (Kupplung ??)

55 Patchkabel; Pigtails und Kupplungen Fortsetzung
ST- Stecker DIN E 2000 Stecker

56 Spleißschubladen und Spleißablagen
Spleißladen mit Auszugsmechanik oder Festeinbau alle genormten Kupplungen (SC, FC, DIN, ST, E2000) 12- oder 24 fache Ausführung

57 Spleißkassetten Je nach Typ des Spleißschutzes sind die passenden Spleißhalter (Thermisch oder Crimp auszuwählen)

58 Modulares Patchpanel aus Kunststoff, für Breakoutkabel und Spleiß

59 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

60 ENDE