\chapter*{Měření útlumu přímou a reflektometrickou metodou}
\phantomsection
\addcontentsline{toc}{chapter}{Úvod}

\subsection*{\textbf{Zadání}}
1) Seznamte se a prostudujte si jednotlivé metody pro měření útlumu.
\\2) Změřte výkony metodou vložných ztrát a metodou reflektometrickou. Z naměřených hodnot následně vypočtěte jednotlivé útlumy.
\\3) Porovnejte jednotlivé metody měření a zhodnoťte jejich výsledky.

\subsection*{\textbf{Úvod}}
Útlum je ztrátová veličina, která je definována ztrátou optické energie v optickém vláknu. Může být způsoben absorpcí světla, rozptylem světelných paprsků, ohybem, optickými prvky na trase a také různými nehomogenitami vlákna. Je to jeden z hlavních, a také dost často měřených, parametrů v optických sítích. Metody pro měření útlumu jsou dány dvěma způsoby. Dá se totiž měřit přímou, nebo reflektometrickou metodou. Mezi přímé metody patří metoda dvou délek a metoda vložných ztrát. U reflektometrické metody jde o metodu OTDR.

\begin{table}[!h]
  \caption[Hodnoty útlumových ztrát]{Hodnoty útlumových ztrát}
  \begin{center}
  	\small
	  \begin{tabular}{|c|c|c|}
	    \hline
	    Optický prvek    						
	    & Průměrná hodnota					
	    & Maximální hodnota
	     \\
	    \hline\hline
	    SM kabel při 1310nm	& 0,35 dB & 0,5 dB/km	 \\
	    \hline
	    SM kabel při 1550nm & 0,23 dB & 0,4 dB/km	 \\
	    \hline
	    Konektor/Spojka & 0,2 - 0,3 dB & 0,5 dB  \\
	    \hline
	    Svár & 0,02 - 0,05 dB & 0,1 dB  \\
	    \hline
	  
	  \end{tabular}
  \end{center}
\end{table}

Rovnice \ref{Rovniceutlum_pr} pro výpočet útlumu, pro určitou vlnovou délku $\var{\lambda}_\textind{}$, je v optickém vláknu definována jako výstupní výkon $\var{P}_\textind{2}$ ku vstupnímu výkonu $\var{P}_\textind{1}$.

	\begin{equation}
	\label{Rovniceutlum_pr}
		u(\lambda)=10 \cdot log\frac{\var{P}_\textind{1}}{\var{P}_\textind{2}} [dB]
	\end{equation}

A pro výpočet měrného útlumu, který udává útlum optického vlákna na jednotku délky, je rovnice \ref{Rovnicemernyutlum_pr}. 
	\begin{equation}
	\label{Rovnicemernyutlum_pr}
		\alpha(\lambda) = \frac{u(\lambda)}{l} [dB/m]
	\end{equation} 

\textbf{\\Metoda vložných ztrát} je tedy přímá metoda a je založena na měření výkonu ve dvou krocích. V prvním kroku je vysílač a přijímač přímo propojen přes referenční vlákno a je změřen referenční výkon $\var{P}_\textind{1}$. Ve druhém kroku je mezi vysílač a přijímač vložena měřená trasa, kde se měří výkon celé optické trasy $\var{P}_\textind{2}$.  Měření útlumu přímou metodou se realizuje zejména pro oba směry a výsledkem je jejich aritmetický průměr. Naměřené hodnoty jsou v jednotkách dbm, tedy úroveň výkonu vztažený na jeden miliwatt. Útlum optické trasy pro měření útlumu přímou metodou je potom možné vypočítat pomocí následujícího vztahu: 
	\begin{equation}	
	\label{vloznaztrata_pr}
		u(\lambda)=(\var{P}_\textind{1}-\var{P}_\textind{2})
		[dB].
	\end{equation} 

Pro měření se v praxi často využívají měřící soupravy, které jsou konstruované pro oba režimy. Fungují jako zdroje záření i jako měřiče výkonu. Není tedy nutné přejíždět mezi konci měřené trasy, stačí pouze změnit režim a změřit trasu z druhého konce.

\begin{figure}[!h]
  \begin{center}
    \includegraphics[scale=0.8]{obrazky/ProfiberPrimo}
  \end{center}
  \caption[Sestavená trasa pro měření útlumu přímou metodou]{Sestavená trasa pro měření útlumu přímou metodou}
\label{ProfiberPrimo}
\end{figure}																									

\textbf{\\Reflektometrická metoda OTDR} je více používanou metodou, protože je díky ní možné měřit konkrétní útlumové ztráty a poruchy na trase. Metoda je založena na zpětné reflektometrii, kde měření probíhá pouze v jednom kroku, ale musí se pro měření nastavit několik parametrů. Při měření jsou optické impulsy vysílány do měřené trasy a po cestě dochází k jejich odrazům. Vyslané paprsky se tedy po odrazu vrací zpět do měřícího přístroje OTDR, kde dochází k vyhodnocení měřené trasy. 

Měření reflektometrickou metodou se provádí z obou směrů, a to kvůli lepší detekci útlumových ztrát. Výsledkem je aritmetický průměr naměřených hodnot pro oba směry. Některé měřící přístroje mají funkci pro měření útlumu oběma směry z jednoho místa. Pro měření obou směrů z jednoho místa se musí ještě za měřenou trasu připojit zařadné vlákno a následně je toto měření možné provést. 

\begin{figure}[!h]
  \begin{center}
    \includegraphics[scale=0.8]{obrazky/ProfiberReflektometr}
  \end{center}
  \caption[Sestavená trasa pro měření útlumu reflektometrickou metodou]{Sestavená trasa pro měření útlumu reflektometrickou metodou}
\label{ProfiberReflektometr}
\end{figure}

Pro vyhodnocení útlumových ztrát a poruch na trase slouží reflektogram, který je po dokončeném měření vykreslen na displeji optického reflektometru. Jeho průběh je na obr. \ref{Reflektogram_otdr}, kde jsou vyobrazeny různé události.

\begin{figure}[!h]
  \begin{center}
    \includegraphics[scale=1]{obrazky/Reflektogram_uloha}
  \end{center}
  \caption[Reflektogram útlumových ztrát pro OTDR]{Reflektogram útlumových ztrát pro OTDR}
\label{Reflektogram_otdr}
\end{figure}
\textbf{\\Jednotlivé události na optické trase pro OTDR:}

\begin{flushleft}
1) Odraz od výstupního konektoru měřícího přístroje OTDR.
\\2) Mírný útlum způsobený nehomogenitou vlákna (svár, bodový tlak, nebo defekt struktury vlákna)
\\3) Odraz od konektoru, nebo spojky.
\\4) Zesílení způsobené rozdílným vidovým polem v konkrétním úseku optické trasy.
\\5) Mnohonásobný odraz způsobený nesprávně zvoleným délkovým rozsahem pro měření. 
\\6) Zvlnění křivky způsobené polarizačními efekty, fluktuacemi, nebo měřícím přístrojem. 
\\7) Odraz od konce měřené trasy.
\end{flushleft}

Pro konkrétní měření jednotlivých událostí na reflektogramu měřícího přístroje OTDR se používají kurzory. K tomu se využívají dvě aproximační metody. Jedná se o metodu dvoubodovou a metodu čtyřbodovou (metoda nejmenších čtverců). Jednotlivé aproximace jsou vyznačené na obr. \ref{Aproxim}. Rozdíl mezi jednotlivými metodami je výsledný útlum měřené ztráty. Pro dvoubodovou metodu jsou kurzory 1 a 2 nastaveny na počátek a konec měřené trasy. U metody nejmenších čtverců jsou kurzory 1 a 4 umístěny na lineárním úseku vlákna a to v co největší vzdálenosti od měřené útlumové ztráty. Další kurzory 2 a 3 jsou umístěny před a za měřenou útlumovou ztrátu (svár, spoj, konektor atd.). Někdy se používá i 5. kurzor, který definuje střed nehomogenity (útlumové ztráty).

\begin{figure}[!h]
  \begin{center}
    \includegraphics[scale=0.9]{obrazky/Aproxim}
  \end{center}
  \caption[Aproximace dvoubodovou metodou a metodou nejmenších čtverců]{Aproximace dvoubodovou metodou a metodou nejmenších čtverců}
\label{Aproxim}
\end{figure}

\subsection*{\textbf{Postup měření}}
Při měření je velice důležité dbát na čistotu a především dodržovat bezpečnost. Se všemi měřícími přístroji a optickými prvky zacházejte opatrně a řiďte se pokyny podle postupu měření. Pokud dojde k znečistění některých optických prvků,  
tak budou naměřené hodnoty nepřesné. Bude tedy potřeba prvky očistit pomocí isopropylalkoholu a hadříku, který nepouští vlákna.

\begin{flushleft}
\textbf{Měření přímou metodou:}
\textbf{\\1)} Zdroj záření a měřič optického výkonu propojte referenčním vláknem a stanovte jeho referenční výkon (při přepojování optických kabelů dávejte pozor, aby nebyl aktivovaný světelný impuls).
\textbf{\\2)} Na zdroji záření nastavte vlnovou délku $\var{\lambda}$ = 1310 nm a přepněte měření na jednotky dBm.
\textbf{\\3)} Následně mezi zdroj záření a měřič optického výkonu vložte měřenou trasu a změřte výkon této trasy.
\textbf{\\4)} Pomocí přípravků simulujte ohyb na měřené trase a změřte útlum pro jednotlivé průměry ohybu (2 cm, 1,5 cm a 1 cm).
\textbf{\\5)} Trasu změřte i z druhého směru.
\textbf{\\6)} Vypočítejte celkový a měrný útlum optické měřené trasy (měrný útlum pouze pro trasu bez ohybu).
\textbf{\\7)} Hodnoty porovnejte s teoretickými a zhodnoťte do závěru.
\textbf{\\8)} Měření realizujte i pro vlnovou délku $\var{\lambda}$ = 1550 nm. 
\end{flushleft}

\begin{flushleft}
\textbf{Měření reflektometrickou metodou:}
\textbf{\\1)} Spusťte program OTDR a v nastavení reflektometru nastavte vlnovou délku o velikosti $\var{\lambda}$ = 1310 nm. 
\textbf{\\2)} Dále nastavte délku měřené trasy (větší než je celková sestavená trasa), dobu průměrování (určuje, jak dlouho se bude trasa měřit) a další potřebné parametry podle  tabulky \ref{TabulkaUloha1}. Především dbejte zřetel na velikost mrtvé zóny, aby vám nepřekrývala měřené komponenty.

\begin{table}[!h]
  \caption[Parametry pro nastavení reflektometru]{Parametry pro nastavení reflektometru}
  \begin{center}
  	\small
	  \begin{tabular}{|c|c|c|c|c|}
	    \hline
	    Šířka pulsů [ns]  					
	    & Délka měřícího pulsu [m]
	    & Mrtvá zóna [m]		
	    \\
	    \hline
	    5 & 0,5  & 0,75	 \\
	    \hline
	    10 & 1  & 1,5	 \\
	    \hline
	    20 & 2  & 3  \\
	    \hline
	    50 & 5  & 7,5  \\
	    \hline
	    100 & 10  & 15  \\
	    \hline
	    
	  \end{tabular}
	  \label{TabulkaUloha1}
  \end{center}
\end{table}

\textbf{Poznámka:} Šířku vysílaných pulsů volte tak, aby nebyl pulz příliš dlouhý/krátký a nedošlo tak ke zkreslenému měření! Parametry nastavte tak, aby byla měřená trasa co nejlépe viditelná a detekovatelná.

\textbf{\\3)} K reflektometru připojte předřadné vlákno a za něj měřenou optickou trasu.
\textbf{\\4)} Měření optické trasy proveďte z obou směrů a také změřte útlumové ztráty pro ohyby jako u přímé metody (v nastavení si spusťte měření v reálném čase a vyzkoušejte si pokles útlumu při ohnutí kabelu v konkrétním bodě na trase. Na křivce reflektogramu nastane pokles a bude identifikovatelné, v jakém úseku ohyb nastal).
\textbf{\\5)} Na reflektogramu jednotlivé události analyzujte a zhodnoťte do závěru. Je nutné, abyste si z událostí na měřené trase vypočítali délku měřené trasy, je to potřebné k výpočtu měrného útlumu.
\textbf{\\6)} Optickou trasu změřte i pro vlnovou délku $\var{\lambda}$ = 1550 nm.
\textbf{\\7)} Vypočítejte měrný útlum optické měřené trasy (pouze pro trasu bez ohybu). 
\textbf{\\8)} Do závěru zhodnoťte jednotlivá měření a porovnejte použité metody pro měření útlumu.
\end{flushleft}

\subsection*{\textbf{Výsledky měření}}

\begin{table}[!h]
  \caption[Naměřené hodnoty výkonu přímou metodou]{Naměřené hodnoty výkonu přímou metodou}
  \begin{center}
  	\small
	  \begin{tabular}{|c|c|c||c|c|}

	    \hline
	    \verb|| & \multicolumn{2}{|c||}{Měření pro trasu A - B} & \multicolumn{2}{|c|}{Měření pro trasu B - A}\\ 
	    \hline
	    \hline
	    Ohyb & 1310 nm [dBm] & 1550 nm [dBm] & 1310 nm [dBm] & 1550 nm [dBm]	 \\
	    \hline
	    Žádný &  &  &  &   \\
	    \hline
	    2 cm &  &  &  &  \\
	    \hline
	    1,5 cm &  &  &  &   \\
	    \hline
	    1 cm &  &  &  &   \\
	    \hline
	    
	  \end{tabular}
	  \label{TabulkaMereni1}
  \end{center}
\end{table}

\begin{table}[!h]
  \caption[Naměřené hodnoty útlumu reflektometrickou metodou]{Naměřené hodnoty útlumu reflektometrickou metodou}
  \begin{center}
  	\small
	  \begin{tabular}{|c|c|c||c|c|}

	    \hline
	    \verb|| & \multicolumn{2}{|c||}{Měření pro trasu A - B} & \multicolumn{2}{|c|}{Měření pro trasu B - A}\\ 
	    \hline
	    \hline
	    Ohyb & 1310 nm [dB] & 1550 nm [dB] & 1310 nm [dB] & 1550 nm [dB]	 \\
	    \hline
	    Žádný &  &  &  &   \\
	    \hline
	    2 cm &  &  &  &   \\
	    \hline
	    1,5 cm &  &  &  &   \\
	    \hline
	    1 cm &  &  &  &   \\
	    \hline
	    
	  \end{tabular}
	  \label{TabulkaMereni3}
  \end{center}
\end{table}

\subsection*{\textbf{Použité měřící přístroje}}
Zdroj záření -- EXFO FLS-600
\\Měřič optického výkonu -- EXFO FPM-600
\\Optický reflektometr OTDR -- Atomo wave SOT-A80
%\\-- Referenční vlákno
%\\-- Optická měřená trasa
%\\-- Předřadné vlákno