13

МІНІСТЕРСТВО ТРАНСПОРТУ ТА ЗВ’ЯЗКУ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ЗВ’ЯЗКУ ІМ. О.С.ПОПОВА

КАФЕДРА ВОЛОКОННО-ОПТИЧНИХ ЛІНІЙ ЗВ’ЯЗКУ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ВИВЧЕННЯ ІМПУЛЬСНИХ МЕТОДІВ ВИМІРЮВАНЬ

ПАРАМЕТРІВ ОПТИЧНИХ ВОЛОКОН

Методичне керівництво

до лабораторної роботи № 7a

з курсу ВОСП

Одеса 2004

1 Мета роботи

Вивчення імпульсних локаційних методів, використовуваних для вимірювання параметрів оптичних волокон (ОВ) в оптичних кабелях (ОК) зв'язку.

2 Ключові положення

2.1 Фізичні явища

Методи вимірювання ґрунтуються на вивченні відбитого та розсіяного випромінювання, яке поширюється у зворотному напрямку, при проходженні по оптичними волокнами потужних оптичних імпульсів.

На вхідний кінець волокна подаються зондуючі імпульси випромінювання від лазерного діода. Туди ж повертаються сигнали:

• відбиті від великих неоднорідностей, які мають розміри набагато більші за довжину хвилі випромінювання. Це сигнали френелівського відбиття, наприклад від макро- та мікротріщин, місця стиків ОВ, вхідного й вихідного кінців ОВ, вигинів ОВ, що вони спричиняють деформування профілю показника заломлення скла;

• розсіювання в зворотному напрямку внаслідок мікроскопічних флуктуацій показника заломлення (неоднорідності в щільності матеріалу або його складу).

1 - Розсіювання в оболонці

Розсіювання в оболонці

1 - -

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . .

Розс.

назад

Розс.

вперед

2



-

Рисунок 2.1– напрямки поширення випромінювання 1 – осердя; 2 – оболонка

На рис. 2.1 подано напрямки поширення випромінювання розсіяного об’єму Х. 1 – осередя; 2 – оболонка ОВ. Сигнали зворотного розсіювання, за зазвичай, на 20.....25дБ менші, аніж відбиті сигнали.

2.2 Реалізація методу зворотного розсіювання

На вихідний кінець ОВ через оптичний відгалужувач (світло

розподілювальний пристрій) вмикають джерело потужних зондуючих оптичних імпульсів та широкосмуговий чутливий приймач (автоелектронний модуль – ПРОМ), який має на своєму виході пристрій для реєстрування прийнятих сигналів (РП). За його допомогою дістають графічне зображення кривої відбитих та зворотно-розсіяних сигналів як функцію довжини лінії зв'язку - рефлектограму (див. рисунок на обкладинці). Рефлектограма подає залежність потужності відбитого P_R та зворотно розсіяного P_S сигналів від довжини лінії Х (або часу поширювання t). Знаючи t – відтинок часу по між зондуючим та відбитим імпульсами, можна обчислити відстань до місця відбиття (розсіювання). Розсіювання це зміна напрямку випромінювання світлових променів або фронтів в наслідок зіткнення з неоднорідностями показника заломлення, малими в порівнянні с довжиною хвилі випромінювання.

(2.1)

д е  – швидкість світла в осерді (серцевині) волокна з найбільшим значенням n₁; с – швидкість світла у вакуумі; цифра 2 – враховує те, що оптичний імпульс поширюється в прямому та зворотному напрямках. Для дослідження ОВ імпульсними методами треба мати прилад, структурну схему якого приведено на рисунку 2.2.

Рисунок 2.2 – структурна схема приладу для дослідження ОВ імпульсними методами: 1 – генератор коротких електричних імпульсів;

_{2 – джерело потужних оптичних імпульсів (лазерний діод);}

_{3 – світло розподільний пристрій (оптичний відгалужувач); 4 – досліджуване ОВ; 5 – приймальний оптичний модуль; 6 – блок опрацювання сигналів (БОС); 7 – пристрій для реєстрування (це може бути осцилограф, дисплей, графобудівник тощо); 8 – пристрій для юстування.}

Прилад який виконано по схемі, наведений на рис. 2.2 дозволяє реєструвати як відбиті так і розсіяні в зоворотному напрямку сигнали.

Якщо в схемі відсутній БОС, то такий прилад називається вимірювач місця ушкодження (обриву) ОВ, тому що він дозволяє відшуковувати лише великі за рівнем потужності сигнали френелівського відбиття від великих відбивальних неоднорідностей. Типову форму сигналів, які реєструються таким приладом, наведено на рис. 2.3. 1 та 4 – сигнали, що відбились від вхідного та вихідного торців ОВ, 2 та 3 – сигнали, що відбились від мікротріщин або місць, де встановлено рознімні з’єднувачі оптичних волокон.

Р исунок 2.3 – Типова форма сигналу.

Недоліками вимірювача місця ушкодження є: 1– неможливість виявлення не відбиваючих неоднорідностей; 2– нечутливість до сигналів зворотного розсіювання; 3– залежність рівня френелівського відбиття від характеристик поверхні злому (гладенька, шерстка) ОВ.

Прилади, які дозволяють реєструвати як сигнали френелівського відбиття, так і зворотного розсіювання, називаються рефлектометрами. В таких приладах неодмінно є блок обробки сигналів, який дозволяє значно збільшити чутливість приймача сигналу (оптимізувати співвідношення сигнал/шум на вході реєструвального приладу) й відокремити з шуму корисні сигнали зворотного розсіювання, які мають рівні потужності набагато менші, аніж відбиті сигнали.

На рис. 2.4 наведено загальну криву розподілення потужності зворотного розсіювання. В загальному випадку вона нагадує зменшувану експоненту, як функцію довжини (часу), нахил якої визначає коефіцієнт втрат потужності оптичного випромінювання в ОВ. Відмінність реальної кривої зворотного розсіювання від зменшуваної експоненти зумовлена різними дефектами ОВ. Приміром, будь–які включення (домішки), що вони мають розміри більші аніж довжина хвилі випромінювання, сприяють збільшенню зворотно розсіяних сигналів, що виявляється як збільшення потужності 2 на рефлектограмі.

Стрибки втрат 3 спричинено дефектами ОВ, які вносять ці втрати, наприклад місця зварювання ОВ. Якщо використовують оптичні з’єднувачі або маємо неякісно виконане зварювання ОВ, то виникають відбиття та стрибки втрат. В тому разі, якщо зворотне розсіювання випромінювання в першому з двох волокон, зварених менш, аніж в другому, виникає позитивний стрибок рівня потужності 5. Потужні імпульси 1 та 6 зумовлено відбиттям від вхідного, вихідного торців ОВ.

Рисунок 2.4 – Загальна крива розподілення потужності

Рефлектометри дозволяють: 1 - досліджувати втрати випромінювання вздовж ОВ; 2 - визначати характер та місцеположення як відбивальних, так і не відбивальних (поглинаючих) неоднорідностей; 3 - вимірювати втрати потужності в місцях з’єднань ОВ; 4 - визначати повне значення випромінювання в ОВ; 5 - здобувати інформацію про стабільність втрат на окремих ділянках ОВ.

Метод зворотного розсіювання (МЗР), завдячуючи своїм універсальним можливостям, значно перевершує можливості інших методів, набув широкого розповсюдження й сьогодні є основним методом вимірювань при виготовленні ОВ та ОК, будівництві, монтажі та експлуатації волоконно–оптичних ліній передавання (ВОЛП). Важливим досягненням методу є можливість вимірювань в польових умовах та за можливості доступу лише до одного кінця оптичного кабелю.