Testmethoden für Multimodefasern OM1 - OM4

Der richtige Umgang mit Multimode-Fasern

| Autor / Redakteur: Christian Schillab / Andreas Donner

Das CertiFiber Pro Optical Dämpfungstestset von Fluke Networks erlaubt detaillierte Multimode-Messungen.
Das CertiFiber Pro Optical Dämpfungstestset von Fluke Networks erlaubt detaillierte Multimode-Messungen. (Bild: Fluke Networks)

Multimode-Fasern sind in LAN-Verkabelungen von Gebäuden und als Backbone-Links zwischen Switches in Rechenzentren de facto Standard. Wichtig ist daher, dass die Technik nicht nur im Labor sondern auch im Feld verstanden und zugehörige Tests beherrscht werden. Und gerade beim Testen gilt es je nach Fasertyp, einiges zu beachten!

Multimode-Fasern haben sich im Laufe der Jahre von OM1 zu OM4 weiterentwickelt. Die 62,5 µm OM1-Faser, die jetzt als veraltet gilt, unterstützt 10/100 Mbps mithilfe von LED-basierten Transceivern. Aufgrund der Nachfrage nach höheren Geschwindigkeiten wurden die 50µm OM2 mit kleinerem Kern eingeführt, die 1 Gbps unterstützen. Ihr Einsatz wurde jedoch mit der Einführung der preisgünstigen VCSEL-Laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) aufgegeben.

Diese Technologie und der ständige Bedarf nach mehr Geschwindigkeit führte zur Einführung der OM3-Multimode-Fasern, die mithilfe von 850 nm VCSELs 10 Gbps auf 300 Meter Länge unterstützen. Anders als OM1 und OM2 ist die OM3-Faser von Industrienormen weiterhin zum Einsatz anerkannt – gemeinsam mit den neuesten OM4-Fasern, die 40 und 100 Gbps über längere Distanzen übertragen können.

Der heute für neue Rechenzentren und LAN-Installationen weithin eingesetzte Typ der OM4-Fasern stellt eine ultrabiegsame 50-µm Multimode-Glasfaser dar. Wird bei der Installation der Faser ein gewisser Biegeradius überschritten, kann ein gewisser Anteil des Lichts verloren gehen, mit der Folge eines Signalverlustes. Dies ist insbesondere bei sehr dicht verlegten Glasfasern auf engem Raum ein Problem. Biegefeste Multimode-Fasern (bend insensitive multimode fibre, BIMMF) widerstehen starker Biegung und zeigen dabei weniger Signalverlust.

Testmethoden für Multimode-Fasern

Die Entwicklung der Multimode-Fasern-Technologie und deren Anwendungen mit höherer Bandbreite haben auch die Art verändert, wie Multimode-Fasern vor Ort getestet werden. Multimode-Fasern unterstützen Hunderte von Moden, die in solche niedrigerer und solche höherer Ordnung eingeteilt werden. Die Moden höherer Ordnung sind dabei viel instabiler und anfälliger für Biegedämpfung.

Was die Tests angeht, so haben die Anregungsbedingungen der dabei verwendeten Lichtquelle den größten Einfluss auf die Dämpfungsmessung. Eine Lichtquelle, die die Faser überfüllt (wird auch als überfüllter Vorlauf bezeichnet), regt sowohl die Moden niedrigerer Ordnung an als auch diejenigen höherer Ordnung, was zu einer Überbewertung der gemessenen Dämpfung und falschen Fehlermeldungen führen kann. Dagegen führt eine zu gering belastete Quelle zu allzu optimistischen Dämpfungsergebnissen, sodass unvorhergesehene Probleme übersehen werden. Abbildung 1 zeigt den Unterschied zwischen einem überfüllten und einem unterfüllten Vorlauf in Bezug auf die häufig auftretende Anschlussdejustierung.

Überfüllter im Vergleich zum unterfüllten Vorlauf.
Überfüllter im Vergleich zum unterfüllten Vorlauf. (Bild: Fluke Networks)

Überfüllung und Anregungsbedingungen

LED-Lichtquellen neigen dazu, die Faser zu überfüllen. Darum wird ihre Verwendung für Tests vorgegeben. Die Steuerung der Anregungsbedingungen derart, dass die Lichtquelle vor allem die relativ stabilen Moden der niedrigen Ordnung anregt und die Moden der höheren Ordnung entfernt, verbessert dagegen die Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Im Lauf der Jahre sind vielfältige Methoden zur Steuerung der Anregungsbedingungen vorgestellt worden.

Die früheste und einfachste verwendete Methode zur Entfernung der Moden höherer Ordnung bestand darin, die Vorlauffaser um einen Wickeldorn oder Rundstab herum stark zu biegen. In den engen Wicklungen der Vorlauffaser gehen die Moden hoher Ordnung damit verloren, sodass nur Moden niedriger Ordnung bis zum Ende der Vorlauffaser gelangen.

Die strengeren Dämpfungsanforderungen von Anwendungen mit 40 und 100 Gbps erfordern eine genauere Methode: Encircled Flux (EF). Seit ihrer Einführung 2010 wird die EF-Methode jetzt in den ISO/IEC-Normen zum Testen von Multimode-Fasern vorgeschrieben. Sie verringert Messunsicherheiten dadurch, dass die modale Leistung über die gesamte Stirnseite der Vorlauffaser mithilfe einer Begrenzungsschablone vorgegeben wird, die besser auf die eng kontrollierten Vorlaufbedingungen heutiger Hochgeschwindigkeits-Glasfasertransceiver abgestimmt ist.

Die Bedeutung von Encircled Flux bei der Lichtwellenleiterprüfung

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Die Bedeutung von Encircled Flux bei der Lichtwellenleiterprüfung

13.11.14 - Encircled Flux ist ein Messwert zur Definition der Abgabebedingungen in Multimode-Glasfasern. Das soll die Messungenauigkeiten bei der Dämpfungsmessung von Verkabelungsstrecken re­du­zie­ren, wenn verschiedene Testgeräten verwendet werden. Wir erläutern die Be­rück­sich­ti­gung von Encircled Flux in der Dämpfungsmessung der Stufe 1. lesen

Bewährte Methoden

Wir haben uns die Entwicklung bei den Multimode-Fasern und deren Testmethoden angeschaut. Jetzt wollen wir einen Blick auf die wichtigsten Aspekte beim Testen heutiger Multimode-Fasersysteme werfen.

BIMMF-Tests

Ein gutes BIMMF-Design zielt darauf ab, die Gruppen mit Moden höherer Ordnung innerhalb des Faserkerns fest einzuschließen, um die Biegedämpfung zu verringern. Da ein Wickeldorn hier nicht mehr ausreicht, um die erforderliche starke Biegung zum Entfernen der Moden höherer Ordnung zu erzeugen, ist die EF-Testmethode für BIMMF ein Muss. Es ist auch wichtig, für die Tests Kabel zu verwenden, die nicht aus biegefesten Multimode-Fasern bestehen, um zu vermeiden, dass zu optimistische Ergebnisse erzielt werden.

So implementieren Sie Encircled Flux für die LWL-Dämpfungsmessung

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So implementieren Sie Encircled Flux für die LWL-Dämpfungsmessung

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MPO-Prüfung

Bei Verwendung eines Duplextesters für MPO-Tests sind MPO-auf-LC-Fan-out-Kabel erforderlich, eine 3-Kabel-Referenzmethode und ca. 15 Einzelschritte. Dagegen macht ein Testgerät mit MPO-Testfunktion das Fan-out-Kabel überflüssig, und es sind dafür lediglich 5 Schritte erforderlich, wobei alle 12 Fasern der MPO gleichzeitig getestet werden können.

1-Leiter-Referenz

Während eine 2-Kabel-Referenz einfacher erscheinen mag, führt die Referenz auf beide Testkabel zu optimistischen Ergebnissen und kann negative Dämpfungsergebnisse liefern.

Nur die 1-Kabel-Referenz berücksichtigt die Dämpfung der Anschlüsse an beiden Enden des Kanals und ist damit am genauesten. Außerdem wird die 2-Kabel-Referenz durch ISO/IEC 14763-3 nicht anerkannt und viele Kabelanbieter lehnen Ergebnisse ab, die mit der 2-Kabel-Referenz erhalten wurden.

Inspektion einer Multimode-Faser mittels Stirnflächenkamera.
Inspektion einer Multimode-Faser mittels Stirnflächenkamera. (Bild: Fluke Networks)

Bidirektionale Tests

Für Rang-2-Tests mithilfe eines OTDR sind Dämpfungsmessungen spezieller Ereignisse, wie Anschlüsse und Spleiße, von der Richtung abhängig, aus der die Messung erfolgt.

Deshalb gelten bidirektionale Tests, bei denen der Durchschnitt aus Messungen an beiden Enden eines Links gebildet wird, als bewährte Methode. Manche Tester ermöglichen einfache bidirektionale Tests von einem Ende aus, mithilfe einer Schleife am entfernten Ende, sodass automatisch der Durchschnitt für den Link ausgegeben wird.

Reinigung und Inspektion

Verschmutzte Anschlüsse sind auch weiterhin die Hauptursache für Fehler aufgrund einer schadhaften Faser. Aufgrund der heute strengeren Dämpfungsanforderungen sind korrekte Inspektionen und ausreichende Reinigung wichtiger denn je. Am besten wird die Faser gemäß der Norm IEC 61300-3-35 geprüft, die für die Zertifizierung einer Faser-Stirnfläche konkrete Einstufungskriterien hinsichtlich der Sauberkeit vorgibt und damit jede menschliche Subjektivität ausschließt.

Fazit

Die Multimode-Fasern-Technologie und die entsprechenden Testmethoden haben sich über die Jahre zweifellos parallel entwickelt, mit OM4 als neuestem Fasertyp, BIMMF als gängige Option und den jetzt vorgeschriebenen EF-Tests.

Die Entwicklung ist hier jedoch noch nicht zu Ende. Die Normkommissionen beschäftigen sich bereits mit neuen Fasertypen und mit der Wellenlängenmultiplextechnologie (Wavelength Division Multiplexing (WDM), die optische Signale mithilfe mehrerer Wellenlängen in einer Multimode-Faser kombiniert, um die Bandbreite zu vergrößern und theoretisch 400 Gbps zu unterstützen. Für diese zukünftigen Multimode-Faser-Systeme wird es zweifellos erneut neue Testanforderungen geben.

Christian Schillab.
Christian Schillab. (Bild: Fluke Networks)

Über den Autor

Christian Schillab ist European Produkt Manager InfrastructureSuperVision bei Fluke Networks Europe. In Zusammenarbeit mit Herstellern von strukturierten Verkabelungssystemen beschäftigt er sich seit 2001 unter anderem mit der Thematik Feld-Test bzw. Patchkabel-Test und ist auch Mitglied der Arbeitskreise GAK 715.3.2 und 651.2.1 im DKE. In den 22 Jahren davor bekleidete er verschiedene europäische Marketing und Vertriebspositionen im Bereiche Messtechnik für PSDN, ISDN, SS#7, ATM für die Firmen Spectron, NAVTEL, NextTest und Fluke.

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